Uso e Adequação de Tensoestruturas à Região Amazônica

Uso e Adequação de Tensoestruturas à Região Amazônica

Universidade Federal do Pará

Centro Tecnológico

Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil

1 INTRODUÇÃO

Tensoestruturas são um antigo sistema estrutural. Porém, suas formas arrojadas são um fenômeno da atualidade, diferenciando-se pelos materiais e técnicas de construção, além de envolverem projeto e análise estrutural complexos, utilizando simulações computacionais.

Algumas vantagens de utilização de tensoestruturas:

Beleza; Plasticidade; Simplicidade de seus elementos estruturais; Facilidade de montagem; Custo relativamente reduzido Leveza e capacidade de vencer grandes vãos. Isolantes térmicos e acústicos; Impermeabilidade; Não propagam fogo em caso de incêndios;

1.1 Objetivo Geral

O objetivo geral da pesquisa é verificar o uso e adequação das tensoestruturas à região Amazônica, considerando os aspectos climáticos, econômicos e sociais, em especial da região metropolitana de Belém, e sua influência na adequação e durabilidade destas estruturas.

1.2 Objetivos específicos

Verificar a adequação climática das tensoestruturas à região em estudo;

Realizar um estudo de viabilidade econômica;

Desenvolver estudos sobre a durabilidade das tensoestruturas;

Analisar o aparecimento precoce de fungos nas membranas;

1.2 Metodologia

Levantamento de dados meteorológicos, considerando: Índice pluviométrico; Intensidade dos ventos; Insolação; Temperaturas máximas e mínimas e umidade

relativa do ar na região.

Estudo dos aspectos climáticos: Realização de medições de temperatura,

velocidade e direção do vento. Medições de ruído.

1.2 Metodologia

Verificar a adequabilidade quanto ao uso

Análise de viabilidade econômica destas estruturas para a região:

Necessidade de mão de obra qualificada; Inexistência de fábricas de membranas na

região; Custo com manutenções periódicas.

1.2 Metodologia

Os custos das tensoestruturas serão comparados com os de outras soluções convencionais atualmente adotadas na região;

Análise crítica aos projetos das tensoestruturas do Memorial dos Povos, do Mercado Ver-o-Peso, da Feira do Açai, da Via dos Mercadores e da Praça das Mercês com relação ao conforto térmico;

Aplicação de questionários e/ou entrevistas, aos projetistas, construtores, proprietários e usuários;

1.2 Metodologia

Programa de estudo de envelhecimento dos tecidos no campo de envelhecimento da UFPA:

Amostras de membranas, com cerca de 25 cm² serão fixadas em um cavalete, para ficarem expostas, no campo de envelhecimento;

Serão feitas análises microbiológicas nestas amostras para identificação de fungos e a cada três meses a evolução do problema será analisada;

Depois de diagnosticado o problema, pretende-se viabilizar uma solução. Esta solução também terá sua eficácia testada no campo de envelhecimento, juntamente com análises realizadas em laboratório.

1.3 Justificativa

Inúmeras vantagens de utilização das tensoestruturas;

Uso crescente deste tipo de estruturas na Região, em especial, em Belém;

Preocupação com a possibilidade de uso indiscriminado sem um estudo mais aprofundado sobre sua adequação aos aspectos climáticos e sociais da região;

2 Revisão Bibliográfica

2.1 Histórico das Tensoestruturas Vestígios de tendas, com função de abrigo, são

encontradas desde a pré-história.

Abrigo Pré-histórico. Fonte: JOTA (2004)

Tipi Indígena Norte-americano. Fonte: <http://www.redskyshelters.com/tensilehistory.html>

http://www.redskyshelters.com/tensilehistory.html







2.1 Histórico das Tensoestruturas

Tenda negra beduina. Fonte: <http://www.redskyshelters.com/tensilehistory.html>,

Tenda do exército omano. Fonte: JOTA (2004).








Frei Otto utilizava em seus estudos modelos físicos, em tamanho reduzido, para gerar dados científicos.

Modelo físico de película de sabão. Fonte: http://www.redskyshelters.com/tensilehistory.html.


O Pavilhão Alemão da EXPO67 de Montreal consolidou a moderna arquitetura das tensoestruturas.

Pavilhão Alemão da EXPO67 de Montreal. Fonte: < http://expo67.ncf.ca/expo_german_p2.html >

http://expo67.ncf.ca/expo_german_p2.html







Uso crescente de tensoestruturas em espaços de caráter permanente.

Hajj Terminal, King Abdul Aziz International Airport, Jeddah, Saudi Arabia.Fonte: http://www.akdn.org/agency/akaa/secondcycle/photo62_3017.html

http://www.akdn.org/agency/akaa/secondcycle/photo62_3017.html














Aeroporto de Denver. Fonte: http://www.denardis.com/specialimage/denver.html.

http://www.denardis.com/specialimage/denver.html










Estádio de Akita (Japão).Fonte: http://www.kajimadesign.co.uk/kajima_design/project/SKYDOME1.HTM

Estádio Olímpico do Canadá. Fonte: http://www.anc-d.fukui-u.ac.jp/~ishikawa/Aloss/data/ Country/canada

/C_membrane%20structure/Olimpic%20Stadium.htm

http://www.kajimadesign.co.uk/kajima_design/project/SKYDOME1.HTM










http://www.anc-d.fukui-u.ac.jp/~ishikawa/Aloss/data/%20Country/canada/C_membrane%20structure/Olimpic%20Stadium.htm

















Shopping Center de Piracicaba (SP)Fonte: <http://www.metalica.com.br/pg_dinamica/bin/pg_dinamica.php?id_pag=326>

http://www.metalica.com.br/pg_dinamica/bin/pg_dinamica.php?id_pag=326









Shopping center New York na Barra da Tijuca - Rio de Janeiro (RJ).Fonte: http://www.metalica.com.br/pg_dinamica/bin/pg_dinamica.php?id_pag=326


Cobertura da Igreja Batista do Ceará.Fonte: http://www.metalica.com.br/pg_dinamica/bin/pg_dinamica.php?id_pag=1219

Capela em São Luiz (Ma). Fonte: http://www.metalica.com.br/pg_dinamica/bin/pg_dinamica.php?id_pag=326


















Tensoestrutura para proteção de salas de aulas subterrâneas – PUC (RJ).Fonte: http://www.arcoweb.com.br/tecnologia/tecnologia24b.asp

Tensoestrutura UnB-DF (26/09/2003).Cortesia: Prof. Dênio Raman.

http://www.arcoweb.com.br/tecnologia/tecnologia24b.asp







2.2 Classificação

2.2.1 Tensoestruturas de cabos Formadas por malhas de cabos ou fios de aço ou

material novo e resistente, cobertas com telhas poliméricas translúcidas ou membrana. (OLIVEIRA, 2004).

2.2.1 Tensoestruturas de cabos

Pavilhão do Rio Grande do Sul - Exposição do IV Centenário de São Paulo no Parque do Ibirapuera(1954). Fonte: Vitruvius. Disponível em: <http://www.vitruvius.com.br/arquitextos/arq000/esp188.asp>

Exemplos de Tensoestruturas de cabos

http://www.vitruvius.com.br/arquitextos/arq000/esp188.asp




2.2.1 Tensoestruturas de cabos

Pavilhão de São Cristóvão (1960). Fonte: Revista PROJETODESIGN. Edição 270 (2002).Disponível em: <http://www.arcoweb.com.br/debate/debate35.asp>

http://www.arcoweb.com.br/debate/debate35.asp






2.2.2 Tensoestruturas de tecido

As estruturas pneumáticas são as únicas onde é possível que todos os elementos trabalham submetidos à tração. (PAULETTI, 2003).

De acordo com (PAULETTI, 2003), as estruturas pneumáticas se subdividem em estruturas:

Insufladas; Aspiradas; Infladas.


Insulfladas: a membrana é suportada por uma pressão interna levemente maior que a atmosférica

Esquema de estrutura pneumática do tipo Insuflada. Fonte: Adaptado de PAULETTI (2003).


Estrutura Aspirada: a pressão no lado externo da membrana é maior do que no interno.

Esquema de estrutura pneumática do tipo Aspirada. Fonte: Adaptado de PAULETTI (2003).


Estruturas Infladas: balões pressurizados funcionam como elementos estruturais (vigas, colunas e arcos).

Esquema de estrutura pneumática do tipo Inflada. Fonte: Adaptado de PAULETTI (2003).

2.3 Características dos tecidos

Membranas: Fios + camada de revestimento (mais comum). Tecidos sem revestimento; Membranas poliméricas sem a presença de

fibras.

Fios: Os fios podem ser tramados ou sobrepostos.


Malha estrutural com fios tramados e sobrepostos. Fonte: OLIVEIRA (2003).


CLORETO POLIVINÍLICO (PVC): Leve e maleável; Resistente aos raios UV; Permite a aplicação de diversas cores; Normalmente utilizado nos tecidos de poliéster

e nylon.


POLITETRAFLUORETILENO (PTFE) : Grande estabilidade quando aplicado a fibras de

vidro; Quimicamente inerte; Resistente à umidade, a micro-organismos e ao

fogo Alta resistência à tração e alto módulo de

elasticidade; Baixa deterioração relacionada ao

envelhecimento.

ADITIVOS: Verniz ou laca; O verniz melhora características autolimpantes; O Tedlar (fluoreto de polivinil-PVF), pode ser

aplicado tanto no poliéster revestido de PVC quanto na fibra de vidro revestida de PTFE;

Membranas de poliéster também possuem aditivos de acrílico ou de decafluoreto de polivinil (PVDF), laca ou de uretano.

SILICONE: Usado para revestir fibras de vidro; Resistente aos raios UV, alta resistência ao fogo

e à tração; Aproveitamento da luz natural.

2.3.1 Resistência ao rasgamento

Capacidade de resistir a propagação de um rasgamento, após iniciado.

Ensaio para teste de resistência ao rasgamento. (a) Teste com rasgamento em tira, (b) Teste com rasgamento trapezoidal, (c) Teste mono-axial com rasgamento central. Fonte: SHAEFFER (1996)

2.3.2 Resistência ao dobramento

O manuseio da membrana desde a sua fabricação até seu destino final podem danificar o tecido, principalmente os de fibra de vidro.

Ensaio de resistência ao dobramento. Fonte: SHAEFFER (1996)

2.3.3 Variação dimensional

Modifica a distribuição das tensões podendo provocar enrugamentos na superfície;

Pode ser resultante do processo de fabricação, pela variação de temperatura, assim como pela presença de água;

Para minimizar o efeito pode-se deformá-lo antes da montagem, ou tracionar a trama durante o processo de tecelagem.

2.3.4 Relaxação

Os tecidos apresentam uma relaxação acentuada; A relaxação altera a distribuição das tensões no

tecido, podendo provocar um destencionamento e enrugamento do tecido.

2.3.5 Resistência ao fogo

Para serem considerados incombustíveis, os materiais, devem passar nos testes de resistência ao fogo: ASTM E84 e ASTM E136;

As membranas de PVC/Poliéster são auto-extinguíveis;

As membranas de PTFE não propagam fogo.

2.3.6 Resistência a Tração O tecido estrutural se comporta de maneira ortotrópica. Testes de tração, demonstraram que tecido sem

revestimento oferecem uma melhor resistência a propagação da ruptura.

Máquina de ensaio desenvolvida por ALVIM (2003)

2.3.6 Resistência a Tração

Amostras de ruptura em Teste Bi-axial de tecidos revestidos e não revestidos . BIGAUD et all (2003)

2.3.7 Durabilidade

Fatores que podem comprometer a durabilidade dos tecidos: Intempéries (agentes físicos), fungos (agentes

biológicos) e agentes químicos, como a poluição atmosférica;

Elevadas tensões localizadas, não observadas durante a análise da estrutura;

Tendência à concentração de tensões e abrasão do tecido nos locais onde são feitas costuras no mesmo, ligações com cabos e estruturas de apoio;

Atos de vandalismo, visto que os tecidos são pouco resistentes a objetos cortantes e/ou perfurantes.

2.3.7 Durabilidade

Student Center, La Verne (CA) – 1973. Fonte: <http://www.bigwalls.net/johnm/membrane/memb.ppt

O Student Center, La Verne (CA) construído em 1973, teve as tensões do tecido testadas 20 anos depois e apresentou, da resistência inicial, 70% no sentido da trama e 80% no sentido da urdidura.

http://www.bigwalls.net/johnm/membrane/memb.ppt










2.3.7 Durabilidade

Comparativo de membranas para construções permanentes

TIPO DE TECIDO Tecido de poliéster* Tecido de fibra de vidro

Proteção PVC PVC PTFE** PTFE**

Proteção na superfície PVF 100% PVDF - -

Expectativa de vida > 10 anos > 20 anos > 30 anos > 30 anos

Auto-limpeza Bom Bom Muito bom Muito bom

Transparência Bom Bom Bom Bom

Resistência ao fogo Bom Bom Muito bom Muito bom

Facilidade de manuseio regular Bom regular regular

Custo médio (R$) - tecido/m2 32,00 45,00 250,00 250,00

Resistência à tração em Newton/5 cm para membranascom peso de 1300 g/m2 (urdume/trama)

5750/5100 8000/7000 6600/6000 6600/6000

Tabela comparativa de membranas com peso de 1.300g/m².Fonte: ARCOWEB. Disponível em: <http://www.arcoweb.com.br/tecnologia/tecnologia24c.asp>

http://www.arcoweb.com.br/tecnologia/tecnologia24c.asp






2.3.7.1 Resistência aos ataques de fungos.

Membranas revestidas com PTFE vêm protegidas com antifungicida.

As superfícies pintadas, sustentam uma flora microbial bastante diversa, sendo formada por bactérias, algas animais (protozoários) e fungos.

A colonização microbial, na pintura dos edifícios, causa problemas estéticos e pode conduzir à degradação e descascamento do revestimento.

Os fungos são considerados um dos principais deteriorantes das superfícies pintadas.

Um revestimento contendo fungicida pode retardar a descoloração de uma parede pintada por 6 anos e reduzir a biomassa de bactérias, algas e de fungos.

2.3.8 Conforto Térmico e absorção da Radiação Solar

O material utilizado nas tensoestruturas, permite a passagem da luminosidade, sem permitir que o sol aqueça os ambientes.

O conforto térmico dentro das tensoestruturas dependerá dos seguintes aspectos:

Condução do calor através da membrana; Radiação através da superfície transparente das

membranas; Convecção feita pelo movimento do ar,

produzindo trocas de calor junto as superfícies interna e externa.

2.3.8 Conforto Térmico e absorção da Radiação Solar

Exemplo de uma ventilação adequada.Fonte: <http://www.tensinet.com/documents/environmental/326,4,Slide 4 TR2001>

http://www.tensinet.com/documents/environmental/326,4,Slide








2.3.9 Aspectos Acústicos

De acordo com o fabricante a utilização da membrana fabrasorb, nas tensoestruturas, reduz significantemente o nível de ruído no interior das mesmas.

Esta tipo de membrana é ideal para complexos esportivos e instalações industriais.

No Circo Voador, foram utilizados alguns recursos para garantir o isolamento acústico da membrana:

Sob a membrana de PVC, que cobre a Nave Principal, foram colocadas 2 camadas de lona com lã mineral tubular e plana.

2.3.9 Aspectos Acústicos

Para evitar a propagação do som através da abertura para ventilação acima do palco, foi criado um sistema composto por várias placas dispostas lado a lado.

Circo Voador – Rio de Janeiro, re-inaugurado em 2004.Fonte: http://www.metalica.com.br/pg_dinamica/bin/pg_dinamica.php?id_pag=1312

















2.4.1 Fases do projeto

Fases do projeto de uma tensoestrutura. (PAULETTI, 1999).

2.4.1.1 Busca da forma

As características arquitetônicas determinam somente as linhas gerais da forma, porém, a eficiência estrutural é que definirá a forma final da estrutura.

Alguns métodos utilizados são:– Método da superfície mínima– Modelos Físicos– Método da densidade das forças– Método da densidade das tensões– Método do Elementos Finitos

2.4.1.2 Determinação dos padrões de corte.

A superfície encontrada, após definida a estrutura, é transformada em peças planas, para fabricação;

Descuidos com as aproximações na planificação pode resultar:

Alteração da configuração original pretendida; Aparecimento de rasgos ou zonas de

enrugamento, que condenariam a estrutura, tanto do ponto de vista mecânico quanto de uso.

2.4.1.3 Resposta aos carregamentos.

Suscetibilidade a grandes variações geométricas devido a falta de rigidez à flexão;

Sofrem grandes deflexões ao se adaptarem aos carregamentos;

Nas análises de carregamento deve-se considerar a segurança mecânica a curto e longo prazo, a limitação das vibrações e a perda de protensão, que pode levar ao enrugamento da membrana.

3 Adequação das Tensoestruturas às condições Regionais locais

Estudo de caso: Belém, a capital do Estado do Pará, pertence a

Amazônia legal.

Mapa do Estado do Pará e a Localização da Capital: Belém. Fonte: Tribunal de Justiça do Estado

3.1. Aspectos Climáticos

Mapa da Precipitação Anual. Fonte: Inmet-Inst. Nacional de meteorologia. Disponível em: http://www.inmet.gov.br

Estudo de caso: Clima quente e úmido; Precipitação média anual em torno de 2700 mm; A temperatura média é de 25°C em fevereiro e

30ºC em novembro;

http://www.inmet.gov.br/








Para que a tensoestrutura ofereça condições favoráveis ao conforto térmico deve-se observar a posição de suas maiores aberturas com relação a posição do sol e da ventilação predominante, isso resultará em:

Proteção do interior de insolação e das chuvas; Boa ventilação interna; Dissipação da umidade, evitando o surgimento

de condições favoráveis ao aparecimento de fungos.


Belém possui uma umidade relativa do ar muito alta, dependendo da época do ano, atinge em média, valores superiores a 80%.

A alta umidade e altas temperaturas do ar dificultam a obtenção de condições de conforto térmico na região.

Esta umidade favorece o aparecimento de fungos nas construções.

3.2. Aspectos Econômicos

Quanto maior a área a ser coberta, mais barata torna-se a estrutura, ao contrário das estruturas tradicionais (de concreto, aço e madeira);

O transporte contribui para encarecimento das tensoestruturas;

Mão-de-obra qualificada.

3.3. Aspectos Sociais

As tensoestruturas vem sendo utilizadas como cobertura para eventos culturais, sociais, esportivos, além de feiras e pavilhões de exposição.

3.3. Aspectos Sociais

Tensoestruturas de caráter permanente: shoppings, igrejas, aeroportos, etc.

3.4. Avaliação dos grupos de interesse nastensoestruturas construídas em Belém

Avaliações através da aplicação de questionários a cada um dos grupos de interesse: projetistas, construtores, proprietário e os usuários.

3.4.1. Avaliação dos projetistas

Dificuldades encontradas para projetar uma tensoestrutura na região;

Parceria entre arquiteto e engenheiro, onde o arquiteto elabora a forma desejada e o engenheiro, após os cálculos necessários, define a forma executável.

Importância dada pelo projetista à forma das estruturas projetadas e aos aspectos climáticos da Região.

3.4.2. Avaliação dos construtores

Dificuldades encontradas pelos construtores para executar uma tensoestrutura na região;

Dificuldade com transporte; Custo; Manuseio da membrana; Confecção dos componentes básicos; Dificuldade para encontrar e/ou qualificar mão-de-

obra.

3.4.3. Avaliação dos proprietários

Quais aspectos influenciaram para a escolha deste tipo de estrutura;

Providências para conservação e manutenção da estrutura;

Grau de satisfação com a solução elaborada pelo arquiteto;

Avaliar se o custo foi um aspecto decisivo para a escolha deste tipo de cobertura.

3.4.4. Satisfação dos usuários

Através da vivência do dia-a-dia dos usuários, os problemas diagnosticados neste estudo, serão consolidados;

Grau de satisfação dos usuários.

4 Atividades Desenvolvidas

Análises preliminares das condições de uso das tensoestruturas na cidade de Belém.

4.1. Tensoestruturas do Mercado Ver-O-Peso

Mercado do Ver-O-Peso antes da Reforma (2000). Fonte: Cidades do Brasil (2000).


Tensoestruturas do Mercado Ver-o-Peso alguns meses após a inauguração (em 01/01/2003).

Tensoestruturas do Mercado Ver-o-Peso com interferências feitas pelos usuários (em 01/05/2005).


Tensoestruturas do Mercado Ver-o-Peso, alguns meses após a inalguração. (em 01/01/2003)

Tensoestruturas do Mercado Ver-o-Peso e os toldos acrescentados pelos usuários. (em 01/05/ 2005)

4.2. Tensoestrutura do Memorial dos Povos

Tensoestrutura do Memorial dos Povos na época da sua construção (em 15/06/2004) – Belém-

Pa. Fonte: http://www.tecnostaff.com.br

Tensoestrutura do Memorial dos Povos (em 17/04/2005) – Belém-Pa

4.2. Tensoestrutura do Memorial dos Povos

Detalhe da Tensoestrutura do Memorial dos Povos, contaminada por fungos

(em 13/02/2005) - Belém-Pa

Detalhe da Tensoestrutura do Memorial dos Povos, (em 28/05/2005) – Belém-Pa

4.3 Exemplos de Tensoestruturas na Região Norte e Nordeste

Outras tensoestruturas mais simples em Belém: Os toldos utilizados para sombreamento no

Memorial dos Povos; A cobertura utilizada na Feira do Açai; Tendas para abrigar os ambulantes da Via dos

Mercadores; Tendas (também para ambulantes) na Praça das

Mercês; Em um setor da praça, os próprios ambulantes

começam a improvisar as coberturas com lonas; As tendas da Via dos Mercadores também

sofreram várias interferências pelos usuários.


Toldos para sombreamento no Memorial dos Povos Belém-Pa (2005)

Tensoestrutura da Feira do Açai, no Ver-o-Peso Belém-Pa (2005)


Tendas simples para abrigar ambulantes na Via dos Mercadores – Belém-Pa (2005)

Tendas, da Via dos Mercadores, que já sofreram interferência dos usuários – Belém-Pa (2005)


Tendas (inacabadas) para abrigar ambulantes da Praça das Mercês. – Belém-Pa (2005)

Tendas da Praça das Mercês com coberturas improvisadas pelos usuários. – Belém-Pa (2005)


Tensoestrutura de 680m² na Lagoa de Jansen em S. Luiz (MA). Fonte: Pistelli/divulgação. Disponível em: <http://www.arcoweb.com.br/tecnologia/tecnologia24b.asp>

Fonte: <http://www.prd.usp.br/disciplinas/docs/pro2420-2005-Dario_Paulino/constru%C3%A7%C3%B5es%20industriais.pdf>

Conclusões preliminares

As tensoestruturas são … (algo muito positivo, vantagens, etc…)

Em geral, as tensoestruturas em Belém estão suscetíveis a problemas de origem climática

– destaque para o surgimento de fungos, em função da umidade elevevas.,

– e adaptações improvisadas para melhorar a proteção perante o sol e chuvas intensas

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