Estruturas da Natureza UNIDADE I

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Dr. Antônio da Silva Sobrinho Júnior 
 
Estruturas da Natureza 
Centro Universitário de João Pessoa 
Curso de Arquitetura e Urbanismo 
Disciplina: Estrutura I 
 
• Apresentar algumas estruturas existentes na natureza, 
relacionando-as com obras construídas pelo homem. 
• Analisar o comportamento estrutural de elementos da 
natureza. 
• Identificar os tipos de analogias entre elementos da natureza 
e concepções arquitetônicas. 
• Relacionar a concepção arquitetônica de obras existentes ou 
projetadas com elementos da natureza. 
 
Objetivos 
• Estruturas da Natureza: 
– Reino Mineral 
– Reino Animal 
– Reino Vegetal 
 
• Tipos de analogia 
– Morfológica 
– Estrutural 
– Textural 
– Conceitual 
 
 
 
Classificação 
– Arcos e pontes, pirâmides de arenito 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Reino Mineral 
 
Turquia 
Yunak Evreli, Capadoccia, Turquía 
Desde os Séculos V e VI que algumas comunidades cristãs viviam nestas paragens, escavando cavernas. 
Reino Mineral 
– Penhasco especiais, grutas calcárias 
 
 
 
 
 
 
A Taça, Vila Velha - Paraná Estalactites no Vale da Ribeira, Caverna do Diabo 
– Penhasco: morfológica e estrutural 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
• 
 
 
Sede BNDS - RJ 
 
 
 
Analogias: Reino Mineral 
– Dunas: morfológica e estrutural 
 
 
 
 
 
 
Ca Pirâmides do Egito 
 
 
 
 
 
 
Pirâmides do Louvre (I. M. Pei) 
 
 
Analogias: Reino Mineral 
– Arcos e pontes: morfológica e estrutural 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Ponte du Gard (Império Romano) 
 
 
Analogias: Reino Mineral 
– Estruturas de gelo e cristais de neve morfológica e 
estrutural) 
 
 
 
 
 
 
 
 
Reino Mineral 
Teoria dos Fractais "Fractais são objetos gerados pela 
repetição de um mesmo processo recursivo, apresentando 
auto-semelhança e complexidade infinita.“ 
 
Curva de Koch 
 
Prisão – Berlim 1869 - 71 
Petite Roquette – Paris 1826 - 36 
– Consolos e marquises, calçada dos gigantes 
 
 
 
 
 
 
 
• 
 
 
• Balanço da mão Pisos Intertravados 
 
Reino Mineral 
– Rochas em equilíbrio, tunéis e cascas de argila 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Reino Mineral 
– Falésias e Cânions 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Reino Mineral 
 
 
 
 
 
Analogias: Reino Mineral 
 Penhasco: morfológica e estrutural 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Empire State building (EUA) 
 John Hancock Tower (EUA) 
 Mont Saint Michael, França 
 
 
Analogias: Reino Mineral 
 Ondas: morfológica 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Ondas (Santiago Calatrava) 
 
Escola – Sagrada Família, Barcelona - Gaudi 
L a Rioja Bodegas – Santiago Calatrava, Espanha 
Tubo d’água 
Parque Guel, Barcelona - Gaudi 
Analogias: Reino Mineral e Animal 
 Bolhas: morfológica, estrutural e conceitual 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Revestimento em ETFE Cubo de Água (China) 
 
The Bubble, serviu por duas vezes como 
pavilhão da BMW em exposições na Alemanha 
(IAA – Internationale Automobil Ausstellung 
1999, em Frankfurt; Expo2000, em Munique) 
The Bubble – Arq. Bernhard Franken 
Idéia - Forma dinâmica de duas bolhas 
unindo-se sobre a influência da gravidade 
http://www.vitruvius.com.br/arquitextos/arq060/arq060_03.asp 
Inputs – análise estrutural 
The Bubble 
Bernhard Franken 
 
Conceito: 
Energia Limpa 
Forma Dinâmica 
Costelas 
 
As formas são geradas por 
campos e algoritmos e 
materializadas graças a 
máquinas de controle 
numérico (CNC). 
Water Cube - O Centro 
Nacional de Natação foi 
projetado tendo como base 
dois pilares da cultura 
oriental, a água e o 
quadrado. 
PTW Architects (an Australian Architectural company) 
http://www.revistatechne.com.br/engenharia-civil/128/artigo66594-1.asp 
http://www.vitruvius.com.br/institucional/inst66/inst66.asp 
ÁGUA 
 
em uma cidade continental como Pequim, a água é 
apreciada como ouro. O desenho do centro esportivo foi 
imaginado como um cubo de gelo ainda em estado líquido, 
de aparência frágil e elegante, mas extraordinariamente 
firme. 
QUADRADO 
 
o quadrado é a ordem, a inteligência e o conhecimento do 
homem, o "ideal chinês de harmonia regulada". "Céu curvo 
e terra quadrada". - é o yin e o yang. 
No fim do século XIX Lord Kelvin colocou um problema: 
“Se tentarmos subdividir o espaço tridimensional em compartimentos múltiplos, cada um de igual volume, que forma eles teriam para que as superfícies subdivisoras tenham uma área mínima?”
No fim do século XIX Lord Kelvin colocou um problema: 
“Se tentarmos subdividir o espaço tridimensional em compartimentos múltiplos, cada um de igual volume, que forma eles teriam para que as superfícies subdivisoras tenham uma área mínima?”
No fim do século XIX Lord Kelvin colocou um problema: 
“Se tentarmos subdividir o espaço tridimensional em compartimentos múltiplos, cada um de igual volume, que forma eles teriam para que as superfícies subdivisoras tenham uma área mínima?”
No fim do século XIX Lord Kelvin colocou um problema: 
 
“Se tentarmos subdividir o espaço tridimensional em múltiplos compartimentos, 
cada um de igual volume, que forma eles teriam para que as superfícies sub-
divisoras tenham uma área mínima?” 
Plateau já havia observado em 1873 que 
quando bolhas de sabão se juntam, elas 
sempre se juntam em três superfícies ao 
formar um ângulo de 120 graus na lateral. 
 
Essas laterais sempre se encontram, 
quatro em cada canto, num ângulo 
tetraédrico de aproximadamente 
109,47 graus. 
CONCEPÇÃO DO PROJETO 
Teoria das bolhas de sabão 
No fim do século XIX Lord Kelvin colocou um problema: 
“Se tentarmos subdividir o espaço tridimensional em compartimentos múltiplos, cada um de igual volume, que forma eles teriam para que as superfícies subdivisoras tenham uma área mínima?”
No fim do século XIX Lord Kelvin colocou um problema: 
“Se tentarmos subdividir o espaço tridimensional em compartimentos múltiplos, cada um de igual volume, que forma eles teriam para que as superfícies subdivisoras tenham uma área mínima?”
No fim do século XIX Lord Kelvin colocou um problema: 
“Se tentarmos subdividir o espaço tridimensional em compartimentos múltiplos, cada um de igual volume, que forma eles teriam para que as superfícies subdivisoras tenham uma área mínima?”
Em 1887, Lord Kelvin - figura de 14 lados feita de 8 
hexágonos regulares (120 graus) e 6 quadrados (90 graus). 
O ângulo dessa figura estava longe dos 109.47 graus de 
Plateau. 
 
Em 1993 dois professores irlandeses, Weaire e Phelan 
construíram espumas com dois tipos de células diferentes, 
uma de 14 lados (dois hexágonose 12 pentágonos) e uma de 
12 lados (todos pentágonos) que usavam menos superfície 
que a espuma de Kelvin. 
 
A estrutura é formada por perfis metálicos (aço) 
tubulares de seção transversal compacta. São 
soldados em nós. 
Os tubos de aço são soldados em nós 
num ângulo de 120º, de forma a criar 
uma "estrutura orgânica“ 
 
Após a soldagem ocorre a instalação 
da vedação de ETFE 
O fechamento claro e translúcido de ETFE, além 
de deixar passar a luz diurna, minimizando os 
gastos com iluminação artificial, retém 
aproximadamente 90% do calor do sol, que será 
usado para aquecer as piscinas (veja esquema). 
À noite, o calor absorvido pela massa térmica do 
concreto e da água é irradiado de volta, 
aquecendo todo o interior da edificação 
A iluminação é feita com 
LED. Foram mais de 
440.000 LED’s dispostos 
em toda extensão cúbica 
de forma independente em 
cada bolha. 
Analogias: Reino Mineral e Animal 
 Bolhas: morfológica e estrutural 
 
 
 
 
 
 
 
 Tokyo Big-egg Dome 
 
 
 
 
 
 
Eden Project (Nicholas Grimshaw) 
 
 Pavilhão temporário da Galeria Serpentine, Londres 
 Arquitetura - Rem Koolhaas 
 
– Ninhos de pássaro 
– O ovo 
– As conchas 
– A casa do cupim 
– As teias de aranhas 
– As colmeias das abelhas 
– A asa da libélula 
– O casulo da lagarta 
– A tartaruga 
– O corpo humano 
 
 
 
 
Reino Animal 
– Ninho de pássaro: morfológica e estrutural 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Estádio Olímpico de Pequim (Herzog e De Meuron) 
Analogias: Reino Animal 
http://www.revistatechne.com.br/engenharia-civil/128/artigo66597-1.asp 
O padrão de disposição 
das "pernas" metálicas é 
fruto de uma intensa 
pesquisa biométrica e 
matemática que resultou 
em uma repetitiva série de 
vigas e treliças em curvas 
ascendentes e 
descendentes que se 
interconectam com uma 
grande lógica estrutural e 
conceitual. 
Biomimetismo, ciência que estuda os modelos e padrões da natureza 
Entre a estrutura de concreto e a 
malha metálica, está destinado 
um espaços semi-aberto, onde 
ficarão lojas e restaurantes e as 
escadas de acesso às 
arquibancadas e gerais. 
– As conchas: morfológica e estrutural 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Igreja da Instância (SP) 
 
Analogias: Reino Animal 
– As conchas: morfológica e estrutural 
 
 
 
 
 
 
• Valência Oceanographic (Félix Candela) 
 
 
 
 
 
 
 
 Sydney Opera House (Jorn Utzon) 
 
Analogias: Reino Animal 
Analogias: Reino Animal 
Turin Exhibition Building (Pier Luigi Nervi, 
1948). A combination of frame and shell 
elements. 
Airplane Hangars, Nervi 
– Caracol e Náutilo: conceitual e morfológica 
 
 
 
 
 
 
– 
 
 
 
Analogias: Reino Animal 
Carregando a Casa nas Costas 
Museu do Crescimento Ilimitado (projeto) 
Le Corbusier , Argélia, 1939 
Náutilo 
ARTE E TÉCNICA (arte construtivista russa) 
 
Em 1919, Vladimir Tatlin, artista vanguardista russo, 
apresenta um projeto para uma torre, que seria um 
Monumento à Terceira Internacional. Este monumento 
pretendia representar os novos tempos e a dinâmica 
social, tentando integrar arte e técnica. 
Escada do Museu do Vaticano 
Escada Arco do Triunfo 
Escada Teatro Popular de Niterói, Niemeyer 
Museu Guggenheim, Nova York 
Frank Lloyd Wright, 1959 
Capela do Palácio da Alvorada, Brasília 1957 
Oscar Niemeyer 
– A casa do João de Barro: estrutural 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Pantheon (Roma Antiga) 
 
Analogias: Reino Animal 
– A casa do cupim: morfológica e estrutural 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Pirâmide Transamérica, EUA 
 
 
Analogias: Reino Animal 
– A casa do cupim: morfológica e estrutural 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Petronas Towers (Renzo Piano), Malásia 
 
Analogias: Reino Animal 
– A casa do cupim: estrutural (balanços sucessivos) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Ponte sobre o rio Pinheiros (Ernani Dias) 
 
 
 
 
 
Analogias: Reino Animal 
Analogias: Reino Animal 
Estrutura como caminho das forças – Mosteiro dos Jerônimos e Hall of Labor ( Nervi) 
Asa da Libélula – morfológica e estrutural 
Estrutura como caminho das forças – Igreja da Sé de Braga (inspiração nas flores) 
– A colméia das abelhas: morfológica e estrutural 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Eden Project (Nicholas Grimshaw) 
 IBM Building (Curtis and Davis) 
 
Analogias: Reino Animal 
– O casulo da lagarta: estrutural 
 
 
 
 
 
 
 
• Circuito Sepang, Malásia 
Analogias: Reino Animal 
– As asas dos pássaros: morfológica e estrutural 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Museu Milwakee (Santiago Calatrava) 
Analogias: Reino Animal 
– As asas dos pássaros: morfológica e estrutural 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Estação Satolas (Santiago Calatrava) 
 
Analogias: Reino Animal 
– Os peixes: morfológica e textural 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Palácio das Artes (Santiago Calatrava) 
 
 
 Fish dance (Frank Gehry) 
 
Analogias: Reino Animal 
Mercado de Santa Caterina, Barcelona 
Enric Miralles e Benedetta Tagliabue 
– A baleia: morfológica 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Museu das Ciências (Santiago Calatrava) 
 
 
Analogias: Reino Animal 
– O corpo humano: 
• Caixa torácica: morfológica e estrutural 
 
 
 
 
 
• 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Path Station (Santiago Calatrava) 
 
 
 
 
Analogias: Reino Animal 
– O corpo humano: 
• Coluna vertebral: estrutural 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Tuning Torso (Santiago Calatrava) 
 
Analogias: Reino Animal 
– O corpo humano: 
• As pernas e o tronco: morfológica e estrutural 
 
 
 
 
 
 
 
 
Estação Satolas, Lyon (Santiago Calatrava) 
 
Analogias: Reino Animal 
– O corpo humano: 
• O olho: morfológica 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Cidade das Artes (Santiago Calatrava) 
 
Analogias: Reino Animal 
– O corpo humano: 
• A mão: morfológica e estrutural (balanços) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Museu Milwakee (Santiago Calatrava) 
 
Analogias: Reino Animal 
– A tartaruga: morfológica e estrutural 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
DEUBAU, Alemanha (Frei Otto)Pedra da Tartaruga – Parque Nacional de Sete Cidades - Piauí 
 
Analogias: Reino Animal 
– Ensaio para Concha: morfológica 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 80 South Street, New York (Santiago Calatrava) 
 
Analogias: Reino Mineral/Animal? 
– As teias de aranha: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Analogias: Reino Animal 
Estádio Olímpico de Munique (Frei Otto) 
– A teia de aranha: morfológica e estrutural 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Estádio Olímpico de Munique (Frei Otto) 
 
Analogias: Reino Animal 
– As árvores 
• Os galhos 
• Os troncos 
• As raízes 
 
 
 
 
 
 
 
 
Reino Vegetal 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Reino Vegetal 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Reino Vegetal 
– Flambagem dos brotos 
– Baobás 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Reino Vegetal 
– As flores: morfológica e estrutural 
 
 
 
 
 
 
 
 Pavilhão Venezuela (Expo 2000) 
 
 
 
 
 
 
Ponte Fenghua Tiajin (Marc Mimram) 
 
Analogias: Reino Vegetal 
– As folhas: morfológica 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Folha das Artes-RN (Nilberto Gomes) 
 
Analogias: Reino Vegetal 
– As folhas dos coqueiros e palmeiras: morfológica 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Estação do Oriente, Lisboa (Santiago Calatrava) 
 
Analogias: Reino Vegetal 
– A vitória-régia: estrutural 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Palácio de Cristal (Paxton) 
 
Analogias: Reino Vegetal 
– O bambu: morfológica e estrutural 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Pavilhão Japonês, Expo 2000 (Frei Otto) 
 
Analogias: Reino Vegetal 
– Cipós: estrutural 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Ponte suspensa Inca 
 
 
 
 
 
Analogias: Reino Vegetal 
– Os galhos das árv. frondosas: morfológica e estrutural 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Heritage Square (Santiago Calatrava) 
 
 
 
 
 
Galleria Allan Lambert (Santiago Calatrava) 
 
Analogias: Reino Vegetal 
– Os galhos das árv. frondosas: morfológica e estrutural 
 
 
 
 
 
 
 
 
Council of Ministers, Arábia Saudita 
(Frei Otto) 
 
 Aeroporto de Stuttgart Sagrada Família (Antonio Gaudí) 
 (von Gerkan & Marg) 
 
Analogias: Reino Vegetal 
– O galho da palmeira: morfológica e estrutural 
 
 
 
 
 
– 
 
 
 
 
 
 Entrada Lab. Lenderle (Prieto e Félix Candela) 
 
Analogias: Reino Vegetal 
– O cogumelo: morfológica e estrutural 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Analogias: Reino Vegetal 
Johnson Building – F.L. Wright 
Vibração, ressonância, freqüência própria 
– O galho da araucária: estrutural 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Analogias: Reino Vegetal 
Resistência varia ao 
longo do galho. Analogia 
com as armaduras de 
vigas, que têm maior 
concentração nos pontos 
de maior esforço. 
 
Analogias: Reino Vegetal 
 O pé de oliveira: morfológica e estrutural 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Centro de Pesquisa Selbersdof, Áustria (Coop Himmelblau) 
 
Bibliografia 
VASCONCELOS, Augusto Carlo de. Estruturas da natureza. 
um estudo da interface entre biología e engenharia. Studio 
Nobel. São Paulo. 2000. 311 p., il. 
REBELLO, Yopanan Conrado Pereira. A Concepção Estrutural 
e Arquitetura. Editora Zigurate, São Paulo,2000. 
http://www.vitruvius.com.br/arquitextos/arq060/arq060_03.asp 
http://www.revistatechne.com.br/engenharia-civil/128/artigo66594-1.asp 
http://www.vitruvius.com.br/institucional/inst66/inst66.asp 
http://www.revistatechne.com.br/engenharia-civil/128/artigo66597-1.asp