Por uma membrana

A proximidade da Copa do Mundo de 2014 e dos Jogos Olímpicos de 2016 vem movimentando o mercado das coberturas com membranas, soluções que podem ser adotadas em estádios, aeroportos, centros de convenções, obras industriais, espaços culturais e com grandes vãos livres. Tipo mais comum dessa tecnologia, as coberturas tensionadas com membrana mostram que podem ser uma boa solução para obras rápidas, limpas e com um grande valor estético.

"O uso moderno das tensoestruturas é bem recente, foi o último tipo de sistema que aprendemos a calcular. Até cerca de três décadas atrás, havia alguns cálculos analíticos, mas eram para formas muito limitadas, como conóide hiperbólico, por exemplo. Não se sabia calcular outras formas. Mas, paradoxalmente, as tensoestruturas são um dos sistemas mais antigos", conta Ruy Marcelo de Oliveira Pauletti, professor do Departamento de Engenharia de Estruturas e Fundações da Poli-USP (Escola Politécnica da Universidade de São Paulo), em referência à utilização desse tipo de estrutura há mais de 2 mil anos por povos nômades do Saara, Arábia e Irã, que montavam abrigos desmontáveis com peles de animais, e, posteriormente, pelos romanos, que cobriam teatros e anfiteatros com tecidos feitos de velaria.

As estruturas tensionadas são basicamente compostas por três elementos: membranas, estruturas metá­licas (em forma de mastros e masteletes) e cabos de borda. Todos têm a ca­ra­cte­rística de serem portantes, par­ticipando ativamente da com­posição estrutural. "Este tipo de sistema estrutural compreende sistemas de cabos e membranas, mate­riais flexíveis que devem assumir formas específicas para equilibrar as forças sem flexão. É isso que dá essas características sempre curvas às coberturas, porque para se ter um carregamento transversal, seja de peso ou de vento, a membrana tem que assumir uma curvatura", explica Pauletti.

As formas mais utilizadas para a execução de membranas são as conóides, a superfície em sela, formada por dois arcos deslocados em paralelo e as parabolóides hiperbólicas, semelhantes a uma vela de quatro pontos. Em todos os casos, para que a estrutura atinja seu equilíbrio é necessária a geração de formas com superfícies anticlásticas, ou seja, superfícies que permitam a configuração de duas curvaturas contrárias. A única maneira de se obter superfícies com curvaturas na mesma direção, ou seja, sinclásticas, é por meio das estruturas pneumáticas, estruturas em que membranas são sustentadas pela pressão do ar. Nesse caso, a pressão funciona como um carregamento transversal que permite a geração de formas convexas como balões ou esferas.

Vencer grandes vãos com poucos apoios é, sem dúvida, uma das vantagens mais difundidas das tensoestruturas. "Em geral, usam-se as membranas para cobertura de grandes espaços. Para pequenos espaços, ela vai ser até mais cara do que uma solução convencional. Para médios espaços, ela passa a ser competitiva, mas vai ser mais uma opção estética ou do próprio arquiteto, do que uma opção financeira. Agora para grandes espaços as mantas são as soluções mais econômicas, porque consomem menos material, têm quase zero desperdício e são mais fáceis de executar", acredita o professor da Poli-USP.

Apesar de a maioria dos profissionais estarem cientes da leveza e da rapidez que as tensoestruturas oferecem, poucos dominam com profundidade seu processo de projeto e análise estrutural. A dificuldade começa pela escolha das características dos materiais que podem ser usados e vai até a metodologia de projeto, que não possui a mesma linearidade e exige um tratamento muito mais criterioso do que com os sistemas convencionais.

Boa opção também para construções temporárias, estrutura tensionada foi utilizada para o palco do Rock in Rio, em 2000, que tinha 88 m de diâmetro e 46 m de altura e utilizou 200 t de aço e 11 km de membrana

As membranas usadas nas estruturas tensionadas são conhecidas como tecidos técnicos e incorporam propriedades especiais. No Brasil, as mantas mais utilizadas são as de tecido composto por fios de poliéster revestido com PVC. Já em países da Europa e nos Estados Unidos, as membranas feitas com tecido de fibra de vidro revestido com PTFE (politetrafluoretileno) são as mais empregadas nos últimos anos. Existem ainda produtos de ETFE (etileno tetrafluoretileno), que têm grande transparência, e até novas membranas com revestimento fotocatalítico de TiO₂ (dióxido de titânio).

Além disso, as membranas podem receber tratamentos de resinas poliméricas que elevam sua resistência mecânica aos raios ultravioleta, às intempéries, ao fogo e ao ataque de micro-organismos. Esses tratamentos, feitos com teflon ou silicone, nos tecidos de fibra de vidro, ou com PVDF (fluoreto de polivinilideno) e Tedlar (polivinilfluorido), nos de PVC, também conferem diferentes níveis de luminosidade, ajudam no isolamento térmico e acústico, agregando cores e melhorando o acabamento.

O conforto térmico e acústico das construções pode ser alcançado também por meio de soluções de projeto, já que a própria concepção das tensoestruturas sugere formas abertas. Execução de lanternins do tipo chapéu, ventilação cruzada e redução das reflexões internas melhoram o desempenho desses espaços. Uma solução comum é criar o efeito chaminé, que, em razão da diferença de pressão do ar, provoca renovação contínua, favorecendo o conforto térmico. Mas, além de protegerem do sol e da chuva, as membranas, dotadas de transparência, permitem a passagem da luz natural, de maneira difusa, promovendo um ambiente agradável com economia de energia. As membranas de poliéster/PVC conseguem coeficientes de transmissão de luz que variam de 3% a 20%.

Vale lembrar que o próprio formato da cobertura pode favorecer a acústica e o desempenho térmico do local. "Por exemplo, em termos de acústica, se a cobertura for usada para um palco, ela pode ter uma concavidade para o som ir e voltar", lembra Rita Bose, engenheira civil e sócia da Tecno Staff Engenharia e Estruturas. "Mas, em casos especiais, há soluções técnicas também. Uma delas é a colocação de uma membrana perfurada para acústica. Quanto ao conforto térmico, pode-se fazer o jateamento de poliuretano na membrana ou até mesmo colar uma membrana de poliuretano na cobertura", completa.

Hoje, com a evolução da tecnologia, a vida útil das mantas sintéticas pode ultrapassar os 30 anos. "No caso do PVC, nós não sabemos exatamente qual é a durabilidade, porque é uma tecnologia relativamente nova. Mas os fornecedores do PVC dão uma garantia de fabricação de dez anos e existem obras ultrapassando os 20 anos de uso. No caso do PTFE a durabilidade é maior, chegando aos 30 anos", explica Bose.

Segundo a engenheira, para escolher qual tipo de membrana será utilizada é preciso analisar o objetivo do projeto. "O PFTE é uma estrutura que tem muitas vantagens em relação ao PVC, porque tem mais durabilidade, é mais fácil de limpar e é uma membrana incombustível, diferente do PVC que só não propaga a chama. Porém, o preço do PTFE é quase cinco vezes o do PVC. Então, depende do projeto se uma vale mais a pena do que a outra", compara.

Existem diferenças significativas no projeto das estruturas de sustentação e na avaliação de seu comportamento estrutural em comparação com as formas convencionais de construção. A elaboração do projeto estrutural dessas coberturas deve ser criteriosa, andar de mãos dadas com a proposta arquitetônica e demandar grande conhecimento dos princípios e dos parâmetros que condicionam o sistema. "A primeira mudança é que as estruturas convencionais normalmente trabalham com esforços de compressão, em geral, como no caso das vigas e lajes. Então, por exemplo, as cargas da fundação são dimensionadas basicamente para suportar compressão. Mas uma cobertura tensionada trabalha de uma maneira bastante diferente, necessitando de curvas e tensão para funcionar. A estrutura deve ser retesada, o que resulta em cargas de arranque na fundação. Cargas estas que podem ser altas", explica Carlos A. Bauer, arquiteto com mais de 15 anos de experiência em tensoestruturas.