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Coberturas tensionadas são ideais para áreas de grandes vãos

Leves e flexíveis, coberturas tensionadas ainda são pouco utilizadas na arquitetura brasileira, mas chamarão atenção em alguns estádios da Copa do Mundo de 2014

Redação AECweb

A sofisticação das estruturas de membranas

“Prefiro chamá-las de estruturas retesadas porque essas coberturas exigem um estado ideal de retesamento para trabalharem bem. É a mesma idéia de uma corda de violão ou a membrana de um tambor, elementos que só funcionam retesados. A rigidez de uma tensoestrutura está diretamente ligada ao nível das cargas de retesamento aplicadas. Esse é um estado inicial de carga que não existe em estruturas rígidas, como vigas e pórticos”, afirma o engenheiro Ruy Pauletti, professor associado da Escola Politécnica da USP, acrescentando que as coberturas tensionadas são caracterizadas, ainda, por serem muito mais flexíveis quando comparadas as coberturas convencionais.

Um dos segredos para o bom desempenho do sistema constituído pelas membranas, mastros, arcos e cabos de ancoragem, é o cálculo do nível de retesamento necessário. “O valor é arbitrado. A carga de tração – ou de protensão, como preferem alguns - será imposta à membrana e aos cabos por meio de esticadores ou macacos hidráulicos”, explica. Outra característica importante é que esse é um sistema muito leve de cobertura - exatamente o que se busca ao adotar esse tipo de solução. Para grandes estruturas é fator de economia. “Estamos falando de estruturas de grandes áreas e de vãos a partir de 40 metros. Já para pequenas estruturas, o sistema terá caráter arquitetônico em que se deseja destacar aspectos como forma e translucidez, mas será provavelmente mais cara do que as convencionais”, diz. Segundo Pauletti, as membranas oferecem diferentes níveis de transmissão luminosa, desde as que dispensam iluminação artificial mesmo em dias nublados, até aquelas que deixam o ambiente mais escuro.

A leveza das tensoestruturas faz com que as cargas de vento sejam primordiais para o dimensionamento das membranas. “Há casos em que desprezamos o peso da membrana, da ordem de 1 kgf/m², porque o vento pode ter 100 kgf/m² e até mais. O vento provoca cargas de arrancamento dos suportes das membranas. Em geral, outros tipos de estruturas têm peso próprio preponderante, por isso as fundações são projetadas para trabalhar a compressão. No caso das estruturas de membrana, as maiores cargas nas fundações são basicamente de arrancamento, e podem ser de alta intensidade. Com isso, as fundações têm custo importante no valor total das coberturas retesadas”, ensina.

A sofisticação das estruturas de membranas

No caso de edifícios altos – há alguns no exterior – que adotam cobertura retesada, é a estrutura do próprio prédio que resiste às cargas de ancoragem da membrana. “Os mastros aplicam uma carga de protensão na base. Já os cabos que sustentam a membrana estão tracionados, presos em olhais em chapas de ancoragem que, por sua vez, são chumbadas no concreto da estrutura do prédio”, detalha Pauletti. Ele lembra que o sistema já consagrado no exterior não é comum na cobertura de prédios, mas em locais em que se precisa de vãos desimpedidos. Ou seja, estádios de futebol e quadras esportivas, atrium de shopping center, anfiteatros, entre outros. Na Austrália, onde o nível de insolação é semelhante à do Brasil, é obrigatório cobrir playgrounds e áreas de recreação das escolas, por causa dos efeitos nocivos dos raios solares à saúde.

Há, também, situações em que o sistema é adotado no fechamento da edificação. “Em Dubai, o hotel mais alto do mundo, o Burj Al Arab, tem uma arquitetura circular e todo o seu atrium foi fechado com parede dupla de membranas afastadas entre si. Trata-se de membrana especial de fibra de vidro recoberta com PTFE. Com isso, se conseguiu um bom isolamento térmico aliado a uma boa iluminação natural. É interessante lembrar que em Dubai a temperatura atinge 40 ºC em clima úmido, o que é bastante desconfortável”, conta o professor, que continua: “Com um bom projeto de membrana é possível responder as demandas de conforto térmico”.

MATERIAIS

As membranas se dividem em duas grandes linhas: as de fibra de vidro recobertas com teflon ou PTFE (politetrafluoretileno), e os tecidos de poliéster recobertos com PVC. No Brasil, predominam estes últimos. “O PTFE foi desenvolvido originalmente para a roupa dos astronautas, com especificações muito severas. Depois do uso no projeto Apolo, foi utilizado como membrana para coberturas. A primeira a utilizá-lo foi a do estádio da Universidade La Verne, nos Estados Unidos, há mais de 35 anos e permanece íntegra. Até agora, essa é uma referência da vida útil da membrana de fibra de vidro com PTFE”, diz Pauletti. Entre as qualidades do material, ele destaca o fato de não ser inflamável; não encarde; permite diferentes graus de translucidez, dependendo da pigmentação.

Ele alerta para não confundir com a cobertura com filme de ETFE (etileno tetrafluoretileno), que não é um tecido. Mais transparente e mais leve do que o vidro, é resistente às intempéries e cargas de vento, porém vulnerável a furos. “É usado na forma de lentes ou almofadas pneumáticas para fechar um reticulado metálico. Existe uma estrutura de estufas na Inglaterra, o Eden Project, que são domos geodésicos fechados com almofadas de ETFE”, diz.

No Brasil, ainda não há obras com esse material, “porque queremos nos abrigar do sol, enquanto lá fora a meta é proteger o ambiente do vento e da chuva, mas reter o calor”. É o que justifica o uso crescente das almofadas, como no Allianz Arena, na Alemanha, estádio de futebol fechado com ETFE, e no ‘Cubo d’Água’, centro aquático de Pequim que emprega, inclusive, pequenos leds que, à noite, “fazem o local brilhar como uma jóia”.

A linha de membrana constituída por fibra de poliéster recoberta por PVC é, segundo o professor, um material muito sofisticado, porque além dos fios que dão a resistência e do PVC que garante a estanqueidade, há outros materiais que protegem o poliéster dos raios UV que poderiam degradar a membrana e reduzem a possibilidade de encardimento, além dos antifugicidas. “Mais recentemente, tem a aplicação de dióxido de titânio – material usado em produtos, como tintas, para obtenção da cor branca. Esse elemento químico promove uma fotocatálise das gorduras acumuladas sobre a membrana, permitindo que sejam levadas pela chuva”, explica, acrescentando que o tecido começa a ganhar fatias de mercado antes dominadas pela fibra de vidro com PTFE, por vantagens como preço menor; fácil trabalhabilidade; e maior flexibilidade com melhor comportamento na instalação (manipular, soldar). Os fabricantes tem se esforçado para aumentar a vida útil desse tecido que, segundo Pauletti, já alcança 25 anos em obras na Europa e um pouco menos no Brasil, por conta da maior insolação e umidade. Já é comum encontrar cobertura tensionada com esse material em novos estádios de futebol no exterior.

PROJETO

Segundo Ruy Pauletti, há uma tradição no país de empirismo ao se projetar coberturas retesadas. “Porque é muito fácil esticar um tecido e montar uma barraca. A tenda do circo, por exemplo, é construída por pessoas que têm um conhecimento especializado, mas empírico, alcançado ao longo de séculos. No Brasil, já se construiu muitas coberturas de membrana sem projeto algum e há casos conhecidos de algumas que romperam. Esse procedimento pode até ser válido para pequenas estruturas, de pouca responsabilidade. Estruturas maiores exigem a participação de profissionais com expertise no sistema”, alerta. A instalação normalmente fica por conta das empresas que fabricam as membranas, com equipe especializada de montagem.

As características de serem estruturas flexíveis e dependerem do estado de retesamento, aliada à deformação resultante da ação do vento, exigem cálculo não-linear. “Os cursos de graduação de engenharia não habilitam alguém a calcular uma membrana. Exige uma pós-graduação em engenharia de estruturas, especialmente em análise não-linear de estruturas, e são poucos os profissionais com essa capacitação no país. A demanda é pequena, o que não encoraja ninguém a se especializar nesse campo. Não existe ninguém no Brasil que se mantenha fazendo cálculo de estrutura de membrana”, diz, contando que ele próprio faz consultorias esporádicas, mas é sua atuação acadêmica que lhe permite se especializar na área. “Será sempre um nicho de mercado, mas que está progredindo”, conclui.

Redação AECweb

A sofisticação das estruturas de membranas Ruy Marcelo de Oliveira Pauletti, graduado em Engenharia Civil pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul (1983). Laureado em Engenharia Civil pela Universidade de Pádua, Itália (1986). Especialista em Engenharia do Plasma e da Fusão Termonuclear Controlada, pela Universidade de Pádua (1986). Mestre em Engenharia Civil pela Escola Politécnica da Universidade de São Paulo (1992). Doutor em Engenharia Civil pela Escola Politécnica da Universidade de São Paulo (1994). Livre-Docente em Teoria das Estruturas pela Escola Politécnica da Universidade de São Paulo (2003). Professor Associado da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo.

 

Autor de diversos trabalhos técnico-científicos publicados em congressos e revistas internacionais, nos campos da engenharia de estruturas e da engenharia nuclear. Pioneiro na introdução de métodos computacionais para o projeto e a análise das estruturas de membrana no Brasil, tendo sido responsável pela análise de algumas das mais notáveis estruturas deste tipo construídas no país, como as coberturas da Igreja Batista Central de Fortaleza (2003), do Memorial dos Povos de Belém do Pará (2004), do Mercado Aberto de Goiânia (2006), do Teatro Aberto de São Bernardo do Campo (2006), do Mercado Livre de Ananindeua (2006), do Anfiteatro do Morro da Urca, RJ (2007) e do Centro de Convenções do CENPES, no Rio de Janeiro (2010). Em 2008, recebeu prêmio da Fundação Nohmura (Japão), pelas suas contribuições ao estado da arte no campo do projeto e da análise das estruturas de membrana.

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