Cap. 5 - LMC

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Cap. 5 - LMC

História, Análise e Projeto das Estruturas Retesadas
Ruy Marcelo de Oliveira Pauletti
5 CONSIDERAÇÕES FINAIS
E
PRÓXIMOS PASSOS
Este trabalho é resultado de meia década de empenho no estabelecimento, junto ao
Departamento de Engenharia de Estruturas e Fundações da Escola Politécnica, de uma linha de
pesquisas sobre as estruturas retesadas, visando contribuir para o progresso do estado da arte
deste tipo de sistema estrutural, investigando tanto seus princípios mecânicos como os
problemas tecnológicos e as metodologias de projeto associadas, a sua evolução histórica e a
tipificação de suas manifestações.
Por estruturas retesadas entendem-se aquelas estruturas que dependem, para funcionarem a
contento, de seus elementos estarem retesados, e não frouxos. Nesta classificação incidem
tanto as cordas dos arcos ou dos instrumentos musicais, como as redes e as treliças de cabos,
as membranas, as pontes suspensas, as estruturas pneumáticas ou estaiadas e os sistemas
tensegrity.
Conforme se ressaltou na introdução deste trabalho, as estruturas retesadas revestem-se de
grande interesse prático, contribuindo com boa parte das manifestações das chamadas
“estruturas especiais”. Constituem, paradoxalmente, um dos mais antigos e um dos mais
modernos sistemas estruturais, a cada dia surgindo novos nichos de aplicação, desde estruturas
de pequena escala, ou objetos de uso cotidiano,
até estruturas monumentais, ou de alta
sofisticação tecnológica.
As estruturas retesadas oferecem um campo instigante para o pesquisador pois, se por um lado
seus elementos estruturais básicos (os cabos e as membranas) provavelmente sejam os
elementos mais simples de serem formulados, por outro lado –mais uma vez, paradoxalmente– o
comportamento estrutural destes elementos trabalhando em conjunto, por ser essencialmente
não-linear, é quase sempre sinônimo de complexidade.
Este trabalho apresenta um panorama da evolução histórica e do problema de projeto e análise
das estruturas retesadas. Ressaltam-se os conceitos básicos ligados ao seu comportamento,
com especial atenção para o papel desempenhado pela rigidez geométrica, e para as
particularidades de seu processo de projeto e análise (funções necessariamente integradas,
como decorrência do fato de que, em geral, a geometria deste tipo de estrutura é uma incógnita,
antes que um dado do problema).
217
Dada a amplitude do tema e a necessidade se evitar um tratamento enciclopédico, enfatizam-se
as coberturas de cabos e membranas, sendo outros tipos de sistemas retesados tratados en
passant. Em particular, as pontes somente são discutidas no que diz respeito à sua evolução
histórica. Além disso, tratam-se os aspectos arquitetônicos e tecnológicos do projeto com menor
detalhe que os aspectos ligados à análise. Não obstante estas limitações, espera-se que este
trabalho sirva como um roteiro, a partir do qual venham a ser empreendidos estudos mais
aprofundados, apontando para todas estas direções, tanto pela pesquisa individual como por
parte do grupo de competência que paulatinamente vem se aglutinando em torno do tema.
Tendo iniciado em um esforço de pesquisa individual, o desenvolvimento deste trabalho
redundou na publicação de diversos trabalhos preliminares, em boletins técnicos, anais de
congresso e revistas, nacionais e internacionais, ensejando colaborações profícuas com outros
pesquisadores. O esforço de pesquisa foi ainda reforçado com o direcionamento, para o tema,
de alunos de iniciação científica, mestrado e doutorado, além do oferecimento de disciplinas
versando sobre as estruturas leves (e dentre elas, as estruturas retesadas), junto aos programas
de pós-graduação da Escola Politécnica e da Faculdade de Arquitetura e Urbanismo, ambas da
Universidade de São Paulo. Este trabalho, de fato, colige os assuntos sobre os quais atualmente
se discorre nestas disciplinas, no que diz respeito às estruturas retesadas.
Além disso, ainda em consonância com o objetivo de “estimular o aprimoramento do estado da
arte das estruturas retesadas e fomentar o interesse da sociedade por este tipo de solução
estrutural”, organizou-se em 2002 o
1
“I Simpósio Nacional sobre Tensoestruturas ” (I SNT),
promovido conjuntamente pela Escola Politécnica e pela Faculdade de Arquitetura e Urbanismo
da Universidade de São Paulo, e contando com o apoio da FAPESP e do CNPq, bem como da
comunidade técnica e de diversas instituições e empresas, nacionais e internacionais. Apesar do
adjetivo ‘nacional’, o evento acabou por adquirir dimensão internacional, com participantes
provenientes de 14 países (uma minuta do relatório técnico-científico do evento é transcrita em
apêndice).
As ações empreendidas até o presente (compreendendo organização do I SNT, publicações,
oferecimento de disciplinas, orientações e colaborações em pesquisa) objetivam colaborar, de
modo articulado, para o aludido aprimoramento do estado da arte das estruturas retesadas,
principalmente pelo progresso do seu saber projetar e do seu saber construir. Estes são
objetivos ambiciosos, que certamente demandam –mais que o esforço esforço individual– a
produção coletiva de conhecimento, por meio aglutinação de um grupo de competência sobre o
tema.
1
Embora o termo tensoestrutura seja um anglicismo, como se viu, seu uso é tão generalizado que se preferiu mantê-lo
no título do Simpósio, em prol da eficiência de comunicação com o público-alvo do evento.
218
Com este escopo em mente, antecipa-se, para o futuro imediato, o emprego deste trabalho no
aprimoramento das disciplinas de pós-graduação ligadas ao tema, as quais passam a dispor de
material mais bem sistematizado. Visando uma divulgação mais ampla, planeja-se também
adaptar este trabalho para publicação em forma de livro.
Além da continuidade do esforço já em andamento, novas linhas de pesquisa deverão ser
abertas, buscando-se agregar orientações acadêmicas e colaborações e convênios com com
outros pesquisadores e grupos de excelência, nacionais e internacionais. Para isso concorrem
os bons contatos já estabelecidos, principalmente por ocasião do I SNT, com pesquisadores
ligados a alguns dos principais centros de pesquisa sobre as estruturas retesadas, que já se
mostraram dispostos a estabelecer programas de colaboração e intercâmbio com o
Departamento de Engenharia de Estruturas e Fundações da Escola Politécnica. Além disso,
novos eventos técnico-científicos estão sendo considerados, para dar continuidade ao Simpósio
já realizado, possivelmente com o concurso de associações internacionais como a IASS –
International Association for Shell and Spatial Structures.
Buscando contribuir com o progresso do estado da arte das estruturas retesadas, principalmente
do seu saber projetar e do seu saber construir, antecipa-se a sistematização dos trabalhos
segundo algumas linhas de pesquisa:
1. Aspectos Teóricos e Computacionais, envolvendo a formulação de novos elementos
finitos, métodos de análise e modelos constitutivos, e desenvolvendo novas ferramentas
computacionais;
2. Aspectos
Tecnológicos,
envolvendo
a
caracterização,
a
experimentação
e
a
prototipagem de sistemas estruturais retesados, o desenvolvimento de novos sistemas,
métodos construtivos e materiais;
3. Aspectos Formais, Funcionais, Econômicos e Históricos, estimulando enfoques
multidisciplinares;
4. Metodologias de Projeto, integrando o conhecimento desenvolvido em todas estas
linhas.
Estas linhas de pesquisa deverão ser perseguidas no âmbito dos laboratórios de Mecânica
Computacional (LMC) e de Estruturas e Materiais (LEM) do Departamento de Engenharia de
Estruturas e Fundações (PEF) da Escola Politécnica da USP, procurando-se envolver alunos dos
cursos de pós-graduação em Engenharia de Estruturas, junto ao PEF,
Urbanismo, junto à Faculdade de Arquitetura e Urbanismo da USP.
219
e em Arquitetura e
Buscando municiar o LMC e o LEM com os fatores necessários para o desenvolvimento
sistemático de pesquisas em estruturas retesadas, em sintonia com o estado da arte em nível
mundial, serão enviados projetos às instituições de fomento à pesquisa, para a obtenção dos
equipamentos, materiais e insumos necessários para tanto.
Propõe-se a aquisição de computadores e equipamentos periféricos, que servirão de plataforma
para o desenvolvimento de programas dedicados ao projeto e análise das estruturas retesadas.
Requerem-se ferramentas computacionais como compiladores, interfaces gráficas, sistemas de
realidade virtual e programas comerciais dedicados, incluindo o processo de busca da forma e
desenvolvimento dos padrões de corte.
Requer-se ainda a aquisição ou o desenvolvimento de equipamentos de corte e de solda dos
tecidos empregados, bem como de máquinas de ensaio, tanto das propriedades mecânicas
como das demais propriedades relevantes dos materiais (como, por exemplo, resistência ao fogo
e ao intemperismo). Estes equipamentos possibilitarão aos pesquisadores tanto a caracterização
dos sistemas retesados já existentes, quanto a exploração de novos sistemas e métodos. Além
disso, possibilitarão que os alunos interessados no tema adquiram proficiência nos principais
aspectos ligados ao processo de realização das estruturas retesadas, difundindo-se um
conhecimento que hoje se encontra restrito a um pequeno número de especialistas.
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* A bibliografia aqui apresentada contempla não somente os títulos referidos ao longo do texto, mas todos aqueles
coletados até o presente estágio desta pesquisa em estruturas retesadas. Com exceção de alguns títulos citados de
forma indireta, estas referências podem ser encontradas junto ao sistema de bibliotecas da Universidade de São Paulo,
ou diretamente com o autor deste trabalho.
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[YOU, 1997] Z. You & S. Pellegrino. “Foldable bar structures.” International Journal of Solids and
Structures 34 (15) 1825-1847 (1997).
[ZARINELLI, 1993] A. Zarinelli. “La corsa vero le grandi luci: progetto di Leonardo da Vinci per un
ponte sul Corno d'Oro.” Costruzioni Metalliche 1 47–55 (1993).
252
[ZHAO, 1997] Y.D. Zhao et al.. “A model for simulating flexible surfaces of loth objects.” Computer
& Structures 63 (1) 133–147 (1997).
th
[ZIENKIEWICZ, 1989] O.C. Zienkievicz & R. L. Taylor. The Finite Element Method. 4 Ed. McGrawHill, London, 1989.
253
APÊNDICE
I SIMPÓSIO NACIONAL SOBRE TENSOESTRUTURAS
Minuta do Relatório Técnico-Científico
O I Simpósio Nacional sobre Tensoestruturas ocorreu dias 06 e 07 de maio de 2002, no Auditório
da Faculdade de Arquitetura e Urbanismo da Universidade São Paulo. O evento, organizado
pela Associação Brasileira de Mecânica Computacional (ABMEC), contou com a promoção da
Escola Politécnica da USP (EPUSP) e da Faculdade de Arquitetura e Urbanismo da USP
(FAUUSP), e com o apoio do Instituto dos Arquitetos do Brasil/Dep. São Paulo (IAB / SP), do
Instituto de Engenharia do Estado de São Paulo (IE) e da Industrial Fabrics Association
International (IFAI).
O objetivo do I SNT era aquele de “estimular o aprimoramento do estado da arte das
tensoestruturas e fomentar o interesse da sociedade por este tipo de solução estrutural, por meio
da troca de experiência entre palestrantes internacionais e a comunidade nacional de
pesquisadores, projetistas, fabricantes, fornecedores de materiais, clientes e estudantes
interessados pelos progressos da área”. Antecipava-se ainda que “além de uma radiografia do
que vem sendo feito no contexto nacional, o I Simpósio Nacional sobre Tensoestruturas
possibilitará a troca direta de experiências, não somente entre os engenheiros e arquitetos,
acadêmicos e profissionais de todo o país, mas também com alguns dos principais projetistas e
consultores internacionais, especialmente convidados para o evento”.
A Comissão de Organização do Evento foi presidida pelos Professores Ruy Marcelo de Oliveira
Pauletti, Paulo de Mattos Pimenta e Reyolando M.L.R.F. Brasil, todos do Departamento de
Engenharia de Estruturas e Fundações da Escola Politécnica (EPUSP-PEF). Compunham ainda
a Comissão os Profs. Célio Fontão Carril Jr. (EPUSP-PEF), Cláudia T. A. Oliveira (FAUUSPAUT) e Minoru Naruto (FAUUSP-AUP), e profissionais ligados ao setor das tensoestruturas: Arq.
Jesse Salgado (BRAZILLASER), Arq. Helio Pistelli
(PISTELLI) e Eng. Voldemir Fakri
(TENSOTECH).
Os trabalhos técnicos foram selecionados por um Comitê Técnico-Científico composto por
professores de universidades brasileiras, com atuação no campo das tensoestruturas. Faziam
parte deste Comitê os professores Athail Rangel Pulino Filho (UnB), Célio Fontão Carril
(EPUSP), Celso Lomonte Minozzi (FAU/Mackenzie), Cláudia T.A. Oliveira (FAUUSP), Edson
254
Humberto Viero (UCS), Eduardo C.C. Leite (UFC), Fernando Lara (PUC – BH), Minoru Naruto
(FAUUSP), Paulo de Mattos Pimenta (EPUSP), Reyolando M.L.R.F. Brasil (EPUSP), Roberto
Luiz de Arruda Barbato (EESC/USP), Ruy Marcelo de Oliveira Pauletti (EPUSP) e Vitor Faustino
(UEL).
Foram convidados a apresentar trabalhos os pesquisadores e projetistas, arquitetos,
engenheiros e demais profissionais atuantes ou interessados no campo das estruturas de cabos,
membranas, ou sistemas correlatos. Em se tratando da primeira edição de um evento sobre as
tensoestruturas, em âmbito nacional, explicitou-se que seriam aceitos trabalhos de engenharia e
arquitetura, discutindo aspectos históricos, formais, computacionais, econômicos e tecnológicos,
ligados ao projeto, à análise, à construção, à prototipagem e à experimentação, tanto de
materiais como de sistemas estruturais. Desta forma, apenas foram recusados os trabalhos que
claramente não se enquadrassem no tema. Evidentemente, um critério tão amplo repercutiu em
uma grande variação na profundidade e grau de maturação dos trabalhos apresentados,
característica porém de todo coerente com a função de “radiografia” do estado da arte das
tensoestruturas, no contexto nacional.
A chamada de trabalhos foi respondida por um número razoável de trabalhos, de pesquisadores
e profissionais ligados a instituições nacionais e internacionais. O número de trabalhos
apresentados exigiu o desmembramento das apresentações em duas seções paralelas de
trabalhos técnicos, além das seções plenárias de apresentação das palestras principais,
proferidas por professores e pesquisadores de renome internacional. Todas as palestras
principais, e os demais trabalhos técnicos apresentados no Auditório da FAU-USP foram dotadas
de tradução simultânea. A íntegra destes trabalhos, e de duas das palestras principais foi
distribuída aos participantes em forma de CD, disponíveis junto ao sistema de bibliotecas da
USP, tendo-se esgotado a tiragem de 500 exemplares.
As palestras principais foram:
Palestrante homenageado: Prof. Frei Otto, Universidade de Stuttgart, Alemanha.
Palestra: "Really Fast Buildings"
Arq. Todd Dalland. FTL Design and Engineering Studio, New York.
Palestra: "Tension and Lightweight Structures Development and the Role of University in
Australia"
Prof. Vinzenz Sedlak, Universidade de New South Wales, Australia.
255
Palestra: "Widespan structures: from concept to detail design"
Prof. Massimo Majowiecki, Universidade de Bolonha, Italia.
Palestra: "Tension Structures - new developments and applications in Europe"
Prof. Balthazar Novák, Universidade de Stuttgart, Alemanha.
É importante ressaltar que a palestra de abertura do simpósio foi proferida pelo Prof. Frei Otto,
pioneiro no campo das tensoestruturas, que apresentou uma visão geral de sua contribuição
para as tensoestruturas. Nesta ocasião, o Prof. Otto recebeu ainda homenagens acadêmicas
tanto da Escola Politécnica como da Faculdade de Arquitetura e Urbanismo da USP, além do
título de Membro Honorário do IAB-SP, e honrarias do IE e da ABENGE.
Sendo o primeiro evento de âmbito nacional dedicado ao campo das tensoestruturas, era difícil
estimar a priori o número de participantes, mas avaliava-se que o evento teria sucesso se
atingisse a casa de 300 participantes. Felizmente, este objetivo foi superado com folga,
atingindo-se o número de 492 participantes inscritos (limitado pela capacidade do Auditório da
FAU-USP, onde ocorriam as seções plenárias do Simpósio), configurando portanto um fator
importante de sucesso do evento. Além disso, a participação foi consideravelmente qualificada.
Do total de participantes, 196 eram estudantes de graduação ou pós-graduação. O conjunto dos
demais participantes era constituído de professores, pesquisadores e profissionais, notadamente
da engenharia civil e da arquitetura. A participação nacional totalizou 457 participantes,
provenientes de 17 estados. O estado de maior participação foi São Paulo, com 298
participantes, seguido do Paraná (72 participantes), Rio de Janeiro (29 participantes) e Minas
Gerais (13 participantes). A presença internacional também foi marcante, com um total de 35
participantes, provenientes de 14 países. Os países com maior número de inscritos foram
Alemanha (6 participantes) e Peru (5 participantes), seguidos de Estados Unidos, Itália e México
(todos com 4 participantes). Uma listagem de todos os inscritos foi distribuída aos participantes,
de forma a se estimular o estreitamento de seus laços acadêmicos e profissionais.
Além dos participantes inscritos, um número não exatamente quantificado de alunos da EPUSP
e da FAUUSP (entre 150 e 200 alunos) assistiu a palestra do Prof. Frei Otto por meio de um
telão instalado no átrio do prédio, para onde foram transmitidas tanto as imagens do evento
como o som da tradução simultânea.
Com base nos elementos expostos, pode-se afirmar que o I Simpósio Nacional sobre
Tensoestruturas atingiu plenamente seus objetivos. É legítimo afirmar que o evento constituiu um
marco no progresso do setor, e que deverá contribuir significativamente para seus próximos
desdobramentos técnico-científicos, uma vez que seu objetivos iniciais de “possibilitar a troca de
256
experiência entre palestrantes internacionais e a comunidade nacional de pesquisadores,
projetistas, fabricantes, fornecedores de materiais, clientes e estudantes interessados pelos
progressos da área” e de oferecer
uma “radiografia do que vem sendo feito no contexto
nacional”, foram atingidos com folga. É também de se esperar que novas edições do evento
venham a ser propostas, já com contornos mais nítidos, a partir do conhecimento do setor
estabelecido por esta primeira edição.
257

Cap. 5 - LMC

Transcrição

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