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Ementa

Histórico das construções metálicas; parâmetros técnicos de projeto, utilização de perfis estruturais e os vários tipos de aço; modulação construtiva em edifícios de aço; interferência dos sistemas de estabilização; sistemas construtivos industrializados; interação entre estrutura e vedação e os vários tipos de acabamento.

Objetivos

Promover conhecimentos sobre a arquitetura para desenvolvimento de projetos de edifícios em aço;

Produzir conhecimentos aplicados ao desenvolvimento arquitetônico e sua melhor coordenação com as modulações estruturais e construtivas no contexto de projeto e construção de edifícios com sistemas construtivos em aço, de acordo com as normas brasileiras vigentes.

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APRESENTAÇÃO

Prezados alunos,

Sejam bem-vindos ao módulo Arquitetura e Construção Industrializada em Aço.

Nosso objetivo é informar-lhes, de modo prático, a maneira adequada de se enfocar o processo arquitetônico dentro do sistema industrializado de construções com estruturas metálicas. A visão do todo e as dimensões de qualidade arquitetônica e construtiva definirão nosso trabalho. A compreensão da integração entre projeto-fábrica-obra permitirá atingir os resultados esperados.

As discussões por meio dos “chats” farão nosso trabalho mais proveitoso. Contamos com a participação de todos e esperamos, desse modo, estar de alguma maneira contribuindo para ampliar seus conhecimentos.

Ascanio Merrighi

Professor do Curso de Pós-Graduação

em Construções Metálicas

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INTRODUÇÃO

O enfoque deste curso será o caminho para o desenvolvimento do projeto de arquitetura e sua implementação, considerando-se dois pontos de impacto surgidos com a Revolução Industrial.

Primeiro – O conceito da qualidade do processo de fábrica sobre o processo artesanal: precisão, rapidez de execução e racionalização, controle de perdas, entre outras características, fazem parte do diálogo concepção-projeto.

Segundo - A idéia da logística da ação projétil, ordenando as intenções arquitetônicas. Seis são as ações logísticas necessárias ao bom desempenho técnico da construção: projeto, detalhamento, fabricação, pré-montagem, transporte e montagem.

Esses são dois pontos de impacto que tratam da qualidade construtiva do objeto arquitetônico. Os conceitos técnicos relativos à fábrica e à produção terão de ser assimilados pelos arquitetos e pelos engenheiros, somando-se a condicionantes técnicos próprios, sendo sempre o principal deles a qualidade arquitetônica do objeto construído.

Como síntese desse raciocínio, podemos concluir a existência, a partir da Revolução Industrial, da dicotomia – qualidade construtiva/qualidade arquitetônica, que demanda esforço dos arquitetos em harmonizá-las mediante o desenvolvimento dos projetos e a integração dos profissionais (arquitetos e engenheiros) envolvidos em sua implementação. Atingir essa harmonia implica compreender, detalhadamente, cada um dos conceitos acima.

Quando falamos de qualidade de fábrica, podemos assumir que precisão, rapidez, racionalização e controle de perdas advêm do melhor aproveitamento de equipamentos, do uso dos insumos e da mão-de-obra empregada. Assumimos também que todas essas ações deverão trazer relação de custo-benefício na viabilização de uma obra, considerando-se seus principais precedentes e particularidades, isto é, intenção do cliente, interpretação do arquiteto e as bases financeiras estimadas.

Já a logística da ação do projeto exige conhecimento de cada uma das seis etapas descritas no segundo tópico. O pensar arquitetônico, por ser abrangente, absorve com facilidade os condicionantes de cada etapa. A abordagem do tema das estruturas de aço, sob o ponto de vista da concepção arquitetônica que a origina, visa ser mais qualitativa que quantitativa, buscando esclarecer os elos entre o conceito do projeto e sua materialização na obra.

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HISTÓRICO DAS ESTRUTURAS METÁLICAS NO BRASIL E NO MUNDO

2.1 Os princípios da industrialização e o aço

A Revolução Industrial, iniciada no século XVIII, e seu desenrolar nos seguintes trouxe não apenas novos conceitos como produção em série e linha de montagem, mas também novos tipos de material e tecnologia. Um grande número de invenções era introduzido, simultaneamente, no cotidiano das pessoas, trazendo consigo novas tipologias arquitetônicas para atender as suas demandas de espaço físico e compor os sistemas de transporte e parques industriais que surgiam como temas das cidades.

O ferro fundido foi largamente usado como material estrutural a partir da industrialização dos processos e da invenção dos maquinários. Um registro de patente de Sir Henry Bessemer (1813-1898) em 1855, portanto dentro do cenário das invenções industriais, transformou-o num material com qualidades estruturais ainda mais interessantes, provavelmente já inseridas nas disciplinas que abordam as características mecânicas do aço. A operação seria insuflar oxigênio na solução incandescente de ferro fundido retirado dessa grande parte do carbono presente em sua constituição, trazendo mais “flexibilidade” ou “ductibilidade” à sua consistência. O aço é basicamente o material resultante desse processo que pode ser sofisticado e conduzido às mais diversas direções pela metalurgia. Tal direcionamento origina os diferentes tipos de aço conhecidos.

As características estruturais do aço de ter maior resistência que o ferro fundido a esforços de tração, torção ou flexão sem romper-se bruscamente são as principais responsáveis pela mudança estética das obras que passam a utilizá-lo em relação àquelas que se valiam do ferro fundido como material estrutural. Os elementos formais comuns às estruturas em ferro são praticamente os mesmos das construções não-metálicas que as precedem como arcos plenos e elementos verticais sujeitos principalmente à compressão, como na ponte em Coalbrookdale, a pioneira das construções metálicas.

Ponte Coalbrookdale

Projeto: T. M. Pritchard Localização: Coalbrookdale, Inglaterra Construção: 1775/79

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Já nas construções em aço, mantém-se a leveza visual conquistada com o ferro fundido, e começam a surgir cabos, tubos e vigas respondendo satisfatoriamente às solicitações mencionadas, o que, anteriormente, era exclusivo da madeira, um material com limitações literalmente naturais. Os elementos confeccionados em aço traziam a seu favor a grande resistência mecânica do material, aliada à versatilidade do processo de fabricação. Sua agilidade de sistema construtivo foi testada em situações de guerra, como nas pontes e torres de Willian Jenney, e futuramente aplicada em edifícios como o Leiter I e outros, que veremos a seguir em seus respectivos contextos.

Edifício Leiter I

Projeto: Willian Le Baron Jenney Localização: Chicago, EUA Construção: 1879

2.2 A construção metálica no mundo

O que mais nos interessa abordar é que a utilização do aço na construção civil possibilitou o surgimento de vários tipos delas, que hoje fazem parte do nosso cotidiano. Talvez o maior exemplo sejam os edifícios de múltiplos andares em sua solução estrutural trivial de pilares (colunas) e vigas. Um dos pioneiros a desenvolver essa concepção foi o norte-americano George A. Fuller (1851-1900), que construiu em Chicago, em 1889, o Edifício Tacoma, um dos primeiros em todo mundo, onde as paredes externas não eram de alvenaria autoportante, sendo sua estrutura independente, constituída por elementos de aço dispostos em retícula tridimensional ortogonal.

Os precedentes do desenvolvimento tecnológico dessa solução estão inseridos no contexto da Revolução Industrial, e sua introdução no cenário das cidades ocorreu principalmente em duas situações: no momento de afirmação econômica das cidades norte-americanas e no de modernização das cidades européias em suas grandes exposições tecnológico-industriais.

Em Chicago, um incêndio de grandes proporções destrói praticamente toda a cidade no ano de 1871, apressando a aplicação das tecnologias em desenvolvimento para construção de edifícios altos que pudessem abrigar vários imóveis simultaneamente. Não apenas o aço e o esquema

Edifício Tacoma

Projeto: Holabird and Roche Localização: Chicago, EUA Construção: 1889 Demolição: 1929

Edifício Tacoma

Projeto: Holabird and Roche Localização: Chicago, EUA Construção: 1889 Demolição: 1929

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estrutural possibilitariam esse feito, mas outras invenções, principalmente o elevador, tornariam possível sua aplicabilidade e ocupação. A cidade foi reconstruída no ritmo da necessidade imposta pela catástrofe, e a tipologia arquitetônica originária desse contexto conquistaria, definitivamente, o cenário das cidades norte-americanas, sendo ainda mais utilizada em Nova Iorque, tornando-se posteriormente, o ponto comum das paisagens urbanas de todo o mundo.

Chicago prosseguiu como o principal cenário onde arquitetos e calculistas desenvolviam seus projetos, não exclusivamente naquela cidade, cujo movimento inicial consagrou-se na história da arquitetura como a Escola de Chicago. Lá sediava-se o escritório do arquiteto Loius Sullivan, autor, entre outros, do Edifício Carson Pirie Scott & Company. Sullivan foi nesse período inicial o mais notório de uma série de profissionais da cidade ou nela trabalhando que depuraram a expressão estética e as soluções tecnológicas das torres de andares múltiplos. Chicago continuou e mantém-se como a principal referência ao desenvolvimento tecnológico dessa tipologia em seus dois principais aspectos: expressão arquitetônica e sistema estrutural.

Na Europa, a principal forma de manifestação das tecnologias emergentes nos séculos XVIII e XIX eram as exposições universais promovidas por suas principais cidades. Um importante marco na história da arquitetura surgido nesse contexto é também referência, quando falamos em construção metálica. Na Exposição Universal de Londres, em 1851, Joseph Paxton concebe um edifício de grandes proporções (cobria uma superfície de 70.000m²) com tecnologia então usualmente aplicada a estufas e jardins de inverno. A construção ficou famosa pela transparência conseguida com a combinação da leveza de sua estrutura metálica e o fechamento em vidro de todo o conjunto nomeado o Palácio de Cristal.

Palácio de Cristal

Projeto: Joseph Paxton Localizações: Londres, Inglaterra / Sydenham, Inglaterra Construção: 1851 Remontagem: 1852 Destruição (incêndio): 1936

O destino imediato da construção após a exposição realizada no High Park talvez fosse parte integrante do pacote de demonstrações tecnológicas que representava. O edifício de aço e vidro foi desmontado e completamente remontado noutro local (Sydenham), demonstrando a versatilidade introduzida por aquele sistema na construção civil. Para além do impacto causado principalmente por sua dimensão e tecnologia construtiva, o

Edifício Carson Pirie Scott & Co.

Projeto: Louis H. Sullivan Localização: Chicago, EUA Construção: 1898-99

Edifício Carson Pirie Scott & Co.

Projeto: Louis H. Sullivan Localização: Chicago, EUA Construção: 1898-99

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Palácio de Cristal não introduzia algo de novo no aspecto formal de sua arquitetura. O conjunto tinha a escala horizontal como predominante, e seus principais elementos formais eram abóbadas de arcos plenos com numerosos montantes verticais estruturando suas fachadas sem muito exigir (ao menos, proporcionalmente) das vigas horizontais. Algo evidenciado na exposição de Londres foi que a tecnologia estava mais avançada que a apropriação estética de seus recursos, o que seria contornado nas décadas seguintes até a consolidação da arquitetura moderna especialmente na escola que melhor representou a interface projeto-indústria-obra, a Bauhaus (1919-1933) na Alemanha. Contudo, vários elementos (treliças, contraventamentos) comuns às obras de aço hoje foram aplicados com sucesso no Palácio de Cristal.

Se os americanos tinham suas novas cidades em momento de afirmação econômica e fizeram dos arranha-céus um símbolo dessa consolidação, a questão na Europa era outra. Suas principais cidades já eram consolidadas com escala e legibilidade urbana incompatíveis com edifícios exageradamente verticalizados, e o desafio principal seria permeá-las com a infra-estrutura necessária para promover a modernização e a agilidade que garantiriam seu desenvolvimento econômico. Os novos parâmetros da industrialização fizeram Georges-Eugène Haussmann, prefeito de Paris de 1853 a 1869, conceber um audacioso plano de reformulação da cidade com abertura de grandes bulevares e avenidas largas e instalação de novos equipamentos urbanos ao longo desses percursos. O mundo foi oficialmente convidado a ver de perto o resultado na Exposição Universal de Paris em 1889. Duas obras do conjunto construído para abrigá-la seriam consagradas com marcos históricos da construção metálica: a Torre Eiffel e a Galeria das Máquinas.

Galeria das Máquinas

Projeto: C.L.F. Dutert e V. Contamin Localização: Paris, França Construção: 1889 Demolição: 909

Na exposição parisiense, o incômodo constatado em Londres da discrepância entre a técnica e a sua apropriação formal começou a dar sinais de superação pelos arquitetos e pelos engenheiros envolvidos na concepção de suas obras. Todo parque de exposições, como de costume nesses eventos, deveria ser desmanchado após sua realização, o que aconteceu realmente com a Galeria das Máquinas vinte anos depois e seria reconsiderado no caso da Torre Eiffel, que permanece até hoje como o maior símbolo da cidade.

Há registros do espanto causado pela torre na época em que foi erguida; o espanto estético foi acompanhado de protestos contra seu “mau gosto”, sendo talvez a maior prova

Torre Eiffel

Projeto: Gustave-Alexandre Eiffeil Localização: Paris, França Construção: 1889

Torre Eiffel

Projeto: Gustave-Alexandre Eiffeil Localização: Paris, França Construção: 1889

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da inovação formal bem sucedida, confirmada ao longo dos tempos por sua permanência. O impacto maior continuava, contudo, por conta da técnica: o detalhamento do projeto e sua fabricação aliados à experiência precisa da montagem da torre, são provavelmente seus maiores legados. Além dos elementos treliçados e contraventados, da transparência e leveza da combinação metal-vidro, as duas principais obras de Paris tinham a conquista da verticalidade resolvida em seus problemas de estabilização, apoios rotulados de colunas e arcos ogivais que venciam grandes vãos (as proporções também eram gigantescas na Galeria das Máquinas).

O desenvolvimento da tecnologia do aço aplicada às construções prosseguiu em ambos os cenários. Tanto os norte-americanos como os europeus valem-se das estruturas metálicas como principal opção estrutural de suas construções por motivos que serão mais elucidados nos tópicos seguintes. Nessas duas regiões, outras alternativas estruturais foram usadas em maior escala apenas em ocasiões históricas, em que o aço deveria ser estrategicamente resguardado para outras finalidades, diga-se destrutivas, principalmente nos períodos precedentes às guerras. Noutros países desenvolvidos, com parques siderúrgicos capazes de atender a demanda da construção, as estruturas metálicas também prevalecem sobre as demais, chegando à quase totalidade das construções em áreas sujeitas a terremotos pela maior segurança que oferecem.

Para concluir, ainda devemos destacar o trabalho de alguns arquitetos no contexto histórico das construções metálicas, lembrando ser sua realização prática resultado evolutivo da interação entre as concepções arquitetônicas e tecnológicas com a depuração do cálculo na fase de projeto e sua correta fabricação e montagem. Os conceitos das torres habitacionais ou comerciais de aço e vidro, seus modelos de estabilização e sua postura estética inovadora, entre outras soluções, são resultado da interação entre arquitetos, como Ludwig Mies van der Rohe, em seus projetos mais conhecidos, como o Edifício Seagram, e calculistas, como Fazlur Kahn, que desenvolveu o conceito de torre tubular contraventada aplicado em edifícios como o John Hancock Center.

Edifício Seagram

Projeto: L. Mies van der Rohe

Localização: Nova Iorque, EUA

Construção: 1957

John Hancock Center

Projeto: Bruce Graham - SOM

Localização: Chicago,EUA

Construção: 1969

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2.3 A construção metálica no Brasil

A Revolução Industrial chegou ao Brasil e a outros países então colônias quando essa acontecia na Europa, muitos anos depois de seus efeitos e impactos serem absorvidos no cotidiano das nações mais avançadas no seu processo. Tentativas de se instalar processos fabris e desenvolvimento industrial foram reprimidas nas colônias e, posteriormente, em países recém-independentes da América Latina. O acesso a tecnologias exclusivas dos países em desenvolvimento industrial só era possível por meio de importação, e isso só ocorreu no Brasil após a mudança da família real portuguesa em 1808 para o Rio de Janeiro e posterior abertura dos portos nacionais.

As primeiras construções metálicas no Brasil eram compradas prontas e trazidas até nossos portos onde eram descarregadas, transportadas e montadas nos locais de destino. Foram poucos, mas notáveis, esses casos, como o da Estação Ferroviária de Bananal no interior de São Paulo, edificação não apenas com estrutura metálica independente (colunas e vigas) mas também com toda sua vedação de paredes em painéis metálicos e telhas de cobertura do mesmo material. Outros casos podem ser mencionados, como o Teatro José de Alencar e a Residência Brennand, em Fortaleza e no Recife, respectivamente. O que mais interessa, no entanto, é identificar no contexto brasileiro como ocorreu e vem ocorrendo a inserção da cultura dos processos industrializados de construção e as estruturas metálicas como matriz desses.

Estação Ferroviária de Bananal

Projeto: Desenvolvido na Bélgica

Localização: Bananal, SP

Construção: 1889

Teatro José de Alencar

Projeto: Desenvolvido na Escócia

Localização: Fortaleza, CE

Construção: 1810

Tardiamente, a primeira consolidação expressiva do que viria a ser o parque siderúrgico nacional só ocorreu após a Segunda Guerra Mundial, sendo a primeira siderúrgica de grande porte, inaugurada em 1946. Nas décadas seguintes, vimos a ampliação constante

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desse quadro até a consolidação do País como sétimo maior produtor e quinto maior exportador mundial de aço. Historicamente podemos dizer que as investidas mais incisivas para desenvolver o mercado nacional da construção em estruturas metálicas só ocorreu mesmo nessa segunda metade do século XX tornando-se mais evidente nos seus últimos vinte anos, a partir de fins da década de 1970.

A própria formação de profissionais brasileiros envolvidos na elaboração de projetos é tardia dentro do nosso contexto universitário. A dos arquitetos, por exemplo, foi primeiramente possível através da Escola Nacional de Belas Artes no Rio de Janeiro, sendo que a primeira a ostentar o nome de “Escola de Arquitetura” foi a de Minas Gerais, hoje vinculada à UFMG, em Belo Horizonte, em fins da década de 20 e começo de 30. Como abordado no capítulo introdutório, a existência de profissionais qualificados a cargo do desenvolvimento dos projetos e do planejamento da obra é essencial para o sucesso das experiências em construção industrializada. O descompasso de quase meio século entre o início da formação profissional e a existência de um parque siderúrgico próprio talvez tenha induzido a cultura de projeto e construção brasileira na direção tecnológica do concreto armado, por não ser esse um sistema que exija a industrialização de seus processos. Quando nos liberamos dos entravés que impediam o surgimento de estéticas próprias de arquitetos brasileiros em sistemas de construções metálicas, os resultados foram satisfatórios e surgiram obras como o Pavilhão CSN e o Pavilhão do Brasil na Exposição Universal de Bruxelas. Ambos os projetos são de autoria do arquiteto que melhor explorou o aço nesses primórdios dos edifícios “genuinamente” brasileiros: Sérgio Bernardes.

Pavilhão CSN

Projeto: Sérgio Bernardes Localização: São Paulo, SP Construção: 1954

Pavilhão do Brasil

Projeto: Sérgio Bernardes Localização: Bruxelas, Bélgica

Construção: 1958

A arquitetura brasileira, mesmo considerando sua tradição histórica direcionada a outro sistema estrutural, não abriu mão das vantagens oferecidas pelo aço em situações consideradas ideais para sua utilização como em um de seus mais conhecidos conjuntos de arquitetura moderna, em Brasília. Oscar Niemeyer e a comissão construtora da nova capital

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optaram pela rigidez da padronização e agilidade construtiva dos sistemas industrializados para consolidar o eixo monumental com os edifícios da Esplanada dos Ministérios e do Congresso Nacional. Além das estruturas metálicas, foram desenvolvidos e introduzidos na obra de Brasília sistemas de pré-fabricados de painéis em argamassa armada e lajes pré-moldadas que contribuíram para sua inauguração dentro do cronograma previsto.

Posteriormente, deu-se seqüência ao desenvolvimento dessas tecnologias que foram aplicadas em grande escala nos projetos de outro arquiteto que havia iniciado sua carreia na rica experiência profissional de Brasília, João Filgueiras Lima. Ele introduziu conceitos de industrialização e sistemas de estrutura metálica na maioria de suas obras, como nos hospitais da rede Sara Kubitscheck e nos diversos Tribunais de Contas da União, construídos em várias cidades brasileiras.

Esplanada dos Ministérios e Congresso Nacional

Projeto: Oscar Niemeyer

Localização: Brasília, DF

Construção: 1960

O esforço das siderúrgicas em aproximar as experiências de projetos autorais com o mercado imobiliário foi intensificado nas últimas três décadas. O objetivo é desenvolver o mercado, introduzindo, cada vez mais, soluções industrializadas e a construção metálica em vários segmentos, deste que é o responsável pela maior fatia de vendas das empresas do setor nos países mais desenvolvidos. A tecnologia do aço tem sido aplicada em edifícios comerciais, principalmente naqueles onde o retorno do investimento é mais rápido quanto menor for o tempo desprendido nas construções, como shopping centers, ou em soluções de moradia popular para enfrentar a falta crônica de habitações no País, com a rapidez necessária, aliada ao baixo custo que essa tipologia impõe.

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Hospital Sara Kubitscheck

Projeto: João Filgueiras Lima Localização: Brasília, DF Construção: 2000

Tribunal de Contas da União

Projeto: João Filgueiras Lima Localização: Belo Horizonte, MG

Construção: 1998

Shopping do Vale e Centro Cultural USIMINAS

Projeto: Sito Arquitetura Localização: Ipatinga, MG Construção: 1998

Habitação Social

projeto: USIMINAS, COHAB-MG

localização: Juiz de Fora, MG construção: 1999

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PARTIDO ARQUITETÔNICO E SOLUÇÃO ESTRUTURAL

3.1 A formação do arquiteto

A partir deste tópico, começaremos a abordar o papel do arquiteto no processo de projeto e sua relação com as demais disciplinas envolvidas, principalmente com o trabalho do calculista. O entendimento entre essas duas disciplinas é o que consideramos crucial para o bom desenvolvimento, a organização e a estruturação dos conceitos arquitetônicos definidos na fase de estudo preliminar do projeto. O arquiteto não pode ser espectador das decisões e definições estruturais nem o calculista deve restringir-se a ser o executor do detalhamento das soluções apresentadas na fase inicial do projeto. O aspecto definidor da imagem e da expressão de uma obra nasce do entrosamento entre os conceitos arquitetônicos e estruturais adotados, o que é impossível sem o diálogo corrente entre os profissionais responsáveis por ambos.

O arquiteto maduro que compreende a responsabilidade de sua profissão tem sua formação como resultado de respostas pessoais e culturais ao processo de desenvolvimento das habilidades inerentes à profissão. Sua atividade lida com a conciliação entre conceitos aparentemente díspares, como arte e técnica, sensação e razão, identificação e orientação, pessoal e público, que necessariamente devem ser abordados e solucionados em qualquer projeto. O contexto profissional brasileiro inverteu valores, principalmente nos últimos vinte anos, que, por omissões e apropriações indevidas de atribuições de ambas as partes (arquitetos e engenheiros), diminuiu substancialmente os casos de obras com significativo valor arquitetônico em nossos ambientes urbanos, sejam monumentais, sejam triviais, empobrecendo esse contexto das mais perceptíveis maneiras.

O principal aspecto que será abordado daqui por diante em nosso curso são os mecanismos de controle do arquiteto no processo de projeto que levará os conceitos definidos na sua concepção a ser materializados no canteiro de obra. Pela sua formação, o arquiteto é quem deve controlar e assumir responsabilidade pelo processo de projeto em todas as disciplinas envolvidas e deve dividir com o calculista a responsabilidade pelas definições que resultam na integridade física da construção em suas soluções propostas no projeto executivo. É assim nos contextos da Europa, dos EUA e do Japão, principalmente, e já foi no nosso, embora nunca com infra-estrutura industrial favorável, como na realidade atual.

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John Hancock Center

Projeto: Bruce Graham - SOM Localização: Chicago,EUA Construção: 1969

John Hancock Center

Projeto: Bruce Graham - SOM Localização: Chicago,EUA Construção: 1969

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As idéias iniciais definidas nos primeiros estudos da situação de projeto pelo arquiteto saem das relações por ele levantadas junto ao cliente, a órgãos públicos e a entidades regulamentadoras. Os principais balizadores dessas decisões são os anseios dos proprietários; os dados físicos relativos ao lugar/terreno e seu entorno, as necessidades levantadas na definição dos programas; as expectativas de apresentação daquela tipologia à sociedade, que serão exploradas; as limitações de legislação e a dimensão e disposição de investimento no projeto. Os principais viabilizadores dessas definições são as soluções técnicas que as procedem ou surgem, simultaneamente, no processo inicial de projeto, sendo, principalmente: a descrição geométrica das formas exploradas, a racionalização de sua estrutura espacial, a ordem de grandeza dos elementos estruturais aplicados a cada situação, o modelo de estabilização estrutural a ser utilizado nas situações específicas de cada projeto.

Pela sua formação, acreditamos que é responsabilidade do arquiteto o estabelecimento dos parâmetros estruturais básicos que serão desenvolvidos e depurados na atuação do calculista no processo e, com base nesse, detalhado com a interação entres esses profissionais. Esse é o esforço que a atuação profissional exige para atender aos anseios do cliente e às exigências e possibilidades apresentadas pela situação de projeto.

Ver o Estudo de Caso Número nº1 - Partido arquitetônico e solução estrutural: o Caso do John Hancock Center.

3.2 Conceito e desenvolvimento de projeto

Abordaremos, de forma simplificada, caminhos adotados por diferentes arquitetos, principalmente, em três situações de projeto: aqueles nos quais a estrutura é desenvolvida como principal elemento de expressão da imagem da edificação, como no projeto do Banco de Hong Kong, outros em que a estrutura encontra-se embutida na solução plástica apresentada pela obra, sem leitura direta de sua estrutura, e ainda uma última abordagem na qual a estrutura é percebida, mas não representa a principal forma de expressão da construção, apenas faz parte de seu conjunto.

Na primeira abordagem descrita, temos as propostas tecnicistas como, freqüentemente, as explora o arquiteto inglês Norman Foster e como, brilhantemente, o fizeram os arquitetos Renzo Piano e Richard Rogers no projeto executado para o Centro Georges Pompidou, em Paris. O edifício de Piano e Rogers tem complexa solução de fabricação com elementos principais da estrutura fundidos em processos semelhantes ao de fabricação ou usinagem de peças para a aviação e indústria naval, em escalas compatíveis às suas. Em contraponto a esta solução temos a aparência frágil do seu exterior, gerada pela leveza visual de seus contraventamentos, de suas colunas e vigas treliçadas de fachada. Neste projeto, a técnica é a responsável por toda a expressividade de sua imagem e foi explorada de maneira sublime, interpondo-se com as soluções de organização do programa, como na camada de circulação vertical por escadas rolantes, disposta na fachada principal.

Banco de Hong Kong e Shangai

Projeto: Norman Foster Localização: Hong Kong, China Construção: 1983

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Esse é o artifício, entre outros, que permite explorar a transição da estrutura pesada interna à leveza dos elementos de fachada através de sua profundidade.

Centro Georges Pompidou

Projeto: Renzo Piano e Richard Rogers Localização: Paris, França Construção: 1976

No contexto brasileiro, um arquiteto que quase sempre evidencia as soluções estruturais de seus projetos em aço é o paulista Siegbert Zanettini, que destaca tanto os elementos estruturais principais como a freqüente opção de estabilização pela triangulação dos quadros, com contraventamentos expostos nas fachadas, como fez no projeto de seu próprio escritório. O já citado arquiteto João Filgueiras Lima vale-se da expressão estrutural em alguns de seus projetos como preponderante, como faz principalmente na proposta para os Tribunais de Contas da União, aplicadas em diversos terrenos sempre com o destaque para a viga treliçada, que estrutura e organiza, de uma só vez, todo o prédio. Em outros de seus projetos, como nas propostas para a rede Sara, temos maior integração entre os elementos estruturais e a forma com que o edifício ocupa a paisagem. A estrutura está exposta, mas faz parte das superfícies que geram a forma proposta, e não são a forma como empregada noutras obras, respondendo mais pelo ritmo apresentado. Ainda dentro desse conceito, temos, como exemplo, uma residência em Belo Horizonte e a Escola Guignard, onde as peças estruturais encontram-se à vista, mas compõem o conjunto volumétrico no mesmo plano das vedações.

Residência

Projeto: Cid Horta Localização: Belo Horizonte Construção: 1994

Escola Guignard

Projeto: Gustavo Penna

Localização: Belo Horizonte

Construção: 1995

Os arquitetos podem ainda utilizar a estrutura estritamente como sustentação do edifício, distribuição interna, programa e como sustentação da vedação externa, que gera sua proposta estética, sem em nada deixar que os elementos estruturais transpareçam na leitura externa da edificação. É o caso, por exemplo, da proposta vencedora do Quarto Prêmio Usiminas de Arquitetura em Aço para o Centro de Arte Corpo, onde a escolha do aço como o material estrutural da proposta não tem relação direta com sua linguagem e expressividade. Curiosamente, esse projeto explora as propriedades físicas do aço por meio da vedação e do jogo de aberturas, dobras e permeabilidade de sua casca externa,

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em estratégia semelhante à do escultor consultor da equipe, que definiu a ideologia a ser apropriada na concepção arquitetônica apresentada no concurso. Esses são conceitos estéticos (de comunicação e linguagem), ou seja, estratégias de desenvolvimento da ideologia de um projeto que não pretendemos abordar aqui.

Vamos nos reter e prosseguir concentrando-nos nas teorias por trás da organização e das soluções técnicas disponíveis para melhor atender a determinadas solicitações surgidas nas situações de projeto. Ao longo dos demais capítulos, teremos a oportunidade de associar os projetos usados noutros exemplos às três categorias discutidas neste tópico. O mais importante a ser reforçado com as informações deste capítulo é que edificações com estrutura de aço não, necessariamente, têm de expor suas colunas, vigas ou demais elementos. A escolha do aço como material estrutural pode estar associada, exclusivamente, às vantagens técnicas e comerciais que essa opção traz consigo.

Posto de Estiva

Projeto: João Filgueiras Lima Localização: São Luís, MA Construção: 1998

Escritório de Arquitetura

Projeto: Siegbert Zanettini Localização: São Paulo, SP

Construção: 1986

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Centro de Arte Corpo

Projeto: Alexandre Brasil, Carlos Alberto Maciel, Éolo Maia e Jô Vasconcelos Localização: Nova Lima, MG Concurso: 2002

3.3 Parâmetros de projeto e coordenação modular

Neste item, descreveremos sobre os parâmetros que levarão à utilização de determinadas soluções estruturais definidas pelo arquiteto ainda na fase do anteprojeto arquitetônico ou mesmo no estudo preliminar.

Os precedentes dessas definições são as possibilidades de sistema de modulação que será desenvolvido em determinadas situações de projeto, bem como os vãos básicos mais adequados a responder as solicitações do programa arquitetônico de cada tipologia. O estabelecimento desses parâmetros tem precedentes nos aspectos de programa de cada projeto e noutros condicionantes relativos, por exemplo, a combinação entre os itens de tal programa.

Podemos ilustrar esse comentário com uma destas situações: se há sobreposição de pavimentos-tipo do uso predominante ao qual a edificação se destina com pavimentos de garagem, a tendência é prevalecer a modulação mais adequada àquela com padrões de operação mais rígidos (garagem) sobre os demais; a modulação, por questões de economia, será a mais adequada à organização dos fluxos de estacionamento, porém coordenada com as necessidades do uso predominante. Dada a complexidade das soluções arquitetônicas, não é demais lembrar que isso ocorrerá caso a referida “economia” seja

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a referência mais importante do projeto. O contraponto dos itens de projeto na definição das modulações e também do parâmetro “economia” nas construções industrializadas é a modulação de fabricação e transporte das peças estruturais. Quantificando, podemos dizer que, enquanto a organização de estacionamentos tende a levar as modulações para múltiplos e submúltiplos de 5 metros (2,5 m; 7,5 m; 10 m), a modulação que melhor aproveita o critério de transporte tende aos múltiplos e submúltiplos de 6 metros (4 m; 3 m; 12 m).

A ferramenta de conciliação desses e de outros parâmetros de projeto em direção ao melhor aproveitamento de material e menor desperdício de esforços é a coordenação modular. Um bom projeto apresenta soluções, não necessariamente uniformes e repetitivas, que combinam suas mais variadas solicitações amparadas numa mesma referência elementar, denominada módulo.

Historicamente, vários sistemas de medidas e modulações foram propostos por arquitetos estudiosos do assunto, principalmente ao longo do século XX. Os módulos básicos que veremos nos quadros a seguir usam cada qual uma referência diferente para estabelecimento das relações de medidas. Existe intenção de unificar os sistemas e a utilização global na mesma referência, o que ainda não é realidade, ficando os pontos de interseção restritos aos grandes módulos de transporte: a dimensão padronizada dos contêiners, dos vagões dos trens e das carrocerias das carretas são de 12 metros com o meio módulo de 6 metros. Nessa dimensão, até mesmo o sistema imperial de medidas (em pés e polegadas) está coordenado, nas medidas de 20 e 40 pés do meio- contêiner e do contêiner, respectivamente.

A primeira tentativa efetiva de padronização da indústria foi justamente a adoção do metro com seus múltiplos e submúltiplos decimais no Sistema Internacional (SI), que engloba, como sabemos, não apenas grandezas dimensionais, mas também outras, como peso e força. O sistema métrico de medidas começou a ser comparado a sistemas antropomórficos por arquitetos interessados em estabelecer relações entre as necessidades humanas e as dimensões métricas. Um dos primeiros a fazer uma correlação métrico-antropomórfica foi o arquiteto franco-suíço Le Corbusier, na experiência do Modulor, que combinava, diretamente, medidas relacionadas com o corpo humano; seu valor em metros, base científica do estabelecimento de valores numéricos, foi a série de Fibonacci, que compõe o número com soma dos dois valores que o precederam.

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Neufert foi o primeiro a parametrizar medidas humanizadas com uma fração do metro, mais precisamente, sua oitava parte. Com esse valor, o módulo de 125 mm estabeleceu o sistema de coordenação modular que serviria de base para a reconstrução urgente da Alemanha, no pós-guerra, na década de vinte, mediante sistemas industrializados.

Ainda hoje, as medidas propostas pelo alemão são usadas para desenvolvimento de projetos, sem contudo relacionar os valores apresentados à base que os gerou: um sistema de coordenação modular com módulo básico de 1/8 metro ou 125 milímetros. O consenso ocorreu com a interferência da International Organization for Standardization (ISO), que definiu como “Módulo Fundamental de Norma” a medida de 600 milímetros e sistemas de coordenação modular baseados em seus múltiplos e submútiplos. Esses valores abrangeriam as medidas dos itens pesados dos espaços de transporte de 3 metros, 6 metros e 12 metros, as peças de perfis estruturais feitos em série também nessas mesmas medidas, chegando às medidas mais delicadas do material de acabamento de 100mm x 100mm (por exemplo, nas cerâmicas de fachada) e as várias outras medidas comuns a esse material, como 150mm x 150mm, 300mm x 300mm ou 400mm x 400mm, passando por placas industrializadas e painéis pré-moldados. Paralelamente a essa padronização da ISO, temos o sistema imperial, usado pelos americanos, e o sistema dos japoneses, baseado na referência histórica local das medidas dos tatamis, com módulo básico de 900mm.

Falamos até agora com foco na medida do módulo básico de projeto ou em sua menor referência. Ao abrirmos a visão, retornaremos à situação inicial de projeto, na qual se faz necessário definir a base geométrica a partir da qual o projeto se desenvolverá em relação aos parâmetros condicionados pelo terreno, pelo programa e por todas as outras questões com as quais os arquitetos lidam ao desenvolver seus conceitos preliminares. O módulo fundamental e o sistema de coordenação modular são as principais ferramentas e a estruturação, organização e relação entre a definição das medidas de projeto e as ações logísticas que tornarão possível sua implementação prática. Um projeto bem coordenado, concebido dentro da lógica de produção industrializada, ao entrar em processo de fabricação e montagem minimiza perdas de material e esforços de implementação, sendo concebido em direção favorável a sua viabilidade econômico-financeira. Reforçando o que já foi descrito, lembramos que modular não significa tornar tudo igual tampouco significa a garantia de que todos os componentes serão totalmente aproveitados em suas dimensões de fábrica.

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Simulação de elementos em situação de projeto e suas relações com o módulo fundamental de norma

É necessário ponderar sempre os parâmetros específicos de cada situação com inteligência e originalidade; essa é a função do arquiteto. Abaixo veremos algumas simulações hipotéticas que envolvem o estabelecimento de modulações de projeto e descrição geométrica sobre as bases dos módulos fundamentais e sistemas criados para situações específicas de projeto. É sempre bom lembrar que o estabelecimento da modulação é espacial, e não deve ser pensado apenas em relação às dimensões em planta.

RETÍCULA ORTOGONAL TRIDIMENSIONAL

e MODULAÇÕES MAIS COMUNS

3,00m x 3,00m

6,00m x 6,00m

6,00m x 12,00m

8,00m x 8,00m

7,50m x 5,00m

7,50m x 7,50m

7,50m x 10,00m

7,50m x 15,00m

Simulações de descrições geométricas de projetos sobre bases modulares pré-definidas.

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Representação das relações entre elementos de projeto e coordenação modular através dos eixos estruturais. Fonte: norma Alemã DIN 1800

3.4 Conceitos estruturais e sistemas de estabilização no projeto arquitetônico

Os conceitos de organização e a lógica de funcionamento com base nos quais as estruturas podem se desenvolver foram muito bem classificados e descritos por Heino Engel em seu livro Sistemas Estruturais (ver Referências). Eles podem ser usados na aplicação direta de determinado conceito estrutural em uma situação de projeto ou servir de base para a criação de um conceito misto, combinando elementos daqueles originalmente listados. Engel organiza as soluções estruturais em cinco grandes grupos:

Sistemas de Forma Ativa: estruturas de cabos, tendas, pneumáticas ou arcos;

Sistemas de Vetor Ativo: treliças planas, planas combinadas, curvas e espaciais;

Sistemas de Seção Ativa: pórticos, vigas, malhas de vigas e lajes;

Sistemas de Superfície Ativa: placas, placas dobradas e cascas;

Sistemas de Altura Ativa: retículas modulares, sistemas tubulares (perimetrais), de vão livre (núcleo central), edifícios-ponte.

1.

2.

3.

4.

5.

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Todos esses conceitos são soluções espaciais para o desenvolvimento da estrutura, respondendo favoravelmente às solicitações do projeto arquitetônico e às ações de forças que devem ser absorvidas pela estrutura sem abalar sua integridade. A observação é válida para cada uma das solicitações físicas representadas abaixo: ações verticais como sobrecarga e peso próprio das estruturas e ações horizontais, como a ação do vento. Toda solução estrutural é sujeita a esses esforços e, seja em aço ou não, tem necessidade de um sistema de estabilização que garanta sua performance dentro dos parâmetros estabelecidos no projeto.

Em estruturas metálicas, a definição do princípio de estabilização tem relação direta com a proposta arquitetônica e deve ser decidida pelo arquiteto juntamente com o estabelecimento dos conceitos de projeto vistos anteriormente. Em linhas bem básicas, estabilizar a estrutura significa garantir que sua fôrma não será abalada durante a ocorrência de quaisquer das solicitações para as quais a edificação foi projetada a suportar. A Figura acima ilustra bem as duas situações físicas que devem ser evitadas para que uma estrutura esteja estabilizada: a diagonal dos quadros estruturais não pode variar, assim como os ângulos das ligações devem permanecer inalterados. Isso vale para os três planos da estrutura e traz para a situação de projeto a necessidade de estabilização nos dois planos verticais (longitudinal e transversal à edificação) e nos planos horizontais das lajes de piso e da cobertura da construção.

As soluções mais comuns de sistemas de estabilização partem justamente das duas observações ilustradas na Figura acima, principalmente das primeiras que apresentaremos: os sistemas de pórticos rígidos e os sistemas de contraventamento. Resumidamente, a solução de ligações rígidas impede diretamente a variação dos ângulos das ligações, e com isso, mantém estável o quadro estrutural. A opção dos contraventamentos insere uma peça estrutural na diagonal do quadro formado pelas colunas e vigas, garantindo a integridade desse e fixando sua dimensão diagonal.

O princípio é simples e baseia-se no fato de o triângulo ser geometricamente indeformável. As barras diagonais são mais freqüentemente notadas nas construções em aço por serem uma solução mais barata que o enrijecimento completo das ligações.

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A última inclui soluções mais complexas com inserção de placas espessas e maior volume de solda ou parafusos, aumentando tanto o peso global da estrutura quanto o trabalho (homens-hora), necessário para confeccioná-la. As ligações mais comuns às estruturas metálicas são consideradas como semi-rígidas ou semi-rotuladas, podendo também ser rotuladas.

As duas soluções apresentadas podem responder pela estabilização nos planos verticais, tanto no transversal quanto no longitudinal ao edifício. No plano horizontal, a estabilização é garantida pela interação da laje (pano rígido) com a retícula de vigas, sistema denominado de vigas mistas. Na ausência da laje ou de outro elemento que possa acrescentar rigidez suficiente ao plano horizontal, este deve ser igualmente estabilizado por contraventamentos ou ligações rígidas entre as vigas ou o engradamento de cobertura. Um caso típico são as coberturas de galpões, quase sempre estabilizadas com cabos ou barras de contraventamento no plano abaixo das telhas. A estabilização pelas lajes nos sistemas de vigas mistas nos leva à terceira opção de estabilização da estrutura. A inserção de um elemento dentro do quadro estrutural ou falceando-o, com rigidez suficiente para garantir sua forma inicial, também é uma solução para o problema: esses são as denominadas paredes de cisalhamento. A rigidez necessária para garantir a performance da parede como estabilizadora da estrutura pode ser atingida com alvenarias de blocos ou tijolos, com painéis pré-moldados, ou com paredes moldadas no local. O dimensionamento final de qualquer uma dessas definições depende de cálculo do mesmo modo que os outros elementos estruturais.

Outro sistema comumente usado como estabilizador da estrutura é a utilização de um núcleo central rígido. Basicamente, a lógica dessa opção é amarrar a retícula estrutural, com ligações semi-rígidas e sem contraventamentos, a uma torre com rigidez suficiente para garantir que o esquadro e o prumo das peças estruturais permanecerão os mesmos estabelecidos no projeto e na montagem. A torre do núcleo central rígido quase sempre é combinada com elementos do programa, mais precisamente com aqueles associados à circulação vertical da edificação, como caixa de escadas e elevadores. O inconveniente dessa solução é o descompasso entre as tecnologias. A opção mais freqüente para execução de torres rígidas é em concreto armado, os núcleos de concreto, e sua velocidade de execução, por necessidade técnica da cura do material, é bem menor que a do restante da estrutura em perfis de aço, podendo comprometer o rendimento global da execução.

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Outro aspecto estrutural que deve ser proposto pelo arquiteto, ainda na fase de anteprojeto, é a ordem de grandeza dos elementos estruturais. A questão é bem abordada no livro Estruturas de Aço, Conceitos, Técnicas e Linguagem de autoria do arquiteto Luís Andrade. Ele lista as dimensões em relação ao vão que devem ser consideradas quando se usa vigas “I” de almas cheias ou vazadas (alveolares), treliças fixas e variáveis, arcos treliçados, vigas vierendeel e vigas mistas. A definição de orden de grandeza das colunas é menos complexa. Colunas de aço ocupam área bem inferior que nas demais soluções estruturais, e sua resistência pode ser ajustada com a variação da espessura da chapa que as compõe. Como as vigas, as colunas também podem ser mistas, de almas cheias ou vazadas e, ainda, treliçadas ou compostas.

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Ordem de grandeza estrutural

Tipo Representação gráfica (sem escala) altura (a) x vão (v)

Vigas “I”

Alma cheiaa = v/20

Vigas “I”

Alma vazada

(alveolares/castelares)

a = v/20

Treliças

Seção fixaa = v/20 ~ a = v/30

Treliças

Seção variávelam = v/20 ~ a = v/30

Vigas

vierendeela = v/15 ~ a = v/25

Vigas

mistasa = v/25

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AÇÃO PROJETUAL

4.1 As matérias-primas de fabricação da estrutura

A siderurgia e a metalurgia desenvolveram aços com composição adequadas a aplicações em estruturas e outros componentes construtivos. As características destacáveis desses aços são a resistência mecânica garantida (Ex.: 300, 350 Mpa ou mais), soldabilidade, conformabilidade, aderência a pintura e, em alguns casos, maior resistência à corrosão atmosférica e/ou a altas temperaturas. Os aços ditos patináveis têm maior resistência à corrosão. Foram incorporados à prática arquitetônica na década de 1950 pelo arquiteto norte-americano Eero Saarinen: são aços inicialmente desenvolvidos e utilizados para fabricação de vagões ferroviários, sem pintura ou qualquer outro tratamento superficial, que formam uma camada autoprotetora (pátina) contra agentes químicos agressores.

Deere Company Administrative Center

Projeto: Eero Saarinen and Associates Localização: Moline , Illinois, EUA Construção: 1958

Saarinen especificou, pela primeira vez, o produto em 1958, no premiado edifício da sede administrativa da Deere Company, próximo a Chicago, nos EUA. Outro exemplo de aplicação desses aços é a Capela Santana do Pé-do-Morro, onde o arquiteto Éolo Maia, em um trabalho com pequena dimensão e grande complexidade, dimensionou seus elementos com a preocupação pertinente de longevidade do projeto. Essas soluções requerem cuidados de projeto e outros periódicos de manutenção da mesma forma como qualquer outra: não existem soluções construtivas cuja longevidade seja independente das precauções de uso e dos cuidados de manutenção.

44

34

Capela Santana do Pé-do-Morro

Projeto: Éolo Maia Localização: Ouro Branco, MG Construção: 1980

O processo siderúrgico de fabricação dos aços planos, utilizados na confecção de elementos estruturais e outros componentes construtivos, tem três graus de beneficiamento. Após a produção do ferro gusa e da placa, primeiro produto siderúrgico com o aço-base para vários fins, seguem-se processos de laminação (redução de espessura com controle de largura):

laminação a quente: placas transformadas em Chapas Grossas (CG), Bobinas a Quente (BQ) ou Chapas Finas (CF).

laminação a frio: BQs transformadas em Bobinas a Frio (BF)

linhas de revestimento: BFs são transformadas em Bobinas Zincadas (BZ) no processo mais destacado de revestimento, a Galvanização. BFs podem ainda ser revestidas por ligas de alumínio e zinco (Galvalume, Zincalume, etc.) e por processos de pintura ainda na Usina, gerando os produtos Pré-pintados.

Cabe ressaltar que os aços planos geram produtos para as mais diversas aplicações. A principal é direcionada à indústria automotiva, com especificações que exigem rígidos controles de qualidade. Os produtos planos são aplicados, além da construção civil, em indústrias de linha branca (eletrodomésticos), linha marrom (computadores e componentes eletroeletrônicos), diversas indústrias de base e bens de capital (naval, ferroviária, equipamentos pesados, etc.). Mais de 3.000 produtos, com diferentes especificações de qualidade, espessura e largura são comercializados por usinas como estas.

Os produtos beneficiados em usinas de aços longos, aplicados nas estruturas de aço, são os perfis laminados nas seções típicas “I” e “H”. O processo siderúrgico é semelhante e o aço-base aparece primeiramente na forma de tarugo, que é transformado na seção estrutural previamente determinada pela deformação gradativa da seção retangular original (laminação). O processo é bem ilustrado no livro do arquiteto Luís Andrade, Estruturas de Aço: Conceito, Técnicas e Linguagem.

•

•

•

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Laminação a frio

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A dimensão padronizada desses produtos segue a lógica descrita anteriormente do módulo fundamental de norma ISO, em múltiplos e submúltiplos de 600 milímetros, com fortes resquícios das unidades em Sistema Imperial (EUA) pela demanda de exportação. O exercício da atividade de projeto é estreitamente ligado a essas dimensões na sua interface com produtos industrializados.

Estoque de bobinas

Quadro de dados técnicos

TIPOS DE AÇO PRODUTOS ESPESSURA mm

LARGURA mm APLICAÇÕES

LAMINADOS A QUENTE(chapas grossas e tiras a quente)

ESTRUTURAIS:soldáveis, com resistência mecânica estipuladaNÃO PATINÁVEISPATINÁVEIS - >resistência à corrosãoRESISTENTES A ALTAS TEMPERATURAS

NÃO ESTRUTURAIS

CG chapa grossa 6,00 a 152,00 900,0 a 3900,0

Tubos, perfis soldados, placas de base de pilares, chapas de ligação, enrijecedores.

BQ bobina a quente 1,80 a 5,00 715,0 a 1870,0

Tubos, perfis eletrossoldados, conformados a frio estruturais e não estruturais.

BG bobina grossa 5,01 a 12,70 715,0 a 1870,0

Tubos, perfis soldados, eletrossoldados e conformados a frio estruturais ou não.

CFQ chapa fina a quente 1,80 a 5,00 680,0 a

1870,0Painéis de revestimento e detalhamentos diversos.

BP e CP bobina de piso e chapa de piso 2,50 a 12,70

680,0 a 1870,0 CP715,00 BP

Estampados em padrão xadrez para pisos.

LAMINADOS A FRIO(tiras a frio)

ESTRUTURAIS e NÃO ESTRUTURAISsoldáveis, boa aderência a pintura, boa capacidade de conformação a frio

BF bobina a frio 0,38 a 3,00 700,0 a 1850,0

Tubos, perfis conformados a frio não estruturais pós pintados para esquadrias, móveis, etc.

CFF chapa fina a frio 0,38 a 3,00 700,0 a 1850,0

Chapas de revestimentos e detalhes diversos de componentes pós pintados.

REVESTIDOS(galvanizados)

ESTRUTURAIS e NÃO ESTRUTURAISproteção contra corrosão pela camada de zinco, boa conformabilidade

BZ bobina zincada 0,38 a 2,65 700,0 a 1830,0

Perfis conformados a frio estruturais e não estruturaisTelhas, painéis de vedação e frigoríficos Calhas, rufos, eletrocalhas,Chapas e detalhamentos diversos para revestimentos e outras aplicações com ou sem pós pinturaBobinas base para pré-pintadosFormas incorporadas a laje (steel decks)

CZ chapa zincada 0,40 A 2,30 750,0 a 1605,0

BEG bobina eletrogalvanizada 0,40 A 2,00 750,0 a

1600,0

CEG chapa eletrogalvanizada 0,40 A 2,00 750,0 a

1600,0

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O desenvolvimento de um bom detalhamento, tanto do projeto de fabricação e montagem quanto do arquitetônico/projeto executivo, parte da dimensão padronizada dos produtos básicos que saem das usinas. As bobinas, como a da imagem ao lado, são um exemplo de primeiro elo da cadeia produtiva a ser beneficiado nos diversos componentes que serão incorporados à obra, no canteiro. Os projetos estruturais (fabricação e montagem) geralmente seguem perfis normatizados, que têm seu comprimento desenvolvido de seção baseado nos padrões mais utilizados de largura de bobina, sendo 900, 1.000, 1.100, 1.200 e 1.500 mm. Isso garante o melhor aproveitamento das bobinas quando cortadas longitudinalmente (pelo Sliter), para terem suas tiras conformadas a frio, soldadas ou fundidas entre si. O detalhamento de componentes arquitetônicos não estruturais, por não seguir normalmente nenhum padrão preestabelecido, deve ser especialmente atento a essas dimensões, ao especificar dobras, soldas, furações e conexões entre elementos que serão fabricados valendo-se dessas matrizes.

O primeiro beneficiamento industrial dos produtos planos fabrica, principalmente, perfis, telhas e fôrmas-laje (steel-deck). Abaixo, os principais tipos de perfil do mercado nacional:

Informação sobre perfis estruturais

PERFIS ESTRUTURAIS

PROCESSOS EQUIPAMENTO LIMITAÇÕES** mercado brasileiro

SEÇÕES TÍPICAS NOMENCLATURA DE PROJETO

Conformados a frio Perfilado Sliter e perfiladeira Espessura (e) de chapa: 4,75mm

U, C, Cartola, Z,caixa, cantoneiras

Ex: U150X50X4,75(h = 150mm, e = 4,75mm)

Dobrados Sliter e dobradeira Espessura de chapa: 12,5mm,Comprimento: 3,6 ou 8 m.

U, C, Cartola, Z, caixa, cantoneiras

Ex: C100x50x17x2,0(h = 100, L = 50,e=2,00mm)

Eletro-soldado Fusão por alta freqüência

Sliter e equipamento específico

Altura (h) máxima: 500mm

Seções I e H fixas(não variam ao longo do perfil)

Ex: VE 500 x 79(h= 500mm, 79kg/m)

Soldados Arco submerso Sliter e solda automática (CNC)

perfis customizados por projeto

Seções I e H fixas ou variáveis

Ex: VS 1400 x 424(h= 1400mm, 424kg/m)

Senoidal Sliter, conformação e solda especial

330 < h > 1.200 mm120 < flanges > 350mm

Seções I e H fixas ou variáveis

Ex: VSS 1200 x peso(h= 1400mm)

Laminados Abas paralelas Laminador (Usina) Seções I e H padronizadasaltura máxima: 610mm

Seções I e H fixas Ex: W 610 x 174,0(h= 610mm, 174,0kg/m

Não paralelas Laminador (Usina) Seções I , C e cantoneirasaltura máxima :110mm

Seções I , U, cantoneiras

PLL, UPN, IPN,

Tubulares Com costura Perfiladora e fusão (solda de topo)

perfis customizados por projeto

Circulares e quadradas

Sem costura Laminador (Usina) Diâmetro máximo: 300mm

Circulares e quadradas

Corte longitudinal de bobinas: “Slitter”Corte longitudinal de bobinas: “Slitter”

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Geralmente, os perfis são fabricados em seções padronizadas para aplicações diversas, principalmente estrutural. Os perfis “de prateleira”, produzidos em série pelos clientes diretos das siderúrgicas, têm padrões de comprimento baseados principalmente nas modulações de transporte, 3 metros, 6 metros e 12 metros de extensão, independentemente das seções. Fabricantes de perfis e de estruturas desse elo da cadeia produtiva (primeiro beneficiador) produzem também perfis por projeto, minimizando as perdas de matéria-prima na fabricação da estrutura.

Empresas do mercado brasileiro estão equipadas com diversos equipamentos do mais alto grau de tecnologia disponíveis no mundo. O arquiteto e engenheiro francês Marc Mimram, em palestra recente na Feira Construmetal 2004, desmistificou abordagens usuais do mercado brasileiro. Sobre não estarmos preparados a desenvolver e a fabricar elementos estruturais complexos, por falta de infra-estrutura, disse que não percebia essa carência no parque industrial brasileiro. Reforçou seu ponto de vista, afirmando que várias das suas concepções de projeto eram produzidas por empresas das indústrias naval e aeronáutica, lembrando empresas brasileiras importantes nesses dois setores.

Marc Mimram:

posto de pedágio em auto-estrada ou porta de entrada a Paris?

Conceito de Projeto

Ficando restritos àquelas que fabricam estruturas metálicas e outros componentes construtivos industrializados, muitos ficariam surpresos com o que se defrontariam em visitas a instalações industriais brasileiras. Beneficiamentos de matérias-primas básicas por máquinas de corte a plasma e laser de alta precisão, fabricação de perfis por equipamentos com matriz CNC (que lêem informações de fabricação diretamente de arquivos eletrônicos) são mais comuns que imaginamos. O arquiteto francês reforçou sua abordagem sobre o projeto “diferente”, com criações originais, dizendo que, em qualquer lugar ou situação de projeto, é difícil para o arquiteto trazer o cliente para junto dos propósitos que pretende defender. Essa argumentação deve ser consistente, bem embasada e responsável diante dos envolvidos direta e indiretamente. Os meios para atingir os argumentos necessários para tal são o conhecimento, as informações atualizadas e o domínio das ferramentas de controle do processo de projeto.

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Equipamento robotizado: fabricação de perfis senoidais em Betim-MG

A qualidade do material base de quaisquer dos produtos mencionados tem por referência a especificação técnica do aço. Existem várias origens de nomenclatura técnica; algumas especificações do mesmo aço podem aparecer de forma diferente, dependendo da referência. Cada especificação diz respeito a uma determinada qualidade de material. Por exemplo: um aço estrutural patinável, soldável, com boa condição de conformação a frio e 350 Mpa de resistência mecânica (limite de escoamento) e determinada composição química pode aparecer como USI SAC 350 (pela Norma Técnica Usiminas), como NBR 5008 CGR-500 (pela Norma Técnica Brasileira NBR ou ABNT) ou ainda como ASTM A588 (pela ASTM - American Society of Testing and Measurement). Basicamente, os aços estruturais aplicáveis na construção civil terão em sua especificação os seguintes parâmetros: garantia de resistência mecânica mínima, alongamento, nível de conformação a frio, maior ou menor resistência à corrosão, soldabilidade e capacidade de aderência à pintura. Aços não estruturais também são utilizados em construção civil e podem aparecer nos detalhamentos de vários itens de projeto sem responsabilidade estrutural como guarda-corpos, guias para paredes divisórias a seco, suportes de bancadas ou mesmo peças de mobiliários. Os aços não estruturais mais comumente encontrados no mercado são os chamados SAE: SAE 1008, SAE 1010, SAE 1020. Esses aços não podem desempenhar funções estruturais em uma construção, sob risco de sérias conseqüências. Nos casos em que se pretende utilizá-los com esta finalidade, devem ser feitos testes de resistência mecânica, com equipamento próprio, para certificar sua característica. Mesmo assim, essa prática não é recomendável, uma vez que tal material não foi fabricado com garantia de homogeneidade de sua qualidade ao longo da bobina ou da chapa.

4.2 Projeto e notação técnica

O projeto arquitetônico em um sistema industrializado visa obter a melhor performance do processo como um todo. Juntamente com o projeto de fabricação e montagem da estrutura e projetos complementares, compõe o tripé das informações para a obra. É, preferencialmente, expresso em milímetros, o que ainda é pouco aceito nos desenhos técnicos de obra no Brasil. Sua base é o raciocínio de que o gerenciamento do processo construtivo será alimentado por componentes originários das fábricas. Um projeto desenvolvido adequadamente é muito importante para o resultado das outras etapas da logística industrial. O projeto arquitetônico define todas as premissas que serão depois trabalhadas nos projetos de fabricação e de montagem (estrutural). A coordenação modular entre os componentes construtivos, a modulação estrutural e a forma de interação entre os

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componentes, aliadas a dados físicos e necessidades do programa, vão compor, junto com o conceito explorado no projeto, o resultado da obra.

Desenho técnico do projeto arquitetônico: pacote executivo de um edifício de habitação social com estrutura independente em perfis formados a frio. Este é o primeiro dos 41 desenhos que compõem o pacote.

Para que a condição técnica seja atingida, é necessário explicitar em desenhos e especificações todos os dados importantes à perfeita compreensão do projeto. Essa precaução dará aos responsáveis por seu desenvolvimento e execução um ambiente com linguagem comum para intercâmbio de informações técnicas, minimizando as chances de interpretações erradas e facilitando a comunicação. A apresentação gráfica (Figura 10) dos eixos referenciais, em sistemas de coordenadas com letras em um sentido, números no outro e marcação dos níveis, formam, juntamente com as cotas convencionais, esta representação comum. O arquiteto deve trabalhar com essa lógica porque é assim que o calculista definirá o projeto e que a fábrica o executará.

Com base nessa mesma referência técnica, o montador erguerá a estrutura no canteiro de obras. Assim, como é natural essa necessidade de coordenação entre as diferentes atividades envolvidas na construção de um edifício, se conclui que a melhor estratégia de desenvolvimento do projeto arquitetônico é considerar, desde seu início, tais referências como balizadoras da organização e estruturação do projeto. O arquiteto, como ponto de partida da definição física de qualquer empreendimento ou construção, é quem deve estabelecer os parâmetros básicos e as referências elementares desse dentro de seus objetivos. A esses cuidados segue o processo de projeto até atingir sua versão executiva ou o detalhamento arquitetônico. Esse é um dos diferenciais entre projetos de arquitetura em sistemas industrializados e convencionais. A precisão industrial permite listas de material (Figura a seguir) completas com controle total sobre possíveis perdas. Definição precisa

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dos volumes quantitativos de acabamentos, relações de peças, dados de paginação de lajes, fechamentos, acabamentos, esquadrias e instalações são partes desse conjunto em todas as suas disciplinas.

Desenho técnico de fabri-cação da peça estrutural, no caso, um pilar fabricado a partir de perfil formado a frio

Essas preocupações não são mais restritas às questões diretas como rapidez e precisão construtiva, redução dos custos indiretos de administração da obra, melhor controle de qualidade dos itens da construção e de seu resultado global. Recentemente crescem em importância abordagens de desenvolvimento auto-sustentável e conseqüente controle dos desperdícios processuais. Conceitos que são totalmente aplicáveis às metodologias de projeto e construções industrializadas com impacto mais direto que imaginamos em nosso cotidiano. Basta pensar no impacto do transporte de material para um canteiro de obras urbano e o posterior transporte de seus resíduos para fora dele. Seu reaproveitamento é algo a se pensar, mas a medida realmente efetiva para abordá-lo seria sua eliminação, levando para o mesmo canteiro somente o que será usado na construção, no formato especificado e detalhado no projeto. Sustentabilidade, baixo impacto ambiental e energia contida nos processos da construção industrializada são hoje seus principais aliados.

4.3 Detalhamento

O diferencial de projeto pelo detalhamento da estrutura, do seu conceito à concepção de peças estruturais especiais é marca registrada na proposta estética de vários arquitetos.

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Só para mencionar alguns dos mais famosos: Mies Van der Rohe, Renzo Piano, Richard Rogers, Norman Foster, Glen Murcutt, Piere Koenig, João Filgueiras Lima, Paulo Mendes da Rocha, entre vários outros - que têm na sua relação direta e expressiva com a tecnologia e seu refinamento dentro do conceito de projeto como uma marca clara nos respectivos portfólios. O cuidado em definir detalhes de uma estrutura de aço é, da mesma forma que os demais aspectos de projeto abordados até aqui, também inerente e imprescindível ao processo de fabricação das estruturas de aço.

É impossível para qualquer fabricante de estruturas omitir-se da etapa do detalhamento das peças estruturais, de suas ligações soldadas ou parafusadas, dos elementos especiais, como escadas, peças de estabilização e outras. O profissional de arquitetura envolvido nesse processo pode, como acontece nos casos acima mencionados, interagir diretamente com essa etapa de projeto para daí tirar proveito e reforçar suas diretrizes. Mais uma vez, tal interação deve ocorrer com o envolvimento dos demais participantes nos propósitos colocados pelo projeto. Sem sua compreensão, nenhum outro profissional, ou mesmo o cliente final, poderá contribuir para sua melhor execução e seu melhor aproveitamento.

Hospital da Rede Sarah, Rio de Janeiro

Projeto: João Filgueiras Lima Localização: Rio de Janeiro, RJ Construção: 2005

4.4 Fabricação

A fabricação da estrutura ocorrerá dentro de um ambiente controlado, com as melhores condições possíveis de trabalho. Todos os processos anteriores serão seus alimentadores. As informações completas de fabricação seguirão diretamente os equipamentos por vias eletrônicas ou seus operadores por meio dos desenhos técnicos de fabricação. Os processos de fabricação serão operações diretas sobre as matérias-primas recebidas pelos fabricantes, a saber: basicamente chapas grossas, bobinas, chapas diversas e perfis. Não apenas é possível, como desejável ao bom curso de uma obra, a interação dos profissionais de projeto com essa fase da industrialização. Para que ocorra de forma convincente e realmente útil, é necessário conhecer o potencial e as limitações dos equipamentos disponíveis nos fabricantes de estruturas . A seguir alguns exemplos de operações básicas:

CORTE: corte a gás ou oxicorte, pode ocorrer por máquinas sofisticadas, com vários bicos ou por simples maçaricos; processos mais precisos e rápidos são os cortes a plasma ou, num nível ainda superior de qualidade, o corte em máquinas a laser. Estas últimas permitem operações do mais variado tipo, em curvas ou formas preestabelecidas, que operam com informações eletrônicas recebidas diretamente dos arquivos de CAD (máquinas CNC). Pantógrafos e outros equipamentos são usados para cortes não convencionais como aqueles em curvas de raios grandes, preestabelecidos.

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SOLDA: também existem vários processos, como arco submerso, eletrodo revestido, mig-mag com arame contínuo, solda por alta freqüência ou eletrofusão. São basicamente regidos pelas normas da American Welding Society (AWS). Cada processo têm seu mecanismo de junção das partes de aço e seu tipo de proteção do cordão de solda durante a fase de ‘cura’ dela. Existem meios para verificar se uma solda atingiu corretamente seu objetivo, como testes de líquido penetrante ou radiografias. Basicamente uma solda deve ligar duas peças de aço, devendo ser de um material compatível com essas, a fim de gerar um produto acabado de maior resistência que o aço próximo.

FURAÇÃO: marcações e execução de furos por meio de brocas convencionais, principalmente para execução de ligações parafusadas tanto na fase de pré-montagem quanto na montagem do canteiro de obras.

CALANDRAGEM: a calandra é um equipamento que aplica raios e curvaturas preestabelecidas a chapas, ou mesmo a perfis e peças estruturais ou não, já fabricadas.

PRÉ-MONTAGEM: é uma operação que antecipa ações de montagem no canteiro. Deve ser utilizada sempre que as condições da obra exijam agilidade de montagem ainda maior, ou em situações onde atrasos no cronograma que precede a montagem da estrutura tornarem necessárias as medidas de pré-montagem. Sua real eficácia na redução de custos e agilização da montagem deve ser avaliada na contraposição imediata com seu impacto no transporte das peças pré-montadas. Muitas vezes a relação volume/peso de transporte pode não ser atraente.

Peças fabricadas e inspecionadas, prontas para expedição.

Furação e marcação: permite rastreabilidade desde a chapa.

Perfis sendo cortados por máquina oxicorte Partes de uma peça, já furadas e cortadas, sendo soldadas.

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4.5 Transporte e montagem

Nas construções convencionais, é transportado para a obra material básico, como areia, cimento, brita, madeira, vergalhões, tijolos e outros. Após o fim de sua execução, os resíduos gerados são transportados de volta para locais de depósito ou reaproveitamento. Nas construções com estruturas de aço, totalmente industrializadas ou semi-industrializadas, a estrutura gerada pelo desenvolver de seu processo tem de ser transportada para o canteiro de obras e erguida segundo os mais precisos critérios de nivelamento e prumo das peças. Basicamente, devem ser observadas as referências de economia dos padrões de transporte, não concebendo peças que excedam o espaço físico típico ou os pesos mais usuais das carretas, em torno de 30 toneladas. Esses e outros parâmetros existem como balizadores das ações de projeto e podem e devem ser excedidos quando necessários, desde que suas conseqüências sejam conhecidas e aprovadas pelos envolvidos no desenrolar do projeto e da obra. A grande vantagem da industrialização é o poder de antever problemas e pensar nas soluções antes que esses ocorram, reduzindo o impacto das surpresas e outras inconveniências. O transporte e a montagem das estruturas e outros componentes construtivos são etapas fundamentais do planejamento das obras industrializadas.

Existem muitos tipos de equipamento para transporte e montagem de estruturas de aço muito bem descritos no Manual da Construção em Aço: Transporte e Montagem, recentemente publicado pelo Centro Brasileiro da Construção em Aço (CBCA).

Padrão Básico de Transporte: 2600 x 12000 x 2900mm (contêiner, carreta, vagões)

Tabela para dimensionamento e qualificação de escolta

Largura

De 2,60 a 3,20m - somente licença

De 3,21 a 3,80m - 1 batedor

De 3,81 a 5,00m - 2 batedores

Acima de 5,00m - 1 batedor credenciado 1 batedor da PF

Comrimento

De 18,15 a 25,00m - somente licença

De 25,01 a 30,00m - 1 batedor

De 30,01 a 35,00m - 2 batedores

Acima de 35,00m - 1 batedor credenciado 1 batedor da PF

Altura

De 2,90 a 5,00m - somente licença

De 5,01 a 5,50m - 1 batedor

Acima de 5,51m - 2 batedor da PF

De forma bem elementar, podemos mencionar as carretas convencionais com carrocerias de 12 metros de extensão, ou mesmo os caminhões equipados com braços hidráulicos, que podem responder sozinhos pelo transporte e pela montagem de estruturas de pequeno porte (caminhões munck). Equipamentos de montagem são específicos para determinadas situações de projeto e dependem muito das situações do canteiro de obras,

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dos espaços disponíveis, do peso e da dimensão das peças a ser içadas e locadas nos pontos de montagem. Gruas e guindastes são os mais usados nessas operações.

O objetivo desta abordagem não é entrar nos inúmeros detalhes pertinentes a cada uma dessas disciplinas. Ao abordá-las de forma genérica, no contexto da Arquitetura de Edifícios em Aço, estamos reafirmando a relação de cada uma delas com o processo de projeto e contribuindo para que um número maior de arquitetos e engenheiros fiquem conscientes de que cada uma delas pode ser controlada e abordada desde a fase mais inicial de seu desenvolvimento. A prova dessa relação direta está em uma simples constatação: o que alimenta essas etapas da construção industrializada em estruturas de aço é o projeto.

As ações e as considerações sobre projetos acerca dos quais discorremos nestes últimos tópicos são as que se seguem ao estabelecimento das diretrizes e conceitos que um determinado projeto vai abordar. Não falamos aqui do importante e essencial plano das idéias e sua força, falamos de maneiras para desenvolvê-las tecnicamente com intenção de valorizar seus princípios e controlar sua correta execução. Tarefa, diga-se, complexa e difícil.

Em projeto vencedor do Prêmio Usiminas de Arquitetura em Aço sobre Habitação Social, os arquitetos Sylvio Podestá e Mateus Pontes levaram os aspectos de projeto que abordamos aqui a níveis muito detalhistas. A solução de projeto que propuseram chega a definir uma unidade residencial modular com dimensões baseadas no módulo de transporte, que, em casos extremos, poderia ser totalmente fabricada e transportada pronta sobre uma carreta. O diferencial do projeto arquitetônico está nas inúmeras maneiras de agrupar e organizar esses módulos, como está ilustrado ao lado. Todos os componentes da obra foram especificados e definidos junto com a modulação construtiva desenvolvida no projeto.

Projeto Habitacional Modular

Projeto: Sylvio Podestá e Mateus Pontes Ano: 1999

Projeto Habitacional Modular

Projeto: Sylvio Podestá e Mateus Pontes Ano: 1999

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ESPECIFICAÇÕES E ASPECTOS TÉCNICOS

O desenvolvimento de um projeto é um processo constante e seqüencial de tomada de decisão. Até então foram abordados, sobre seus aspectos técnicos, os parâmetros que balizam as decisões estruturais e espaciais (dimensionais) dos projetos arquitetônicos. Nesta seção, os esforços serão concentrados nos parâmetros físicos que demarcam as decisões de especificação do material dos sistemas construtivos complementares escolhidos, diante das várias opções para materializarem as decisões espaciais de projeto. É mais uma etapa da seqüência lógica de um projeto de arquitetura, qual seja: definições do programa, terreno e suas características potenciais, setorização, organização espacial, desenvolvimento espacial e solução estrutural, especificações de materiais e sistemas construtivos. Todas essas etapas servem aos propósitos do projeto arquitetônico, podem reforçar ou diminuir seu impacto e devem, por isso, ser assumidas pelo arquiteto autor do projeto.

Parcerias e colaboração dos demais técnicos envolvidos são imprescindíveis para tirar dessas decisões o máximo de contribuição ao projeto. As orientações que serão apresentadas aqui não têm a pretensão de esgotar possibilidades, mas, sim, de aproximar seu contexto geral das situações mais comuns no desenvolvimento profissional de projeto. É fundamental pesquisar, ouvir fabricantes e seus representantes técnico-comerciais e consultar as referências técnicas específicas sobre cada disciplina. Fonte constante de desenvolvimento e formatação das informações técnicas da construção em aço é o Centro Brasileiro da Construção em Aço (CBCA), com as publicações de seus Manuais da Construção em Aço e outras atividades, que podem ser conferidas na página eletrônica www.cbca-ibs.org.br. O objetivo final das especificações técnicas e de todas as decisões de projeto é atender, simultaneamente, aos desejos e às necessidades do cliente e ainda às intenções definidas pelo arquiteto, com toda segurança e responsabilidade técnica, impostas por qualquer situação de projeto. O resultado de projetos bem-sucedidos é conseqüência da boa interação entre especialistas multidisciplinares com os propósitos gerais desses.

5.1 Características dos aços na construção civil

Existem aços, planos ou longos, para as mais diversas aplicações e indústrias, a saber: equipamentos e infra-estrutura da indústria de base, obras pesadas de engenharia, automobilística, eletrodomésticos, eletroeletrônicos, construção civil. Cada aplicação dos aços está associada a uma especificação técnica, classificada nas entidades reguladoras nacionais e internacionais, por normas internas das empresas produtoras dos insumos ou por especificações customizadas, o que é menos freqüente.

Na construção civil, podemos fazer duas distinções: aços que fazem parte dos elementos da estrutura principal do edifício e aqueles que fazem parte de elementos complementares. Os primeiros são os aços estruturais. Compõem fundações, pilares, vigas, lajes, escadas, sistemas de estabilização ou paredes estruturais (autoportantes) dentro de um sistema

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estrutural preestabelicido. Os aços estruturais têm algumas características em comum: comportamento elasto-plástico bem definido (gráficos tensão x deformação), são soldáveis, conformáveis por processos de dobra e perfilação já mencionados, boa aderência à pintura e a tratamentos superficiais, e, principalmente, têm suas características estruturais mínimas como resistência mecânica (fy e fu) e alongamento parametrizados e garantidos pelo seu fabricante.

A partir daí, cada aço estrutural terá características diferenciadas que terão influência direta na sua performance ante os processos complementares de proteção e segurança da aplicação estrutural. A primeira distinção importante são os aços patináiveis ou aclimáveis e os não-patináveis. Aços patináveis têm melhor resistência diante da corrosão atmosférica, podendo até ser usados sem proteção superficial extra, desde que dimensionados para tal. São aços com elementos de liga que provocam a formação, após ciclos alternados de umidade e secagem, de uma camada de óxidos compacta e aderente que protege o metal base de agressões ambientais e conseqüente corrosão.

A formação dessa camada ocorre num período mínimo de seis meses de exposição a ciclos naturais, ou provocados, de umidade e sol. Quando submetidos à abrasão, têm danificada sua pátina, provocando novo processo de formação desses óxidos. Sempre que molhado pelas chuvas, estando ou não estável e formada, soltará pigmentação característica na água. Uma boa aplicação desse material controla essas duas características com sistema de captação de água que a impeça de manchar outro material e afastamento das situações que trariam agressões constantes por abrasão. Os aços estruturais não-patináveis podem e devem ser utilizados com os devidos cuidados e especificações de proteção superficial contra corrosão, ou seja, galvanização, pintura ou o enclausuramento total do elemento estrutural. Sempre que especificados, os aços patináveis, nas condições revestido ou não-revestido, representarão uma proteção extra perante as agressões permanentes ou eventuais das peças estruturais.

Qualitativamente, temos os aços com capacidade de manter suas características estruturais em altas temperaturas por um período maior de tempo, bastante especificados no Japão. Quantitativamente, temos as variações de resistência mecânica como principal característica diferencial entre aços estruturais. Uma mesma peça estrutural pode ter menor impacto dimensional em determinada situação de projeto se especificada com aço de 250MPa, 300MPa ou 350MPa (limites de escoamento dos aços estruturais mais comuns). Todo o material mencionado diz respeito a aços carbonos gerados por processo de laminação a quente nas usinas; existem também aços galvanizados estruturais, que são aqueles da família NBR 7008 ZAR, igualmente com resistência mecânica estipulada e garantida (230MPa, 280MPa) aplicados a perfis formados a frio estruturais e a fôrmas incorporadas às lajes mistas (steel deck).

Todo componente construtivo deve responder favoravelmente às solicitações de uso com as quais lida. Um guarda-corpo, uma telha, uma parede divisória ou uma parede de vedação externa de um edifício têm solicitações estruturais distintas, relacionadas a seu uso. Embora não façam parte da superestrutura ou do sistema estrutural principal de um edifício, esses elementos têm cada um sua responsabilidade e devem atuar de acordo com suas solicitações. Uma parede interna tem determinados padrões de resistência a impactos, menos rígidas, por razões óbvias (segurança, estanqueidade) que as externas. Nenhuma delas é parte da estrutura do edifício. É de se esperar que o aço dos perfis formados a frio, que estrutura uma parede a seco em divisórias internas, seja diferente em espessura e requisitos estruturais daquele que estrutura um painel de uma parede externa construída a seco. Guarda-corpos têm responsabilidades de segurança, assim como chapas, tubos

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e perfis que estruturam bancadas, gradis e janelas. Estes são fabricados com aços não estruturais, de chamada qualidade comercial ou SAE 1008, SAE 1010, SAE 1020, e têm também excelente resistência mecânica, mas não têm um número garantido pelo fabricante, podendo ser avaliados pelo beneficiador. Telhas galvanizadas são também normalmente fabricadas com aços não estruturais (embora vençam o vão definido no espaçamento entre terças) estabelecido pela ABNT na NBR 7008 ZC, em espessura mínima de 0,43mm e revestimento de zinco mínimo de 245g/cm² de chapa. Independentemente da aplicação e do material utilizado, cuidados de projeto devem sempre ser tomados para evitar situações que comprometam a longevidade do material, quais sejam: acúmulo de umidade ou sujeira, contato com metais que provocam pares galvânicos e corrosão induzida, etc.

5.2 Perfis estruturais

Cada partido arquitetônico e sua decorrente solução estrutural pode ser abordado de maneira mais adequada por determinado sistema estrutural, que, por sua vez, pode ser mais bem dimensionado com determinado tipo de perfil. As soluções em aço evoluíram muito nos últimos anos e cobrem hoje as mais variadas situações de projetos: dos grandes vãos normalmente associados à sua aplicação às soluções de paredes autoportantes, passando pela mais variada gama de malhas estruturais convencionais de pilares e vigas em edificações de estruturas independentes com rendimentos e consumos de aço bem mais viáveis que os observados há alguns anos.

Os tipos de perfil estrutural e suas principais características foram detalhados no capítulo anterior. Esta seção procurará associar as aplicações dos perfis a certas características de projeto, buscando auxiliar na escolha do perfil estrutural mais adequado às variadas situações. A tabela abaixo traz um resumo dos principais perfis e suas aplicações. O mais comum em uma situação real de projeto e obra é que ocorra uma combinação entre os tipos de perfil, ou mesmo de material estrutural, cada qual desempenhando sua função da melhor maneira possível e reforçando a viabilidade do conjunto.

A criatividade e a originalidade das soluções arquitetônicas certamente não estão na aplicação direta dos produtos de pronta entrega, mas podem estar na maneira de combiná-los. Desenvolver um projeto profissionalmente responsável pressupõe tanto o conhecimento de informções técnicas elementares quanto pesquisas e troca de informações técnicas com especialistas e colaboradores.

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Perfis Matéria prima Sistemas estruturais Sistemas específicos

Formados a frio

BQ

Pilares e vigas independentes, com vãos de até 6 metros, mais comuns entre 2,50 metros e 5 metros. Treliças e sistemas mistos podem ampliar muito esses limites.

Estruturas muito leves com edifícios de 4 pavimentos de até 25kg/m², transporte e montagem muito facilitados. Tipologias habitacionais e comerciais de pequeno porte.

BZ

Paredes autoportantes, com guias, montantes e vigotas ao longo dos planos de paredes e lajes. Vãos normais até 4 metros ou 5 metros, com recursos para ser ampliados, como treliças.

Sistemas construtivos totalmente industrializados, igualmente leves, com paredes estruturais e perfis galvanizados. Tipologias habitacionais e comerciais de pequeno porte.

Eletro-soldados BQ

Soldados por alta freqüência, sem adição de material. Pilares, vigas, estacas e tirantes em modulações com vãos de 3 metros a 12 metros, podendo ser compostos em treliças e estruturas mistas.

Flexibilidade para desenvolvimento de seções I, H, T ou seções com abas desiguais. Tipologias habitacionais e comerciais de pequeno e médio portes (+/-15 pavimentos).

Laminados Tarugos

Pilares, vigas, estacas e tirantes em modulações com vãos de 3 metros a 12 metros, podendo ser compostos em treliças e estruturas mistas. Mais pesados (kg/m) que os eletro-soldados equivalentes.

Bom padrão de acabamento. Tipologias habitacionais e comerciais de pequeno e médio portes (+/-15 pavimentos).

Soldados CG

Pilares, vigas, tirantes e outros em modulações com grandes vãos e suporte de grandes cargas com ou sem composições em treliças e estruturas mistas. Perfis pesados não atendidos pelos anteriores.

Tipologias habitacionais e comerciais diferenciadas, pontes e outros equipamentos. Podem responder a qualquer situação customizada de projeto com seções variáveis.

Tubulares Tarugos BQ/CG

Mais adequados a pilares, tirantes, com ótima performance geométrica, e estruturas em treliças planas ou espaciais. Substituem fôrmas nas soluções mistas quando preenchidos com concreto.

Tubos sem costura têm bom padrão de acabamento e uniformidade, assim como os diversos tipos com costura, praticamente sem limites dimensionais.

CARACTERÍSTICAS:planta modulada em 3,0 x 3,0m (CÉLULA 12 X 3)colunas e vigas em perfis “caixa”lajes e fechamentos pré-fabricadosArquitetos: Sylvio Podestá e Mateus PontesHabitação popular

CARACTERÍSTICAS:perfis laminados estrutura enclausuradaProjeto: Oscar NiemeyerBrasília, DF

CARACTERÍSTICAS:planta modulada em 4 metros x 4 metros

perfis “caixa” 200 x 200 mmpórticos rígidos

laje maciça e=8cm, por quadros Arquiteto: Allen Roscoe

localização: Nova Lima, MG

5.3 Interfaces: sistemas construtivos industrializados e convencionais

As soluções de transição entre os diferentes componentes construtivos devem igualmente ser conhecidas e abordadas na fase de projeto. As interfaces mais preocupantes estão entre estrutura e alvenarias ou sistemas industrializados de vedações e divisórias. Elas visam atender a uma via dupla: transferência de esforços verticais, horizontais e

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pesos próprios dos planos para estrutura e evitar a transferência das movimentações estruturais do grid de sustentação para os outros planos construtivos. Os planos de vedação, principalmente, têm material de custo elevado e responsabilidades construtivas maiores que os planos internos das divisórias. A absorção das movimentação estrutural sem um mecanismo de transição eficiente entre esses componentes pode gerar patologias e danos físicos que comprometam a performance esperada da edificação.

O que um arquiteto deve ter consciência técnica ao projetar? Essa é a principal questão que deve ser respondida nesta e em outras situações. As estruturas de aço, como já visto, são mais leves que qualquer outra solução estrutural, o que lhes confere outras características, como menor resistência natural a movimentações (menor inércia) e conseqüente maior tendência a transferi-las aos demais subsistemas construtivos. As especificações de cada transição dependem de sua situação de contorno, das características construtivas de cada plano de vedação e de seu sistema de distribuição de cargas: por exemplo, jogam-se esforços e cargas em cada pavimento e daí para os pilares e a fundação ou se acumulam cargas, que serão transmitidas diretamente para as fundações no sistema conhecido como paredes cortina. Concentrando atenções no comportamento de vedações externas, qual a diferença entre fixar painéis de vedação sob o quadro estrutural ou ao lado do eixo estrutural? Em abordagens anteriores, vimos a relação dimensional entre essas duas estratégias técnicas de projeto.

Hotel, São PauloModulação 6 metros x 12 metros projeto: Roberto Candussodetalhe de fixação e ajustedos painéis em GFRC

Habitação social, São Paulo projeto: Usina

execução de alvenarias

Existem outras, como sistema de fixação, performance de vedação e mecanismos de transferência de cargas e absorção de movimentação estrutural; todos esses são diferentes em uma e outra situação. No exemplo ao lado, isto é, em instalações hoteleiras em Caldas Novas/GO, a decisão de dispor as vedações por fora do eixo estrutural teve suas interfaces definidas de forma diferente do que se a decisão fosse mantê-las sob o quadro estrutural. Não existe certo ou errado, existem intenções de projeto que devem ser abordadas cada uma com suas características. Comparativamente, pode ser dito que

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essa estratégia diminui os pontos de contato da estrutura com a vedação e protege mais a estrutura das intempéries, por exemplo. Seja qual for a decisão, as questões técnicas devem ser abordadas com o especialista responsável em consonância com as intenções de projeto.

Detalhe de fixação, ajuste e esforços nos painéis em concreto celular

Continuaremos concentrados nas vedações externas. Existem várias soluções industrializadas para sua execução. Além do custo direto por área de fachada, cada uma atua de maneira diferente diante das várias outras condicionantes de projeto e obra. Definir entre uma ou outra, ou especificar apenas uma solução é uma decisão de projeto que deve ser embasada pelas características de cada solução ante as predefinições do projeto. A seguir, um exercício comparativo entre essas várias soluções e os principais parâmetros técnicos que devem balizar a decisão de projeto entre uma ou outra solução. Novamente, seria prudente lembrar que não existe certo ou errado.

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Exercício semelhante pode ser feito levando-se em conta outros componentes construtivos, como sistemas de execução de lajes, sistemas de cobertura, galpões pré-engenheirados, etc.

Painéis de fachada no mercado brasileiro

Composição Peso Vão máximo

Quantidade transportada em carreta

Velocidade de montagem Acabamento Esquadrias Fixação na

estrutura

Concreto maciço

375 a 500 Kg/m² (e=15cm a 20cm)

12 a 18 m 70 m2

Misturas no concreto; jateamento; pedras naturais

inserts metálicos

Concreto alveolar

200 a 280 Kg/m² (e=15cm) a 335 a 400 Kg/m² (e=25cm)

10 a 14 m 120 m2 120 m2/dia

(4 a 6 pessoas)

Diversos (misturas na massa e texturas por jateamento)

Corte em fábrica, instalação na obra

inserts metálicos e cantoneiras soldadas

Concreto com preenchimento de isopor/EPS

120 a 220 Kg/m² (e=20cm max) 12 m 180 m2

(e=14,5cm) 6 painéis

Jateado, pintura lisa ou texturizada, grafiatto, cerâmica, pedras naturais

Corte em fábrica, instalação na obra

inserts metálicos

GFRC* preenchido com lã de vidro

50 a 70 Kg/m² (e=12cm) 6 m 360 m2

(e=12cm)200 m2/dia (6 pessoas)

Agregados lavados e pigmento (padrão “fulget”)

Podem vir instaladas de fábrica

parafusos passantes

Concreto celular autoclavado

80 Kg/m² (e=10cm) a 120 Kg/m² (e=15cm)

3 a 4 m 240 m2 (e=15cm)

25 a 40 m2/dia (1 pedreiro + 1 ajudante)

Todos os tipos de revestimento, desde que aplicados antes da montagem

Fixação: buchas, chumbadores fixados com massa ou espuma de poliuretano expandido

inserts metálicos / ferros cabelo

5.4 Tratamentos de superfície e revestimentos

Depois de fabricada, toda estrutura deverá ser sujeita a algum cuidado na preparação de sua superfície e proteção contra corrosão ou incêndio por processos de revestimento. Cada situação demanda uma postura técnica. Por exemplo: toda estrutura de aço fabricada para ser montada a menos de 500 metros da orla marítima deve ter sua superfície limpa por jateamento e receber pintura com nível mínimo de qualidade e espessura final da película seca de tinta (epoxídica, alquídica, à base de poliuretano, etc).

Existem vários tipos de tratamento de superfície: limpeza química, limpeza abrasiva manual e jateamento de granalha ou ‘sinter ball’. Outros tantos de revestimentos: pinturas com tintas de várias naturezas; galvanização elétrica, por imersão a quente ou a fogo; pátina ou proteção contra incêndio. Esta última é regida por norma própria e deve ser especificada de acordo com avaliação de projeto sob seus condicionantes específicos. Estratégias de projeto, muitas vezes simples, podem minimizar os impactos dos revestimentos no custo e no cronograma de execução de uma obra. Cada uma dessas disciplinas é muito específica e evolui constante e rapidamente, devendo ser abordadas por especialistas. Cabe ao arquiteto definir o que esperar de contribuição de cada uma e conhecer as implicações de determinadas opções de projeto perantes as exigências técnicas delas conseqüentes.

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Tintas são dos produtos que mais rapidamente evoluem, desde as básicas monocomponentes com base e acabamento alquídicos aplicadas sobre peças com limpeza por banho químico até aquelas que são fundo e acabamento em um só produto e dispensam qualquer tipo de limpeza prévia para perfeita ancoragem no metal base. Algumas já estão disponíveis para ser aplicadas diretamente sobre peças em avançado processo de corrosão, protegendo-as e, simultaneamente, corrigindo a patologia. Outras soluções crescem seu apelo de mercado e estão sendo desenvolvidas, como aceleração e estabilização de pátinas nos aços semelhantes aos processos desenvolvidos para chapas de cobre (metal patinável com pátina em tom verde característico).

Enfim, esta disciplina demanda postura semelhante às outras na especificação, no conhecimento, na pesquisa e na interação com especialistas.

Torre de Transmissão, França Projeto: Marc Minram

Pórtico Praça do Patriarca, São Paulo Projeto: Paulo Mendes da Rocha

5.5 Estratégias de projeto e considerações finais

O processo de desenvolvimento de um projeto sempre começa com inúmeras opções, necessidade de fazer escolhas e tomar decisões, avaliar possibilidades, estudar os caminhos possíveis e os que fazem sentido. A formação e o amadurecimento profissional para lidar com essas possibilidades têm várias faces, algumas delas abordadas pelos tópicos propostos. Existem perguntas que devem ser constantemente colocadas quando há possibilidade de transformação intensa de determinada realidade. Quais seriam as

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principais questões relativas à construção civil no Brasil? Por que países com melhores níveis de desenvolvimento socioeconômico e tecnológico têm índices muito maiores de industrialização de seus sistemas construtivos? As respostas não passam apenas pelos parâmetros inesquecíveis nas freqüentes vezes em que são respondidas, como baixo custo e trabalho intenso. Também passam pela qualidade do ambiente de trabalho, redução e racionalização dos processos, valorização efetiva do trabalhador e redução dos custos de longo prazo decorrentes de métodos arcaicos e seus impactos ambientais latentes.

Como já foi dito, uma abordagem ambiental correta, só para ficar neste aspecto, não passa mais pela reciclagem de material especificado ou pelo aproveitamento de energias e forças naturais presentes em determinadas situações. Sua real abordagem emprega métodos de controle e transporte eficazes apenas do que será utilizado no canteiro de obras e preocupa-se com especificação de produtos e processos com baixo consumo energético, baixa emissão de poluentes e outras condicionantes tão específicas quanto várias outras disciplinas já mencionadas que devem sempre ser abordadas no âmbito específico de um projeto.

Defender posições de projeto perante o cliente, principal responsável pela existência da tarefa de projetar algo, requer argumentos não para persuadi-lo mas para explicar o sentido de determinadas posições e trazê-lo para dentro do processo. Qualquer direção hoje parece mesmo ser tecnicamente possível. Diante de tal gama de opções, nunca é demais lembrar que a principal delas talvez seja manter-se responsável, coerente e atento às melhores possibilidades e potencialidades de cada situação.

Não necessariamente existem apenas soluções fechadas. Alternativas e sistemas híbridos, transitórios ou não, podem e devem ser implantados, como industrialização parcial ou industrialização do canteiro de obras, soluções estruturais mistas com processos complementares. O que há junto das necessidades de ruptura com o modo de transformação atual dos ambientes urbanos brasileiros é a necessidade de valorização dos processos de planejamento e projeto para transformação mais rápida e qualificada do cenário caótico que cerca qualquer cidade do Brasil, implementando possibilidade de desenvolvimento realmente sustentável.

Habitação modular, São Paulo

Projeto: Joan Villà

Industrialização do canteiro e soluções mistas

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Habitação modular, Rio de Janeiro, projeto: Nicholas Grimshaw

construção industrializada, leve, de alta performance ambiental

Escultura, Belo Horizonte

Artista: Tomie Otake

Balanços de 22 metros e 18 metros, peças curvas e apoio único

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REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

Bibliografia complementar ao material em rede:

DIAS, Luiz Andrade de Mattos. Aço e Arquitetura: Estudo de Edificações de Aço no Brasil. Editora Zigurate, 2001.

DIAS, Luiz Andrade de Mattos. Estruturas de Aço: Conceitos Técnicas e Linguagem. Editora Zigurate, 1997.

Manuais da Construção Metálica:

Alvenaria: Interfaces entre alvenaria e estrutura metálica. CBCA, Centro Brasileiro da Construção em Aço, 2002.

Painéis de Vedação. CBCA, Centro Brasileiro da Construção em Aço, 2003.

Tratamento de Superfície e Pintura. CBCA, Centro Brasileiro da Construção em Aço, 2004.

Resistência ao Fogo das Estruturas de Aço. CBCA, Centro Brasileiro da Construção em Aço, 2005.

Light Steel Framing. CBCA, Centro Brasileiro da Construção em Aço, 2006.

Transporte e Montagem. CBCA, Centro Brasileiro da Construção em Aço, 2006.

Interfaces: Aço-Concreto. CBCA, Centro Brasileiro da Construção em Aço, 2003.

Bibliografia de referência futura:

Revista Módulo - Especial Sérgio Bernardes. Edição de Outubro/novembro de 1983.

ROSSO, Teodoro. Racionalização da Construção. Editora FAU-USP, 1990.

ROSSO, Teodoro. Teoria e Prática da Coordenação Modular. Editora FAU-USP, 1976.

SÁ, Ricardo. Edros. Pró-Editores, 1982.

ZEVI, Bruno. História de la Arquitectura Moderna. Editora Gustavo Gilli, 1950.

HANSJURGEN, Sontag; HART, Franz; BORSTEL, Joachim; HENN, Walter. El Atlas de la Construcción Metálica. Editora Gustavo Gilli, 1976.

ENGEL, Heino. Sistemas Estruturais. Editora Gustavo Gilli, 2001.

ZUMTHOR, Peter. Thinking Architecture. Princeton Architectural Press, 1998

LOPES, João Marcos. Arquitetura da Engenharia ou Engenharia da Arquitetura. João Marcos Lopes, Marta Bogéa e Yopanan Rebello. Ed.Mandarim, 2006.