modelagem dos sistemas estruturais aula 04: modelagem … · revolução industrial mecanização...

Universidade Federal do Rio de Janeiro

Faculdade de Arquitetura e Urbanismo

Departamento de Estruturas

MODELAGEM DOS SISTEMAS ESTRUTURAIS

Aula 04: Modelagem de Membranas

Profa. Dra. Maria Betânia de Oliveira

[email protected]

mboufrj.weebly.com

http://lattes.cnpq.br/4788291761473700

Modelagem dos Sistemas Estruturais

Objetivos

Entendimento dos conteúdos apresentados na aula.

Metodologia Apresentação e discussões sobre o tema da aula.

Aula 4

Modelagem de Membranas (Tensoestruturas)

Maria Betânia de Oliveira 2014.2

Atividade Discente Participar da aula e estudar os assuntos abordados. Elaborar os modelos propostos.


• corpo em que uma das dimensões é muito menor do que as outras duas.

Lâmina

• estrutura constituída por uma ou mais lâminas. Folha

• folha curva submetida a esforços no seu folheto médio

Casca

• casca submetida a esforços apenas nos planos tangentes ao seu folheto médio Membrana

Esforços nas Membranas: TRAÇÃO


Os cabos e membranas, usualmente denominados tensoestruturas, são

utilizados em coberturas de grandes áreas livres.



Classes de estruturas tracionadas

As membranas estruturais são cascas flexíveis que resistem às ações externas devido

à sua forma, às suas características físicas e ao seu pré-tracionamento.

O pré-tracionamento da membrana pode ser alcançado, ou através do seu estiramento

por meio de cabos (estruturas de membrana protendida por cabos), ou através da

atuação da pressão de gases (estruturas pneumáticas).


Estruturas de Membrana

Membranas Protendidas por cabos

Estruturas Pneumáticas

Processo de projeto de tensoestruturas

A modelagem das tensoestruturas é caracterizada pela grande interdependência entre o

estado de tensão e a forma das mesmas, pela composição da superfície desejada

através da emenda de pedaços de membrana e pelo fato do cabo ou membrana resistir

apenas a esforços de tração.




Cubo

Ten

so


Tenda Negra Tradicional

século XIX povos nômades coberturas facilmente montáveis,

desmontáveis e transportáveis

tecido de pêlo negro de bode

combinação de mastros e cordas ancoradas no chão

cor escura proporcionava sombra

trama aberta permitia o escape do ar quente e ajudava na proteção contra

os intempéries



Chapiteau

Revolução Industrial

mecanização da produção de tecidos têxteis de algodão, de lã e de linho

a partir de 1800 os circos tornaram-se a principal forma de entretenimento

surgindo “a grande tenda de circo”

a tecnologia de construção foi passada a sucessivas gerações.



Pavilhão da Alemanha na Exposição de Montreal, 1967

Frei Otto



Complexo Olímpico de Munique, Alemanha, 1971

Frei Otto



This model represents Architect Frei Otto's Munich Olympic stadium from the 1972 Olympics. I constructed this model by using tensioned fishing line and nylon fabric. George Klett ,2014.


Membrana

Cabo extremo embutido em

bainha situada contorno da

membrana

Cabo de ancoragem

As forças de membrana são

transferidas para a estrutura

rígida ou para a fundação

Articulação

Detalhe típico dos cabos embutidos em bainhas situadas no contorno da

membrana



Com Superfícies

Modificadas

Com Superfícies

Geradas entre

Anéis

Com Superfícies

na Forma de

Parabolóides

Hiperbólicos

Estruturas de Membrana

Protendida por Cabos



Forma básica de estrutura de

membrana

Obtenção de uma Superfície na forma de

Parabolóide Hiperbólico



Pavilhão de Música de Kassel, Alemanha, 1955

Frei Otto



Forma Básica de Estrutura de Membrana:

Superfície Gerada entre Anéis

Hajj Terminal, Soudi Arabia



Hajj Terminal, Jeddah, Soudi Arabia, 1980

Horst Berger, David Geiger and Skidmore Owens & Merrill’s (SOM)


Formas modificadas por:

(a) estrutura pontual, (b) estrutura linear em arco e (c) estrutura tridimensional

(a)

(c) (b)



Aeroporto Internacional de Denver, Colorado, 1993 Projeto Arquitetônico de Fentress Bradburn Architects

Concepção Estrutural de Horst Berger Associates e Severud Associates


Chene Park Amphitheater, Detroit, 1990

Projeto Arquitetônico: Schervish, Vogel, Mertz

Arquitetura Têxtil: Kent Hubbell Architects

Construção: Birdair



The M&G Research Laboratory in Venafro, Italy, 1991

Samyn and Partners architect and engineer


Pátio de Mesquita em Madinah (MARROQUIN, 2012)



The Tuwaiq Palace, Saudi Arabia Frei Otto with with Buro Happold



Hall de hotel em Taipei, Tawan



Igreja Batista Central, Fortaleza



Pavilhões da Mariana da Glória, Rio de Janeiro



Cobertura na PUC-Rio, Gávea, Rio de Janeiro



Cobertura do Estádio do Maracanã, Rio de Janeiro (Foto de divulgação do governo do Estado do Rio de Janeiro).



Cobertura na Entrada do Maracanãzinho, Rio de Janeiro

CRESPO & OLIVEIRA(2013)


(Air inflated) (Air supported)

Estruturas pneumáticas empregadas em coberturas

As estruturas pneumáticas possuem um ou mais compartimentos pressurizados, os

quais podem fazer parte ou não do espaço útil da construção.



Ventilador Axial

Ventilador Radial

Ventilador Tangencial

Equipamentos Empregados na Estabilização de Estruturas Pneumáticas

corrente de ar circula na direção do eixo do equipamento,

possibilitando o arranjo de sistemas em série

corrente de ar é tomada na direção do eixo do

equipamento, porém, é soprada na direção de

um ângulo reto da entrada

o eixo com hastes atua como um impulsor que gira dentro

de um cilindro. O ar entra e sai tangencialmente à área deste

cilindro. É empregado em pequenas estruturas, onde há

exigência de barulho reduzido. São convenientes na

produção de pressões negativas


Tubo Sanfonado

Tubo de Membrana com Conexão

Reforçada

Tubo Rígido

Conexão entre o Sistema de Pressurização e a Estrutura Pneumática



Membranas

Suportadas pelo Ar

Estruturas Pneumáticas

Membranas

Infláveis

De Superfície Tubulares Elevadas Erguidas a partir

do Nível do Piso

a ser Coberto



Pavilhão da Fuji na Exposição de Osaka, Japão, 1970



Architect: Yutaka Murata

Engineer: Mamoru Kawaguchi

Pavilhão da Fuji na Exposição de Osaka, Japão, 1970



Cobertura da Arena Romana de Nîmes, França



Membrana Superior Membrana Inferior

Pressão Interna

Cobertura da Arena Romana de Nîmes, França



Membranas

Suportadas pelo Ar

Elevadas Erguidas a partir

do Nível do Piso

a ser Coberto

Tipos de Estruturas de Membrana Suportada pelo Ar



Sistema típico de acesso à cobertura pneumática do tipo air supported ("eclusa de ar")

e do elemento de transição entre este e o interior da estrutura (ASCE 17-96)



Porta Giratória para Saída e Entrada de Pessoas

Eclusa de Ar para circulação de veículos com

portas nas duas extremidades, as quais devem

ser abertas e fechadas, alternativamente

Esquema do funcionamento do sistema de acesso à cobertura pneumática

do tipo air supported



Esquema típico de membrana suportada pelo ar elevada (ASCE 17-96)



Host Berger, David Geiger, Walter Bird


Pavilhão dos Estados Unidos na exposição de Osaka, Japão, 1970.


http://www.columbia.edu/cu/gsapp/BT/DOMES/OSAKA/int-10.jpg




http://www.columbia.edu/cu/gsapp/BT/DOMES/OSAKA/0489-21.jpg



http://www.columbia.edu/cu/gsapp/BT/DOMES/OSAKA/o-infin.html



Estádio de Vancouver, Canadá, 1983

Stantec Architecture



Minnesota Metrodome, 1982

Architects: Skidmore, Owings & Merrill / Setter, Leach & Lindstrom, Inc.

Structural engineer: Geiger Berger Associates



Esquema típico de membrana suportada pelo ar erguida a partir do nível

do piso a ser coberto (ASCE 17-96).



Detalhe típico da ancoragem da membrana no contorno da estrutura de

membrana suportada pelo ar erguida a partir do nível do piso ser coberto

(ASCE 17-96)



Ilustração da Patente de Lanchester, 1917



Primeira cobertura pneumática, 1946

Radome , cobertura de radar em clima ártico

Walter Bird



Le Radôme, França, 1962 Centre National d'Etudes Telephoniques - Museum

Walter Bird



Armazéns industriais no Brasil



ESTRUTURAS DE MEMBRANA CONTEMPORÂNEAS



Cobertura Suspensa de Colônia Alemanha, 1957 Frei Otto

PAES, M.F.; CRESPO, B.H.A. Arquitetura, estruturas e arte de Frei Otto. In: XXXIV

Jornada Giulio Massarine de Iniciação Científica, Tecnológica, Artística e Cultural,UFRJ,

2012. /Orientadora: Maria Betânia de Oliveira/

CRESPO, B.H.A. Tensoestruturas: comportamento estrutural e

possibilidades projetuais. In: XXXV Jornada Giulio Massarine de Iniciação Científica,

Tecnológica, Artística e Cultural,UFRJ, 2013. /Orientadora: Maria Betânia de Oliveira/

Concepção de cobertura modular no Largo do

Machado, Rio de Janeiro

Beatriz Hüther Albernaz Crespo Bolsista PIBIC/UFRJ

A cobertura tem o objetivo de proporcionar ambientes de sombra e proteção contra a

chuva numa praça de convívio e lazer para todas as idades em todos os momentos do dia.

CRESPO, B.H.A. Tensoestruturas: comportamento estrutural e

possibilidades projetuais. In: XXXV Jornada Giulio Massarine de Iniciação Científica,

Tecnológica, Artística e Cultural,UFRJ, 2013. /Orientadora: Maria Betânia de Oliveira/

Concepção da cobertura de uma escola de mergulho onde as aulas

teóricas e as aulas práticas são num ambiente sobre o mar com

acesso na praia de Ipanema.


Exercícios de Modelagem da Aula 4


Explicar o comportamento estrutural através da análise de modelos físicos

dos seguintes casos.

1. Tensoestrutura projetada por Frei Otto

2. Modelo de membrana esticada e ancorada em um cubo (“tenso cubo”)

3. Estrutura inflada do Pavilhão da Fuji na Exposição de Osaka

4. Membrana suportada pelo ar do Pavilhão dos Estados Unidos na

Exposição de Osaka

Bibliografia da Aula 4

REBELLO, Y.C.P. A Concepção Estrutural e a Arquitetura. Zigurate Editora, 2001.

RODRIGUES, P.F.N. Modelagem dos Sistemas Estruturais: notas de aula. DE/FAU/UFRJ,

2008.

SÁLES, J.J. et al . Sistemas Estruturais: teoria e exemplos. São Carlos: SET/EESC/USP,

2005. ISBN: 85-85205-54-7.

SALVADORI, M. Por que os edifícios ficam de pé. Ed. Martins Fontes, 2006. ISBN: 97-

88533622-97-5.



OLIVEIRA, M.B.; BARBATO, R.L.A. Membrane Structures Design Process. In: OÑATE, E.

and KRÖPLIN, B., Eds. Textile Composites and Inflatable Structures. International Center

for Numerical Methods in Engineering, Spain, 2003. p.288-293.

OLIVEIRA, M. B.; BARBATO, R. L. A. Estudo das estruturas de membrana: uma

abordagem integrada do sistema construtivo, do processo de projetar e dos métodos de

análise. Cadernos de Engenharia de Estruturas, São Carlos, v. 7, n. 22, p. 107-122, 2005.

OLIVEIRA, M. B.; BARBATO, R.L.A. A Tecnologia das estruturas de membrana. Téchne,

n.68, nov, 2002. / Periódico Indexado no Ulrich`s Periódicals Directory/

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