1. Estruturas Espaciais
Estrutura espacial surgiu na nova Escócia por volta do século XVIII. Na época eram usados as treliças planas ou arcos treliçados e as cúpulas treliçados espaciais. No ano de 1907, Alexander Grahan Bell desenvolveu um reticulado espacial de barras de mesma dimensão unidas por um tipo de nó. Que garantiu uma grande capacidade com varias oportunidades de aplicação (SOUZA 2002. Apudi DU CHATEAU 1984).
Portanto registros mostram Alexandre Graham Bell no ano de 1907 com a foto na estrutura metálica espacial na (figura1). (DU CHATEAL, 1984).
Figura 1. Estrutura espacial de Alexandre Graham Bell. Fonte: DU CHATEL, 1984.
Figura 1 a. A. G. Bell – Torre de observação em tetraedros. Fonte Claudia Estrela Porto, FAU-UnB.
Os grandes avanços foram surgidos na Alemanha por volta de 1943, que desenvolveu um sistema pré-fabricado de estrutura espacial de nós esféricos e barras de seção tubular circular, (Souza 2002).
No ano de 1966 na cidade de Londres foi realizada a primeira conferência de estruturas espacial sendo um grande avanço no mercado europeu. No ano seguinte nos Estados Unidos da America foi fundado o comitê de pesquisas de estruturas espaciais. E a partir da década de 70 com o avanço da computação teve uma contribuição fundamental nas estruturas espaciais, que contribuiu para buscar concepções geométrica trazendo melhor desempenho estrutural. (Souza 2002 Apudi DU CHATEAU, 1984).
Segundo (Souza A. N, 2002) A estrutura espacial recebeu esse nome porque não há apoios em planos definidos sendo tridimensional. Pode ser elas estrutura continua placas, mistas, cascas, constituídas pela combinação de elementos discretos e contínuos, (Souza 2002).
A estrutura espacial teve sucesso no mercado em varias partes do mundo, e no Brasil já é visto em vários lugares, como rodoviárias, estação de trem, estação de metrô, grandes salões. No Brasil uma grande obra no centro de São Paulo no centro de eventos Anhembi no final da década de 60. Toda cobertura projetada pelo um engenheiro canadense Cedric Marsh. A obra tem 48 000 barras que cobre 62 500 m² sendo até o presente segundo “Anderson Claro” a maior obra de alumínio espacial do mundo, (Claro A, 2003-http://www.arq.ufsc.br/arq5661/trabalhos_2003-2/trelicas/).
Não é comum o uso de espaciais soldadas nos nós, é usado parafusos nos “nós”, o uso de metálicas nos E.U. A e na Europa em obras de grande porte é muito comum. Não somente nas estruturas de cobertura como é comum no Brasil, mas nas obras por inteiro que ficam com uma aparência muito atraente.
A estrutura espacial apresenta nos nós esforços internos devido à tridimensionalidade por ter grande número de elemento estrutural e o gral de hiperastaticidade interna. No dimensionamento da treliça é considerado que o nó é uma ligação perfeita e que a barra é ideal. E será conectada ou unida nos nós. Veja na figura 2 um tipo de ligação bem antigo, (Clemente 2007).
Figura 2. Fonte: Architecture in Space Structures, Mick Eekhout, College Van Dekanen, 1989.
Bem rústico e bem antigo esse sistema de conexão espacial. Com o passar de tempo a tecnologia foi-se desenvolvendo e promovendo ligações de nós de alto padrão, na figura 3 veja o exemplo de perfeição.
Figura 3. Fonte: http://www.novumstructures.com/novum/index.html.
Na Itália “Espaço Eco Sytem” uma fabrica desde 1982 oferece matérias inovador para o campo da construção. Juntamente com a engenharia e arquitetura tem-se desenvolvido materiais de qualidade que é visto nos países da Europa como esse na figura 3.
As obras de estruturas metálicas como na figura 4 não tem só a vantagem da pressa na execução da obra, mas também por questão cultural. São na maioria pioneiros de estrutura de madeira e metálicas.
E outra questão que no território geográfico. A maioria de suas rochas não traz possibilidade de fazer cimento isso dificulta o uso do concreto que no Brasil tem muitas usinas de cimentos com capacidade de atender o mercado interno.
A fonte de pesquisa do Brasil vem crescendo de acordo com as necessidades do lugar, e com os desenvolvimentos das universidades. Sempre o concreto foi o que dominou o mercado e a área acadêmica. As fontes de pesquisas na área de estruturas de madeiras e de estruturas metálicas estão em desenvolvimentos em pesquisas, laboratórios, revisão conceitual e pesquisa de fontes externas.
Segue a figura 4 uma obra de vários pisos com poucas partes de estruturas de concreto, quase toda estrutura externa é de aço e revestido com vidro.
Figura 4. Fonte: http://www.novumstructures.com/novum/index.html.
As grandes construções com revestimentos de vidros. As estruturas têm vários tipos de nós, em diferentes geometrias na figura 4.
2. Ligações em Estruturas metálicas
2.1 Treliças espaciais planas
São formadas por uma ou mais camadas planas de barras. Essas barras são responsáveis pela ligação nos diversos planos diagonais. Nas conexões feitas com “nós” (figura 5). Souza 2002.
2.2 Arcos treliçados espaciais
É onde a estrutura espacial fica em forma de arco ao longo de sua direção. O resultado final é uma forma de cilíndrico, que pode ser com mais de uma camada, (figura 5). Souza 2002.
2.3 Cúpulas treliçadas espaciais
São treliças de mais de uma camada de banzos na forma de cúpula.
A superfície na cúpula apresenta uma esfera ou um parabolóide, (figura 5). Souza 2002.
Figura 5 – Treliças espaciais planas, arcos treliçados espaciais e cúpulas treliçadas espaciais. Fonte: Souza A.N 2002, Análise do projeto de estruturas metálicas espaciais: Ênfase em coberturas.
SOUZA (2002) descreve que para uma estrutura espacial ser barato tem que atender às seguintes características.
° deve ser leve, fácil de fabricar e transportar os componentes, e de rápida montagem;
° deve ser estaticamente agradável;
° deve ter baixo custo para construir e manter.
A definição do sistema está ligada ao perfil, e ao nó. A maioria das ligações são parafusada, porque soldadas tem o custos muito elevado e é de difícil execução no campo. No nó, deve representar as maneiras mais fiéis possíveis adotadas no cálculo. SOUZA (2002).
3. Tipos de Nós no Exterior
3.1 Nó esférico (E.U.A)
SOUZA Apudi OMNI-HUB ( Estados Unidos): o nó é uma esfera sólida na qual são conectadas as barras por meio de parafuso. (Figura 6 e 3).
Figura 6 – Sistema OMNI-HUB – Fonte: www.starnetint.com
3.2 Nó Geo-Hub (E.U.A)
SOUZA Apudi GEO-HUB (Estados Unidos): outro sistema similar ao anterior só que é de seção transversal tubular quadrada no lugar das barras circulares. Os resultados são conexões mais complicadas, as barras são unidas por parafuso e um parafuso grande que une as peças de um lado ao outro do nó.(Figura 7).
Figura 7 - Sistema GEO-HUB – Fonte: www.starnetint.com
3.3 Nó Mero (Alemanha)
MERO (Alemanha): E conhecido por todo mundo, por ser muito útil para estruturas espaciais, cada nó pode ligar até 18 barras, elas ficam rosqueadas na esfera, (figura 8).
Figura 8 - Sistema MERO – Fonte: www.mero.de.
3.4 Nó Triodetic (Canadá)
TRIODETIC (Canadá): é um cilíndrico com fendas hachuradas que as barras tampadas encaixam no cilindro.
No Canadá desde 1985 esse nó de estrutura metálica esta sendo usado na fundação de casas para evitar que enchentes entrem nas casas, veja o sistema de ligação do aço com o concreto na fundação na (Figura 9).
Figura 9 - see the triodetic solution, fonte: http://www.multipoint-foundations.com/pdfs/floodplain.pdf.
Figura 10 - 1 FEMA = Federal Emergency Management Agency, fonte: http://www.multipoint-foundations.com/pdfs/floodplain.pdf.
SEE THE TRIODETIC (1985) A reportagem que datava 1985 escreve que cerca de 1200 casas ficaram livres de enchentes devido o sistema de estrutura metálica espacial com triodetic na fundação. Na (figura 11) o detalhe da fundação “Um opção no sistema na laje de concreto”.
Figura 11 - 1 FEMA = Federal Emergency Management Agency, fonte: http://www.multipoint-foundations.com/pdfs/floodplain.pdf.
3.5 Nó Nodus (Inglaterra)
NODUS (Inglaterra): esse nó é formado por duas calotas para receber as barras onde são parafusadas. Até oito barras podem ser parafusada no nó, onde pode ser de sessão retangular ou circular. SOUSA (2002). (figura 12).
Figura 12 - Sistema NODUS – Fonte: EL-SHEIKH (1996)
3.6 Nó Moduspan Unistrut (E.U.A)
É um nó estampado que é feito a ligação das barras. As barras são de perfil “U”. (Figura 13). Souza (2002).
Figura13 - Sistema UNISTRUT – Fonte: IFFLAND (1982)
3.7 Nó Oktaplatte (Alemanha)
Esse nó é de esfera de aço oca e as barras são de seção circular e são ligadas por soldas (figura 14). Souza 2002).
Figura 14 - Sistema OKTAPLATTE– Fonte: IFFLAND (1982)
3.8 Nó Unibat (França)
Um sistema de nó de piramidais pré-fabricados que são parafusados uns aos outros. As barras de ligação do banzo superior são de perfis “I”, e as inferiores são de sessão circular e as diagonais de sessão retangular (figura 15).
Figura 15 - Sistema UNIBAT– Fonte: IFFLAND (1982)
3.9 Nó Vestrut (Italía)
Tem mais dois sistemas encontrados que foi até ensaiado segundo SOUZA (2002), por LANDOLFO & MAZZOLANI (1993) os ensaios foram feitos para caracterizar o sistema italiano VESTRUT. O nó é formado por três elementos circulares, sendo duas calotas e um disco no centro fechando, e todas unidas por um parafuso (figura 16).
Figura 16 - Sistema VESTRUT – Fonte: www.vestrut.com
3.10 Nó Catrus
Semelhante a anterior com as barras conectadas por um único parafuso no nó. Os superiores são perfis retangulares e os inferiores barras chatas. E as diagonais circular com a extremidade estampadas como na (figura 17). O sistema tem a vantagem de apresentar o banzo superior contínuo, porém existem excentricidades nas ligações, e o banzo inferior sendo barra chata, apresenta bom desempenho apenas quando está tracionado, se os esforços forem invertidos como numa sucção do vento ele perde sua eficiência. Sousa Apudi EL-SHEIKH & EL-BAKRY (1996).
Figura 17 - Sistema CATRUS – Fonte: EL-SHEIKH (1996)
3. Tipos de Nós no Brasil
Afirma Souza (2002) que no Brasil não tem padrão definido de nós para ligações nas estruturas espaciais, os que existem na maioria dos casos foram feitos por experiências dos fabricantes ou cópias de outros sistemas, e não foram pesquisados para registros de segurança. Com exceção das que foram feitas pelo exterior.
A seguir nós encontrados e muitos utilizados no Brasil.
3.1 Nó típico ou Nó Amassado
Nesse sistema o nó é posto todos em cima do outro amassado e parafusado por um único parafuso e apertada por ruelas com parafuso que da rigidez a ligação (Figura 18).
Conforme SOUZA apudi MAIOLA (1999) esse tipo de nó foi motivo de mutas pesquisas teóricas experimental feita no laboratório da ESSC-USP, e vários problemas de varias formas ocorreram. Afirmam que a rigidez do nó influência muito a distribuição dos esforços na estrutura.
Problema mais encontrado é que na barra quando amassada muda a inércia e o material permanece o mesmo já um problema. Também a excentricidade da barra que gera momentos fletores do amassamento ao parafuso, pode ser uma distância muito pequena, mas nos ensaios de MAIOLA (1999) foi onde veio a ruína da estrutura metálica espacial.
Figura 18 - Sistema de nó típico ou nó “amassado”
3.2 Nó típico com Chapa de Banzo
É semelhante ao nó típico mas com a chapa de chegada ao nó e a colocação da chapa de ligação (Figura 19).
Figura 19 - Sistema de nó típico com chapa de banzo
3.3 Nó típico com Chapa de Diagonal
Semelhante ao nó típico mas utilizando uma chapa grossa dobrada em formato de “U” para união dos banzos diagonais (figura 20).
Figura 20 - Sistema de nó típico com chapa de diagonal
3.4 Nó de Aço
Nesse as barras são parafusadas ligadas no nó que é um conjunto de chapinhas soldado (Figura 21). Na figura 21 tem nó de aço com barras de ponteiras.
Figura 21 - Sistemas de nó de aço – o primeiro mais utilizado em treliças espaciais planas, e o segundo em arcos e cúpulas espaciais
Figura 22 - Sistema de nó de aço com barras com ponteiras
Nós ensaios feitos por SOUZA Apudi MAIOLA (1999) com estrutura de nó de aço teve maior eficiência que nó amassado mesmo assim apresentou alguns resultados indesejados.
Segundo SOUZA (1999) os sistemas utilizados no Brasil são motivos de muito estudo para ser utilizado não os valores de cálculos mas os valores de resistência do material no campo.
CONCLUSÃO
Nesse artigo técnico foi falado um pouco dos nós nas estruturas metálicas espaciais. Embora já muito falado e pesquisado, ainda precisa muita coisa ser feita, não somente na área de pesquisa, mas também na área industrial que é a própria fabricação do material no Brasil.
Durante a realização do presente trabalho foi analisado como essa área está bem trabalhada e orientada nos países da Europa. No Brasil por varias razões precisa-si de uma verdadeira reforma nessa área.
O problema vem se aglomerando cada vez mais. O engenheiro quando sai para o mercado toma um impacto com a realidade presente. Nos cursos técnicos o aluno estuda livros alguns traduzido com estruturas sem patologias de fabricação, que na realidade quase não se vê.
As pesquisas já realizadas que são referenciadas anteriormente foram de grande contribuição para teoria e prática. E todos os pesquisadores que fizeram pesquisa numérica ou laboratorial fizeram crítica ao sistema utilizado no mercado brasileiro.
Referências Bibliográficas
Souza A.S. C; Gonçalves R.M. Treliças Espaciais-Aspectos Gerais, Comportamento Estrutural e Informações para Projetos. Escola de Engenharia São Carlos USP, 2007.
Souza A.N; Malite M. Análise do projeto de Estrutura Metálica: Ênfase em Coberturas. Escola de Engenharia de São Carlos USP, 2002.
Fundry Square, http://www.novumstructures.com/novum/index.html.
Mick Eekhout. Architecture in Space Structures, College Van Dekanen, 1989.
SEE THE TRIODETIC, Fundations .(1985), http://www.multipoint-foundations.com/pdfs/floodplain.pdf.
Porto E.C. Estruturas espaciais estado da questão em 1950, FAU-UnB, Brasilía.
Nenhum comentário:
Postar um comentário