História
Fundo
As estruturas lamelares apareceram pela primeira vez nas civilizações egípcia, assíria e romana, que construíram estruturas com arcos e abóbadas utilizando alvenaria de pedra e tipos rudimentares de concreto como material. Nessa altura, o cálculo estrutural tal como o conhecemos hoje não existia; Os edifícios foram construídos utilizando o conhecimento prático adquirido pelos profissionais através da observação e repetição de procedimentos.[9].
O desenvolvimento de superfícies cilíndricas tem como ponto de partida as abóbadas de berço de tijolo que foram aperfeiçoadas pelos romanos. A arte da abóbada reapareceu com o românico e persistiu durante o período gótico, evoluindo das pesadas abóbadas de tijolo para as delgadas abóbadas nervuradas das suas catedrais.
Além disso, as cúpulas têm sido usadas na arquitetura desde os primeiros tempos. A sua evolução tem andado de mãos dadas com o desenvolvimento dos materiais. Antigamente eram construídos em pedra ou alvenaria, passando posteriormente para tijolo e madeira. Os romanos usavam frequentemente cúpulas para cobrir edifícios como basílicas, mausoléus ou banhos. O maior de todos é o do Panteão de Roma (120-124 DC), com 44 m de diâmetro, que também constitui a mais antiga estrutura de concreto laminar conhecida. Outras cúpulas importantes que marcaram a evolução desta tipologia são as cúpulas de Santa Sofia em Istambul (532-537), a catedral de Santa María del Fiore em Florença (século XVII), a Basílica de São Pedro em Roma (1546-1590) e a Catedral de São Paulo em Londres (1705-1710).[10].
As abóbadas e cúpulas evoluíram após o aparecimento do ferro devido à sua maior rapidez de construção e à sua grande resistência em relação ao seu peso; Posteriormente, foi adotado o uso do concreto armado. Uma das primeiras cúpulas de concreto armado é a do Centro Centenário de Wroclaw (Polônia), construída segundo projeto do arquiteto Max Berg entre 1911 e 1913.[10].
Primeiras estruturas lamelares modernas
A primeira estrutura laminar de concreto armado foi construída na Alemanha entre 1924 e 1926, para cobrir um prédio destinado à fábrica da empresa Zeiss, o atual Planetário Jena").[3]
Até a década de 1920, o comportamento das estruturas lamelares era estudado matematicamente como se fossem membranas. Estes estudos concluíram que se as forças existentes numa casca fina, mas suficientemente rígida, fossem exclusivamente de compressão e tracção tangenciais e estivessem contidas na espessura da casca, sem qualquer tensão de flexão, a espessura da chapa poderia ser muito pequena, mesmo apenas alguns centímetros, desde que a sua forma e condições de suporte cumprissem certos requisitos.[3].
Desta forma, a estrutura já não resolvia os problemas de sustentação devido à sua secção, mas fê-lo através da sua forma pura, conseguindo assim satisfazer o princípio da economia material tão importante para os engenheiros e construtores da época. O material que melhor se adequou a estas novas estruturas foi o betão armado, devido à sua grande moldabilidade; Além disso, o reforço da armadura pode neutralizar as tensões de cisalhamento e tração.[3].
Após a Primeira Guerra Mundial, as estruturas laminares de concreto armado foram impostas como uma tipologia estrutural capaz de cobrir grandes vãos “Leve (engenharia)”) com mínimo dispêndio de materiais. Surgiu assim um novo sistema construtivo com uma geometria ideal para cobrir grandes espaços utilitários como estações, aeroportos, armazéns, armazéns, fábricas ou hangares, que até então eram construídos maioritariamente em aço.[3].
Desenvolvimento do cálculo de estruturas laminares
Esta nova tipologia estrutural exigiu também o desenvolvimento de uma base matemática sólida que fosse capaz de calcular com segurança estas estruturas antes da sua construção. Neste contexto, recorreu-se à aplicação da teoria elástica devido à sua validade mais do que comprovada no cálculo estrutural. A aplicação da teoria elástica ao cálculo estrutural de estruturas laminares cilíndricas começou a ser desenvolvida na década de 1930 na Alemanha.
No entanto, a teoria elástica revelou-se praticamente inaplicável às estruturas lamelares, uma vez que exigia a resolução de equações diferenciais complexas de oitava ordem, formuladas com base em hipóteses irrealistas que pressupunham ou idealizar uma realidade impossível de conhecer a priori, ou assumir um material ideal, homogéneo e isotrópico, apesar de o betão armado não possuir nenhuma destas propriedades. Como consequência, surgiram discrepâncias intransponíveis entre os resultados obtidos por meio do cálculo elástico e o que foi observado na realidade ou por meio de experimentos.[3].
Neste contexto, em 1944 o engenheiro dinamarquês Knud Winstrup Johansen publicou um artigo de grande relevância no qual realizou o cálculo estrutural de uma longa estrutura cilíndrica pertencente a uma cobertura real, utilizando exclusivamente a abordagem de equações de equilíbrio, permitindo assim um cálculo simples e seguro destas tipologias. No final daquela década, Johansen e H. Lundgren formularam uma teoria de aplicação prática, clara e simples baseada na abordagem do equilíbrio.[3].
Na década de 1950, Heinz Isler desenvolveu uma nova abordagem para projetar essas superfícies, definindo sua geometria através de experimentos com modelos físicos, como membranas de borracha infláveis ou tecidos suspensos. Esses experimentos geram figuras equilibradas, pois seu formato distribui cargas, como o próprio peso da estrutura, através das tensões da membrana. Ainda na década de 1950, pesquisadores do Instituto Frei Otto de Construção Leve da Universidade de Stuttgart fizeram experiências com formatos de estruturas tensionadas, estudando as superfícies mínimas de bolhas de sabão, entre outros. Seus modelos físicos foram posteriormente complementados e parcialmente substituídos por métodos computacionais para determinar formas estruturalmente apropriadas, aplicáveis tanto a sistemas tensionados quanto a estruturas laminares.[2].
Atualmente, modelos computacionais modernos são utilizados para calcular essas estruturas, como o método dos elementos finitos.[9].
Evolução posterior
O sucesso das estruturas laminares diminuiu a partir da década de setenta, devido a critérios fundamentalmente económicos, como consequência dos elevados custos de mão-de-obra, métodos de betão e de cofragem que dificilmente podem ser reutilizados noutra obra. O cabo e o estereométrico apresentaram soluções estruturais igualmente eficientes para cobrir distâncias maiores, mas seus problemas construtivos poderiam ser mais facilmente resolvidos com a tecnologia construtiva estabelecida para esqueletos estruturais. As poucas estruturas lamelares construídas após a década de 1970 eram principalmente nervuradas, sendo a superfície contínua substituída por partes lineares ou curvilíneas interligadas.[2].
Porém, no início do século ocorreu uma espécie de “renascimento” das estruturas lamelares. Alguns dos exemplos mais notáveis são L'Oceanogràfic de Félix Candela em Valência (2003), a estação rodoviária de Casar de Cáceres (2004), o crematório Saijo em Kakamigahara (Japão) de Toyo Ito (2008); Rolex Learning Center do SANAA na Escola Politécnica Federal de Lausanne (2011) e a capa do parque Grin Grin em Fukuoka, também de Toyo Ito (2005).[10][12].