Universidade Federal do Pará
Centro Tecnológico
Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil
Uso e Adequação de Tensoestruturas à Região Amazônica
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, pretendese 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>
2.1 Histórico das Tensoestruturas
Tenda negra beduina.
Tenda do exército omano.
Fonte: <http://www.redskyshelters.com/tensilehistory.html>,
Fonte: JOTA (2004).
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.
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 >
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
2.1 Histórico das Tensoestruturas
Aeroporto de Denver. Fonte: http://www.denardis.com/specialimage/denver.html.
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
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>
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
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
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
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

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>
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>
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.
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).
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).
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).
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.
2.3 Características dos tecidos
Malha estrutural com fios tramados e sobrepostos. Fonte: OLIVEIRA (2003).
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.
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.

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 autoextinguíveis;
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
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
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>
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 membranas
com peso de 1300 g/m2 (urdume/trama)
5750/5100
8000/7000
6600/6000
6600/6000
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>
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

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;
Mapa da Precipitação Anual.
Fonte: Inmet-Inst. Nacional de meteorologia. Disponível em: http://www.inmet.gov.br
3.1. Aspectos Climáticos

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.
3.1. Aspectos Climáticos



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 nas
tensoestruturas 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-deobra.
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).
4 Atividades Desenvolvidas
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).
4 Atividades Desenvolvidas
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.
4.3 Exemplos de Tensoestruturas na Região
Norte e Nordeste
Toldos para sombreamento no Memorial dos Povos
Belém-Pa (2005)
Tensoestrutura da Feira do Açai, no Ver-o-Peso
Belém-Pa (2005)
4.3 Exemplos de Tensoestruturas na Região
Norte e Nordeste
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)
4.3 Exemplos de Tensoestruturas na Região
Norte e Nordeste
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)
4.3 Exemplos de Tensoestruturas na Região
Norte e Nordeste
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