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Tensoestrutura: Cobertura de Estruturas de Membrana Tensionada

1.1. Definições

As coberturas tensionadas são estruturas constituídas por membranas nas quais atuam esforços apenas de tração. Por possuírem espessura muito delgada, as membranas não oferecem resistência à compressão ou à flexão.
Estruturas tensionadas são muito apropriadas quando o projetista deseja utilizar uma quantidade mínima de apoios, por razões funcionais e estéticas.
As tensoestruturas podem ser classificadas em três tipos básicos:

Estruturas tensionadas de membrana . Pela própria forma, membranas delgadas e flexíveis auxiliam na aplicação da tração, e agem simultaneamente como estrutura e cobertura.

Estruturas tensionadas de malha. Neste caso uma malha estrutural ajuda nos esforços de tração, suportando e transmitindo as forças da parte não estrutural dos elementos de cobertura, que atuam separados, como as lâminas de vidro, acrílico, placas de madeira, ou materiais semelhantes.

Estruturas pneumáticas. Neste caso uma membrana de proteção é sustentada pela pressão do ar.

Esta pesquisa trata apenas das estruturas do primeiro tipo.

1.2. Histórico

Em termos de funções arquitetônicas a origem das estruturas de membrana tensionadas se encontra nas tendas e nos toldos tradicionais. Tendas de dimensões consideráveis e de certa sofisticação remontam a pelo menos dois mil anos. Reconhece-se por meio de representações e descrições arquitetônicas muitos teatros e anfiteatros romanos que eram feitos de velaria produzida a partir de linhas de tecido.
As tendas feitas de peles de animais ou materiais tramados foram usadas ao longo da história e têm sido utilizadas pelo mundo inteiro, particularmente em sociedades nômades que necessitam de coberturas portáteis. Exemplos de tendas passadas incluem as tribos nativas americanas, os abrigos mongóis, a "black tent" (Fig. 1) utilizada pelos povos nômades no Saara, Arábia e Irã.

Figura 1 – Black tent

Fonte: Tensioned fabric structures – a pratical introduction, 1996, p1-2.

Houve pouco desenvolvimento das tendas entre o tempo dos Romanos e o século XIX, em parte por causa da carência de demanda, e principalmente por causa da carência de avanços na manufatura de cabos, tecidos e conexões resistentes. Porém, depois da revolução industrial houve uma demanda por tendas grandes (utilizadas para o entretenimento de populações, como os circos) e por materiais de grande resistência, com produção em massa e relativamente barata.

Em todos os exemplos até agora mostrados, as membranas eram relativamente oscilantes e a estabilidade era derivada de uma combinação de cabos entrelaçados e de coberturas muito leves se comparadas aos materiais atuais, que são bem mais pesados.

Uma nova era abriu-se após a Segunda Guerra Mundial com o desenvolvimento de vários tipos de manta estrutural, das quais os benefícios são vários principalmente em termos de luminosidade e flexibilidade. A estabilidade já não é assegurada só pelo peso, mas também pelo projeto, levando-se em conta curvaturas acrescidas de pré-tensionamento induzido.

Dois acontecimentos foram cruciais no desenvolvimento das tensoestruturas. O arquiteto e engenheiro Frei Otto em 1957 funda o Centro de Desenvolvimento de Construções Leves em Berlim, seguindo em 1964 para a criação do famoso Instituto de Estruturas Leves na Universidade de Stuttgart.
Otto começou experimentando com formas leves e fazendo testes em modelos em escala reduzida com materiais como o sabão (se formasse uma película de espuma entre a malha estrutural, a estrutura estaria estável), cabos e membranas de elástico as quais ele usava para tensionar. Um dos primeiros projetos foi simples, porém muito belo, um pequeno Pavilhão Musical para a Exposição Federal de Jardins - Kassel, Alemanha, em 1955 (Fig. 2).

Figura 2 – Pavilhão de Exposição Federal de Jardins – Kassel, Alemanha, em 1995
Fonte: KRONENBURG, 1995, p.49.

A partir de Kassel nasceu uma geração de coberturas tensionadas para apresentações em jardins, as quais introduziram uma sucessão de novas idéias sobre formas, técnicas de montagem, métodos de tensionamento, materiais e conexões.

Estas estruturas, a maioria temporária e desmontável, tiveram influência no desenvolvimento subseqüente da arquitetura. Elas ofereceram uma combinação de estruturas limpas e atração estética. As formas onduladas freqüentemente lembrando fenômenos naturais, como ondas, nuvens ou montanhas com topos cobertos de neve, vêm como uma origem de inspiração para muitas gerações de projetistas, que procuram por formas arquitetônicas baseadas em princípios fundamentais e orgânicos.

Os tecidos disponíveis para Frei Otto permitiam somente dimensões limitadas de estruturas com curta expectativa de vida. Hoje, como resultado de avanços técnicos na tecnologia têxtil, há exemplos de construções de dimensões impressionantes (Fig. 3), com excelente resistência a incêndio e com expectativas de vida de vinte e cinco anos ou mais.
 
 

 Figura 3 – Aeroporto Haj Terminal em Jeddah, Arábia Saudita, 1981

Fonte: Tensioned fabric structures – a pratical introduction, 1996, p1-9.

As coberturas de membrana, que infelizmente nunca fizeram parte das formas arquitetônicas consideradas tradicionais e clássicas, finalmente estão se localizando no atual vocabulário arquitetônico.

1.3. Aplicações

Estruturas de membrana tensionadas são construções que possuem características diferentes das construções usuais. São estas peculiaridades que fazem com que muitos arquitetos atualmente a tomem como alternativa. Muitas vezes esse tipo de estrutura constitui a única opção para determinadas demandas. Para uma boa utilização das tensoestruturas o projetista deve considerar as seguintes características: 

A desmontabilidade. Apesar de existirem várias estruturas deste tipo de concepção permanente, os desmontáveis já possuem uma fatia do mercado. Os investidores têm percebido a importância de se deslocar até onde o público está, seja por questões geográficas ou por questões sazonais. Principalmente as construções para entretenimento têm adotado este partido e seus proprietários têm percebido seus benefícios, pois elas atraem o público com um diferencial, uma imagem arquitetônica belíssima. Implícitos na desmontabilidade se encontram conceitos importantíssimos atualmente como flexibilidade e reciclabilidade. 

A evocação simbólica. Existem tensoestruturas que remetem às tendas utilizadas no deserto ou a formas arquitetônicas islâmicas, como também as velas dos navios, ou as montanhas. 

A translucidez. O espaço coberto por lonas tensionadas transmite uma iluminação natural difusa. 

O vencimento de grandes vãos. Pelos materiais e sistema estrutural utilizado as tensoestruturas são capazes de vencer vãos maiores que qualquer outro tipo de sistema construtivo convencional.

O baixo peso. Apresentam peso de duas ordens de grandeza menor do que o de estruturas em concreto armado e uma ordem de grandeza menor que estruturas convencionais de aço. Exemplo: uma cobertura para vãos livres da ordem de 30m pesa até 30kg/m2, no caso das estruturas metálicas convencionais; com as tensoestruturas vãos da ordem de 50m a 70m equivalem a no máximo 6kg/m2.

A variabilidade formal e geométrica. Respeitando princípios projetivos podem ser criadas inúmeras formas.

A relação custo/benefício. Devido ao fato de ser fruto de uma tecnologia sofisticada, as estruturas de membrana tensionadas normalmente possuem custos elevados em relação a construções convencionais . Porém, atualmente a relação custo benefício tem imperado, e levando-se em conta que estas estruturas podem vencer grandes vãos, ser totalmente dobradas, desmontadas e/ou transportadas de acordo com a necessidade; elas são vantajosas para determinados casos.

A Partir destas Características, várias Utilizações têm sido dadas às Coberturas de Membrana Tensionadas Como:

  • O sombreamento e proteção de grandes espaços abertos ao ar livre.
  • A cobertura de estádios esportivos.
  • Abrigos para entradas ou passeios.
  • Abrigos temporários e de curta duração necessários em alguns eventos.
  • Abrigos desmontáveis necessários por parte do ano e depois armazenados no restante.
  • Construções permanentes de grande porte como aeroportos, estações e hangares.
  • Decorações internas de lojas e shoppings.


     
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