evolução das estruturas tensionadas

evolução das estruturas tensionadas

(Parte 1 de 3)

JOTA, Fabiano de Oliveira

Arquiteto, mestrando em Tecnologia da Arquitetura pela FAU/UnB. E-mail: fabianojota@hotmail.com

PORTO, Cláudia Estrela

Arquiteta, Professora Doutora da FAU/UnB. E-mail: cestrelap@uol.com.br

O presente texto apresenta a evolução das estruturas de membrana ao longo do tempo. Desde a pré-história até a contemporaneidade, trata de forma sucinta do uso e de aspectos estruturais relacionados aos principais tipos de tendas e coberturas leves. Dedica especial atenção ao processo evolutivo dentro do século X.

Palavras-chave: Tecnologia, Coberturas, Estruturas de Membrana.

The present text brings the evolution of the membrane structures along time. From the prehistory to nowadays, is shown in a brief way the use and structural aspects of the main types of awnings and hanging roofs. Special attention is dedicated to the evolutionary procexss inside the century X.

Key-words: Technology, Roofs, Membrane Structures.

1. INTRODUÇÃO

No tempo da madeira e da pedra, no tempo dos metais e dos sintéticos, estruturas de membranas sempre estiveram presentes como opção construtiva para o ser humano. São ditas adaptáveis, mínimas, ecológicas, portáteis, entre uma série de caracterizações que se lhes podem atribuir, tendo-se em vista o seu uso continuado por milênios, servindo a fins que de outro modo seriam impossíveis ou bem mais difíceis e dispendiosos de se alcançar.

sintéticos de grande durabilidade,os cabos de aço de alta resistência e os

Da forma como podem ser vistas por nós, hoje, essas sublimes construções espelham a tecnologia de nosso tempo. As formas anticlásticas, os materiais procedimentos computadorizados que se entendem necessários ao estado de desenvolvimento atual das estruturas tensionadas de membrana, são os meios com que a civilização atual lida com os problemas relativos ao planejamento e construção, elevando a tecnologia a patamares talvez nunca antes imaginados. É fato que não se sabe com exatidão o nível de sofisticação das estruturas de membrana alcançado em civilizações de outras épocas, quão difundido foi seu uso na arquitetura antiga, nem quando a primeira tenda foi montada na face da

2 Fig. 01 – Abrigo Pré-histórico.

terra, mas é notório o grande salto tecnológico que está sendo vivenciado pelas gerações atuais no campo das coberturas de membrana.

Das tendas primitivas às realizações maiores do século X, o presente trabalho visa a um breve estudo sobre a evolução das estruturas leves de membrana1 utilizadas como coberturas, sem ter a pretensão, no entanto, de aprofundamentos ou esgotamento do assunto. O texto é dividido em quatro partes, a primeira parte tratando das estruturas desenvolvidas pelas tribos nômades, a segunda tratando das formas surgidas com as primeiras civilizações cujo registro chega aos dias de hoje, a terceira parte tratando das tendas em campanhas, e a última abordando o desenvolvimento dentro do século X.

2. NÔMADES

Restos de construções com estruturas de ossos, madeira e peles têm sido encontrados em diversas escavações arqueológicas (DILLEHEY, 1984). Os vestígios mais antigos de uso de abrigos manufaturados datam de mais de 40.0 anos. Encontradas em sítios pré-históricos na Sibéria, Lapônia e Alaska, essas estruturas eram utilizadas por grupos de caçadores nômades Cro-Magnon que, então, espalhavam-se pela Terra. Esses abrigos constituídos basicamente por peles de animais sobre armações de madeira utilizavam árvores como suporte, quando disponíveis, uma vez que, assim, estariam firmemente presas ao solo e protegidas de ventos fortes. Pinturas em cavernas datando de 20.0 a 10.0 anos atrás constituem as primeiras representações pictóricas das tendas primitivas, que, a partir da invenção dos tecidos, possivelmente há 10.0 anos, passaram a tê-los como opção. (HATTON, 1979). Pelo fato da biodegradabilidade dos materiais envolvidos, muito pouco chegou aos nossos dias, mas o sistema de abrigos transportáveis deve ter sido largamente difundido por todas as regiões primeiramente habitadas por humanos no planeta. Em Puskari, Ucrânia, foram encontrados restos pré-históricos de configuração semelhante ao tipi indígena da América do Norte datando de 20.0 anos. Essas estruturas formadas pela disposição cônica de varas de madeira recobertas por peles de animais são leves e de fácil transporte e montagem. Podem, ademais, ser arranjadas em estruturas maiores pela simples repetição e conexão de elementos básicos, com uma adição mínima de material de cobertura (HEBBELINCK, 2001).

Na figura 01 nota-se a disposição de dois cones, formados por uma armação de varas de madeira recoberta com peles, formando o que seria um tipo comum de abrigo primitivo. Aqui, ossos são arranjados como pesos para fixar as bordas das peles, as quais eram enterradas no solo tanto como meio de vedação térmica, como evitando a entrada de águas de chuva pelo chão do abrigo.

As formas em cone das tendas primitivas são um indício da eficiente utilização de materiais muito simples para a construção de estruturas que serviam muito bem aos propósitos das necessidades dos nômades. Os tipis indígenas norteamericanos são considerados obrasprimas do design estrutural2, tendo existido desde tempos imemoriais entre os povos nativos. A disposição em cone é, ao mesmo tempo, estruturalmente estável e de fácil montagem (fig. 02). A abertura superior funciona como um exaustor de fumaça quando uma fogueira é acesa no interior. Em dias quentes, as peles próximas ao solo são suspensas, permitindo um fluxo de ar frio ativado pelo vento, por efeito chaminé. Em dias sem vento uma pequena fogueira interna central responde pelo fluxo de ar. A abertura pode ser fechada ou diminuída como dispositivo de controle térmico. A estrutura desmontada limita-se a varas de madeira que podem ser transportadas agrupadas em feixe e peles de animais que podem ser facilmente transportadas em rolo, ao modo da maioria das estruturas dos povos nômades. Na figura 3, uma tribo tuareg movimenta-se pela África carregando suas tendas, desmontadas, sobre camelos.

totalmente abertas para uma maior circulação de ar

Outra disposição nômade de estrutura é a black tent. Utilizada no Oriente Médio e África até os dias de hoje, esse tipo de tenda possui esse nome por ter regularmente utilizado pele negra de cabra como cobertura. Os povos beduínos, bérberes e curdos desenvolveram, desde cedo, abrigos com base em princípios que regem o funcionamento de vários tipos de tensoestruturas na atualidade: a membrana é suspensa por pontos altos e cordas ancoradas no solo prendem e tracionam a membrana amarrada a elas. Os carregamentos de forças são transportados da membrana às cordas, das cordas às estacas e daí ao solo. A black tent é uma das formas de tenda com o uso continuado por tradição nômade até os dias de hoje. Pode ter diversas configurações, de acordo com a região e o povo, mas é formada, basicamente, por três ou mais pares de pólos internos, dependendo de quão grande é a tenda, sendo o eixo central mais alto, recobertos por tecidos ou couros esticados e presos ao solo (fig. 04). O interior é provido de sombra e a estrutura pode apresentar as laterais Fig. 04 – Black Tent

Fig. 02 – Tipi indígena norte-americano

Fig. 03 – Nômades em movimento na África.

Já as tribos nômades das estepes mongóis e siberianas desenvolveram um tipo bem particular de estrutura, a yurta, de muita robustez e conforto, necessários à vida em uma das regiões de clima mais extremo do planeta. A yurta possui como paredes um engradado de madeira, circular, coberto com um tecido grosso de lã e fechada com uma porta de madeira. Uma abertura no centro da coberta, semelhantemente ao tipi indígena, é responsável pela saída de fumaça de uma fogueira central interior. Hoje, a yurta ainda é largamente utilizada nas planícies centrais da Ásia, tendo como característica mais prática sua grade desmontável formada por peças leves de madeira que podem ser facilmente transportadas por camelo ou cavalo. O interior de uma yurta é disposto com base em uma rígida ordem hierárquica e de modo a oferecer muito conforto e segurança aos moradores, o que explica, talvez, porque a yurta foi mais utilizada que qualquer outro tipo de tenda no mundo (HATTON, 1979).

Povos nômades atuais como os esquimós, lapões, tuaregs e beduínos, existindo nos mais variados cantos e extremos climas do planeta, desde o Ártico, Rússia e Mongólia, ao Oriente Médio e Saara, dão continuidade à aventura nômade do gênero humano. Com eles estão, entre seus pertences materiais mais valiosos, suas tendas: casas portáteis de madeira e membrana.

“A arquitetura primitiva é, sobretudo, uma arquitetura da necessidade, nada estando lá em excesso, não importa se feita de pedra, barro, canas, madeira ou peles, ela é uma arquitetura mínima” (OTTO/RASCH, 1995); no passado, estruturas de membrana foram a base de uma arquitetura portátil provida, por vezes, de infra-estrutura bastante para dar ao morador conforto e bem estar característico das residências sedentárias, não obstante preservando o caráter simbólico próprio das casas portáteis primitivas3. Os mercadores ricos do Oriente levavam consigo tendas luxuosas com tapetes, couros e madeiras que criavam um ambiente de grande habitabilidade, acolhedor, suntuoso, com um luxo quase inimaginável. O nômade tem sua tenda como forma de vida, a possui com um sentido de propriedade igual ao que os povos sedentários têm em relação a seus edifícios de pedra (OTTO, 1958).

3. CIVILIZAÇÃO

“Referências ao uso de estruturas de tecidos em aglomerações urbanas antigas são encontradas em representações da Terra dos Dois Rios4, devendo ter sido alcançada refinada técnica em suas modalidades. Conhecemos por poucos registros a existência de palácios com base em tendas gigantescas e cidades de tendas. Porém, muito precariamente se pode reconstituir esses edifícios (...) assim, pouco se sabe sobre a forma dos grandes toldos que cobriam os teatros gregos, nem como os montavam os marinheiros, nem da

Fig. 05 – Yurta Mongol.

coberta de tenda do Odeon em Atenas, que se estendia entre firmes construções de pedra” (OTTO, 1958).

Na Roma antiga, o uso do velum ou velarium foi largamente difundido nas cidades. Segundo escritores romanos, o velum, toldo feito de tecido, não só se estendia sobre teatros, como também sobre pátios interiores, ruas (como ainda hoje se faz em Sevilha) e praças, para proteger o cidadão contra o vento, a chuva e o sol (SIMÕES, 2002). A palavra vela (de barco), como conhecemos, é derivada da latina velarium que, para os romanos, significava uma só coisa. A tecnologia dos barcos à vela e a grande experiência dos marinheiros foi utilizada para construir grandes coberturas nas cidades romanas antigas. Os coliseus e anfiteatros romanos possuíam, em sua maioria, coberturas suspensas retráteis e eram marinheiros os que construíam e operavam esses complexos toldos. A necessária retratibilidade era devida à incapacidade de se construirem coberturas têxteis capazes de resistir a ventos fortes, chuvas fortes e neve5.

A figura 06 é uma representação da configuração mais provável de um toldo de anfiteatro e coliseu na Roma antiga, onde se vêem os mastros de madeira que suportavam vigas em balanço por meio de cordas tensionadas. Suportadas pelas mesmas vigas e por cordas adicionais, penduravam-se faixas de tecidos que poderiam ser recolhidos em caso de clima desfavorável ou períodos de inatividade.

Mesmo o grande Coliseu de Roma, um edifício de planta oval com 189 metros de eixo maior, 155 metros de eixo menor e 47 metros de altura foi, em seu auge, provido com uma complexa cobertura de lona para os espectadores. Segundo a versão mais difundida, cento e vinte mastros dispostos radialmente, seriam a principal estrutura, complementada por uma rede de cordas suspensas (fig. 07). Porém, de acordo com novos estudos e representações pictóricas da época, a estrutura constituía-se por vigas em balanço e cordas tensionadas (fig. 06).

A proposta de uma rede de cordas pendentes sobre a arena é mais antiga, corroborada pela grande maioria dos estudiosos. Entre as principais vantagens desse sistema estaria a capacidade de cobrir toda a arquibancada, o uso de mastros menores, o menor peso da estrutura e uma menor solicitação de cargas nos mastros. As desvantagens estariam concentradas na maior dificuldade de construção da estrutura e dificuldade de recolhimento da lona, uma vez que só

Fig. 06 – Seção de Velarium de coliseu. Versão baseada no uso de vigas e cordas.

Fig. 07 -Velarium de coliseu. Versão baseada no uso de rede estrutural de cordas.

haveria cordas a servir de base ao processo. Como ilustra bem a figura 07, o equilíbrio da estrutura depende de um anel de tração central onde forças radiais anulam-se mantendo a coberta suspensa. Devido ao empuxo vertical do vento atuando na coberta, essa proposta pareceria estruturalmente mais viável aos olhos contemporâneos se o anel central fosse imobilizado com cordas de ancoragem ou pesos, por exemplo. Teria isso acontecido? Teria isso sido possível com os materiais e técnicas disponíveis na época? Nada se pode provar até o presente momento, podendo mesmo ser a proposta de uma rede suspensa de cordas uma projeção da tecnologia atual a outra época, a um passado que não deixou pistas de demonstrações técnicas de tal nível.

No que se refere à proposta de mastros, vigas e cordas tensionadas, proposta defendida pelo historiador de arquitetura Rainer Graefe, o sistema estaria formalmente de acordo com pinturas encontradas nas ruínas de Pompéia, onde linhas verticais projetam-se acima da estrutura6, e com outras ilustrações antigas de anfiteatros onde podem ser vistas, também, linhas horizontais como vigas em balanço, com tecidos pendendo entre elas. O grande problema dessa proposta consiste na limitação do comprimento de uma viga em balanço de madeira sobre a platéia. Sabendo-se que os principais lugares, reservados aos mais ilustres cidadãos romanos, inclusive o próprio imperador, encontravam-se próximos à arena, como poderiam vigas de madeira alcançar toda a platéia, principalmente os locais mais importantes dela? Nem vigas de madeira com 30 metros o conseguiriam. Assim, ou a versão de Rainer talvez não tenha sido utilizada em tão grandes estruturas, como é o caso do Coliseu de Roma, deixando, nesse caso, uma lacuna fundamental que ainda precisa ser solucionada, ou deveriam existir camarotes especiais próximos à arena com cobertura própria, como se vê na reconstituição histórica do grande Coliseu de Roma para o filme Gladiator de Ridley Scott. Na figura 08 são vistas as vigas de madeira suspendendo as membranas que fornecem sombra aos assentos mais altos da platéia. Essa cobertura, uma membrana necessariamente retrátil, poderia ser feita de tela tecida ou couro. O couro, apesar de mais pesado, era, na época, um material mais resistente e mais barato que o tecido de fibras. Várias referências apontam seu uso como principal material para a construção de tendas em Roma, entre elas, o fato de o cronista romano, Plínio, escrever sobre quantas peles de bezerro são necessárias para fazer uma tenda, e do termo latino para acampar ser sub pellibus, ou seja, sob peles.

Fig. 08 – Coliseu de Roma. Vista de parte da cobertura e camarote imperial.

4. TENDAS EM CAMPANHAS

Estruturas leves portáteis têm sido usadas por exércitos em todas as épocas (HATTON, 1979). Tendo estado presente na cultura dos caçadores nômades há 20 milênios, é provável que sempre tenha servido a propósitos beligerantes. No entanto, é com o advento da civilização que o ofício da guerra adquire refinamentos, regularidade e planejamento. Desse modo, inerente às conquistas egípcias, persas, gregas e romanas, seriam encontradas tendas de campanha como acessório militar padrão. Pouco foi registrado ou sobreviveu até os nossos dias. As referências mais antigas são encontradas em ilustrações das campanhas militares do rei Senaquerib da Assíria, séc. VIII A.C. descobertas no Iraque, entre 1842 e 1851. Uma das famosas descrições literárias é a que Homero faz, de modo detalhado, da tenda de Aquiles, e de tendas dos soldados no acampamento, cobertas por peles. Os militares macedônios utilizavam pequenas tendas capazes de abrigar apenas dois soldados. Provavelmente, essas tendas fossem do tipo d’abri, talvez o tipo mais simples de abrigo de campanha, utilizadas por soldados de todas as nações até o século X. Consiste em peças de lona presas ao solo, suspensas por um par de mastros ancorados por cordas e estacas de solo. Aberturas triangulares, uma de cada lado, são fechadas com lona adicional e servem como acesso.

Em contraposição, o pavilhão de Alexandre, o Grande, era enorme e resplandescente, como descrito nos livros de Deipsonosophists de Athenaeus. Oito pilares refulgiam com revestimentos de ouro e suportavam uma cobertura decorada com luxuosos desenhos. O pavilhão real de Alexandre da Macedônia deve ter sido um dos mais fabulosos já vistos (HATTON, 1979).

Há uma maior quantidade de registros sobre tendas romanas de campanha, ilustrações podem ser vistas em diversas fontes existentes, e couro de tendas antigas foi encontrado no século X em sítios romanos. Relevos ilustrativos de tendas são encontrados nas Colunas de Trajano e Antonius, comemorando campanhas militares vitoriosas de Roma que, em seu auge, possuía legiões espalhadas por todo um vasto território, vivendo meses, até anos, sob tendas. A maioria das tendas era simples, retangular com coberturas de pele, principalmente de cabra e bezerro. A figura 10 mostra a provável configuração de uma tenda típica do exército de Roma. Pode-se notar a regularidade formal das superfícies de cobertura, a marcação simples dos cortes das peças, assim como a simplicidade estrutural da armação de madeira, gerando uma coberta de Fig. 10 - Tenda militar romana

Fig. 09 – Tenda d’abri.

duas águas estruturada por uma viga entre os dois mastros mais altos do centro e por uma ancoragem lateral com cordas e estacas. Nas Idades Média e Moderna, tem-se notícia sobre tendas para uso militar, para viagens, acampamentos e atividades festivas. A forma geral das estruturas modificou muito pouco através dos séculos, mas os tecidos, as pinturas, os modelos e os detalhes eram variados, indo de acordo com a região e a riqueza de cada povo. No tempo da expedição de Edward I à Escócia, em 1301, as tendas eram feitas com linho, tanto natural como tingido. As tendas eram altas, circulares, bem delineadas, estando o aro circular do mastro central a uma altura dois terços maior que a altura da qual saíam cordas para ancoragem no solo. Tendas de topo cônico foram largamente usadas durante os séculos XII e XIII, inclusive nas Cruzadas, tendo sido, nos próximos séculos, as mais decoradas da história da Europa desde o início da Idade Média (HATTON, 1979). Outros modelos derivados, com dois mastros e forma de conóide são também encontrados. Na figura 1, vê-se uma tenda militar francesa com estrutura superior apoiada em, provavelmente, dois mastros. O tecido é suspenso a partir dessa viga reta, indo diretamente para o solo. A forma gerada aproxima-se a um conóide. Pode-se ver o trabalho no tecido, tanto nas bordas inferiores, próximo ao solo, quanto a uma certa altura dele.

Os pavilhões reais utilizados pelos monarcas da Europa não apresentam, no decorrer dos séculos, muita inovação estrutural, tampouco ostentações condizentes com a crescente riqueza de seus reinos. O pavilhão da Rainha Victoria para a ocasião da visita real à Irlanda, em 1861, é uma tenda comum, com apenas um mastro, base e topo cônicos e nenhum ornamento notório, com exceção da bandeira que flameja, a partir do mastro, indicando a presença de Sua Majestade (HATTON, 1979). No quarto do acampamento da Rainha Mary (fig. 12), em Delhi, Índia, o interior demonstra uma certa preocupação com conforto. Essa estrutura simples, que consiste em um pavilhão de dois mastros de formato bem tradicional, apresenta um interior aparentando grande agradabilidade, com móveis, tapetes, revestimentos internos e eletricidade, no ano de 1911. As tendas islâmicas, da Idade Média até o século XIX, eram bastante decoradas. Os comandantes e reis ostentavam pedras preciosas, móveis,

Fig. 1 - Tenda militar francesa do século XII.

Fig. 12 - Pavilhão da Rainha Mary, Delhi, 1911. Vista Interior.

tapetes e outros espólios de guerra, decorando suas tendas. Em ilustrações existentes, as estruturas militares mais comuns são as tendas circulares suportadas por um mastro, e os pavilhões retangulares de topo cônico com dois ou mais mastros, ao estilo de pequenas estruturas de circo. Já na China, as tendas mais usadas eram as yurtas, as tendas d’abri, os pavilhões retangulares, entre outras, mas, ao contrário da Europa e Oriente Médio, não são usuais as tendas cônicas. A figura 13 apresenta uma estrutura pequena, aparentemente simples, mas de fato, trata-se de uma complexa composição de onze arestas de madeira com encaixes em ferro, oitenta pinos de madeira, estacas, cordas e lonas.

As tendas de campanha existem há tanto tempo, com tão variada tipologia, que se torna muito difícil tratá-las de modo tão sucinto. De uma forma bem geral, no entanto, as estruturas mais significativas foram os pavilhões usados pela realeza em campanhas, assim como as tendas cônicas de um modo geral, que exigiram maior planejamento construtivo e demandaram estudos cuidadosos em técnicas de corte para a montagem de peças de lona buscando a forma previamente intentada.

Fig. 13 - Tenda d’abri chinesa. 1858.

Fig. 15 – Liteira de Kublai Khan. Séc. XIII. Fig. 14 – Tendas Germânicas do século XVI.

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