Uso e Adequação de Tensoestruturas à Região Amazônica

1. Uso e Adequação de Tensoestruturas à Região Amazônica Universidade Federal do Pará Centro Tecnológico Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil

2. 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.

3. 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;

4. 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.

5. 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;

6. 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.

7. 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.

8. 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;

9. 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.

10. 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;

11. 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>

12. 2.1 Histórico das Tensoestruturas Tenda do exército omano. Fonte: JOTA (2004). Tenda negra beduina. Fonte: <http://www.redskyshelters.com/tensilehistory.html>,

13. 2.1 Histórico das Tensoestruturas • 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.

14. 2.1 Histórico das Tensoestruturas • 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 >

15. 2.1 Histórico das Tensoestruturas • 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

16. 2.1 Histórico das Tensoestruturas Aeroporto de Denver. Fonte: http://www.denardis.com/specialimage/denver.html.

17. 2.1 Histórico das Tensoestruturas 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

18. 2.1 Histórico das Tensoestruturas Shopping Center de Piracicaba (SP) Fonte: <http://www.metalica.com.br/pg_dinamica/bin/pg_dinamica.php?id_pag=326>

19. 2.1 Histórico das Tensoestruturas 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

20. 2.1 Histórico das Tensoestruturas 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

21. 2.1 Histórico das Tensoestruturas Tensoestrutura UnB-DF (26/09/2003). Cortesia: Prof. Dênio Raman. Tensoestrutura para proteção de salas de aulas subterrâneas – PUC (RJ). Fonte: http://www.arcoweb.com.br/tecnologia/tecnologia24b.asp

22. 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).

23. 2.2.1 Tensoestruturas de cabos • Exemplos de 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>

24. 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>

25. 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.

26. 2.2.2 Tensoestruturas de tecido • 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).

27. 2.2.2 Tensoestruturas de tecido • 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).

28. 2.2.2 Tensoestruturas de tecido • Estruturas Infladas: balões pressurizados funcionam como elementos estruturais (vigas, colunas e arcos). Esquema de estrutura pneumática do tipo Inflada. Fonte: Adaptado de PAULETTI (2003).

29. 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.

30. 2.3 Características dos tecidos Malha estrutural com fios tramados e sobrepostos. Fonte: OLIVEIRA (2003).

31. 2.3 Características dos tecidos • CLORETO POLIVINÍLICO (PVC): • Leve e maleável; • Resistente aos raios UV; • Permite a aplicação de diversas cores; • Normalmente utilizado nos tecidos de poliéster e nylon.

32. 2.3 Características dos tecidos • 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.

33. 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.

34. SILICONE: • Usado para revestir fibras de vidro; • Resistente aos raios UV, alta resistência ao fogo e à tração; • Aproveitamento da luz natural.

35. 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)

36. 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)

37. 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.

38. 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.

39. 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)

40. 2.3.6 Resistência a Tração Amostras de ruptura em Teste Bi-axial de tecidos revestidos e não revestidos. BIGAUD et all (2003)

41. 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.

42. 2.3.7 Durabilidade • 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. Student Center, La Verne (CA) – 1973. Fonte: <http://www.bigwalls.net/johnm/membrane/memb.ppt

43. 2.3.7 Durabilidade Tabela comparativa de membranas com peso de 1.300g/m². Fonte: ARCOWEB. Disponível em: <http://www.arcoweb.com.br/tecnologia/tecnologia24c.asp>

44. 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.

45. 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.

46. 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>

47. 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.

48. 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

49. 2.4.1 Fases do projeto Fases do projeto de uma tensoestrutura. (PAULETTI, 1999).

50. 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