Vento e tensionamento em fachadas têxteis: projeto

Uma fachada têxtil é uma estrutura leve e pouco rígida, montada à frente de um edifício que, por si só, já altera o escoamento do vento. O dimensionamento cruza três temas: a ação do vento sobre uma superfície permeável, a forma como essa ação se transforma em tensão no têxtil e nas fixações, e o comportamento ao longo do tempo, com cargas repetidas. Nenhum dos três se resolve com uma ficha técnica: são decisões de projeto, com dados do material.

A ação do vento

A ação do vento em Portugal define-se pela NP EN 1991-1-4 e pelo respetivo Anexo Nacional, que fixa o valor de referência da velocidade do vento por zona: 27 m/s na zona A e 30 m/s na zona B, que inclui os arquipélagos da Madeira e dos Açores, a faixa costeira do continente com 5 km de largura e os locais acima de 600 m de altitude. A pressão dinâmica de pico depende da categoria de terreno, da altura e da orografia; numa fachada junto ao mar, num topo de encosta ou no alto de um edifício, os valores sobem de forma significativa.

Na Madeira e nos Açores, o vento é o fator que mais pesa no projeto de uma fachada têxtil. Os dois arquipélagos ficam na zona B do Anexo Nacional, com exposição direta ao Atlântico e, na Madeira, encostas e escarpas que aceleram o escoamento. Nas ilhas, a orografia e a categoria de terreno merecem uma análise própria, e as fixações juntam à ação do vento a exigência de corrosividade do ambiente marítimo.

O que distingue uma malha de um revestimento corrente é a permeabilidade. A norma não tem uma secção dedicada a malhas têxteis finas, mas contém três abordagens que se aproximam do problema:

• Paredes e coberturas com mais de uma pele: regras para repartir a ação entre uma pele exterior permeável e a parede interior (secção 7.2.10);
• Muros e vedações isolados, com coeficientes de pressão reduzidos para solidez inferior a 1 (secção 7.4);
• Estruturas reticuladas, com coeficientes de força em função da razão de solidez φ (secção 7.11).

A solidez de uma malha é, em primeira aproximação, o complemento da área aberta. Com permeabilidades declaradas entre 16 % e 72 %, os padrões i-Mesh correspondem a solidezes de cerca de 0,84 a 0,28. Nenhuma das três abordagens foi calibrada para fibras finas e densas, em que a perda de carga através da malha depende também da velocidade e da forma dos fios. Em obras de grande dimensão ou de geometria invulgar, um ensaio em túnel de vento ou uma referência publicada para telas porosas dá o coeficiente adequado.

Há ainda dois efeitos locais. Nos bordos e nas esquinas do edifício, as sucções são mais altas do que no centro do alçado, e é aí que as fixações trabalham mais. Entre a malha e a fachada, a caixa de ar faz parte do sistema: a pressão nesse espaço depende das aberturas laterais e superiores.

Do vento à tensão

Uma malha plana, tensionada no perímetro, não resiste a uma carga perpendicular enquanto estiver plana: tem de deformar e ganhar curvatura. Para uma faixa de vão L, com uma pressão p e uma flecha f a meio vão, a tensão por unidade de largura é aproximadamente:

em que:

T

tensão na malha por unidade de largura, em kN/m;

p

pressão do vento perpendicular à malha, em kN/m²;

L

vão da faixa de malha entre fixações, em m;

f

flecha a meio vão, em m.

Num exemplo ilustrativo, com $p = 0{,}8$ kN/m², $L = 3$ m e uma flecha admitida $f = 0{,}15$ m (5 % do vão), resulta $T \approx 0{,}8 \times 3^2 / (8 \times 0{,}15) = 6$ kN/m. Reduzir a flecha para metade duplica a tensão. Esta relação explica as decisões principais do pormenor:

• O pré-esforço limita a deformação e a vibração, mas acrescenta tensão permanente ao têxtil e às fixações.
• A curvatura de forma, com superfícies anticlásticas ou painéis curvos, aumenta a rigidez sem aumentar o pré-esforço.
• O vão é a variável mais forte: tensores intermédios, cabos ou ancoragens pontuais reduzem-no.
• A direção de tensionamento segue o padrão. A i-Mesh indica direções ortogonais para o Morellet, diagonais para o Ninnaji, as duas direções para o Random, e um comportamento diferente do Three Golds consoante é tensionado na vertical ou na horizontal.

As soluções de perímetro mais comuns em obra são o caixilho tensor, com a malha esticada num aro, como na Villa V; a fixação nos bordos superior e inferior com ancoragens intermédias ao edifício, como na fachada da H&M em Singapura; e os painéis em perfis com cabos de bordo. A flecha máxima tem também uma leitura funcional: a malha não pode tocar no vidro, nos caixilhos que abrem nem nos equipamentos de limpeza.

Expo 2020 Dubai, cobertura retrátil, Emirados Árabes Unidos. Projeto: Werner Sobek. Fotografia: Ismail Noor / i-Mesh.

Dinâmica, fluência e fadiga

O vento é turbulento, e uma superfície leve responde-lhe com vibração. Com pré-esforço insuficiente, a malha pode bater contra os perfis, produzir ruído ou entrar em vibração autoexcitada. Ao longo dos anos, os ciclos de carga e a fluência do material reduzem o pré-esforço inicial, e o desgaste concentra-se nos pontos de aperto e nos bordos.

Por isso, o projeto de estruturas tensionadas distingue resistências de curta e de longa duração e aplica fatores de redução pelo envelhecimento e pela temperatura. A especificação técnica europeia CEN/TS 19102, para estruturas de membrana tensionada, sistematiza esses fatores, que se aplicam com as devidas adaptações a malhas abertas. O pormenor deve permitir retensionar a malha sem a desmontar.

O que a i-Mesh publica

A i-Mesh publica ensaios biaxiais do padrão desenvolvido para a cobertura do Expo 2020 Dubai, segundo a UNI EN ISO 1421:2017 e a MSAJ/M-02-1995:

Ensaio (padrão Expo 2020 Dubai)	Valor publicado
Carga axial máxima, teia	3,80 kN
Carga axial máxima, trama	4,27 kN
Tensão máxima	14,65 kN/m

Publica também ensaios de tração de fios de fibra de vidro realizados no Politécnico de Milão: o fio de 600 tex aguenta cerca de 0,35 kN com 2,8 % de alongamento, e o de 1200 tex cerca de 0,80 kN com 6,4 %.

Estes valores mostram a ordem de grandeza da resistência, mas têm limites para o projeto: referem-se a um padrão exclusivo, não indicam a largura dos provetes nem o número de ensaios, e são resistências de curta duração. Não há ensaios de vento, de fluência nem de fadiga publicados; foram pedidos ao fabricante, com os desenhos de pormenor que a marca disponibiliza a pedido.

No Expo 2020 Dubai, a cobertura retrátil foi projetada sem pré-esforço, com uma camada de base para a sombra e outra estrutural para as cargas, e recolhe comandada por estações meteorológicas.

O que o projetista define

Tema	A definir no projeto
Ação	zona, categoria de terreno, altura, orografia, zonas de bordo
Coeficientes	abordagem adotada para a malha (multicamada, solidez, ensaio)
Têxtil	padrão, fibra, direção de tensionamento, resistências de cálculo
Geometria	vãos, curvatura, flecha máxima, afastamento livre à fachada
Fixação	perímetro, ancoragens, reações na estrutura e no edifício
Tempo	pré-esforço inicial, retensionamento, inspeção
Sistemas móveis	velocidade de recolha e comando automático

Próximo passo

As aplicações mostram os princípios de fixação por tipo de obra, e as obras as soluções construídas, da H&M em Orchard Road à Villa V. O explorador de padrões e as fichas em português nos downloads indicam a direção de tensionamento de cada padrão; o Vivienne, por exemplo, é indicado pela marca para sistemas de fachada tensionada (ficha em português; página do padrão na i-Mesh).

Fontes

• NP EN 1991-1-4:2010, Eurocódigo 1, ações em estruturas, parte 1-4: ações do vento, e Anexo Nacional.
• CEN/TS 19102:2023, projeto de estruturas de membrana tensionada.
• EN ISO 1421, tecidos revestidos: determinação da resistência à tração e do alongamento na rotura.
• i-Mesh, descrição técnica do produto e estudo de caso Expo 2020 Dubai, em português.
• i-Mesh, páginas das obras H&M Singapore e Villa V, Lake Garda (i-mesh.eu/projects).