4.3.1 Sistema Mero
O sistema espacial Mero, cujo nome provém de uma abreviação do nome original Mengeringhausen Rohrbauweise, foi desenvolvido na Alemanha, em 1942, pelo Dr. Max Mengeringhausen e foi o primeiro sistema modular a ser produzido em massa para a construção de estruturas espaciais. Os membros do sistema são enformados a frio e consistem em tubos de secção circular que se unem, por meio de parafusos roscados, a nós esféricos de aço. Segundo Chilton [20], este conceito foi inspirado em talos de trigo e hastes de bambu, onde o criador do sistema estudou a transferência de cargas entre as secções tubulares e os nós localizados em intervalos regulares ao longo do comprimento destas estruturas naturais.
Os nós esféricos do sistema Mero são escolhidos a partir de uma gama limitada, dependendo do diâmetro dos membros tubulares a serem conectados. Estes nós podem possuir sete tamanhos diferentes com diâmetros de 50, 85, 110, 131, 154, 180 e 200 milímetros. Para além disto, existem três tipos de nós que podem ser escolhidos conforme o número de conexões e os ângulos exigidos em cada um deles, nomeadamente, o nó standard, o nó regular e o nó especial. O nó standard, representado na Figura 4.1, possui dezoito furos roscados, permitindo ângulos de conexão de 45o, 60o, 90oe múltiplos destes.
O nó regular, que normalmente possui 10 faces, tem tantos furos roscados como os exigidos para efectuar a ligação entre os membros tubulares das treliças espaciais frequentes. O nó especial possui furos roscados em qualquer ângulo necessário com um mínimo de 35oentre
furos adjacentes, oferecendo ao projectista grande flexibilidade na escolha da geometria da treliça espacial. Em torno de cada furo roscado existe uma superfície plana com o objectivo de melhorar o encaixe entre os nós e as barras.
Figura 4.1: Nó standard do sistema Mero [142].
diâmetro e estão disponíveis em oito comprimentos, medidos entre os centros das esferas, que diferem numa proporção de √2 com um mínimo de 0,5 metros, ou seja, 0,5, 0,707, 1, 1,25, 1,414, 2, 2,5 e 2,828 metros. Na extremidade de cada membro tubular é soldada uma secção cónica pela qual passa um parafuso central de aço de alta resistência que é introduzido na manga do tubo através de uma abertura localizada perto da sua extremidade. Uma porca é fixa à extremidade exposta do parafuso através de uma cavilha, de forma a impedir que o parafuso escorregue para dentro do tubo e permitir que seja apertado ao nó esférico pela rotação da porca, tal como se pode verificar na Figura 4.2.
Figura 4.2: Pormenor de ligação do sistema Mero (adaptado de [78]).
As Tabelas 4.1 e 4.2 apresentam as relações entre os vários elementos do sistema Mero. Este sistema de conexão é de fácil execução e permite que a estrutura possa ser desmontada e erguida em locais distintos. Para além disso, permite que a linha de acção dos esforços presentes nos membros tubulares passe pelo centro do nó esférico que os une, de modo a não desenvolver excentricidades que possam originar momentos flectores nas barras e, assim, possibilitando que estas funcionem apenas com forças de compressão ou tracção. Todos os elementos do sistema (barras, nós e parafusos) são protegidos contra a corrosão através de galvanização a quente e os acabamentos em pó de poliéster permitem a escolha de uma ampla gama de cores. No caso de existirem furos roscados em excesso nos nós, estes são selados com tampões de plástico, para evitar a corrosão interna.
Actualmente, este sistema designa-se como sistema Mero Kugel Knoten, que significa nós esféricos, e possui vinte e três porcas e cones de extremidade, trinta e dois membros tubulares e nove nós esféricos padronizados [77]. Utiliza praticamente os mesmos componentes, apenas com algumas melhorias relativamente à facilidade de execução dos
Tabela 4.1: Relação entre nós e parafusos do sistema Mero (adaptado de [78]).
furos roscados nos nós, que podem ser executados praticamente em qualquer ângulo, e aos tubos que podem possuir diâmetros entre 30 e 355 milímetros com diferentes espessuras e estão disponíveis em qualquer tamanho deste 1,5 a 5 metros. Neste sistema o revestimento da estrutura é suportado por madres compostas por perfis tubulares que transmitem as cargas à estrutura espacial através dos seus nós (Figura 4.3).
Figura 4.3: Madres do sistema Mero KK [77].
É normal que um sistema modular que se encontra no mercado há mais de 60 anos possua uma diversidade de exemplares espalhados por todo o mundo, principalmente de treliças espaciais planas de dupla camada. Porém, a sua aplicação também se pode estender a cúpulas e arcos treliçados.
4.3.2 Sistema Orona
O sistema Orona é muito semelhante ao sistema Mero, sendo também constituído por conectores esféricos sólidos de aço, membros com secção transversal tubular circular e elementos de fixação. As articulações esféricas possuem um certo número de superfícies planas com um furo roscado dispostas em várias direcções, conforme a distribuição dos membros tubulares. Porém, existe a preocupação de não permitir a interferência entre dois membros adjacentes.
Os membros tubulares são de aço enformados a frio e possuem um cone soldado em cada extremidade que permitem a passagem de um parafuso central com função de efectuar a ligação destes elementos com as articulações esféricas. Todo este processo, desde a execução dos membros tubulares até à soldagem dos cones de extremidade e colocação dos parafusos, é realizado em fábrica, restando apenas a tarefa de aparafusar os membros tubulares aos conectores esféricos no local de erecção da estrutura.
De seguida serão analisados dois tipos de sistemas Orona, Ortz e Elkar, cuja diferença reside no método de conexão entre os membros tubulares e as articulações esféricas. A conexão do sistema Ortz, cujo pormenor se encontra representado na Figura 4.4, é efectuada por meio de um parafuso que é inserido no cone de extremidade antes deste
ser soldado ao membro tubular e duas porcas, uma fina e uma grossa, localizadas entre a articulação e o membro. O parafuso possui uma parte estreita com uma rosca esquerda que se insere no furo roscado do nó e uma parte mais larga com uma rosca direita onde se inserem as porcas. Inicialmente, com auxílio destas, roda-se o parafuso de forma a este ficar completamente inserido no conector e, de seguida, apertam-se as porcas contra o cone de extremidade do membro tubular, de modo a permitir uma articulação rígida em que a porca grossa se comporta como uma porca de bloqueio.
Figura 4.4: Pormenor de ligação do sistema Ortz, Orona (adaptado de [78]).
A ligação do sistema Elkar (Figura 4.5) é efectuada apenas por meio de um parafuso com uma rosca esquerda que se insere na articulação e uma manga entre o nó e o cone de extremidade. Para além da rosca esquerda, o parafuso possui uma secção hexagonal perto da cabeça, a qual é envolvida por uma parte da manga que possui um perfil interior e exterior idêntico ao do parafuso, e uma secção lisa, envolvida pela restante parcela da manga, onde é colocado um pequeno parafuso de fixação. O procedimento de montagem deste sistema consiste em, primeiramente, rodar a secção hexagonal da manga de forma a inserir completamente a parte roscada do parafuso na articulação e, posteriormente, rodar o parafuso de fixação de modo a evitar que o parafuso de ligação fique desapertado. Ambos os sistemas mencionados permitem a fácil remoção ou restauro de um membro danificado de uma estrutura completa pelo simples desaparafusamento dos parafusos de conexão.
Para evitar a corrosão, todos os elementos destes sistemas são submetidos a processos de desengorduramento e decapagem, de modo a remover todas as partículas soltas antes da aplicação do revestimento, que pode ser efectuado por imersão a quente em tanques que contêm soluções de iões de zinco (galvanização).
Figura 4.5: Pormenor de ligação do sistema Elkar, Orona (adaptado de [78]).