Tomo II - Capítulo XII - Estruturas da Natureza e estruturas artificiais

No contexto das estruturas arquitetônicas, forças atuantes sobre elas buscam "caminhos" por onde forças, partindo do ponto de suas aplicações, serem transmitidas pelo material até o lugar onde sejam dissipadas. Esses caminhos se confundem com a própria forma e são coincidentes com o arcabouço rígido que mantém a característica do espaço arquitetural. Provavelmente por esta razão é comum se definir a estrutura arquitetônica como um sistema (ou subsistema) rígido pelo qual são transmitidas as forças atuantes até que sejam dissipadas, geralmente no substrato lhe serve de base física.

Pela perspectiva da resistência, podemos afirmar que uma estrutura é a parte ou o conjunto das partes de uma arquitetura com função de resistir a cargas. Cada parte de um sistema, elemento estrutural, deve ser capaz de absorver, resistir e transmitir força a outra por meio de vínculos até a dissipação final no substrato.

Veja um exemplo de desenho de observação de uma estrutura natural. Observe a prancha com suas características de identificação, forma, etc. Depois de observar, retorne à leitura a seguir.

Estruturas da Natureza (construções e desconstruções)

Observar a Natureza pode vir a ser um hábito importante para o projetista de estruturas arquitetônicas. Ela constitui uma cornucópia de inspiração e ensinamentos. Nas formas e ocorrências naturais há no ambiente importantes e inúmeros exemplos da conjugação entre a estabilidade, a funcionalidade e a beleza, preconizadas por Vitrúvio.

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Na elegância das árvores se observa que as secções de troncos e galhos diminuem do ponto de apoio às extremidades. Isto revela uma relação física coerente com as forças e esforços de reações aos quais as fibras da árvore estão submetidas, sob efeito principalmente do peso próprio e dos agentes ambientais.

As analogias com a natureza constituem um repertório vasto para estudiosos das estruturas arquitetônicas. Frei Otto, com seus colaboradores do Instituto de Estruturas Leves de Stuttgart, investigam alternativas para estruturas arquitetônicas a partir da observação de teias de aranha, bolhas de sabão e até mesmo exemplos culinários. Igualmente, outros campos têm gerado novas “ciências”.

Na Biônica, por exemplo, processos biológicos oferecem a pesquisadores modelos utilidades práticas na indústria, medicina, engenharia, etc. A apropriação das estruturas naturais para a resolução dos problemas arquitetônicos, como outros, existe há muito. Isto está amplamente expresso na arquitetura regional, em todo o Planeta. O tema também comparece como universo de pesquisa e investigação em áreas diversas.

Podemos observar a correlação entre uma teia e a cobertura suspensa do pavilhão da Alemanha na Expo 67, em Montreal, de Frei Otto. O mesmo pode verificar a similitude da estrutura da espuma formada por bolhas de sabão e o pavilhão de exposição da Feira Mundial de Nova York, 1964, do mesmo arquiteto.

Sem dúvida fértil e rico em referências o universo natural permite a compreensão dos fenômenos físicos e sua aplicabilidade às estruturas arquitetônicas de maneira sábia e criativa. A observação atenta da estrutura de sustentação de animais podem nos inspirar na criação de sistemas construtivos inteligentes. A ossatura de um cavalo pode ser associada a uma viga treliçada bi-apoiada. O brontossauro revela a possibilidade resistente de formas com duplos balanços, enquanto o bisão nos explica a conveniência da relação estática entre balanços e vãos apoiados. Os guindastes são uma clara tradução do conceito de equilíbrio de momentos verificado entre contrapeso e braço sustenta nte encontrado na fisiologia de algumas aves como o mergulhão.

Christopher G. Williams sintetiza que "estrutura é o caminho pelo qual se pode obter a máxima resistência com o mínimo consumo de material por meio do arranjo mais apropriado dos elementos e da melhor forma para o uso pretendido, construído com os materiais mais apropriados ao tipo dos esforços internos que acontecerão".

Estruturas naturais podem contribuir com o conhecimento quanto aos sistemas estruturais em arquitetura porque são elementos ou entes selecionados há milhões de anos de evolução. O tempo fez com que a natureza se impusesse pela geração de sistemas organizados de maneira a garantir o consumo mínimo de matéria e energia, cujo resultando é o máximo rendimento. Desse modo, estruturas arquitetônicas devem ser sinônimos de economia e racionalidade, mas sem que se abandone a funcionalidade e a beleza.

Na natureza, sem economia e racionalidade pouco se teria realizado em termos do desenvolvimento da tecnologia complexa. Uma nave espacial não se sustentaria no para suas finalidades de deslocamento se fossem frágeis ou tivesse excesso de massa, da mesma forma que uma abelha não teria sucesso em voar pelos mesmos motivos. Se grandes edifícios tiverem estruturas super dimensionadas, provavelmente não suportariam seu próprio peso. O mesmo se verificaria se a natureza “projetasse” uma saúva do tamanho de um elefante somente aumentando em escala as medidas de sua estrutura corporal. É provável que a “saúva gigantesca”, imaginada, não suportaria nem mesmo a si própria, quanto mais uma “folha” também aumentada na proporção desse gigantismo.

O grande desafio, portanto, é a busca equilibrada entre forma, estrutura e material, numa lógica econômica, buscando-se superar os esforços estruturais gerados pela ação gravitacional e da pressão atmosférica sobre os elementos construtivos.
O ovo, talvez um dos melhores exemplos das estruturas naturais, é historicamente inspirador de vários projetos desenvolvidos pelo homem. Associado às aves, compõe um complexo importante de similaridade entre o mundo animal e formas criadas pelo Homem.

Muito se pode aprender com a estrutura de um ovo. Embora simples, responde muito bem a esforços que lhe são aplicados. Suas formas curvas são próximas das “funiculares”, predominantes durante a expulsão do ovo do corpo da ave, bem como quanto às forças concentradas durante sua queda. Também a natureza contribui harmoniosamente fazendo com que a melhor maneira para o ovo atingir o solo seja na direção de sua maior dimensão, e também que a carga distribuída aplicada pelo corpo da ave ao chocá-lo seja aplicada de forma conveniente a sua estrutura.

Todas essas forças tendem a comprimir a estrutura resistente do ovo, composto de carbonato de cálcio, material que apresenta boa resistência, embora seja pouco resistente à tração, semelhante ao concreto. Tais propriedades materiais permitem que a estrutura do ovo suporte a ação das forças externas e não crie dificuldade para a força de punção interna provocada pelo bico do frágil filhote em sua tentativa de sair ao nascer.

Ao longo da história, diversos construtores, arquitetos e engenheiros, criaram fantásticas soluções de arquitetura e estrutura, em diversas versões de materiais e processos construtivos, que reproduzem o comportamento estrutural da casca do ovo. O ovo é o espaço onde a vida se cria, e possui um coadjuvante importante, o ninho. Fundamental durante a gestação da vida, o ninho também é imprescindível para agasalhar e proteger os filhotes das adversidades do meio.

Um bom e atraente exemplo dessa referência natural da arquitetura estrutural está no ninho do sofrê, ou corrupião, ave canora (Icterus jamacaii) brasileira que constrói seu ninho sobre forquilhas de galhos de árvore. O material utilizado na construção é obtido nos arredores e, em princípio, todo fio ou fibra, de qualquer tamanho e material, torna-se elemento da construção. O pássaro gira em torno do ninho durante o processo de contextura, usando o próprio corpo como escala.

Nota-se que, mesmo feito de materiais originalmente sem grande resistência se pensados isoladamente, o tecido adquire uma grande capacidade de volume e carga. O ninho do sofrê é mais um exemplo típico de situações em que a correta disposição de elementos isolados permite constituir um sistema com capacidade de vencer vãos muito maiores do que suas dimensões originais.

Criar é inato do homem e da natureza. Criar é sempre um salto sobre o paradigma reinante. Mas na própria natureza, quando seres animados e inanimados, por necessidade de mimetizam outros seres, também precisam criar, entretanto não mais de um salto, mas pela permanência ou mimetismo. A arquitetura e a estrutura, muitas vezes, não criam apoiando-se nos saberes da natureza, mas simplesmente copiando-a nas formas, em uma leitura direta de sua estética. Esse conceito está expresso na estrutura do Estádio Olímpico de Beijing, se baseia na estrutura de um ninho de passarinho.

Para modo a sobreviver às intempéries, há milhares de anos a Humanidade vem construindo abrigos. Os construtores buscam como vimos, com segurança, conforto e também beleza. Os primeiros elementos que satisfizeram basicamente a essas necessidades ou, pelo menos as primeiras das três, na alvorada da Civilização foram retirados “in natura”. Depois de árvores e cavernas, pedras minerais e de gelo, como iglus; troncos, varas e gravetos; peles de animais, barro e fibras, dentre muitos.

Alguns estudiosos como o engenheiro Augusto Carlos de Vasconcelos abordam o estudo das estruturas naturais em comparação com as artificiais segundo as que são elaboradas por elementos climáticos
e compostas por memória genética.

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