Metálica

Materiais Utilizados

2.1. Manta

Existem muitos tipos de tecidos que podem ser utilizados na construção das tensoestruturas. A escolha varia de acordo com a demanda; como malha estrutural podem-se citar a fibra de vidro, o poliéster, o kevlar (fibra de carbono), ou o nylon e como revestimento existem o cloreto polivinílico (PVC), o politetrafluoretileno (PTFE), o teflon (PVDF), ou o silicone (Fig. 4).

Fonte: Tensioned fabric structures – a pratical introduction, 1996, p4-3

Geralmente feita de fios fibrosos. As fibras por si só não são grandes ou grossas o suficiente para serem utilizadas como material estrutural, entretanto elas são agrupadas formando filamentos. As malhas estruturais podem ter os fios sobrepostos ou tramados.

Uma grande evolução no campo das mantas tramadas ocorreu com o desenvolvimento de uma patente da Ferrari. A diferença está no processo de fabricação. O tecido é pré-tracionado nos dois sentidos (urdidura e trama) antes de receber a massa de revestimento. Isso garante um módulo de deformação mais alto e resistência à tração nos dois sentidos. O módulo máximo de alongamento de mantas convencionais para o Précontraint (patenteado pela Ferrari) cai em média de 1,4% para 0,3%.

As mantas tramadas normalmente apresentam tração diferenciada nas fibras direcionadas para o comprimento do tecido (warp fibers - urdidura) - direção mais flexível - e aquelas que passam pela largura do tecido (weft ou fill fibers - trama). A este comportamento dá-se o nome de anisotropia. As mantas tramadas de comportamento idêntico nas duas direções também podem ser confeccionadas, sendo denominadas isotrópicas.

Atualmente lonas tramadas de fibra de vidro e de poliéster apresentam, de forma geral melhor desempenho pelas suas características, sendo, assim, os materiais mais utilizados nas tensoestruturas atuais.

Tabela 1 - Síntese Comparativa das Propriedades das Mantas mais Utilizadas para Tensoestruturas

 

Fonte: VANDENBERG, M. Soft canopies - detail in building. London: Academy editions, 1996, p.29.

2.1.1. Revestimentos

As malhas estruturais para obter a eficiência desejada possuem alguns revestimentos. Estas camadas protetoras apresentam alguma das seguintes características:

Autoextinguíveis: em caso

Autoextinguíveis:: em caso de incêndio, as chamas não se propagam.

Bloqueio contra raios UV: aditivos conferem maior resistência contra os efeitos dos raios ultravioleta e inibem o desbotamento das cores ao longo do tempo.

Fungicidas: a formulação emprega aditivos que inibem a formação de bolores e manchas provocadas por fungos.

Antioxidantes: inibem o surgimento de manchas ferruginosas.

Cloreto Polivinílico (PVC)

O PVC é leve e maleável, proporcionando assim formas desejadas para as tensoestruturas. Este material é resistente aos raios UV e permite praticamente qualquer cor. Ele é mais comumente usado nos tecidos de poliéster e nylon.

Politetrafluoretileno (PTFE)

O PTFE é quimicamente inerte, resistente à umidade e a micro-organismos e tem baixa deterioração com a idade. É comumente produzido somente na cor branca. Combinado com tecidos em fibra de vidro, torna-se por um longo tempo um material de grande estabilidade. É resistente ao fogo e tem alta resistência à tração e alto módulo de elasticidade.

Silicone

O silicone é usado como um revestimento protetor para a fibra de vidro. Ele possui características excelentes de resistência a raios UV, alta flexibilidade térmica, resistência ao fogo, alta resistência à tração e módulo de elasticidade. Além disso, proporciona alta propagação lumínica.

Aditivos - Lacas e Vernizes

A sujeira somada à poluição produzem efeitos negativos à estética e à translucidez, podendo danificar o revestimento e diminuir a vida útil da manta. Uma das formas de proteger a manta é acrescentar uma camada de verniz ou laca ao revestimento. Este verniz não é somente designado para proteção da manta dos raios UV, mas também melhora as características autolimpantes. Um dos materiais utilizados para isto é o Tedlar. Trata-se de um fluoreto de polivinil (PVF) e pode ser aplicado tanto no poliéster revestido de PVC quanto na fibra de vidro revestida de PTFE. Mantas de poliéster também possuem vernizes de acrílico ou de decafluoreto de polivinil (PVDF) ou de uretano. 

2.1.2. Desempenho da Manta

Segurança contra incêndio

Nos U.S.A., existem muitos testes normativos de resistência ao fogo, que foram adaptados para mantas. As várias normas para edificações em uso nos Estados Unidos utilizam sobretudo testes para classificar mantas estruturais de acordo com a propagação do fogo. Materiais que não se enquadrem abaixo do limite estipulado(considerados não-combustíveis) não podem ser utilizados em todos os tipos de construção.

Resistência aos ataques químicos e ultravioletas

Ao longo do tempo as mantas absorvem elementos químicos do ar da região onde foram implantadas. Entretanto, muito da deterioração química que as lonas sofrem são produzidas pelo próprio material de revestimento.
Muitos materiais sintéticos se degradam sob prolongada exposição aos raios UV. Esta degradação pode ser parcialmente compensada com aditivos nas fibras resistentes aos raios ou no revestimento absorvendo a ação UV. A fibra de vidro não é afetada, porém o poliéster perde um pouco da resistência.

Desempenho Lumínico

Mantas em funções comuns são caracterizadas pela capacidade de baixo isolamento, baixa massa térmica, alta reflectividade da luz, e baixa a moderada translucidez. Estas características têm feito com que as lonas apresentem efetiva aplicabilidade de uso em climas de temperaturas quentes ou temperadas com radiação solar alta. Os valores de baixo isolamento não resultam em alto aquecimento visto que a reflectividade reduz o calor, e a translucidez pode ser utilizada para iluminação natural, dessa forma reduzindo o custo de iluminação e resultando num decréscimo de calor produzido pelas lâmpadas artificiais.
Em climas frios as tensoestruturas também são utilizadas, porém de forma mais fechada, pois as mantas são isolantes, freqüentemente dando as tensoestruturas boa eficiência térmica, ainda que algumas vezes estas medidas eliminem muito da translucidez da manta.
A iluminação do dia sob mantas brancas que são comumente usadas para aplicações arquitetônicas permanentes proporciona brilho externo e iluminação interna difusa. Estas características são favoráveis a aplicações semelhantes a utilidades esportivas, halls de exposição e átrios entre outras. A intensidade da iluminação natural é freqüentemente alterada pela variação de translucidez da manta ou a adição de uma camada isolante.
Mantas de fibra de vidro revestida com PTFE ou silicone são aptas a uma translucidez excedendo 20%, adequada para suportar uma ampla gama de aplicações.
Um resumo comparativo de características de várias coberturas é dado na Tabela 5.
Tabela 5 - Síntese comparativa de coberturas.
Fonte: Tensioned fabric structures - a pratical introduction. Elaborado por American Society of Civil Engineers, Task Committee on Tensioned Fabric Structures. Danvers: R.E. Shaeffer, 1996, p.3-6.

Desempenho Acústico

O desempenho acústico de uma manta estrutural é caracterizado pela alta refletividade de vibrações sonoras, particularmente em freqüências na classe de 500 a 2000 Hertz. Esta refletividade pode resultar num som pobre para performances musicais e dificuldade na velocidade de entendimento. A reflexão do som enfocada obriga a adaptação das formas geométricas de algumas tensoestruturas podendo desencadear um bom desempenho acústico, particularmente em estruturas suportadas pelo próprio ar ou coberturas suportadas por arcos que apresentam uma cobertura de perfil geralmente côncavo voltado para dentro.
A perda de propagação do som através da manta é outra consideração importante em locais como aeroportos ou outras estruturas onde deseja-se proteger os ocupantes da construção de barulhos externos. Como o som é refletivo, a perda da propagação é altamente dependente da freqüência da vibração. Testes em mantas estruturais indicaram uma perda moderada da propagação de aproximadamente 5 decibéis por 100Hz, se estendendo para 30 decibéis em 5000Hz.
A refletividade do som pode ser diminuída e a perda da propagação aumentada pela instalação de muita iluminação, em mantas porosas. O isolamento da fibra de vidro entre as duas camadas de revestimento na manta pode aumentar a perda de propagação. Os efeitos de semelhantes medições de iluminação natural, isolamento e segurança contra o fogo devem ser considerados na seleção destes revestimentos. Placas verticais podem ser também suspensas em intervalos sobre a manta para aumentar a absorção sonora e quebrar a geometria curvada da cobertura.

2.1.3. Junção das Mantas

As lonas, na maioria dos casos, são fornecidas em bobinas de até 2 m de largura. Os padrões de corte são geralmente definidos com o uso de software. Moldes executados com um ploter (de 2,80x80,00 m) fornecem a base para o corte. A soldagem pode ser feita por solda eletrônica de alta freqüência (onde as microondas derretem o revestimento e as fibras do tecido são conservadas), cunha quente ou ar quente.
Além das juntas soldadas existem as costuradas e as mecânicas. As costuradas tem como desvantagem a degradação da manta. As mecânicas tem como vantagem a possibilidade de execução in loco, porém nem sempre são a prova d'água.

2.2. Estrutura de Sustentação

A estrutura de sustentação das membranas tensionadas pode ser madeira, bambu ou ligas metálicas como aço e alumínio.

No caso de estruturas metálicas, o alumínio apresenta alta resistência à corrosão, menor peso que o aço, porém resistência mecânica inferior. O aço é a alternativa mais interessante quando se necessita de alta resistência mecânica.
Os arranjos estruturais, via de regra, consistem em reticulados espaciais em que as barras ficam sujeitas exclusivamente a esforços axiais de tração e compressão. Essa configuração garante alta eficiência estrutural, uma vez que as barras são solicitadas da forma que permite o melhor aproveitamento da capacidade resistente do material.
As barras que compõem a estrutura em geral possuem seção transversal tubular. Essa forma garante boa rigidez com pouca quantidade de material, resultando em estruturas leves e muito resistentes.
As estruturas espaciais exigem maior esforço para sua análise, uma vez que os fenômenos físicos relacionados ao comportamento da estrutura têm que ser simulados em três dimensões. Além disso, usualmente apresentam desenvolvimento complexo, o que exige o auxílio de sistemas computacionais sofisticados de análise, dimensionamento e detalhamento.

2.3. Cabos

Nos tensionados os cabos são utilizados no acabamento das bordas da manta e no tracionamento desta. As características dos cabos variam de acordo com o processo de sua execução e da disposição dos arames.
O termo cabo é empregado para qualquer elemento flexível tracionado, desde um simples arame obtido de uma barra redonda ou retangular, até arames agrupados em cordoalhas ou cordas.
Os tensionados normalmente utilizam as cordoalhas, que são um arranjo de fios enrolados em espiral em torno de um fio ou conjunto de fios centrais formando uma figura simétrica. As camadas são tecidas cada uma em sentido oposto à anterior.

2.3.1. Fixação de Cordoalhas

Fixações e ajustes para os cabos bem projetados podem acrescentar beleza a uma membrana tensionada.
A escolha do método de ajuste a ser utilizado dependerá dos seguintes fatores:

Se o cabo está fixado nas extremidades ou necessita ser ajustável.

O que é considerado o método mais conveniente de ajuste.

A dimensão do cabo e seu diâmetro.

2.4. Ancoragens e Fundações

As ancoragens são pontos que requerem alguns cuidados dos projetistas. No caso de suportes discretos, como mastros, empregam-se geralmente olhais capazes de distribuir os carregamentos ao longo de uma linha ou superfície, evitando concentrações de tensão. As trações internas devem também de alguma maneira descarregar nas fundações. As ancoragens podem, muitas vezes, estar expostas a esforços de arrancamento da ordem de toneladas. A solução mais usual é a utilização de sapatas e olhais metálicos engastados em bases de concreto.
Diversos sistemas de fundações são empregados em tensoestruturas. Em estruturas de pequeno porte, por exemplo, pode-se utilizar até latões com areia e água ou chapas de aço coladas com araldite industrial sustentadas também por latões de areia. Não há, no entanto, nenhum impedimento para o uso de estacas-raiz ou outros métodos.

 

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