adriana almeida de castro - Programa de Pós

Transcrição

Universidade Federal de Minas Gerais
Escola de Engenharia
Departamento de Engenharia de Materiais e Construção
Curso de Especialização em Construção Civil
Monografia
ANÁLISE DO USO DE ESTRUTURAS DE AÇO
EM EDIFICAÇÕES HABITACIONAIS DE
INTERESSE SOCIAL
Autora:
Adriana Almeida de Castro Bandeira
Orientador:
Prof. Adriano de Paula e Silva
Janeiro/2008
Adriana Almeida de Castro Bandeira
ANÁLISE DO USO DE ESTRUTURAS DE AÇO
EM EDIFICAÇÕES HABITACIONAIS DE
INTERESSE SOCIAL
Monografia apresentada ao Curso de Especialização em Construção Civil
da Escola de Engenharia da UFMG
Ênfase: Avaliação e perícia
Orientador: Prof. Adriano de Paula e Silva
Belo Horizonte
Escola de Engenharia da UFMG
Janeiro/2008
SUMÁRIO
1. Introdução.....................................................................................................01
1.1 Objetivos ............................................................................................................01
1.2. Justificativa .......................................................................................................02
1.3. Metodologia ......................................................................................................03
1.4 Descrição do desenvolvimento do trabalho.......................................................04
2. O Aço ............................................................................................................05
2.1 O processo siderúrgico para a produção do aço ...............................................05
2.1.1 Os produtos siderúrgicos .........................................................................08
2.2 Os aços estruturais ............................................................................................09
2.2.1 Propriedades dos aços estruturais ..........................................................11
2.3 Perfis estruturais de aço ....................................................................................13
2.4 Estruturas mistas ...............................................................................................16
3. O Uso da Estrutura de Aço na Arquitetura e na Construção Civil .........19
3.1 Histórico Mundial ...............................................................................................19
3.1.1 O uso da estrutura de ferro e aço nos Estados Unidos ...........................28
3.2 O caso brasileiro ................................................................................................31
4. Parâmetros Técnicos de Projeto e Construção em Estrutura de Aço....42
4.1 A industrialização da construção civil ................................................................42
4.1.1 A Coordenação Modular ..........................................................................43
4.1.2 O projeto arquitetônico e a industrialização da construção civil ..............46
4.2 O processo de projeto a partir do uso da estrutura de aço ................................48
4.3 Parâmetros técnicos que interferem no projeto arquitetônico ...........................55
4.4 Prevenção de patologias da estrutura de aço no projeto arquitetônico .............68
4.4.1 A Corrosão ...............................................................................................69
4.4.2 Proteção contra altas temperaturas .........................................................76
5. O Uso da Estrutura de Aço em Habitações de Interesse Social .............80
5.1 Os Sistemas Construtivos desenvolvidos pelas empresas do setor .................81
5.2 Estudos de casos na grande Belo Horizonte .....................................................86
5.2.1 Conjunto Habitacional Pedro II - Vila São José.......................................87
5.2.2 Conjuntos Alvorada e Resplendor - Vila Senhor dos Passos ..................91
5.2.3 Conjunto Habitacional Zilah Spósito I ......................................................96
5.2.4 Conjunto Habitacional Oswaldo Barbosa Pena – Nova Lima ................101
Conclusões e considerações finais .............................................................104
Bibliografia .....................................................................................................106
LISTA DE FIGURAS
Figura 01 – Processo Siderúrgico _______________________________________ 06
Fonte: DIAS, 2002
Figura 02 – Tipos de Perfis Laminados ___________________________________ 13
Fonte: DIAS, 2002
Figura 03 – Composições com Perfis Laminados de Padrão Americano _________ 14
Fonte: DIAS, 2002
Figura 04 – Perfis formados a frio (dobrados) ______________________________ 15
Fonte: DIAS, 2002
Figura 05 – Perfis Tubulares ___________________________________________ 16
Fonte: DIAS, 2002
Figura 06 – Composição de perfis conjugados com chapas e perfis tubulares _____16
Ilustração feita pela autora
Figura 07 – Detalhe de perfis mistos – aço e concreto _______________________ 17
Figura 08 – Estrutura mista – aço concreto / Obra de um residência - São Paulo___ 18
Fonte: www.metalica.com.br/pg_dinamica
Figura 09 – Estrutura mista–aço e madeira/Parque Municipal do Mindu - Manaus__ 18
Fonte: Revista Projeto e Design nº 261/ novembro de 2001
Figura 10 – Ponte sobre o Rio Severn – / Engenheiro Abraham Darby ___________22
Fonte: meusite.mackenzie.com.br/paiva/severn.htm
Figura 11 – Palácio de Cristal – Londres / Joseph Paxton _____________________24
Fonte: www.architetturaamica.it/AFDidee.html
Figura 12 – Galerie de Machines – Paris / Arquiteto Ferdinand Dutert ___________ 25
Fonte: www.structurae.de/en/strutures/data/str00131.php
Figura 13 – Detalhe do pilar - Galerie de Machines __________________________26
Fonte: www.uni-trier.de/uni/fb3/kunstgeschicht/nicolai/ihtml/I_3_6.htm#
Figura 14 - Torre Eiffel – Paris / Engenheiro Gustave Eiffel ____________________26
Foto: Sérgio de Castro
Figura 15 - Centro Georges Pompidou / Richard Rogers e Renzo Piano _________ 27
Foto: Sérgio de Castro
Figura 16 – Edifício do Reichstag - Berlim / Arquiiteto Normam Foster___________ 28
Fonte: Revista Projeto e Design nº 239 / janeiro de 2000
Figura 17 – Edif. Ludwug E. H. Financial Centre – Berlim / Nicholas Grimshaw ____28
Fonte: www.archinform.nrt/medien/oo1.7511htm?ID=n2VriNpsVmCjYuWo
Figura 18 – Lake Shore Drive Apartaments – Chicago / Mies Van der Rohe ______30
Fonte: www.greatbuildings.com/cgi-bin/gbi-cgi/Lake_Shore_Drive_Apts.html
Figura 19 – Mercado Ver-o-peso – Belém _________________________________ 32
Fonte: www.nautilus.com.br/~araujo/ferro
Figura 20 – Teatro José de Alencar – Fortaleza ____________________________ 32
Fonte: www.colorfotos.com.br/fortal/teatro.jpg
Figura 21 – Palácio de Cristal – Petrópolis _________________________________33
Fonte: www.itaipavachannel.com.br/petropolis/palaciocristal3.jpg
Figura 22 – Mercado de carne – Belém ___________________________________33
Fonte: www.nautilus.com.br/~araujo/ferro.
Figura 23 – Estação da Luz – São Paulo / Arquiteto Charles Henry Driver ________33
Fonte: Bilhete Postal (Revista Arquitetura e Construção nº 9 / ano 13)
Figura 24 – Edifício Garagem América – São Paulo / Arquiteto Rino Levi _________35
Fonte: DIAS, 1999.
Figura 25 – Construção da Esplanada dos Ministérios – Brasília _______________36
Fonte: DIAS, 1999.
Figura 26 – Construção da Esplanada dos Ministérios – Brasília _______________36
Fonte: DIAS, 1999.
Figura 27 – Edifício Palácio do Comércio – São Paulo / Lucjan Korgnold _________36
Fonte: DIAS, 1999.
Figura 28 – Edifício Avenida Central – Rio de Janeiro / Arquiteto Henrique Mindlin__36
Fonte: DIAS, 1999.
Figura 29 – Sede Associação Brasileira de Metais – São Paulo (1984) / Arquitetos
Plínio Croce, Roberto Aflalo e Gian Gaperini. _______________________________37
Fonte: DIAS, 1999.
Figura 30 – Edifício Saraiva Marinho – Belo Horizonte (1987) / Carlos Viotti ______ 37
Fonte: DIAS, 1999.
Figura 31 – Edifício Casa do Comércio – Salvador (1987) / Arquitetos Oton Gomes e
Fernando Frank ______________________________________________________38
Fonte: DIAS, 1999.
Figura 32 – Edifício Escritório de Arquitetura – São Paulo (1988) / Arquiteto Siegbert
Zanettini ____________________________________________________________38
Fonte: DIAS, 1999.
Figura 33 – Ponte JK – Brasília / Arquiteto Alexandre Cham ___________________39
Fonte: www.pendulo.com.br/fotos/jk/pontejk1.jpg
Figura 34 – Indústria IPEL – São Paulo (2002) / Arquiteto Sidônio Porto _________ 39
Fonte: Revista Projeto nº 274 – dezembro de 2002
Figura 35 – Hospital Sarah de Brasília / Arquiteto João Figueiras Lima __________ 39
Fonte: DIAS, 2001.
Figura 36 – Sistema de Tolerâncias e Ajustes______________________________ 45
Fonte: ABNT, 1982.
Figura 37 – Simulação A - Descrição geométrica sobre base modular pré-definida _ 50
Fonte: SILVA e SANTOS, 2004
Figura 38 – Simulação B - Descrição geométrica sobre base modular pré-definida _ 50
Fonte: SILVA e SANTOS, 2004
Figura 39 – Perfil calandrado ___________________________________________ 51
Fonte: GERDAU AÇOMINAS (Roberto Teixeira)
Figura 40 – Edifício 30St. Mary Axe – Londres / Arquiteto Normam Foster ________52
Fonte: www.30stmaryaxe.com
Figura 41 – Construção do 30St. Mary Axe – Londres / Arquiteto Normam Foster __52
Figura 42 – Detalhe da estrutura tubular retilínea – Edfifício 30St. Mary Axe ______ 52
Figura 43 – Estrutura do Museu Guggenheim de Bilbao/Arquiteto Frank Gehry ____53
Fonte: GERDAU AÇOMINAS (Roberto Teixeira)
Figura 44 – Conector – Sistema de viga-mista ______________________________56
Fonte: CODEME (Catálogo Steel Deck)
Figura 45 – Representação esquemática - contraventamento __________________57
Figura 46 – Detalhes aberturas – Edif. Capri – Belo Horizonte / João Diniz _______ 57
Fonte: Revista Arquitetura e Aço nº 01 – publicada pelo CBCA
Figura 47 – Detalhe Marquise UNIMEP Lins – SãoPaulo / José Carlos Bueno _____58
Fonte: Revista Construção Metálica nº 63 / Dez 2003 – publicada pela ABCEM
Figura 48 – Rodserv Star – São Paulo / Arquiteto Jurandyr Bueno Filho _________ 58
Fonte: Revista Projeto e Design nº273 / novembro de 2002
Figura 49 – Cobertura e detalhes da Catedral da Benção – Brasília /
Arquiteto Renato Bittencourt ____________________________________________58
Fonte: www.araya.com.br/obras_igreja.htm
Figura 50 – Confecção da viga castelada _________________________________ 59
Fonte: DIAS, 2002.
Figura 51 – Exemplo de uso da viga castelada _____________________________ 59
Fonte: DIAS, 2002.
Figura 52 – Detalhe de ligação da mão francesa / Agência Bancária - Fortaleza ___60
Fonte: DIAS, 2001.
Figura 53 – Ligação – pilar e contraventamento / TCU - Maceió _______________ 60
Fonte: DIAS, 2001.
Figura 54 – Ligação em pórtico e contraventamento / Centro Empresarial-RJ _____ 61
Fonte: DIAS, 2001.
Figura 55 – Ligação do contraventamento / Local não identificado ______________61
Fonte: DIAS, 2002.
Figura 56 – Ligação – pilares, viga e contraventamento / Inst. educacional – SP ____ 62
Fonte: Revista Arquitetura e Aço nº 01 – publicada pelo CBCA.
Figura 57 – Detalhe da estrutura / Ponte - Barcelona ________________________ 62
Fonte: Catálogo da V&M (Vallourec & Mannesmann Tubes).
Figura 58 – Apoio das vigas no pilar / Local não identificado ___________________62
Fonte: GERDAU AÇOMINAS
Figura 59 – Ligação da estrutura com a fundação/ Local não identificado ________ 63
Fonte: GERDAU AÇOMINAS
Figura 60 – Ligação da cobertura com os pilares / Jornal O Globo – RJ __________63
Fonte: Revista Projeto e Design nº 230 / abril de 1999.
Figura 61 – Detalhes–vedação em painel pré-moldado alinhado fora da estrutura __65
Fonte: COELHO, 2002.
Figura 62 – Detalhes-vedação em alvenaria de blocos desvinculada com
alinhamento pelo eixo do perfil __________________________________________ 66
Figura 63 – Detalhes – vedação em alvenaria de blocos vinculada à estrutura
com alinhamento pelo eixo do perfil ______________________________________ 67
Figura 64 – Processo da corrosão _______________________________________ 70
Fonte: PANNONI, 2002
Figura 65 – Corrosão Galvânica _________________________________________71
Figura 66 – Tabela de série galvânica ____________________________________72
Figura 67 – Detalhes da estrutura de aço para prevenção da corrosão __________ 73
Fonte: PANNONI, 2002 e DIAS, 2002
Figura 68– Detalhes da estrutura de aço para prevenção da corrosão ___________74
Figura 69 – Interface com alvenaria de pilares externos ______________________ 78
Fonte: VARGAS e SILVA, 2003
Figura 70 – Interface com alvenaria de pilares internos _______________________79
Figura 71 – Edifício Usiteto – projeto inicial ________________________________82
Fonte: Catálogo USIMINAS
Figura 72 – Casa Usiteto acabada _______________________________________83
Fonte: Foto feita pela autora
Figura 73 – Estrutura Casa Usiteto ______________________________________84
Fonte: Catálogo USIMINAS
Figura 74 – Casa Usiteto – detalhe construtivo _____________________________84
Fonte: Foto feita pela autora
Figura 75 – Obra do CDHU – Projeto Cosipa _______________________________85
Fonte: www.cosipa.com.br
Figura 76 – Localização do Conjunto Pedro II ______________________________87
Fonte: Ilustação feita pela autora – base: earth. google.com
Figura 77 – Planta Baixa Conjunto Pedro II ________________________________88
Fonte: SMAHAB/PBH
Figura 78 – Conjunto Pedro II – vista de um dos blocos_______________________89
Fonte: SMAHAB/PBH
Figura 79 – Conjunto Pedro II – vista dlateral_______________________________89
Fonte: SMAHAB/PBH
Figura 80 – Conjunto Pedro II – escada interna de um dos blocos ______________90
Fonte: SMAHAB/PBH
Figura 81 – Conjunto Pedro II – vigamento interno do apartamento _____________90
Fonte: SMAHAB/PBH
Figura 82 – Localização dos Conjuntos Alvorada e Resplendor_________________91
Figura 83 – Planta Baixa Conjunto Alvorada________________________________92
Fonte: SMAHAB/PBH
Figura 84 – Planta Baixa Conjunto Resplendor _____________________________ 92
Fonte: SMAHAB/PBH
Figura 85 – Conjunto Alvorada – vista externa ______________________________93
Fonte: SMAHAB/PBH
Figura 86 – Conjunto Alvorada – detalhe da estrutura________________________ 94
Fonte: SMAHAB/PBH
Figura 87 – Conjunto Resplendor – vista externa ___________________________ 94
Fonte: SMAHAB/PBH
Figura 88 – Conjunto Resplendor – detalhe da estrutura ______________________95
Fonte: SMAHAB/PBH
Figura 89 – Conjunto Resplendor – vista da caixa de escada __________________95
Fonte: SMAHAB/PBH
Figura 90 – Localização do Conjunto Zilah Spósito I_________________________ 96
Figura 91 – Conjunto Zilah Spósito I – plantas 1º e 2º pav.____________________ 97
Fonte: SMAHAB/PBH
Figura 92 – Conjunto Zilah Spósito I – foto tirada na época da obra_____________ 98
Fonte: SMAHAB/PBH
Figura 93 – Conjunto Zilah Spósito I – foto tirada na época da obra_____________ 98
Fonte: SMAHAB/PBH
Figura 94 – Conjunto Zilah Spósito I – descaracterização do ocnjunto___________ 99
Fonte: SMAHAB/PBH
Figura 95 – Conjunto Zilah Spósito I – problemas de infiltrações________________99
Fonte: SMAHAB/PBH
Figura 96 – Conjunto Zilah Spósito I – detalhe do telhado____________________ 100
Fonte: SMAHAB/PBH
Figura 96 – Conjunto Zilah Spósito I – detalhe do telhado____________________ 100
Fonte: SMAHAB/PBH
Figura 97 – Conjunto Oswaldo Barbosa Pena – vista parcial_________________ 101
Fonte: HERMSDOFF, 2005
Figura 98 – Conjunto Oswaldo Barbosa Pena – contraventamento retirado______ 102
Fonte: HERMSDOFF, 2005
LISTA DE GRÁFICOS
Gráfico 01 – Diagrama Tensão – Deformação de peça estrutural de aço _________12
Fonte: DIAS, 2002
Gráfico 02 – Evolução da demanda brasileira de laminados planos _____________41
Fonte:
IBS
Estatística
da
Siderurgia
(Jul/07)
Disponível
em
<http:\\\www.usiminas.com.br> Acessado em 03/01/2008.
Gráfico 03 – Redução da resistência em função da temperatura _______________ 77
LISTA DE TABELAS
Tabela 01 – Consumo per capita de aço bruto no Brasil______________________ 40
Fonte:
IBS
–
Anuário
Estatístico
Siderurgia
(2007)
Disponível
em
<http:\\\www.usiminas.com.br> Acessado em 03/01/2008.
LISTA DE ABREVIATURAS
ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas
AÇOMINAS – Aços de Minas Gerais
ASTM - American Society for Testing and Materials
CDHU – Companhia de Desenvolvimento Habitacional e Urbano de São Paulo
CEF - Caixa Econômica Federal
COHAB - Companhia da Habitação
COSIPA – Companhia Siderúrgica Paulista
CSN – Companhia Siderúrgica Nacional
CST – Companhia Siderúrgica de Tubarão
DIN – Deustsche Industrie Normen
EPS – Poliestireno Expandido
IBS - Instituto Brasileiro de Siderurgia
IPT – Instituto de Pesquisas Tecnológicas
ISO – International Organization for Standardization
NBR – Norma Brasileira
OSB – Oriented Strand Board (Placas de Partículas Orientadas)
PBH – Prefeitura Municipal de Belo Horizonte
SCI – Steel Construction Institute - Grã Bretanha
SMAHAB – Secretaria Municipal Adjunta de Habitação – Belo Horizonte
URBEL – Companhia Urbanizadora de Belo Horizonte
USIMINAS – Usina Siderúrgica de Minas Gerais
RESUMO
O uso da estrutura metálica como tecnologia construtiva surgiu em meados do século
XVIII, e no Brasil, sua utilização iniciou-se na segunda metade do século XIX, com o
ferro fundido, e expandiu-se até os dias atuais, com o uso do aço. O emprego de uma
tecnologia industrializada propicia ganhos de prazos e de qualidade, e acabou-se por
se tornar uma alternativa a ser considerada para obras de habitações sociais. Desta
forma, esse trabalho investiga a utilização da estrutura de aço nesse tipo de edificação
e apresentada algumas experiências ocorridas no país, principalmente na região
metropolitana de Belo Horizonte. A estrutura metálica pode trazer algumas vantagens
para esse setor, como a agilidade na construção de inúmeras unidades habitacionais
em curto prazo, e desvantagens, como a questão custo. Com isso, a fim de ampliar o
conhecimento sobre o assunto, apresenta-se uma análise crítica desse sistema
construtivo para uso específico habitacional de interesse social.
Palavras chaves: estrutura, aço, habitação social
1. INTRODUÇÃO
O uso da estrutura de aço como tecnologia construtiva surgiu em meados do século XVIII
e, a partir dessa época, transformou as criações arquitetônicas e as continua
influenciando até os dias atuais.
No Brasil, a utilização de estruturas metálicas em edificações iniciou-se na segunda
metade do século XIX, com o uso do ferro fundido, e expandiu-se até os dias de hoje,
com o uso do aço, principalmente em edificações de usos comerciais e de serviços.
Dentre as utilizações realizadas, ocorreram também experiências em habitações de
interesse social, algumas desenvolvidas pelas próprias empresas siderúrgicas.
Devido ao grande déficit habitacional do país, o setor de construção habitacional deve
buscar soluções tecnológicas que melhorem sua qualidade e diminua seus custos em
todas as fases do processo de produção a fim de atender sua demanda.
O uso da estrutura de aço permite uma maior agilidade e a industrialização do processo
construtivo. Assim, algumas questões são levantadas. Como o uso do aço nas estruturas
das edificações pode influenciar a produção de habitações de interesse social? A
utilização desse material é viável para o setor da habitação social?
Dessa forma, os objetivos dessa pesquisa foram delineados no intuito de atender esses
questionamentos.
1.1 Objetivos
O objetivo deste trabalho é investigar a utilização de estruturas de aço em habitações de
interesse popular. Serão apresentadas algumas experiências ocorridas no país,
principalmente na região metropolitana de Belo Horizonte, para subsidiar os estudos.
A fim de ampliar o conhecimento sobre o assunto, será realizada uma análise crítica do
mesmo, levantando as vantagens e desvantagens desse sistema construtivo para esse
uso específico.
1
1.2 Justificativa
O déficit habitacional brasileiro foi estimado em 7,903 milhões de novas moradias em
2005, com incidência notadamente urbana (81,2%). A região Sudeste lidera a demanda
nacional, com necessidades estimadas em 2,899 milhões de unidades, vindo a seguir a
Nordeste, com 2,743 milhões de unidades. As duas regiões representam 71,4% do déficit
habitacional brasileiro. (Fundação João Pinheiro, 2007).
As carências habitacionais em Minas Gerais correspondem a 8,6% do total brasileiro,
estimadas em 682 mil, das quais 593 mil nas áreas urbanas. Em números absolutos, é o
segundo maior montante, superado penas por São Paulo, onde se estimou a
necessidade de construção de 1,510 milhão de novas moradias, em 2005. (Fundação
João Pinheiro, 2007).
Dessa maneira, o governo e o setor da construção civil devem buscar alternativas para o
atendimento dessa demanda com qualidade tecnológica e custos apropriados.
A estrutura de aço, portanto, que propicia a industrialização do processo construtivo,
gerando ganhos de prazos e de qualidade, pode torna-se uma alternativa a ser
considerada para obras de habitações sociais.
O uso do aço estrutural começou tardiamente no Brasil, se comparado com países como
a Inglaterra e os Estados Unidos. Na metade do século XX, algumas empresas
siderúrgicas foram criadas no país, facilitando a obtenção do produto, mas seu consumo
ainda é pequeno. Segundo o Instituto Brasileiro de Siderurgia (IBS), em 2005, o consumo
per capita de aço bruto no Brasil chegou a 101 quilos/habitante, o mesmo índice
registrado no início da década de 80. Em outros países, como a China, o consumo foi
ampliado de 30 quilos na década de 80 para 230 quilos/habitante em 2005. (Agência
Estado, 2006).
No entanto, O Brasil ocupa posição importante no cenário internacional, sendo o 10º
produtor mundial de aço e 1º na América Latina. A produção brasileira de aço bruto
alcançou 10,7 milhões de toneladas entre janeiro e abril de 2007, representando
crescimento de 11,5% em relação ao mesmo período em 2006. (IBS, 2007)
Muitos estudos foram e estão sendo produzidos no país sobre a estrutura de aço. Em
uma pesquisa inicial, verificou-se que as bibliografias consultadas, em sua maioria,
procuram identificar as características físicas e químicas do material aço, determinando
2
as situações ideais para o seu consumo. Além disso, aquelas também ressaltam algumas
características da construção em aço, como agilidade da obra, leveza da edificação,
utilização de peças estruturais menores, gerando um alívio das fundações e atingindo um
ganho de espaço, etc. Constatou-se, porém, que pouco é dedicado para a relação do uso
da estrutura de aço na arquitetura, e principalmente no setor habitacional.
O uso da estrutura metálica como uma alternativa para a habitação de interesse social se
constitui uma realidade. As principais empresas siderúrgicas brasileiras desenvolveram
projetos habitacionais com métodos construtivos industrializados, que, em sua maioria,
são
vendidos
em
kits.
Alguns
desses
sistemas
estão
sendo
utilizados
em
empreendimentos da COHAB (Companhia Habitacional) no país.
O uso do aço na habitação também recebeu um impulso a partir da possibilidade de
financiamento, que não existia há alguns anos. Em 2002, a Caixa Econômica Federal
criou o manual: Edificações Habitacionais Convencionais Estruturadas em Aço.
Dessa forma, é importante a realização de uma pesquisa que faça uma análise crítica da
real viabilidade do uso do aço na habitação de interesse social, levantando as vantagens
e desvantagens, com intuito de identificar se esse tipo de sistema construtivo pode
contribuir pra a minimização do déficit de moradias.
1.3 Metodologia
Todo o processo de desenvolvimento e execução da pesquisa para o presente trabalho
será dividido em três etapas.
A primeira trata do conhecimento do estado da arte e da ampliação deste, com
levantamentos bibliográficos e pesquisas documentais. Serão apresentados dados
técnicos sobre o material e os componentes estruturais propriamente ditos. Além disso,
serão selecionadas informações históricas sobre o uso do aço na construção civil mundial
e brasileira.
A segunda etapa se constituirá no levantamento e nas apresentações de experiências
ocorridas no país, e principalmente na região metropolitana de Belo Horizonte, do uso de
estruturas de aço na habitação de interesse social. Esse estudo também será realizado
frente a empresas siderúrgicas, fabricantes de estruturas, órgãos competentes e através
3
de publicações da área, no intuito de observar a situação brasileira em relação ao
consumo do aço no setor habitacional, levantando suas vantagens e desvantagens.
A terceira etapa constará da reunião de todos os dados levantados e, conseqüentemente,
de uma análise crítica sobre eles. Será feito um diagnóstico das informações obtidas,
com o intuito de ressaltar a real viabilidade do uso do aço na habitação social.
1.4 Descrição do desenvolvimento do trabalho
O conteúdo deste trabalho está dividido em quatro capítulos, além das conclusões finais.
O primeiro capítulo apresenta o material aço, assim como suas propriedades, os tipos de
aços estruturais e os tipos de perfis existentes no mercado. Esse capítulo é um
esclarecedor das questões básicas sobre o aço, promovendo o seu conhecimento e
facilitando o entendimento no decorrer do trabalho.
No segundo capítulo, o trabalho é direcionado para a arquitetura em aço. É apresentado
um histórico desse material na construção mundial e brasileira, desde o início da sua
utilização até os tempos atuais.
O terceiro capítulo aborda as questões relativas ao processo de projeto, a partir de uma
estrutura industrializada, e ao uso particular do aço. São estudados alguns parâmetros
técnicos referentes à estrutura pré-fabricada de aço, que podem influenciar nas questões
projetuais. São apresentados também os dados e as informações bibliográficas e os
relatos obtidos em entrevistas com profissionais da área de estruturas e arquitetos que
utilizaram a estrutura de aço em seus trabalhos. Alguns itens abordados no capítulo:
particularidades estruturais do aço e a prevenção de patologias no projeto, como
corrosão e incêndio.
O quarto capítulo apresenta as experiências da aplicação da estrutura de aço na
habitação de interesse social. São apresentados sistemas construtivos desenvolvidos
pelas empresas siderúrgicas, e alguns casos concretos, no intuito de conformar uma
análise crítica do uso da estrutura de aço em habitações de interesse social.
Finalmente, o capítulo das conclusões reúne todas as informações obtidas nas
considerações finais, levantando as vantagens e desvantagens específicas desse
sistema para o setor habitacional.
4
2. O AÇO
2.1 O processo siderúrgico para a produção do aço
A metalurgia é um conjunto de tratamentos físicos e químicos a que os minerais são
submetidos para a extração dos metais. A siderurgia é a denominação dada para a
metalurgia do ferro e do aço, que gera os elementos usados na fabricação das peças
estruturais.
Ao utilizar o termo estrutura metálica, muitas vezes, o ferro e o aço são erroneamente
citados como sendo um mesmo material. É importante a distinção de ambos, pois
possuem características diferentes e são utilizados na produção de componentes
estruturais com propriedades distintas.
Atualmente, as peças estruturais mais usadas na construção civil são produzidas em aço,
com composições químicas variadas para cada especificação determinada.
Os metais ferro e aço possuem em comum duas matérias-primas básicas: o minério de
ferro e o carvão, que pode ser vegetal ou mineral. O minério de ferro é composto pelo
elemento químico ferro (Fe), que é encontrado na natureza basicamente sob a forma de
óxidos (Fe + O).
O principal objetivo na produção dos metais ferro e aço é remover o oxigênio da sua
composição. O elemento químico ferro (Fe) é extraído do minério por meio de elevadas
temperaturas, obtidas dentro de fornos especiais, que retiram o oxigênio na presença do
carvão vegetal ou mineral, este último conhecido como coque. O coque, um material rico
em carbono, é constituído pelo carvão mineral purificado através de altas temperaturas.
O carvão vegetal foi primeiramente utilizado no Brasil devido à vasta oferta da nossa
flora, mas, com o aumento da devastação e com a falta de uma política de
reflorestamento, seu uso foi limitado, acarretando o aumento do custo.
Já o carvão mineral nacional é rico em enxofre, o que proporciona um material de má
qualidade, necessitando de processos para a sua retirada, que também elevam o custo.
(FERREIRA, 1998)
5
Atualmente, as empresas siderúrgicas buscam alternativas energéticas renováveis, como
a biomassa plantada, com o objetivo de melhorar a qualidade de seus produtos, reduzir
os custos e o impacto ambiental.
O processo siderúrgico para a fabricação do aço consiste no aproveitamento do ferro
contido no minério, através da eliminação progressiva das impurezas deste último, e
pode ser dividido em quatro etapas (Figura 01):
1º.
Preparo de matérias-primas (minério de ferro e carvão minera): na Sinterização, é
produzido o sínter, que é o minério de ferro aglutinado, pois seus finos são indesejáveis
para o processo de obtenção do ferro-gusa no alto-forno; na Coqueria, é produzido o
coque (carvão mineral sem impurezas);
2º.
Produção do ferro-gusa no alto forno: o princípio básico de operação de um alto-
forno é a retirada do oxigênio do minério, que assim é reduzido a ferro (ferro-gusa);
3º.
Produção do aço: na Aciaria, é feito o processo de refino do ferro-gusa,
transformando-o em aço, e o ajuste da sua composição final, de acordo com o tipo de
aço produzido;
4º.
Conformação mecânica (Lingotamento e Laminação): o aço em estado líquido é
moldado e, em seguida, laminado, sendo conformado nos produtos desejados (chapas
grossas, chapas finas, perfis, etc.).
Figura 01
Processo Siderúrgico
6
O ferro-gusa, portanto, é o produto da primeira fusão do minério de ferro com o carvão no
alto-forno, sendo uma liga metálica com alto teor de carbono, cerca de 3,5 a 4,0%.
O ferro fundido possui o ferro-gusa como matéria-prima, adicionado de alguns elementos
químicos para a obtenção de um teor de carbono na liga metálica da ordem de 2,5 a
3,0%, o que lhe confere propriedades diferentes da do aço.
O ferro fundido difere substancialmente do ferro forjado ou batido. Este último consiste
em uma forma razoavelmente pura do metal com granulação lenhosa, que pode ser
trabalhado de diversas maneiras: torcido, martelado, enrolado, cortado ou esticado, tanto
a quente, quanto a frio. O tratamento na forja aumenta a elasticidade do material,
enquanto que a fundição aumenta sua rigidez, diferenciando esses dois tipos de ferro.
Como é facilmente moldável, o ferro fundido foi utilizado durante muitos anos na
fabricação de elementos estruturais, principalmente colunas e arcos, e de decoração.
Apesar de possuir uma boa resistência à compressão, resiste somente a leves tensões
elásticas (tração), devido ao alto teor de carbono.
Já o aço, como apresentado, se origina da redução do ferro-gusa em conversores
específicos na Aciaria, com a diminuição de teores de alguns elementos químicos
prejudiciais, como o enxofre, fósforo e silício, e a adição de outros elementos.
O teor de carbono presente no aço é da ordem de 2%, sendo, na maioria dos casos,
menor que 1%. Os aços utilizados na construção civil possuem um teor de carbono na
ordem de 0,18 a 0,25%.
Através da mudança da composição química do aço, podem-se obter variações nas
características físicas dos produtos finais. A adição de elementos químicos é feita quando
o material já está isento das impurezas do minério e em sua forma líquida.
Com o desenvolvimento da construção civil e da arquitetura, criaram-se aços mais
resistentes e mais leves, específicos para fins estruturais, ou seja, com elevada
resistência mecânica e resistência à corrosão. Estes aços são obtidos pela adição
controlada de determinados elementos químicos que lhes conferem características
específicas, ou mesmo pela eliminação de produtos indesejáveis.
7
As propriedades do aço, no entanto, não dependem apenas da sua
composição química. Além dela, características ditas microestruturais,
resultantes de tratamentos térmicos, de deformação mecânica e da
velocidade de solidificação, conferem propriedades físicas, mecânicas e
químicas adequadas às suas diversas aplicações. (DIAS, 2002)
As usinas siderúrgicas podem também utilizar a própria sucata do aço como matériaprima em substituição ao minério de ferro, o que também diminui os custos da produção,
sendo assim denominadas usinas siderúrgicas não-integradas.
O aço pode ser reciclado um número ilimitado de vezes sem a perda de sua qualidade e
de suas propriedades. Atualmente a reciclagem do aço é uma realidade e processos
produtivos que privilegiam essa fonte alternativa têm sido desenvolvidos e aperfeiçoados.
No Brasil, como a oferta de sucata de boa qualidade ainda é pequena, os processos de
seleção e coleta devem ser mais divulgados para a conscientização dos setores
envolvidos, e novas tecnologias devem ser desenvolvidas.
Com a ampliação do uso do aço, conseqüentemente, obtém-se a ampliação da oferta de
sucata, o que diminui o consumo de minério de ferro na linha de produção do aço,
reduzindo seu custo.
Outros resíduos, oriundos de outras etapas da linha de produção, também são
aproveitados pela indústria: a escória do alto forno compõe 70% da matéria-prima de
alguns tipos de cimento, e a escória da aciaria pode substituir a brita de pedra na
construção civil. (PARREIRAS, 2001)
2.1.1 Os produtos siderúrgicos
É no processo de laminação que os produtos siderúrgicos passam a obter uma
conformação final. Podem ser obtidas chapas denominadas grossas, cuja espessura
varia de 6,30mm a 75,00mm, e chapas finas, em forma de bobinas, com espessuras de 8
mm a 0,45mm, estas laminadas a frio ou a quente, dependendo da espessura.
O uso de chapas finas fornecidas em bobinas não é aconselhável para a produção de
perfis soldados, pois as chapas têm a tendência de retornar à sua posição deformada na
bobina por ocasião da soldagem dos perfis.
8
Perfis acabados podem ser conformados, também, diretamente do processo de
laminação com dimensões e espessuras diversas.
É importante que o arquiteto conheça os produtos oferecidos no mercado e suas
dimensões, que podem possibilitar inúmeras alternativas para a execução da estrutura
(as tabelas com dimensões de chapas e perfis são fornecidas por cada fabricante),
principalmente no caso da aplicação em edificações habitacionais de interesse social,
onde a racionalização da construção se faz necessária. Juntamente com o engenheiro
especializado, podem ser determinados os formatos e as dimensões dos perfis
adequados à forma arquitetônica e à estabilidade da estrutura para cada projeto.
2.2. Os aços estruturais
O termo “aços estruturais” designa todos os tipos de aço que, devido às suas
propriedades, são ideais para o uso em elementos estruturais de edificações. Esses
podem ser classificados de acordo com suas propriedades e possuem as seguintes
características:
⇒
Aços-Carbono
De acordo com a NBR 6215 – Produtos Siderúrgicos, o aço-carbono é aquele que
contém elementos de liga em teores residuais máximos admissíveis. Esses elementos
são: Cromo, Níquel, Alumínio, Cobre, Silício e Manganês. São denominados aços de
média resistência mecânica. Em função do teor de carbono presente, os aços-carbono
podem ser divididos em três classes:
•
Baixo-Carbono: C ≤ 0,30%
•
Médio-Carbono: 0,30% < C < 0,50%
•
Alto-Carbono: C ≥ 0,50%
Um alto teor de carbono prejudica a soldabilidade das peças. Portanto, os aços mais
adequados à construção civil são os Baixo-Carbono, que podem ser soldados sem
precauções especiais.
9
Os principais aços utilizados são os ASTM-A-36 e ASTM-A-570 (especificados pela
American Society for Testing and Materials); e os NBR 6648/CG-26, NBR 7007/MR-250 e
NBR 6650/CF-26 (especificados pela ABNT - Associação Brasileira de Normas
Técnicas), que são produzidos pela maioria das usinas siderúrgicas brasileiras.
⇒
Aços de Baixa Liga / Aços Patináveis
São aços com média e alta resistência mecânica, resistência à corrosão atmosférica e
excelente soldabilidade. O uso de aços com alta resistência mecânica proporciona uma
redução de espessura das peças estruturais, se comparado aos aços-carbono, o que
implica um menor consumo de material, sendo recomendado para a construção civil.
Porém, esse tipo de aço possui uma maior complexidade na fabricação, ocasionando
custos maiores, sendo necessário um estudo da viabilidade econômica para sua
utilização.
No aço patinável, é feita a adição de pequenas quantidades de certos elementos
químicos, em especial o cobre, que cria uma barreira à corrosão do aço. 1
Quando expostos ao clima, ele desenvolve uma camada de óxido compacta e aderente
na sua superfície, a qual funciona como uma barreira de proteção, podendo ser utilizado
sem qualquer tipo de revestimento. Essa camada, ou pátina, somente surge após ciclos
alternados de molhamento e secagem. O tempo para o surgimento da proteção varia de
acordo com o tipo de atmosfera em que o aço está exposto, em geral de 18 meses a 3
anos. Entretanto, após um ano, o material já apresenta uma homogênea coloração
marrom clara.
O aço patinável pode ser utilizado com ou sem revestimento de proteção. A escolha do
modo como deve ser usado é baseada no tipo de atmosfera onde será implantado, que é
classificada em urbana, industrial, rural e marinha. Aconselha-se o uso de revestimento
quando as condições climáticas ou de utilização da estrutura não permitirem a formação
da pátina. Em regiões submersas ou sujeitas a respingos, onde não ocorram os ciclos de
molhamento e secagem, em ambientes industriais agressivos e à distância de até 600m
da orla marítima, é ideal o uso do revestimento de proteção.
1
Detalhes sobre o processo de corrosão ver item 4.4.1.
10
⇒
Aços Resistentes ao Fogo
Uma das preocupações existentes em relação ao uso da estrutura em aço é a sua
resistência ao fogo, em caso de incêndio. 2
Com o desenvolvimento da tecnologia, foram criados aços mais resistentes e que
possuem um tempo maior de início de deformação da estrutura, conferindo segurança
para a evacuação das construções pelos usuários.
Os aços resistentes ao fogo são basicamente resultantes da modificação de aços
resistentes à corrosão atmosférica. As adições são ajustadas sempre no limite mínimo
possível, para garantir um valor elevado de resistência mecânica à tração, sem prejudicar
sua soldabilidade e a resistência à corrosão atmosférica, intrínseco do aço de origem.
2.2.1 Propriedades dos aços estruturais
Por ser um material industrializado, obtido sob rígido controle de qualidade, as
características da liga metálica são certas e confiáveis. Com isso, os coeficientes de
segurança utilizados no cálculo estrutural podem ser mais baixos.
Do ponto de vista da aplicação em estruturas, o aço apresenta a interessante
característica de ter, aproximadamente, a mesma resistência à tração e à compressão,
sendo a primeira mais adaptável ao tipo de material. Em relação aos esforços de
compressão, pode ocorrer o fenômeno da flambagem, o que necessita do aumento das
seções dos perfis e/ou a criação de travamentos, denominados de contraventamentos,
diminuindo o comprimento livre da peça.3
Outras propriedades do material aço:
•
Elasticidade: é a capacidade de retornar à forma original após o efeito de
carregamento e descarregamento (tensões de tração ou compressão). O aço deve
sempre trabalhar em sua fase elástica, onde a sua deformação é proporcional ao esforço
aplicado (Gráfico 01);
2
Detalhes sobre o comportamento do aço em situação de incêndio ver item 4.4.2.
3
Sobre o contraventamento da estrutura de aço e sua interferência na arquitetura ver item 4.3.
11
•
Plasticidade: é uma deformação definitiva provocada pelo efeito de tensões iguais ou
superiores ao limite de escoamento do aço. Deve-se impedir que a tensão
correspondente ao limite de escoamento seja atingida nas seções transversais das
barras, como forma de limitar a sua deformação;
Gráfico 01
Diagrama Tensão – Deformação de peça estrutural de aço
•
Ductilidade: é a capacidade de se deformar plasticamente sem se romper. As vigas
de aço sofrem grandes deformações antes de se romperem, o que constitui um aviso da
presença de tensões elevadas, diferentemente do ferro fundido, que não se deforma
antes da ruptura. Quanto mais dúctil o aço maior é a redução de área ou o alongamento
antes da ruptura;
•
Tenacidade: é a capacidade de absorver energia quando submetidos a um impacto.
Um material dúctil com a mesma resistência de um material não-dúctil vai necessitar de
uma maior quantidade de energia para ser rompido, sendo, portanto, um material mais
tenaz.
Além disso, a composição química da liga de aço pode determinar características
importantes para a sua aplicação estrutural. A indústria deve buscar a quantidade exata
do material a ser adicionado, pois geralmente os componentes acabam por melhorar
certa qualidade do aço, em prejuízo de outra.
12
2.3. Perfis estruturais de aço
Os perfis de aço produzidos para a construção civil possuem diversos tipos e dimensões,
além de possibilitar diversas conformações.
Os perfis laminados são fabricados diretamente da linha de produção através de blocos e
tarugos, que são trabalhados a quente até chegarem à forma “I”, “H” ou cantoneiras.
Esses perfis podem possuir abas paralelas ou ser de padrão americano com abas
inclinadas (Figura 02).
Segundo Dias (2002), a oferta de perfis laminados de padrão americano no país é
bastante restrita. Além disso, eles possuem uma limitação quanto à disponibilidade de
tipos e à variedade de tamanhos, e a sua aba inclinada dificulta a execução de ligações.
É possível obter várias conformações a partir do uso conjugado de perfis (Figura 03) e
também é permitida a execução de curvas nos dois sentidos das peças. O ideal é que se
utilizem raios longos, pois, com raios pequenos, é necessário o aquecimento dos perfis.
Figura 02
Tipos de Perfis Laminados
13
Figura 03
Tipos de composições com Perfis Laminados de Padrão Americano
Já os perfis soldados são obtidos pelo corte, composição e soldagem das chapas planas
de aço, o que possibilita uma grande variedade de formas e dimensões. Como foi
exposto anteriormente, os perfis para uso estrutural não devem ser provenientes de
chapas na forma de bobina, pois pode haver deformação quando aquecidas pela solda.
Dessa forma, apenas chapas denominadas grossas devem ser utilizadas, gerando perfis
mais pesados que os perfis laminados.
Esse tipo de perfil possui uma vantagem sobre o perfil laminado, porque para ele não há
limites de altura, já que o segundo fica restrito à capacidade da linha de produção de
cada fabricante.
A fabricação dos perfis soldados pode ser “artesanal” ou completamente industrial. Os
fabricantes de estruturas possuem uma gama de perfis com dimensões padronizadas. No
entanto, perfis especiais com conformações diversas podem ser encomendados e
produzidos com facilidade.
Os perfis podem ser também eletrossoldados, o que consiste em um processo industrial
em que a soldagem é feita por resistência elétrica, conhecida como eletrofusão, na qual
não há a deposição de outros materiais, como na solda comum.
A produção de perfis pode ser feita, ainda, pelo dobramento a frio de chapas de aço.
Esse tipo de fabricação também possibilita a criação de formas e dimensões
diferenciadas, além das padronizadas, guardadas as limitações dimensionais de suas
linhas de produção (Figura 04).
14
Como são utilizadas chapas mais finas em sua produção, esses perfis são indicados para
construções mais leves, sendo usados, principalmente, como barras de treliças, terças,
etc.
Esses perfis formados a frio são também utilizados para a construção dos painéis
estruturais do sistema construtivo steel-frame. Os perfis, no caso galvanizados, compõem
guias e montantes de vedações, lajes e cobertura, e são projetados para a absorção de
cargas. Os fechamentos podem ser feitos com diversos materiais, como gesso
acartonado, placa cimentícia, painéis OSB (Placas de Partículas Orientadas), etc.
Figura 04
Perfis formados a frio (dobrados)
Os perfis também podem ser tubulares, e, a partir da secção circular prensada, pode-se
produzir formas quadradas e retangulares (Figura 05). Esse tipo de perfil pode possuir
costura, sendo produzido por soldagem, ou sem costura, fabricado diretamente da
laminação a quente de barras de aço maciças. O primeiro possui uma limitação quanto
ao seu comprimento, devido ao tamanho da chapa; o segundo pode ser laminado em
qualquer comprimento.
15
Os perfis tubulares de médio e grande porte são muito utilizados como pilares, pois,
devido a sua geometria, seja ela circular, quadrada ou retangular, apresentam alta
resistência a flambagem.
Já os perfis de menores diâmetros são usados na fabricação de treliças planas e
espaciais. Além disso, juntamente com o uso de chapas, é possível a composição de
perfis, sendo utilizados como vigas e pilares (Figura 06).
Figura 05
Perfis Tubulares
Figura 06
Composição de perfis conjugados com chapas e perfis tubulares
2.4 Estruturas mistas
A determinação de um material para a execução de uma estrutura não pode passar pela
comparação direta entre eles. Não existe um material melhor do que o outro. Cada
projeto possui particularidades que variam de acordo com o seu programa de
necessidades, com o local a ser implantado, e até mesmo com a conjuntura econômica
do país.
16
É preciso investigar as propriedades de cada material que possa atender a esses
requisitos, e escolher a opção mais técnica e financeiramente viável.
Muitas vezes, a utilização de materiais diferentes em uma mesma estrutura pode ser a
melhor solução. A estrutura de aço não pode ser considerada uma solução única e ideal
para todos os casos, e sua utilização também pode ser combinada com outros materiais,
como madeira e concreto, a fim de se obter um melhor resultado (Figuras 08 e 09).
A partir do estudo das características de cada material e dos requisitos projetuais, o
engenheiro estrutural e o arquiteto podem propor uma utilização conjunta, aproveitando o
melhor desempenho de cada elemento.
Como exemplo, podemos citar o uso de peças mistas em aço e concreto, que propicia
um aumento da resistência à compressão da peça metálica e o melhor desempenho à
tração do concreto. Dessa forma, é possível diminuir suas dimensões finais e o consumo
dos dois materiais. Além disso, o revestimento dos perfis de aço com concreto cria uma
proteção contra altas temperaturas4 (Figura 07).
Figura 07
Detalhe de perfis mistos – aço e concreto
4
Ver mais detalhes em relação à proteção contra incêndios no item 4.4.2.
17
Figura 08
Figura 09
Estrutura mista – aço e concreto
Estrutura mista - aço e madeira
Obra de uma residência - São Paulo
Parque Municipal do Mindu - Manaus
A compreensão das características do aço proporciona o melhor entendimento do
comportamento estrutural de seus componentes. Além disso, o conhecimento da
variedade de peças existentes no mercado e das possibilidades de conjugações de perfis
e de outros materiais facilita a absorção dos conceitos necessários para a concepção e o
desenvolvimento do objeto arquitetônico de forma criativa e racional.
18
3. O USO DA ESTRUTURA DE AÇO NA ARQUITETURA E
NA CONSTRUÇÃO CIVIL
O uso do ferro e do aço está presente na história da humanidade desde a Antigüidade.
Como materiais de construção, eles passaram a ser utilizados nos séculos XVIII e XIX e,
juntamente com o desenvolvimento tecnológico que surgia, transformaram toda uma
época através da Revolução Industrial.
Neste capítulo, será apresentado o histórico do uso do aço na arquitetura mundial e
brasileira, com o objetivo de mostrar o que já foi produzido e as possibilidades permitidas
por esse material.
Com isso, é possível salientar a importância do conhecimento técnico das questões
referentes ao projeto e à estrutura de aço, além de criatividade e sensibilidade artísticas
para o desenvolvimento desse tipo de arquitetura no Brasil.
3.1 Histórico mundial
Não se pode determinar ao certo a origem do ferro. Acredita-se que a presença ocasional
de um tipo de minério em alguma fogueira tenha fundido o metal acidentalmente. “O
vestígio mais remoto deste metal é um conjunto de quatro esferas de ferro, datadas de
4000 a.C., encontradas em El-Gezivat, no Egito”.(BRAGA, 1998).
Já o aço foi descoberto posteriormente, utilizando-se o ferro maleável e o carvão vegetal.
No entanto, sua produção levava dias e era dispendiosa e, assim, por muito tempo, o aço
continuou a ser um material escasso.
Na Antigüidade, o ferro veio a substituir o cobre e o bronze na fabricação de armas e
ferramentas por ser um metal mais resistente. Esse uso militar impulsionou o
desenvolvimento da metalurgia e, aos poucos, o material passou a ser usado também na
fabricação de máquinas e equipamentos industriais mais duradouros que, até então,
eram feitos em madeira.
À medida que a sociedade vai se desenvolvendo, o homem passa a utilizar-se da
natureza através do desenvolvimento tecnológico e científico. Acreditava-se na
19
supremacia humana e na superação de obstáculos através do desenvolvimento. Esse
pensamento, surgido desde o século XVII, fazia parte da classe burguesa que crescia
cada vez mais nesta época.
Os conceitos do capitalismo uniram-se ao desenvolvimento tecnológico. Ao longo dos
séculos, novos processos técnicos e científicos foram-se formando e tiveram seu ponto
culminante na Revolução Industrial.
O ferro foi um material de suma importância para esse movimento. A visão capitalista,
surgida com a concentração de renda pela burguesia, buscava o aumento da produção
para a obtenção de lucro. O desenvolvimento tecnológico da época levou ao surgimento
de novas máquinas para alcançar esse aumento. A máquina movida à força motriz do
vapor foi uma grande descoberta e o ferro foi o elemento fundamental para sua produção,
pois a tornava mais resistente.
Graças também à máquina a vapor, os altos-fornos, onde era produzido o ferro, puderam
ter suas dimensões aumentadas. Este e outros inventos deram um enorme impulso à
siderurgia: em menos de vinte anos, a produção de ferro na Inglaterra quadruplicou e o
seu preço caiu vertiginosamente. (DIAS, 2001)
Desde o século XVII, pesquisas já eram feitas com o objetivo de se produzir energia a
vapor e ferro a baixo custo. No entanto, o ferro ocupou pouco espaço na arquitetura e
engenharia até esta época, e era usado em sua maioria para a confecção de peças de
decoração.
A partir deste momento e até o séc. XIX, o desenvolvimento da produção
e a utilização do ferro e do aço estão muito mais relacionados aos
técnicos, cientistas e industriais do que aos artistas e arquitetos. São
ferreiros, engenheiros, mecânicos e forjadores que, com suas
habilidades e trabalho manual, desenvolveram as bases da produção
industrial do ferro e do aço, que posteriormente viria a ser utilizado por
arquitetos na construção de monumentos à sociedade moderna.
(FERREIRA, 1998).
Com o desenvolvimento dos processos metalúrgicos, no final do século XVIII e no século
XIX, a produção de ferro, e neste momento também a do aço, passa a ser em escala
industrial, o que ocasiona o baixo custo do material.
20
Em 1856, a descoberta do inglês Henry Bessemer de que a injeção de
um jato de ar no ferro em fusão eliminaria quase todo carbono do banho,
convertendo desta forma o ferro-gusa em aço, permitiu a produção do
aço em escala realmente industrial, baixando seu preço a um sétimo do
valor que vigorava antes da introdução do novo processo. (DIAS, 2001).
A indústria siderúrgica é obrigada a se aprimorar para atender à demanda de um
mercado em ebulição na Europa e nos Estados Unidos. Essa grande demanda é
conseqüência do desenvolvimento dos transportes, principalmente da criação das
ferrovias.
O crescimento da indústria siderúrgica, certamente promovido pela
implantação das redes ferroviárias, não somente britânicas como
também européias, ensejou a perspectiva de produção de ferro e aço em
uma escala nunca vista anteriormente. (SILVA, 1986)
Conseqüentemente, surgiu a necessidade de serem construídos pontes e viadutos em
grande número, sendo essas as duas primeiras grandes aplicações do ferro e do aço nas
construções. As pontes metálicas eram feitas inicialmente com ferro fundido, depois com
aço forjado e, posteriormente, passaram a ser construídas com aço laminado.
Um marco dessas construções é a ponte sobre o rio Severn, na Inglaterra, construída
entre 1775 e 1779 pelo industrial Abraham Darby (Figura 10). A primeira ponte construída
em ferro fundido era considerada um avanço tecnológico, mas ainda utilizava os
princípios usados nas pontes de madeira e pedra.
O material trabalha essencialmente à compressão, que proporciona seu
melhor desempenho, sendo sua resistência à tração relativamente baixa.
A concepção estrutural da obra era semelhante à de pontes de pedra e a
junção das partes foi baseada em técnicas de construção de tesouras de
madeira. A solução era, de certa maneira, conseqüência natural das
derivações de métodos construtivos tradicionais, uma vez que a pedra
era empregada, em geral, de modo trabalhar fundamentalmente a
compressão. (KUHL, 1998)
21
Figura 10
Ponte sobre o Rio Severn – Inglaterra
Abraham Darby
Com o desenvolvimento da malha ferroviária, surgiram novos programas arquitetônicos,
como edifícios de apoio, estações, galpões para abrigo dos trens e edifícios
administrativos. Esses novos tipos de construções, em sua maioria, necessitavam de
inovações estruturais, pois deviam possuir grandes vãos livres para cobrir toda a
extensão dos trilhos nas estações.
Além dessas questões, outro motivo que propiciou o uso do ferro fundido foi a
necessidade de serem essas edificações executadas na mesma velocidade em que eram
feitas as próprias ferrovias.
A partir deste momento, a utilização da estrutura metálica passa a ser estendida a outros
tipos de construções. Edificações em madeira, como moinhos e tecelagens, e até mesmo
coberturas em forma de cúpulas são substituídas pela estrutura de ferro. O material
passa a ser considerado como uma alternativa para alcançar uma maior resistência ao
fogo. 5
No início, como a técnica da construção em aço não era muito desenvolvida, a maioria
das construções executadas repetia o sistema estrutural utilizado em madeira, e as peças
eram revestidas com alvenaria de pedras e tijolos.
5
Entretanto, com o passar do tempo, percebeu-se que o ferro aparente tinha um comportamento indevido de
torção em altas temperaturas. O fator que estimulou o seu emprego foi, mais tarde, um dos principais a
22
Um exemplo foi a substituição da cúpula de madeira da Bolsa de Comércio de Paris,
construída em 1760. No ano de 1802, ela foi consumida por um incêndio, e a sua
reposição deveria ser feita por um material à prova de fogo. O uso de tijolos foi
descartado, pois a cúpula não suportaria seu peso próprio. O ferro fundido foi a opção
adotada, utilizando-se uma estrutura que repetia o desenho das peças originais.
Aos poucos, o uso do ferro na construção civil se transforma com os progressos
industriais que permitiram sua produção em grande escala e estendeu sua possibilidade
de aplicação.
Surge um novo uso na arquitetura: os locais de comércio com passagens cobertas
denominados galerias. Em Paris, a maioria das galerias foi construída na primeira metade
do século XIX, e podem ser comparadas a uma grande loja de departamento. Segundo
Graeff (1994), estas seriam embriões dos atuais centros comerciais, os shoppings
centers.
Dois fatores que contribuíram para o desenvolvimento dessa arquitetura e engenharia
foram a prosperidade da indústria, que promoveu a base para o comércio, e a utilização
do ferro como material estrutural, com a capacidade da sua conjugação com a cobertura
de vidro.
A pré-fabricação de componentes e a montagem nos canteiros de obras aparecem
também nesta época para suprir as necessidades de uma sociedade industrial que
precisava de novos espaços construídos rapidamente e a baixo custo. A racionalização
do processo construtivo foi resultado do pensamento capitalista e influenciou vários
países da Europa.
Em 1840, é proposta a idéia de uma demonstração comercial e industrial entre as nações
européias com o intuito de promover uma abertura das relações entre os países.
Em 1851, realiza-se a primeira Exposição Universal, em Londres, com a construção do
Palácio de Cristal (Figura 11), que pode ser considerado um marco na arquitetura.
Projetado pelo arquiteto Joseph Paxton, a grande construção foi um exemplo para a
industrialização do processo construtivo, sendo executado com componentes préfabricados em um curto espaço de tempo.
restringi-lo, mas sendo resolvido, posteriormente, com a substituição do ferro pelo aço e com o
desenvolvimento de tecnologias de proteção contra incêndio.
23
A busca de uma nova linguagem arquitetônica que se adequasse ao material e aos novos
usos levou a soluções formais dissociadas das referências históricas, questionando-se
alguns princípios consagrados.
O uso da estrutura em ferro e do vidro possibilitou novos conceitos na expressão
arquitetônica: a transparência, a relação do espaço interno com o externo e a leveza.
Após a exposição, a edificação foi desmontada, como era previsto, e remontada em outro
local, com algumas modificações. Permaneceu aberta à visita ao público até 1936,
quando foi destruída por um incêndio.
Figura 11
Palácio de Cristal – Londres
Arquiteto Joseph Paxton
A partir deste momento, todas as exposições que viriam a seguir tornaram-se um
importante evento para a apresentação do potencial da industrialização da construção,
tanto do ponto de vista da arquitetura, quanto dos sistemas estruturais. Os edifícios
construídos com a estrutura metálica representavam a lógica industrial da época.
Compostos com peças pré-fabricadas, eles eram montados nos canteiros de obra como
“jogos de armar”.
Inicia-se a internacionalização da arquitetura e a disseminação, em vários países, de
novos conceitos para o projeto arquitetônico. Com as características dos materiais ferro e
aço, as peças de apoio estrutural passam a ser mais esbeltas e resistem a esforços
maiores que uma coluna de mesma dimensão em pedra ou madeira. As proporções que
eram utilizadas para estes materiais não se aplicam ao ferro e ao aço, e a estética da
época é alterada.
24
Em 1889, aconteceu a Exposição Universal de Paris, em comemoração ao Primeiro
Centenário da Revolução Francesa, onde duas obras se destacaram. A primeira foi a
Galerie de Machines (Figura 12), projetada pelo arquiteto Ferdinand Dutert e pelo
engenheiro Vitor Contamim. O pavilhão de exposição, com um vão livre de 115m, que
excedeu em tamanho tudo que tinha sido construído anteriormente, representou a união
dos conhecimentos dos materiais e dos princípios estruturais.
A Galerie de Machines assim como os demais edifícios de exposições anteriores
demonstraram uma estreita ligação entre a forma arquitetônica e a solução estrutural.
Giedion (apud EGGEN; SANDAKER, 1995) comparou a junção de pilar com o solo,
adotada na galeria, como uma bailarina na ponta dos pés (Figura 13).
O segundo marco da exposição de Paris foi a Torre Eiffel (Figura 14), projetada pelo
engenheiro Gustave Eiffel. Com 300m de altura, ela deveria ser demolida após a
exposição, mas a sociedade francesa, ao ver esse desafio à técnica da época ser erguido
em apenas dois anos, dispensou as críticas e passou a aceitá-la, tornando-a o símbolo
da França.
Figura 12
Galerie de Machines – Paris
Arquiteto Ferdinand Dutert
25
Figura 13
Detalhe do pilar - Galerie de Machine
Figura 14
Torre Eiffel – Paris
Engenheiro Gustave Eiffel
26
Após a Primeira Guerra Mundial, o uso do ferro e do aço aparente passou a ser aplicado
em menores proporções na Europa. No entanto, algumas construções continuaram a ser
feitas, incluindo também pesquisas na área.
Um verdadeiro renascimento do uso de estruturas metálicas ocorreu no século XX, em
meados dos anos 70, com o Centro Pompidou, em Paris (Figura 15), de Renzo Piano e
Richard Rogers. Estes desenvolveram obras de alta precisão e tecnologia, tendo essa
sua obra como um manifesto que difundiu novamente o emprego do aço aparente na
arquitetura.
Figura 15
Centro Georges Pompidou – França
Arquitetos Richard Rogers e Renzo Piano
Dessa forma, abriu-se caminho para novos usos e pesquisas formais na área, atingindose a maturidade em várias obras, citando-se como exemplo os projetos dos arquitetos
Normam Foster e Nicholas Grimshaw (Figuras 16 e 17).
27
Figura 16
Edifício do Reichstag - Berlim
Arquiteto Normam Foster
Figura 17
Edifício Ludwig Erhard Haus Financial
Centre -Berlim
Arquiteto Nicholas Grimshaw
3.1.1 O uso da estrutura de ferro e aço nos Estados Unidos
Nos Estados Unidos, onde se desenvolveu uma forte sociedade capitalista, surgiu, a
partir da segunda metade do século XIX, uma arquitetura e engenharia que também
utilizava a construção metálica. Assim como na Europa, os novos programas
arquitetônicos se basearam em necessidades ligadas à indústria e ao comércio. O ferro,
o aço e o vidro foram muito utilizados e acabaram por desenvolver uma arquitetura
americana própria.
Em 1871, a cidade de Chicago é incendiada e sua reconstrução é marcada com a
utilização da estrutura metálica de uma maneira ainda pouco usada: “o esqueleto
metálico” em edifícios de andares múltiplos.
O desenvolvimento do comércio, o crescimento demográfico e a valorização dos terrenos
em cidades não só como Chicago, mas também como Nova York, contribuíram para a
verticalização das construções.
Um dos mais importantes construtores de Chicago foi Willian Le Baron, que é
considerado também o precursor do uso do aço nas edificações.
28
O princípio de sustentar todo o edifício sobre uma rede metálica
equilibrada com precisão, solidificada e protegida contra incêndio, devese a Willian Le Baron Jenney. Ninguém o precedeu nisso, e a ele cabe
todo o mérito que deriva da proeza de engenharia que foi o primeiro a
executar. (BENEVOLO, 1989)
Juntamente com ele, trabalharam grandes nomes da arquitetura americana, como Louis
Sullivam, de quem Frank Lloyd Wright foi discípulo. Com isso, Le Baron é considerado o
fundador do movimento da época denominado “Escola de Chicago”.
O edifício ganhou, cada vez mais, um número maior de andares e, com a invenção dos
elevadores, o americano realiza o sonho de criar o “arranha-céu”. Enquanto na Europa os
edifícios iam somente ao sétimo ou oitavo pavimento, nos Estados Unidos foram
construídos edifícios com vinte e até trinta pavimentos, que, posteriormente, também
seriam superados.
A utilização de um sistema do tipo “esqueleto estrutural”, com peças pré-fabricadas,
influenciou também a linguagem arquitetônica. A simplicidade e o ritmo da estrutura
passaram a ser expressos nas fachadas, desenvolvendo a base de um estilo que seria
internacionalmente conhecido.
Aos poucos, a estrutura deixa de ser revestida na parte externa, e, à medida que a altura
do edifício aumenta, as peças estruturais e os contraventamentos necessários passam a
fazer parte da concepção arquitetônica.
Arquitetos como Mies Van der Rohe, Frank Lloyd Wright, Walter Gropius, entre outros,
contribuíram para a criação dessa arquitetura americana que, paulatinamente, se difundiu
em vários países (Figura 18).
Em 1893, o projeto para a Feira Mundial de Chicago, feito por Louis Sullivam, foi
rejeitado, sendo aprovado um projeto que retomava o conceito neoclássico, mais aceito
pela burguesia da época, marcando o fim do movimento da Escola de Chicago.
No entanto, a arquitetura americana prossegue até os dias atuais com uma constante
verticalização e a valorização da padronização e da industrialização dos processos
construtivos.
29
Figura 18
Lake Shore Drive Apartments – Chicago
Arquiteto Mies Van der Rohe
Após a Segunda Guerra Mundial, a necessidade de suprir o déficit habitacional criado,
com recursos financeiros e mão-de-obra especializada escassos, contribuiu para a
organização de um setor industrializado na construção civil de vários países.
A estrutura metálica, portanto, contribui para a implementação e a difusão do conceito de
pré-fabricação na construção civil pelo mundo. Por ser um material industrializado, a sua
utilização influenciou a mudança de todo o processo construtivo.
No século XX, o movimento moderno introduz um novo material já conhecido, mas pouco
utilizado até o momento: o concreto armado. Mesmo sendo este material mais plástico, o
uso da estrutura metálica já estava firmado nos Estados Unidos e na Europa, o que não
aconteceu no Brasil.
Apesar de muitos “modernistas” terem abandonado o ferro aparente
como meio de expressão e terem desenvolvido uma nova linguagem
principalmente através do concreto armado, os passos dados pela
geração anterior foram uma inegável contribuição para as inovações.
(KUHL, 1998)
30
3.2 O caso brasileiro
Portugal não possuía uma tradição na metalurgia, por isso os primeiros instrumentos de
ferro fabricados no Brasil foram feitos pelos escravos, que trouxeram o conhecimento do
continente africano.
Nas primeiras décadas do século XIX, foram descobertas reservas de carvão e minerais
ricos em ferro no interior do sudeste do país, onde se estabeleceram as primeiras
“fábricas de ferro”.
O material produzido era de baixa qualidade, pois era rico em fósforo, que reduzia sua
ductilidade e o tornava quebradiço. Seu custo também era alto, devido à dificuldade de
transporte para os principais centros urbanos, que se situavam no litoral.
Devido a esses fatores, o ferro produzido no país não conseguiu competir com o material
que era importado da Inglaterra. A transferência da corte portuguesa para o Brasil
intensificou o comércio com a Inglaterra, através de diversos tratados assinados por
Portugal. Isso também contribuiu para que a concorrência com os produtos ingleses
impedisse o desenvolvimento da metalurgia no país. O Brasil passou, então, a receber
objetos “modernos”, fruto de uma tecnologia de ponta para a época, sem passar por um
processo de industrialização. A arquitetura de ferro existente no país evidencia essa
incongruência.
O ferro importado pelo país vinha em forma de produtos acabados, como grades, guardacorpos, máquinas industriais e agrícolas. A importação contribuiu para o desenvolvimento
das ferrovias e, como na Europa, foram construídas várias estações e edifícios de apoio
com a estrutura em ferro fundido.
A partir da segunda metade do século XIX, a burguesia emergente, enriquecida pelo
cultivo do café (na região sudeste) e da borracha (na região norte) e pelo
desenvolvimento do comércio, voltava-se para o consumo dos produtos europeus.
Edifícios inteiros são comprados, desde teatros, mercados até estações ferroviárias.
Nesse período, a região amazônica era a única produtora de borracha do mundo, o que
promoveu um rápido enriquecimento de seus exploradores, fazendo com que Belém, a
maior cidade dessa área, fosse um dos centros urbanos brasileiros que mais importou
edifícios de ferro da Europa. Pode-se citar como exemplo dessa arquitetura, ainda
31
presente na cidade, o Mercado do Ver-o-peso (Figura 19) e o antigo Mercado Municipal,
atualmente o Mercado de Carne (Figura 22).
Desta forma, a arquitetura metálica no país se inicia através da importação de estruturas,
principalmente em ferro fundido, de países europeus. Essa arquitetura marcou uma
época e muitos exemplares ainda podem ser vistos em algumas cidades brasileiras: o
Teatro José de Alencar, em Fortaleza, (Figura 50), o Mercado Municipal de Manaus, o
Palácio de Cristal em Petrópolis (Figura 51), etc.
Figura 19
Mercado Ver-o-peso – Belém
Figura 20
Teatro José de Alencar - Fortaleza
32
Figura 21
Figura 22
Palácio de Cristal - Petrópolis
Mercado de Carne – Belém
São Paulo também foi uma das cidades que mais importou edifícios europeus. Um
exemplo ainda existente é a Estação da Luz (Figura 23), que adotou um partido
semelhante às estações londrinas. Sua construção é atribuída a várias empresas, e a
estrutura de ferro não dispensa acréscimos decorativos muito utilizados na época.
Seus edifícios [...] vinham completos e podiam ser montados facilmente.
Os componentes modulados, em ferro fundido, formavam a estrutura que
era montada com a ajuda de uns poucos parafusos. Frisos e
acabamentos ornamentais eram acrescentados ao gosto do usuário,
para criar instantaneamente um estilo. (COSTA, 2001)
Figura 23
Estação da Luz – São Paulo
Arquiteto Charles Henry Driver
33
Durante a Primeira Guerra Mundial, a importação de ferro e de aço é dificultada e a
demanda por estes materiais aumenta. Com isso, o setor siderúrgico começa a se
desenvolver no Brasil. 6
Entre 1917 e 1930, com a criação, em Sabará/MG, da Companhia Siderúrgica Brasileira,
a siderurgia nacional deu um grande salto com a construção de um alto-forno mais
moderno. Em 1922 a empresa se transformou na Companhia Siderúrgica Belgo-Mineira,
e em 1937, inaugurou uma fabrica em João Monlevade/MG, que passa a produzir
pequenos perfilados e arames.
Em 1930, a produção da Belgo-Mineira e de outras pequenas
instalações somava 21 mil toneladas de aço e 36 mil toneladas de ferrogusa, e as importações de artefatos de ferro e aço ultrapassavam a cifra
de 300 mil toneladas. (ZACCARELLI apud DIAS, 2001).
Na década de 30, o então presidente Getúlio Vargas investe na industrialização do país,
e o setor siderúrgico se desenvolve para sustentar a construção de novas fábricas. A
indústria pesada acaba gerando altos lucros para as usinas siderúrgicas, que não
investiram na construção civil e cresceram voltadas para atender a outros setores
industriais, principalmente o automobilístico.
Em 1942, é criada a Usina da CSN (Companhia Siderúrgica Nacional), em Volta
Redonda, no Estado do Rio de Janeiro, e a Companhia Vale do Rio Doce, para
exploração do minério de ferro.
O primeiro edifício de múltiplos pavimentos de estrutura em aço, construído no país com
tecnologia nacional, foi o Edifício Garagem América, em 1957. Situado em São Paulo,
com 15 pavimentos, ele possui estrutura aparente em uma das fachadas, diferentemente
do que foi proposto pelo arquiteto em seu projeto original (Figura 24).
6
No entanto, é nesta mesma época que a indústria de cimento se desenvolve no país, influenciando o setor
da construção civil a partir da década de 20 e possibilitando o desenvolvimento de uma arquitetura voltada
para o uso do concreto armado. Segundo Bruand (1997), esse desenvolvimento se deu devido às
características da construção artesanal, mais adaptável às necessidades de um país subdesenvolvido.
34
Figura 24
Edifício Garagem América - São Paulo
Arquiteto Rino Levi
Na década de 60, é inaugurada a COSIPA (Companhia Siderúrgica de São Paulo) e a
USIMINAS (Usina Siderúrgica de Minas Gerais), e em 1976 foi construída a CST
(Companhia Siderúrgica de Tubarão), localizada no Espírito Santo, que inicia suas
operações em 1983. A AÇOMINAS, localizada em Ouro Branco, Minas Gerais, começou
a produzir, posteriormente, em 1986 e atualmente está integrada ao Grupo GERDAU.
Sendo assim, somente no final da década de 50 e na década de 60, a estrutura de aço
começa a ser utilizada no país. Nesta época, a estrutura de aço era usada basicamente
como um esqueleto interno do edifício e sua forma e seu sistema estrutural eram pouco
trabalhados.
Como exemplo, podemos citar os onze edifícios da Esplanada dos Ministérios, em
Brasília, construídos com estrutura importada dos Estados Unidos, em 1958 (Figuras 25
e 26).
35
Figura 25
Figura 26
Construção da Esplanada dos Ministérios
Construção da Esplanada dos Ministérios
Brasília
Brasília.
Pode-se citar, também, o Palácio do Comércio, em São Paulo (Figura 27). Criado em
1959, este foi o primeiro edifício de andares múltiplos para fins comerciais construído no
país com estrutura de aço.
O Edifício Avenida Central, no Rio de Janeiro (Figura 28), construído em 1961, possui
toda a estrutura externa revestida em alumínio para a proteção contra incêndio. Esses
exemplos, entre outros, marcaram uma época onde a estrutura de aço era, na maioria
das vezes, completamente revestida e usada simplesmente como um elemento de
sustentação.
Figura 27
Figura 28
Edifício Palácio do Comércio – São Paulo
Edifício Avenida Central – Rio de Janeiro
Arquiteto Lucjan Korgnold
Arquiteto Henrique Mindlin
36
Nos anos 80, a siderurgia do Brasil atinge um patamar de excelência, com produtos que
possuem certificados de qualidade exigidos mundialmente.
Nesse período também, o emprego do aço como expressão arquitetônica passa a ser
significativo, quando a estrutura começa a surgir nas fachadas das edificações e a fazer
parte da arquitetura. Aos poucos, os arquitetos passam a trabalhar essa estrutura como
parte integrante da composição e da concepção de seus projetos (Figuras 29, 30, 31 e
32).
Figura 29
Sede Associação Brasileira de Metais –
São Paulo (1984)
Arquitetos Plínio Croce, Roberto Aflalo e Gian
Gaperini.
Figura 30
Edif. Saraiva Marinho – Belo Horizonte
(1987)
Arquiteto Carlos Viotti
37
Figura 31
Figura 32
Edifício Casa do Comércio – Salvador (1987)
Escritório de Arquitetura – São Paulo
Arquitetos Oton Gomes e Fernando Frank
(1988)
Arquiteto Siegbert Zanettini
A consolidação do setor também passa o país de importador para exportador de produtos
siderúrgicos. No entanto, as maiores usinas siderúrgicas criadas, até então, eram
empresas estatais, cujas mudanças e necessidades de expansão são percebidas, mas
sua atuação no mercado acontece de forma mais lenta, devido à grande burocracia do
governo. Sendo assim, a construção civil deixou de ser, por muito tempo, um cliente para
o setor.
Já na década de 90, inicia-se a privatização das empresas, que passam a possuir uma
filosofia de atuação diferente da anterior, com a necessidade de expansão do seu
mercado. Neste momento, a construção civil passa a ser um grande consumidor em
potencial. Além disso, o desaquecimento do mercado das indústrias pesadas fez com
que os investimentos fossem direcionados para outras áreas.
Aços especiais são desenvolvidos para a utilização em sistemas estruturais, com alta
resistência mecânica e resistência à corrosão. Em pouco tempo, o Brasil aumentou
bastante sua produção de aço.
Além disso, nos anos 90 e até os dias atuais, os arquitetos brasileiros passaram a
conhecer melhor o material, e, com a consultoria de profissionais especializados,
apoiados pela tecnologia desenvolvida, começaram a criar com a estrutura metálica,
desde a concepção inicial do projeto.
38
A estrutura de aço obtém formas que, apesar de terem sido utilizadas nas construções
antigas de ferro, eram imagináveis para o tipo de material industrializado na época atual
(Figuras 33, 34 e 35).
Figura 33
Ponte JK – Brasília (2002)
Arquiteto Alexandre Cham
Figura 34
Indústria IPEL – São Paulo (2002)
Arquiteto Sidônio Porto e associados
Figura 35
Hospital Sarah de Brasília (2000)
Arquiteto João Figueiras Lima
O surgimento de uma nova arquitetura em aço brasileira também fica evidente na
qualidade das obras, que, muitas vezes, pode ser comprovada em concursos realizados
por entidades da área, que premiam cada vez mais obras com esse tipo de estrutura.
39
As empresas siderúrgicas também incentivam a produção dos arquitetos em aço a partir
de concursos, como o da USIMINAS e da CSN, este último voltado para os estudantes
do último período do curso de graduação em arquitetura.
Mesmo assim, o uso da estrutura metálica no Brasil ainda é pequeno, se comparado com
países como Estados Unidos e Japão. A falta de conhecimento do material pelos
profissionais de engenharia e arquitetura, originada de uma formação universitária
enraizada no uso do concreto armado, contribui para a não utilização do aço nas
estruturas.
Entretanto, o uso da estrutura de aço está se ampliando aos poucos e várias obras
representativas já podem ser encontradas no Brasil. O consumo de aço e a demanda por
perfis laminados perceberam uma ampliação, principalmente entre os anos de 2004 e
2006. (Tabela 01 e Gráfico 02)
Brasil - Consumo Per Capita de Aço Bruto
Ano
Consumo per capita (ton)
1998
99
1999
96
2000
103
2001
108
2002
105
2003
100
2004
112
2005
101
2006
110
Fonte: IBS - Anuário Estatístico Siderurgia (2007)
Tabela 01
Consumo per capita de aço bruto no Brasil
40
Gráfico 02
Evolução da demanda brasileira de laminados planos
A partir de algumas iniciativas de profissionais arquitetos e engenheiros, o aço vai
surgindo na paisagem das principais cidades brasileiras, mostrando inúmeras
possibilidades formais para a concepção arquitetônica.
Desta maneira, o uso do aço no país está se transformando, e várias obras de excelência
vão surgindo a partir do trabalho conjunto dos profissionais da área. O arquiteto começa
a se apropriar do aço em seu aspecto estrutural, mas também no âmbito da expressão
arquitetônica.
Conciliando os materiais à forma, o arquiteto consegue criar obras de
excelência, tanto do ponto de vista técnico como do artístico. Desta
maneira, unem-se as duas vertentes da arquitetura, a arte e a técnica.
(CASTRO, 2004)
41
4.
PARÂMETROS
TÉCNICOS
PARA
PROJETO
E
CONSTRUÇÃO EM ESTRUTURA DE AÇO
A estrutura de aço é um elemento presente na arquitetura brasileira e, como exposto
anteriormente, sua aplicação está sendo ampliada nos últimos anos.
Todavia, poucos são os estudos que ressaltam as questões do projeto arquitetônico que
utilizam o aço como estrutura. Bibliografias e pesquisas, em sua maioria, estão voltadas
para
as
características
da
construção,
discursando sobre
suas
vantagens
e
desvantagens; quando se referem à arquitetura, somente são levantadas as questões
históricas.
Tendo em vista o objetivo deste trabalho, que é investigar a utilização de estruturas de
aço em habitações de interesse popular, este capítulo pretende levantar os
condicionantes da estrutura de aço no projeto arquitetônico, a fim de definir diretrizes
para esse tipo de arquitetura. As informações apresentadas a seguir foram obtidas a
partir de uma investigação da pouca bibliografia existente e de entrevistas com
profissionais da área.
O primeiro item expõe aspectos gerais sobre o projeto arquitetônico e a industrialização
da construção. Posteriormente, são destacadas as questões específicas da estrutura de
aço, incluindo parâmetros técnicos que podem influir no projeto, desde o âmbito da
estética, como também do detalhamento e da especificação de materiais.
4.1 A industrialização da construção civil
Após a Segunda Guerra Mundial, o aumento do déficit habitacional propiciou a
organização de um setor industrializado na construção de alguns países na Europa.
No Brasil, boa parte do setor ainda utiliza processos “artesanais” de construção. Para o
alcance da industrialização, é necessário introduzir métodos, técnicas e componentes
que permitam aumentar a produtividade e a qualidade dos processos convencionais.
A construção civil é uma indústria diferenciada, se comparada às demais, com as
seguintes características peculiares:
42
⇒ Possui um produto individual, uma vez que cada obra é geralmente única;
⇒ Possui um caráter nômade, já que cada produção está localizada em um local;
⇒ Divide-se em duas: a indústria da produção da edificação e a indústria dos materiais,
subsidiária da primeira. (ROSSO, 1980)
Para entender o que significa a industrialização da construção civil, é importante
esclarecer que o conceito de industrialização está ligado à decomposição do processo
produtivo e à repetição do mesmo, envolvendo a mecanização.
A industrialização está essencialmente associada aos conceitos de
organização e de produção em série, os quais deverão ser entendidos,
analisando de forma mais ampla as relações de produção envolvidas e a
mecanização dos meios de produção. (BRUNA, 1976)
É importante ressaltar que a pré-fabricação é considerada apenas uma fase da
industrialização, não implicando a existência de uma relação dessa com o planejamento
e a organização do processo, necessários para o desenvolvimento do setor.
A industrialização da construção civil deve englobar um campo mais amplo, que envolve
a transformação estrutural de todo o processo produtivo, abrangendo aspectos sócioeconômicos, culturais, científicos e ideológicos.
Portanto, ela passa por uma mudança de cultura dos profissionais envolvidos, incluindo o
treinamento da mão-de-obra. Esta deve estar apta a executar os processos de montagem
com qualidade, acarretando, também, a melhoria da qualidade da obra.
4.1.1 A Coordenação Modular
A industrialização do processo construtivo, a partir da utilização de componentes préfabricados, ou seja, com dimensões pré-definidas, acaba por influir no processo do
projetar arquitetônico. Uma ferramenta, com fundamentação matemática, capaz de
possibilitar a interface entre as dimensões dos componentes e as do projeto é a
Coordenação Modular.
43
Rosso (1976) define a coordenação modular como um instrumento de integração que
visa compatibilizar dimensionalmente o repertório completo de componentes de todo um
setor industrial e ainda dotá-los de atributos que facultem a sua permutabilidade. Esta
deve ser buscada em cada família de componentes, considerando-as como subsistemas
de um sistema maior constituído pela edificação.
A permutabilidade ou intercambialidade é uma propriedade que permite utilizar
componentes diferentes em uma mesma posição, promovendo a possibilidade de
substituição destes, garantindo a qualificação do espaço, além do seu desempenho
individual.
Na coordenação modular, a determinação de um módulo base serve como um
instrumento de inter-relação das medidas dos componentes com as dimensões espaciais
do projeto.
O módulo é uma medida básica que deve estar inserida tanto no projeto, quanto na
fabricação dos componentes. A ISO (International Organization of Standardization) e a
norma DIN 18.000 (Deustshe Industrie Normen) definem como “Módulo Fundamental de
Norma” a medida de 100 mm e o uso de sistemas de coordenação modular baseados em
seus múltiplos e submúltiplos.
No Brasil, a ABNT tem as normas NBR 5706 a 5731, num total de 26 normas, sobre o
escopo da Coordenação Modular. A NBR 5706 - Coordenação Modular da Construção
“fixa as bases, nomenclatura e definições que coordene as medidas dos componentes da
construção, desde o projeto até a execução”, e determina o módulo M em 1dm, ou seja,
também, 100 mm. A NBR 5731 “define os termos empregados na construção coordenada
modularmente”.
Juntamente com coordenação modular, o Sistema de Tolerâncias e Ajustes, com os
conceitos de folga e tolerância presentes na NBR 5725 - Ajustes Modulares e
Tolerâncias, define uma série de regras para a montagem dos componentes no canteiro
de obra, ilustradas, simplificadamente, na Figura 36.
44
Figura 36
Sistema de Tolerâncias e Ajustes
De acordo com a NBR 5725, o ajuste modular é a dimensão que relaciona as medidas do
projeto com as medidas modulares e deve ser determinado de acordo com algumas
características dos componentes, como tipo de união, natureza e superfície dos
materiais, propriedades intrínsecas dos elementos, etc. Esse sistema propicia uma interrelação entre os componentes para a sua montagem no canteiro de obra. O ajuste
geométrico e mecânico promove uma articulação da união entre dois ou mais elementos,
que é realizada através das juntas.
A tolerância de fabricação é a diferença entre as dimensões máximas e mínimas de uma
peça. Os componentes estão sujeitos a variações dimensionais, as quais podem decorrer
da imprecisão da fabricação ou de deformações originadas de fenômenos físicos e
químicos, e que exigem, portanto, um “jogo de união”. É importante ressaltar que o
componente não tem que, necessariamente, possuir uma medida modular, mas sim,
através dos ajustes e dos jogos de união, ocupar um espaço modular.
A normalização da fabricação de componentes é imprescindível para a implantação dos
princípios mencionados. A partir dela, pode-se organizar a produção em série e também
o processo de construção/montagem e obter um controle dimensional em cada obra,
aplicando os princípios do controle de qualidade da construção civil.
Ao lado da normalização, é necessária também uma fiscalização. Neste ponto, cabe ao
arquiteto trabalhar e utilizar somente produtos com qualidade e que se adaptam ao seu
projeto arquitetônico e aos requisitos da coordenação modular.
Em relação à concepção do projeto, o arquiteto não deve se fixar no módulo objeto, e,
sim, no módulo espacial que está presente nas três dimensões. Pode-se falar, portanto,
45
de coordenação dimensional, já que a coordenação modular é um caso particular da
primeira.
Obviamente, no caso de um projeto especial, haverá componentes especiais, que
implicarão um custo maior, não sendo, entretanto, empecilho para a execução desse tipo
de obra. Todavia, o que ocorre atualmente é que se gasta mais para construir o básico e
o convencional como se fossem edificações especiais, e isso deve ser modificado.
Com a utilização de componentes pré-fabricados e com dimensões que se interrelacionam, o detalhe arquitetônico é essencial para o andamento da obra, que acaba por
perder suas características artesanais de improviso, para se tornar realmente industrial.
Dessa forma, a coordenação modular passa a modificar a maneira de projetar e de
construir.
4.1.2 O projeto arquitetônico e a industrialização da construção civil
O fazer arquitetônico compreende um processo criativo e a geração de um produto, que é
o projeto. O ato de projetar envolve várias áreas do conhecimento que se interrelacionam e, à medida que o trabalho se desenvolve, devem ser hierarquizadas para a
materialização do objeto arquitetônico.
O projeto pode apresentar inúmeras alternativas que podem ser construídas com uma
gama diversa de componentes. Nele não se definem apenas as questões estéticas, mas
também construtivas, de qualidade e de custo.
O arquiteto desempenha um papel importante na indústria da construção civil, porque
cabe a ele apresentar ao cliente uma solução que atenda ao programa requerido em
todos os seus aspectos.
O projeto arquitetônico é a base para a construção de uma edificação, sendo também o
definidor de parâmetros para os demais projetos. Na industrialização da construção, o
estudo da coordenação modular e do sistema de ajustes e tolerâncias é imprescindível
para o arquiteto produzir um projeto compatível com o conceito de racionalização.
A indústria de materiais deve fazer-se presente junto ao trabalho do arquiteto, na
definição do desempenho e das características dos materiais e componentes que
poderão ser utilizados, assim como na determinação das juntas e dos acoplamentos.
46
Segundo o arquiteto Roberto Candusso, a tecnologia, principalmente a industrializada,
não inibe e nem prejudica a criação arquitetônica. Pelo contrário, ela até respeita mais o
conceito inicial do que é traçado. No sistema artesanal, há uma série de desvios e
mudanças no decorrer da construção. Com a tecnologia de componentes de montagem,
não há como reinterpretar os desenhos e executá-los de uma maneira diferente. (LEAL,
2003)
A construção industrializada possui como uma de suas características a determinação de
cada passo do processo construtivo ainda na fase de projeto, buscando a racionalização
e planejando as ações, para evitar qualquer alteração e decisões errôneas tomadas no
decorrer da obra. Pode-se fazer, portanto, uma ligação com o conceito da engenharia
simultânea, em que se tem a elaboração simultânea do “projeto do produto” e do “projeto
para produção”. Este último se diferencia do projeto executivo porque não está voltado
para o produto final, mas, sim, para as seqüências das atividades que devem ser
executadas na produção da obra.
Entre os desenhos que devem fazer parte do “projeto para a produção”, estão o de
acoplamento de detalhes, que deve conter todos os elementos necessários à colocação
de cada componente em sua posição específica, e o de acoplamento de projeto, que
define a posição relativa de todos os elementos dentro da edificação com um todo.
A engenharia simultânea visa otimizar o projeto do produto e processo
de manufatura para conseguir reduzir tempo de desenvolvimento e
melhorar a qualidade e os custos através da integração das atividades
de projeto e manufatura [...]. (BROUGHTON, 1990 apud LOPES, 2001).
De acordo com Melhado (1998), dentro dessa busca da melhoria da eficiência produtiva,
a atividade de projeto destaca-se como elo fundamental da cadeia produtiva,
influenciando diretamente nos resultados econômicos dos empreendimentos, enquanto
instrumento de decisão sobre as características do produto, e interferindo na eficiência de
seus processos, enquanto informação de apoio à produção.
O desenvolvimento do projeto na construção industrializada deve ser trabalhado em
conjunto com todos os profissionais presentes no processo. No Brasil, gasta-se poucos
meses no projeto, para executar a obra em alguns anos, com várias modificações,
adaptações e ajustes no decorrer da sua execução.
47
4.2 O processo de projeto a partir do uso da estrutura de aço
No processo de criação do projeto arquitetônico, as idéias iniciais e os principais
balizadores das decisões tomadas surgem a partir dos anseios do cliente, do local
(terreno / lugar / entorno / cidade) onde a edificação será implantada, do programa de
necessidades, da legislação vigente, da disposição de investimentos, etc.
As soluções técnicas, principalmente a estrutura, devem surgir simultaneamente nesse
processo inicial como instrumento viabilizador da obra. A concepção formal e a estrutural
possuem uma relação intrínseca. O arquiteto, como definidor da forma e da concepção
estrutural, deve, ainda no processo de criação do projeto arquitetônico, determinar o tipo
de estrutura que será utilizada.
Não se pode afirmar que a estrutura de aço é “melhor” ou “pior”, “mais cara” ou “mais
barata” que a estrutura em concreto armado. Cada método construtivo tem suas
características e particularidades que são viáveis ou não, dependendo de cada caso
particular. Além disso, não pode ser feita uma comparação direta de custos apenas em
relação às estruturas; é preciso levar em consideração a influência que um tipo de
estrutura terá sobre todo o andamento do projeto e da obra.
A estrutura de aço possui particularidades que devem ser conhecidas desde a concepção
formal do projeto. Podem-se citar algumas características que influenciam a escolha
desse processo construtivo:
⇒ Possibilidade de vencer grandes vãos, com peças mais leves, portanto, mais
esbeltas;
⇒ Dimensões menores de vigas e pilares (a resistência é obtida através da variação de
espessura das chapas), acarretando um maior aproveitamento dos espaços;
⇒ Alívio das cargas nas fundações, ideais para determinados tipos de terrenos;
⇒ Construção por montagem, industrializada, o que exige uma maior precisão no projeto
e maior rapidez e racionalização da execução.
Como seu processo executivo passa pela industrialização da construção, o projeto deve
ser pensado de uma forma diferente do processo “artesanal”.
48
O projeto arquitetônico pode condicionar o uso da estrutura de aço de dois meios
diferentes, que, também, podem-se interpor. O primeiro é basicamente criado para
atender às necessidades específicas do projeto, cujos espaços propostos possuem uma
repetição dimensional e a estrutura passa a ser um instrumento para agilizar a
construção. O segundo está ligado ao estilo, a uma forma de expressão diferenciada a
partir da estrutura. Além de espaços com dimensões padronizados, o projeto possui
espaços com formas diferenciadas cuja estrutura é executada com elementos especiais.
A forma a ser adotada na edificação deve ser bem pensada, principalmente em relação
ao custo da construção. A indústria siderúrgica produz chapas e perfis com determinadas
dimensões, podendo fabricar peças especiais por encomenda, o que acarreta um custo
maior. Com isso, certa solução arquitetônica pode-se tornar inviável economicamente
com a estrutura de aço, mas esta pode ser ideal para outros casos.
A coordenação modular e o uso, conseqüentemente, do módulo base são os principais
instrumentos para a estruturação, organização e inter-relação entre as medidas do
projeto, a execução e a logística da obra, que permitirão a implementação da proposta na
prática.
Um projeto concebido a partir desses conceitos e dentro da lógica da produção
industrializada, ao ser executado, ou seja, fabricado e montado, minimiza perdas de
materiais e mão-de-obra, obtendo viabilidade econômico-financeira.
No caso da estrutura de aço, os produtos produzidos, como chapas e perfis, possuem
dimensões relacionadas com a medida de 600 mm. O comprimento padrão das chapas é
de 12000 mm, pois possibilita vários divisores inteiros (2000 mm, 3000 mm, 4000 mm,
6000 mm, etc), e facilita o transporte urbano e rodoviário das peças. Geralmente os
projetos são desenvolvidos sobre malhas orientadoras de 3000x3000mm. (SILVA e
SANTOS, 2004).
O uso da ferramenta Coordenação Modular e dos Sistemas de Tolerâncias e Ajustes não
deve ficar restrito somente aos elementos estruturais, mas deve englobar todos os
componentes
construtivos
presentes
na
arquitetura.
A
inter-relação
entre
os
componentes é permitida através do módulo base de 100 mm (1M), que, por sua vez, se
relaciona com a medida usada na estrutura metálica de 600 mm (6M).
É importante ressaltar que a utilização desses instrumentos no processo de projeto não
significa limitar a criação do arquiteto e tornar tudo igual. A função do arquiteto é
49
ponderar os parâmetros de cada situação específica com originalidade. O desenho de um
projeto a partir de uma malha modulada básica é apenas um indutor, mas que pode ser
trabalhado de inúmeras maneiras (Figuras 37 e 38).
Figura 37
Simulação A - Descrição geométrica sobre bases modular pré-definida
Figura 38
Simulação B - Descrição geométrica sobre bases modular pré-definida
50
É bom lembrar que o uso da modulação é espacial e não deve ser considerado apenas
em relação às dimensões da planta baixa.
A solução geométrica quadrada é a mais ligada à lógica da estrutura metálica, pois
possui uma melhor estabilização das cargas. No entanto, esta não pode ser considerada
a única possibilidade da arquitetura em aço.
Através do processo de calandragem, é possível obter formas curvas em todos os
sentidos do perfil, sendo aconselhável o uso de raios longos. Já os raios mais curtos são
de difícil execução, sendo feitos diretamente no corte das chapas (Figura 39).
Figura 39
Perfil calandrado
Exemplos das possibilidades formais, são os projetos do Edifício Comercial 30St. Mary
Axe, em Londres (Figuras 40, 41 e 42) e do Museu Guggenheim, em Bilbao, na Espanha
(Figura 43). Estes dois projetos utilizam uma padronização de peças metálicas retilíneas
para a composição de formas curvas.
51
Figura 40
Figura 41
Edifício 30St. Mary Axe – Londres
Construção do 30St. Mary Axe – Londres
Figura 42
Detalhe da estrutura tubular retilínea - Edifício 30St. Mary Axe – Londres
52
Figura 43
Estrutura do Museu Guggenheim de Bilbao - Espanha
Arquiteto Frank Gehry
Outro requisito fundamental para o uso da estrutura de aço é o controle dimensional.
Como os componentes são fabricados fora da obra e o processo executivo é feito por
montagem, é necessário um rigoroso dimensionamento, baseado na teoria de ajustes
que inclui os conceitos de folga e tolerância. As peças estruturais devem-se encaixar, e
esse controle deve-se iniciar no projeto arquitetônico, englobando todos os componentes
construtivos utilizados na obra.
O controle dimensional remete à necessidade do detalhamento do projeto arquitetônico
com o uso da estrutura metálica. As tolerâncias de fabricação e montagem da estrutura
são da ordem de milímetros e é necessário que o projeto e a construção possuam
acoplamentos perfeitos entre os diversos elementos, mesmo os que possuam formas
geométricas complexas.
Outro fator importante é que os demais projetos (elétrico, hidráulico, etc.) sejam feitos em
conjunto com a definição arquitetônica e estrutural, levando-se em consideração os
condicionantes específicos da estrutura de aço.
53
Portanto, há a necessidade de uma abordagem sistêmica e planejada do projeto, além de
uma coordenação e um gerenciamento, realizados através de trabalho de parceria entre
os diversos profissionais.
A partir desses aspectos, o detalhamento passa a ser uma fase importante de projeto
para evitar erros de acoplamento que geram desperdício e retrabalho. É necessário que o
detalhe arquitetônico tenha uma precisão de milímetros e que seja desenvolvido a partir
do conceito dado pela engenharia simultânea para o projeto de produção.
A solução integrada (projeto arquitetônico, civil e complementares), a
visão do todo arquitetônico e dos detalhes racionaliza o processo de
projeto e construção, simplifica os processos de fabricação – montagem
e acabamentos, torna os custos compatíveis com soluções propostas e
contribui para atingir os objetivos propostos para a utilização do aço na
construção. (SANTOS, 1984)
Entretanto, o que ocorre é que, muitas vezes, a decisão do uso da estrutura metálica é
tomada posteriormente à criação da arquitetura. Conseqüentemente, no desenvolvimento
do projeto estrutural, tenta adequar uma concepção feita para o concreto armado à
estrutura metálica.
Soluções propostas inicialmente para uma construção mais “artesanal” não podem ser
adaptadas ao produto industrializado, o que acaba por influenciar principalmente no seu
custo final.
Destacam-se dois procedimentos, dentre os apontados por Novaes (1998), que são muito
comuns e têm contribuído para a elaboração de projetos e especificações inadequados e
imprecisos. Estes são praticados em vários projetos arquitetônicos, não sendo restritos
aos que utilizam a estrutura de aço:
⇒ Decisões tomadas durante o desenvolvimento dos projetos, em geral, não
consideram as particularidades da produção das edificações, ou seja, os sistemas
construtivos a serem adotados;
⇒ Projetos são desenvolvidos de forma isolada, sem coordenação e sem o devido
relacionamento e comunicação entre seus autores, e entre os responsáveis pelos
demais projetos envolvidos.
54
Dessa forma, o detalhamento do projeto, quando executado, não é suficiente devido à
falta de integração entre os projetistas e por não ser elaborado em atendimento aos
condicionantes dos processos construtivos utilizados.
O arquiteto deve conhecer as propriedades físicas do material e os parâmetros técnicos
para a utilização do aço, para poder tirar partido das peças, conexões e
contraventamentos na arquitetura. Essas questões devem ser consideradas desde a
definição arquitetônica, onde deve haver uma maior participação dos profissionais das
áreas co-relativas.
4.3
Parâmetros técnicos da estrutura de aço que interferem no projeto
arquitetônico
A estrutura de aço possui algumas características e especificidades que devem ser
conhecidas desde o início do processo de criação do arquiteto, para que este tome
decisões corretas a saiba explorar melhor o material.
A alta resistência à compressão e à tração do aço proporciona a utilização de peças
estruturais esbeltas para a absorção das cargas. Sendo assim, toda a estrutura é
consideravelmente leve e deformável, se comparada a uma estrutura convencional de
concreto armado. Dessa maneira, a estabilização do sistema estrutural que utiliza o aço
deve prever algumas peças estruturais especiais.
É importante ressaltar que toda solução estrutural, seja em aço ou não, necessita de um
sistema de estabilização que garanta sua performance dentro do estabelecido no projeto.
A estrutura deve absorver as combinações de esforços verticais (pisos, coberturas, peso
próprio, etc), horizontais (vento) e não ter deformações excessivas que comprometam
seu uso. A rigidez tridimensional é necessária para que haja uma estabilidade completa,
principalmente em edificações de grande altura.
Quando se adota um esqueleto estrutural metálico, essa rigidez, a partir do
contraventamento da estrutura, pode ser obtida de várias formas:
•
Utilização de elementos de vedação e de cobertura como elementos estruturais de
estabilização. No plano horizontal, podem ser utilizadas a cobertura e as lajes internas,
55
como sistema de vigas-mistas. Nestas, vigas e lajes trabalham em conjunto através da
utilização de conectores. (Figura 44). No plano vertical, as vedações, externas ou
internas, inseridas no quadro estrutural, com rigidez suficiente para garantir sua forma
inicial, são denominadas paredes de cisalhamento. Nesses dois casos, as deformações
de cada elemento utilizado, estrutura e vedações, devem ser minuciosamente estudadas
e detalhadas para eliminar o surgimento de fissuras em dilatações diferenciadas.
Figura 44
Conector - Sistema de viga-mista
•
Contraventamento através da utilização de peças metálicas, formando treliças
planas, que trabalham somente à tração ou à compressão. Esse princípio se baseia no
fato de o triângulo ser geometricamente indeformável. As dilatações térmicas também
devem ser consideradas e detalhadas, juntamente com a vedação, caso esta exista.
Além disso, essas paredes contraventadas possuem certas limitações quanto ao
posicionamento de aberturas que devem ser analisadas desde o projeto. O arquiteto
pode tirar partido dessas peças, principalmente no caso de estruturas aparentes, e
trabalhar também as aberturas em seu projeto (Figura 46).
56
Figura 45
Representação esquemática -
Figura 46
Detalhes aberturas – Edif. Capri / BH
contraventamento
•
Arquiteto João Diniz
A utilização de um núcleo central rígido, que são torres estruturadas em concreto
armado, geralmente combinadas com elementos como caixa de escadas e elevadores,
com rigidez suficiente para garantir o esquadro e o prumo das demais peças da estrutura.
Essa solução gera uma diferença na velocidade de execução de tecnologias diferentes, o
que pode comprometer o rendimento global da obra.
•
O uso de sistemas de pórticos rígidos, ou seja, utilizando ligações totalmente
rígidas, com um maior consumo de solda e parafusos, e a inserção de placas metálicas
nas ligações. Essa solução proporciona um aumento no peso global da estrutura,
podendo influenciar no seu custo final (já que este está relacionado à quantidade de aço
usado na obra). Esse tipo de travamento da estrutura é mais indicado para edificações de
baixa altura, observando-se a necessidade de um detalhamento preciso de vedações e
estrutura para se evitar o aparecimento de fissuras.
•
Outra maneira de se estabilizar a estrutura é utilizando cabos de aço ou estais,
para atirantar as peças estruturais, sendo estes, muitas vezes, trabalhados como
elementos arquitetônicos (Figuras 47 e 48).
57
Figura 47
Figura 48
Detalhe Marquise – UNIMEP Lins / SP
Rodserv Star – São Paulo
Arquiteto José Carlos Bueno
Arquiteto Jurandyr Bueno Filho
Por ser um material leve e permitir várias conformações, a estrutura de aço é ideal para
vencer grandes vãos, através de sistemas estruturais de treliças planas e espaciais, que
podem ser trabalhadas de diversas formas pelo arquiteto, na concepção de seus projetos
(Figura 49).
Figura 49
Cobertura e detalhes da Catedral da Benção - Brasília
Arquiteto Renato Bittencourt
58
Além disso, para se obterem grandes vãos com a utilização de vigas, podem ser
utilizados os sistemas vierendeel ou vigas alveolares e casteladas. Estas são peças com
altura de alma significativa, executadas a partir de um único perfil e com a mesma massa
inicial de material, variando apenas o tipo de corte, castelar (em losangos) ou alveolar
(circulares). (Figuras 50 e 51)
Figura 50
Confecção da viga castelada
Figura 51
Exemplo de uso da viga castelada
Outros elementos importantes das estruturas de aços que podem influenciar no projeto
arquitetônico são os tipos de conexões e ligações das peças, as quais podem ser
aparafusadas ou soldadas.
As ligações entre os perfis de vigas, pilares, contraventamentos e treliças devem ser
trabalhadas no detalhamento arquitetônico, principalmente quando a estrutura estiver
aparente. Esses elementos presentes nas fachadas também fazem parte da arquitetura e
podem receber várias conformações provenientes do estudo em conjunto do arquiteto e
do engenheiro estrutural.
59
A seguir, são apresentados alguns exemplos de ligações trabalhadas também na
composição arquitetônica:
Na Figura 52, as mãos-francesas em
perfis
soldados
promovem
a
estabilização do pilar. O perfil inclinado
é aparafusado em uma peça especial
que, por sua vez, é soldada ao pilar.
Figura 52
Detalhe de ligação da mão francesa
Agência Bancária - Fortaleza
No
caso
da
Figura
53,
o
contraventamento do quadro estrutural
foi feito por uma chapa plana, a qual é
fixada ao pilar por um detalhe executado
em pequenas chapas soldadas.
Figura 53
Ligação - pilar e contraventamento
Tribunal de contas da União – Maceió
60
A estrutura apresentada na Figura 54 é
formada por pórticos em perfis soldados
e o contraventamento é feito por barras
mais finas, do tipo vergalhão, com uma
pequena peça de ligação central.
Figura 54
Ligação em pórtico e contraventamento
Centro Empresarial – Rio de Janeiro
Na Figura 55, o contraventamento dos
quadros estruturais é feito através de
perfis tubulares que possuem peças de
ligações especiais para a fixação com
as vigas e pilares e no cruzamento
central.
Figura 55
Ligação do contraventamento Local não
identificado
61
Na Figura 56, os perfis planos e um
tubular central formam um desenho
diferenciado de pilares e peças de
contraventamento,
que
foram
executados especialmente para esse
projeto.
Figura 56
Ligação - pilares, viga e contraventamento
Instituição educacional – São Paulo
A
Figura
57
apresenta
uma
peça
estrutural feita com chapas e perfis
tubulares, formando um pilar, e a ligação
aparafusada de sua continuação.
Figura 57
Detalhe da estrutura
Ponte - Barcelona
Na Figura 58, os perfis inclinados das
vigas se apóiam juntamente no centro
do pilar circular de concreto.
Figura 58
Apoio das vigas no pilar
Local não identificado
62
A Figura 59 apresenta um tipo de
ligação rotulada dos perfis do pilar e do
contraventamento
com
a
peça
de
ligação do bloco de fundação.
Figura 59
Ligação da estrutura com o bloco de fundação
Local não identificado
A Figura 60 apresenta uma ligação para
apoio da cobertura sobre os pilares em
perfis tubulares.
Figura 60
Ligação da cobertura com os pilares
Jornal O Globo – Rio de Janeiro
O detalhamento arquitetônico não deve ser feito apenas em relação às ligações da
estrutura, mas também em relação às interfaces desta com outros elementos da
construção, principalmente, as vedações.
63
As vedações, sejam elas em painéis e placas pré-moldadas, alvenaria do tipo cortina e
alvenaria convencional, são compostas por materiais com características distintas da
estrutura de aço e, portanto, possuem dilatações diferenciadas.
Com isso, devem ser previstas juntas de movimentação para a absorção da dilatação,
que estão presentes principalmente nas fachadas das edificações, incluindo os
revestimentos externos. Dessa forma, no estudo da composição das fachadas, é
necessário prever esse condicionante em seu desenho.
As juntas são executadas, em sua maioria, com cantoneiras metálicas auxiliares, para
fixação de painéis, placas de EPS (Poliestireno Expandido) e espaçadores. No caso de
juntas externas, essas devem ser protegidas com selantes resistentes a intempéries.
A seguir, são apresentados dois modelos para execução dessas juntas de dilatação em
tipos de vedações distintas. Estas podem ser feitas de várias maneiras, mas o importante
é utilizar materiais que permitam e absorvam a movimentação diferenciada de cada
elemento construtivo (Figuras 61 e 62).
64
Figura 61
Detalhes - vedação em painel pré-moldado alinhado por fora da estrutura
65
Figura 62
Detalhes - vedação em alvenaria de blocos desvinculada com alinhamento pelo eixo do perfil
66
Quando a alvenaria está vinculada à estrutura, inserida no quadro estrutural e servindo
como contraventamento, esta deve ser executada em blocos moldados in loco, com a
utilização de telas eletrossoldadas ou “ferro cabelo” (vergalhões metálicos ou estribos
soldados na estrutura) para a vinculação ao perfil metálico (Figura 63).
Figura 63
Detalhes - vedação em alvenaria de blocos vinculada à estrutura
com alinhamento pelo eixo do perfil
No entanto, esse procedimento é criticado, pois utiliza duas tecnologias distintas,
podendo prejudicar o cronograma da obra e diminuindo uma das vantagens do aço, que
é a rapidez na execução.
O desenvolvimento desses detalhes é de suma importância para a arquitetura em aço,
pois permite uma melhor qualidade na sua execução, mantendo a estanqueidade da
edificação e evitando o surgimento de fissuras e outras patologias.
67
4.4 Prevenção de patologias da estrutura de aço no projeto arquitetônico
As patologias não surgem devido a fatores isolados; elas têm origem a partir de um
conjunto de variáveis que podem ser classificadas de acordo com o processo patológico,
com os sintomas, com o período do ciclo de vida da edificação em que ocorreram, e com
seus agentes causadores.
Com o desenvolvimento da tecnologia da construção em aço, surge a preocupação com
as patologias oriundas desse tipo de material e com as medidas de prevenção que
devem ser tomadas.
Segundo Pravia e Betinelli (2003), as patologias mais comuns em estruturas de aço são:
⇒ Corrosão;
⇒ Deformações excessivas;
⇒ Flambagem local ou global;
⇒ Fraturas e propagação das mesmas.
Os profissionais responsáveis pela construção devem trabalhar a partir de uma visão
preventiva e não corretiva. Logo, a partir do conhecimento das patologias de ocorrências
prováveis, é necessário buscar soluções para a sua prevenção.
Podemos, também, inserir, junto às medidas tomadas para se evitar as patologias
citadas, a prevenção e a proteção da estrutura contra altas temperaturas, no caso de
incêndio.
Como foi apresentado no início deste capítulo, é na fase de projeto que são tomadas as
decisões de maior repercussão nos custos, velocidade e qualidade do empreendimento.
Essa etapa também está ligada à determinação da durabilidade da construção, a partir da
especificação dos materiais e componentes e de seus detalhes executivos.
Além disso, o planejamento prévio, através do projeto, define as diretrizes de uma
manutenção estratégica, sendo importante considerar o seu custo no projeto e na vida útil
da edificação.
68
Dessa forma, entre as patologias citadas, consideraram-se, para este trabalho, as que
mais interferem na concepção e no projeto do arquiteto: a corrosão e a proteção contra
incêndio.
Como a estrutura de aço possui essas particularidades, é necessário que o arquiteto as
conheça e saiba como proceder, pois o projeto deve também prever a vida útil da
construção. Assim, na fase de definição do projeto, todos os detalhes e especificações
devem ser considerados para a prevenção das patologias.
4.4.1 A Corrosão
O homem utiliza energia para transformar materiais presentes na natureza em produtos
industrializados. Já a natureza, através das ações do intemperismo, tem a tendência de
fazer com que eles retornem ao estado original.
No caso dos metais, que são encontrados na natureza na forma de minério (óxidos e
sais) e necessitam de grande quantidade de energia para sua obtenção, a corrosão é o
processo inverso, surgido a partir da ação de determinados agentes naturais.
A corrosão (oxidação) é um processo espontâneo e contínuo, podendo ser entendido
como inverso ao da metalurgia (redução). O oxigênio, retirado do minério de ferro durante
o processo de produção do ferro e do aço, tende a voltar a se combinar novamente com
estes, retornando à forma de óxido de ferro.
A corrosão atmosférica dos metais pode ser de origem química ou eletrolítica. A primeira
ocorre quando uma superfície metálica entra em contato com um tipo de gás poluente,
havendo uma reação entre os dois, com a formação de um sal ou de um óxido.
Esse óxido formará uma camada sobre a superfície do metal que pode ser permeável à
difusão de oxigênio. Nessa camada, ocorre, então, a difusão de íons do metal e do
oxigênio, e, mesmo se for removida por algum processo, como abrasão, por exemplo, a
oxidação permanecerá e a espessura do metal diminuirá progressivamente.
Já a corrosão eletrolítica, o tipo mais comum, envolve tanto reações químicas, quanto
fluxo de elétrons, incorporando três constituintes essenciais:
69
[...] o anodo, o catodo e uma solução eletricamente condutora. O anodo
(-) é o local onde o metal é corroído, a solução eletricamente condutora é
o meio corrosivo, e o catodo (+) é a parte da mesma superfície metálica
(ou outro metal em contato com ela) que constitui o outro eletrodo da
cela, e não é consumido pela corrosão. (PANNONI,2002)
Portanto, o processo de corrosão eletrolítica consiste de elétrons fluindo dentro do metal
e íons fluindo dentro do eletrólito superficial. Este eletrólito superficial deve conter
simultaneamente água e oxigênio. Na ausência de um desses elementos, não haverá
corrosão.
A velocidade do desenvolvimento do processo corrosivo depende da condutividade do
meio em que o metal se encontra. Esta será menor em meios pouco condutores, como a
água pura, ou será maior em meios condutores, como a água do mar e soluções ácidas.
É importante ressaltar que a corrosão acontece no anodo, sendo o catodo não atingido
pelo ataque. No entanto, com o tempo, as áreas catódicas se tornam anódicas, e toda a
superfície acaba-se corroendo de modo uniforme (Figura 64).
Figura 64
Processo da corrosão
A Corrosão Galvânica é uma forma bastante comum de corrosão eletrolítica. Essa
acontece quando dois metais diferentes entram em contato e estão em um mesmo meio
condutor, o que forma uma “pilha”. Um dos metais acaba por ceder elétrons ao outro, ou
seja, se corrói (anodo), enquanto o que recebe os elétrons vai se corroendo mais
70
lentamente (catodo). Dessa forma, considera-se que o metal que foi menos corroído foi
“protegido” pelo que se corroeu mais rapidamente.
Figura 65
Corrosão Galvânica
Assim, é importante conhecer o potencial de corrosão galvânica de cada metal para
especificações de projeto. Através de Tabela de Série Galvânica, pode-se analisar o
comportamento de um metal na presença de outro. Os metais situados no topo da tabela,
quando utilizados em contato com os metais situados na base da mesma, sofrerão uma
corrosão mais acelerada. Já estes últimos serão “protegidos”, ou seja, o processo de
corrosão se iniciará mais lentamente (Figura 66).
71
Figura 66
Tabela de Série Galvânica
A corrosão pode ser prevenida através de medidas a serem tomadas pelos profissionais
responsáveis pelo projeto e pela execução da obra. Existem várias formas de prevenção,
entre elas, o uso de aços especiais, pinturas e detalhamentos, que devem ser avaliadas
em relação ao custo e ao tipo de projeto.
O meio mais eficiente e barato de evitar a corrosão é projetar
corretamente a obra, não favorecendo o ataque corrosivo.[...] Simplifique
as formas! Quanto mais simples a forma dada à construção, maiores as
chances de que uma boa proteção frente à corrosão seja alcançada.
(PANNONI, 2002)
Alguns detalhes de projetos devem ser cuidadosamente estudados para evitar soluções
inadequadas que propiciam a corrosão. Destacam-se, aqui, alguns detalhes que podem
ser considerados já no projeto arquitetônico:
•
Prever a estrutura com furos de drenagem, em quantidades e tamanhos suficientes,
para assegurar o escoamento da água;
•
Os perfis devem ser dispostos de modo que a umidade não fique retida e, se ocorrer,
deve-se criar condições que permitem o fluxo de ar, facilitando a secagem;
72
•
Prever uma forma de escôo da água, principalmente na junção com o piso;
Figura 67
Detalhes da estrutura de aço para prevenção da corrosão
73
Figura 68
Detalhes da estrutura de aço para prevenção da corrosão
•
Cuidar para que os acessos sejam facilitados e os espaços, os mais amplos
possíveis, para propiciar adequada manutenção;
•
Evitar juntas sobrepostas de metais diferentes, prevenindo contra a corrosão
galvânica. Pode-se evitá-la, também, com a colocação de um isolante elétrico, não
poroso, entre os dois metais;
•
Evitar que peças fiquem semi-enterradas ou semi-submersas.
Na utilização de aços com maior resistência à corrosão, no caso, os aços patináveis7,
algumas precauções e limitações devem ser observadas:
•
Evitar contato com superfícies que absorvam água;
•
Evitar condições de umedecimento prolongadas. Sob condições de contínuo
molhamento, determinadas por secagens insatisfatórias, a formação da pátina fica
prejudicada;
•
Evitar utilizar esse tipo de aço imerso na água, enterrados no solo e cobertos por
vegetação sem proteção;
•
Evitar contato com metais diferentes, prevenindo contra corrosão galvânica, assim
como executar a solda com composição química compatível com o aço patinável;
7
Os aços inoxidáveis também possuem uma alta resistência à corrosão, porém seu custo é bastante alto
tornando-o inviável para o uso nas estruturas das edificações.
74
•
Em ambientes agressivos, como industriais e marinhos, o aço patinável deve receber
uma proteção extra.
Outro método para a proteção contra corrosão é a pintura, que constitui o principal meio
de proteção das estruturas metálicas e um dos mais utilizados.
É sempre importante lembrar que, antes da aplicação dos diversos tipos de tintas
protetoras, a superfície da peça deve ser limpa e preparada.
Na fabricação do aço a elevadas temperaturas, é formada uma camada de óxidos em
sua superfície chamada carepa. Esta, diferentemente do que se imagina, não protege o
aço da corrosão, pois possui um coeficiente de dilatação diferente do aço, podendo gerar
fissuras que facilitam a entrada de eletrólitos. Portanto, ela precisa ser removida antes da
pintura, pois, uma vez fissurada, reterá os constituintes necessários ao processo
corrosivo.
A limpeza do aço pode ser manual ou mecânica. Esta última, além da limpeza, confere
rugosidade à superfície, facilitando a fixação do revestimento.
As tintas são suspensões homogêneas de partículas sólidas (pigmentos), dispersas em
um líquido (solvente e resina), em presença de componentes em menores proporções,
chamados de aditivos. Os pigmentos conferem cor, opacidade, coesão e inibição do
processo corrosivo, e também a consistência, a dureza e a resistência da película. Os
solventes têm a finalidade de dissolver a resina e facilitar a aplicação da tinta.
As tintas são divididas em tintas de fundo, intermediárias e de acabamento. As tintas de
fundo (primers) devem ser aplicadas sobre a superfície metálica limpa e possuem a
finalidade de promover a aderência do metal ao substrato. As tintas intermediárias
auxiliam na proteção, fornecendo espessura ao sistema de pintura empregado (proteção
por barreira). Quanto mais espessa a camada, maior a vida útil do revestimento. Já as
tintas de acabamento têm a função de proteger todo o sistema contra a ação do meio
ambiente e de fornecer a cor e o brilho requeridos.
Essas camadas de tintas devem ser compatíveis entre si. Sugere-se que sejam
preferencialmente de um mesmo fabricante, o que minimizará a ocorrência de defeitos,
como o descolamento.
75
Existem outras maneiras para prevenir a corrosão nas estruturas metálicas, entre elas, a
criação de uma barreira entre o metal e o meio corrosivo. Esta barreira pode ser feita com
o revestimento das peças estruturais com materiais não metálicos e não condutores,
como cerâmica, concreto e vidro, borracha, plásticos de PVC, betumes, asfalto, etc. Além
desses, pode-se revestir a peça com outro metal mais resistente à corrosão.
A galvanização ou zincagem também constitui um processo de proteção à corrosão por
recobrimento de uma camada de zinco metálico, que funciona como um revestimento de
grande resistência devido às propriedades de proteção catódica do zinco. A duração
desta proteção depende da espessura da camada de zinco depositada, que deve ser
contínua e uniforme, e da agressividade do ambiente onde for usado, que não deve estar
sujeito a substâncias ácidas.
Atualmente, a estrutura de aço galvanizado está sendo muito utilizada no sistema steelframe para a construção de unidades habitacionais.
4.4.2 Proteção contra altas temperaturas
O objetivo principal da segurança contra incêndio é minimizar danos e proteger a vida e o
patrimônio. A busca pela segurança total cresce juntamente com o custo para obtê-la.
Dessa maneira, a escolha do sistema adequado de segurança deve levar em
consideração os riscos de início de incêndio, de sua propagação e de suas
conseqüências.
Segundo Vargas e Silva (2003), uma concepção arquitetônica racional e balanceada,
fundamentada em algumas variáveis simples previstas nas normas de segurança contra
incêndio, pode resultar em soluções mais econômicas e que respeitam ao mesmo tempo
as exigências de proteção ao fogo.
Em relação às estruturas, incluindo aqui qualquer tipo de material usado, quando
atingidas por altas temperaturas, suas características químicas e físicas são alteradas,
reduzindo sua resistência e rigidez. Fala-se muito que a estrutura de concreto tem uma
resistência maior que a estrutura de aço.
No entanto, o comportamento desses dois materiais é semelhante em altas temperaturas
(Gráfico 03). O que acontece é que as dimensões das peças estruturais executadas com
76
esses dois materiais são diferentes. Essa diferença, ou seja, o maior “fator de
massividade” do concreto faz com que ele se aqueça mais lentamente.
Gráfico 03
Redução da resistência em função da temperatura
O objetivo dos sistemas de proteção é impedir o colapso estrutural, que ocorre após uma
deformação excessiva, ou ampliar o tempo de resistência a altas temperaturas das
estruturas para permitir a completa evacuação das dependências da edificação.
No caso das estruturas de aço, por possuir peças mais esbeltas, a alta temperatura
atinge o centro dos perfis mais rapidamente. Quanto maior for o perímetro do perfil, maior
será o seu aquecimento, e este será menor se o perfil possuir uma maior espessura.
Portanto, os sistemas de proteção devem evitar que as altas temperaturas atinjam a
estrutura interna dos perfis, utilizando materiais de proteção térmica.
Os tipos de materiais mais empregados são:
•
Argamassa projetada – geralmente constituída de gesso ou vermiculita, cimento e
resinas acrílicas, formando uma massa fluída que é aplicada por jateamento diretamente
na superfície da peça de aço;
•
Fibra projetada – constituída por agregados, fibras minerais e aglomerantes que
também são jateados diretamente nas peças estruturais;
•
Mantas – podem ser feitas em fibra cerâmica ou lã de rocha. Sua aplicação é feita
pelo envolvimento do contorno das peças pela manta com fixação por meio de pinos
soldados, ou pela criação de uma caixa ao redor da peça, com auxílio de uma tela para
fixação da manta;
77
•
Placas – são elementos pré-fabricados, compostos por materiais fibrosos, vermiculita
ou gesso, fixados na estrutura, proporcionando diversas possibilidades de acabamentos;
•
Pintura Intumescente – constituída por polímeros com pigmentos intumescentes que
reagem na presença de fogo, aumentando seu volume. Esses produtos são degradáveis
na presença de água, necessitando de uma pintura de base e de acabamento
compatíveis, quando utilizados em peças estruturais sujeitas à ação de intemperismo.
Como o seu custo é maior, a sua utilização deve ser bem planejada.
Além disso, a proteção contra altas temperaturas pode ser feita por meio de outros
elementos construtivos. A integração dos perfis estruturais com elementos da alvenaria,
forros, ou outros elementos arquitetônicos cria uma diminuição do perímetro exposto dos
perfis, proporcionando uma economia na aplicação de sistemas de proteção contra
incêndio. As possibilidades de arranjo são inúmeras e depende da concepção do projeto
e do tipo de detalhe que o arquiteto preferir adotar (Figuras 69 e 70).
Figura 69
Interfaces com alvenaria de pilares externos8
8
Desenhos esquemáticos que não incluem os detalhes das juntas de dilatação necessárias.
78
Figura 70
Interface com alvenaria de pilares internos9
A proteção contra altas temperaturas também pode ser obtida com a utilização de
estruturas mistas, principalmente pilares, pois o concreto forma uma barreira para o perfil
metálico.
Apesar da necessidade de se proteger a estrutura de aço em caso de incêndio, o uso de
perfis externos aparentes nas fachadas não deve ser descartado. Muitos arquitetos
optam por utilizar a estrutura como parte da expressão arquitetônica, e a proteção contra
altas temperaturas não se caracteriza como um empecilho.
Nesses casos, na ocorrência de incêndio, a estrutura será aquecida apenas pelas
chamas que emanam na janela ou de outras aberturas da fachada do edifício.
Segundo Vargas e Silva (2003), é possível que os elementos estruturais externos
possam dispensar a proteção térmica, mantendo a necessária segurança contra incêndio,
se eles forem posicionados de forma adequada em relação às aberturas das fachadas.
Além disso, a utilização da pintura intumescente também pode ser uma solução para o
caso de estruturas externas aparentes.
Os conhecimentos teóricos e técnicos devem servir de base para o arquiteto planejar,
conceber e desenvolver o seu projeto, prevenindo as patologias. No próximo capítulo,
são apresentados estudos de casos para levantar outras questões importantes e
identificar a utilização da estrutura de aço em projetos habitacionais de interesse social.
9
Desenhos esquemáticos que não incluem os detalhes das juntas de dilatação necessárias.
79
5. O USO DA ESTRUTURA DE AÇO EM HABITAÇÕES DE
INTERESSE SOCIAL
O déficit habitacional brasileiro foi estimado em 7,903 milhões de novas moradias em
2005, sendo que a região Sudeste lidera a demanda nacional. As carências habitacionais
em Minas Gerais correspondem a 8,6% do total brasileiro, estimadas em 682 mil, das
quais 593 mil nas áreas urbanas. (Fundação João Pinheiro, 2007).
Dessa maneira, o governo e o setor da construção civil buscam alternativas para o
atendimento dessa demanda com processos construtivos racionalizados, no intuito de
obter uma maior economia, aplicabilidade, rapidez e qualidade.
Com isso, surgiram algumas experiências que incorporaram inovações tecnológicas da
indústria da construção civil, tais como, estrutura metálica e a utilização de sistemas
construtivos industrializados.
O uso da estrutura de aço, juntamente com o uso de outros componentes de construção
a seco, possibilita a industrialização dos processos construtivos, diminuindo as perdas de
materiais e o re-trabalho. O tempo gasto para a execução desse tipo de construção
também é menor, o que influencia em outros custos, como, por exemplo, da mão-deobra. No entanto, esta deve ser especializada.
Além disso, por se tratar de uma estrutura mais leve que a convencional em concreto, o
aço propicia uma diminuição de custos nas fundações das edificações. Com a criação de
espaços flexíveis e com a execução feita por montagem, várias ampliações e
reformulações são permitidas também através de um processo industrializado, sem
descaracterizar as edificações.
Outro fator de interesse às entidades envolvidas na construção habitacional é que,
havendo necessidade de demolição as peças estruturais podem ser aproveitadas ou
recicladas.
80
5.1 Os Sistemas Construtivos desenvolvidos pelas empresas do setor
O uso da estrutura de aço tornou-se uma alternativa para a habitação social e se
constituiu em realidade, sendo utilizada em alguns empreendimentos da COHAB
(Companhia Habitacional) e de outros órgãos ligados à habitação no país.
As principais empresas siderúrgicas brasileiras desenvolveram projetos habitacionais
com métodos construtivos industrializados, que em sua maioria são vendidas em kits.
Segundo Viotto e Mattos (2001), com o aperfeiçoamento dos processos e o aumento da
demanda, esses projetos podem alcançar um custo em torno 8% menor, em relação a
um projeto convencional, sendo que no passado esse custo era 30% superior.
Um exemplo a ser citado é o da USIMINAS que criou o Usiteto. Inicialmente o projeto
tratava-se de edifícios de quatro pavimentos, incluindo o térreo, com área útil de 42,54m²
(Figura 71). A partir de uma necessidade da CDHU (Companhia de Desenvolvimento
Habitacional e Urbano do Estado de São Paulo) o projeto foi adaptado para uma
edificação de cinco e sete pavimentos, com unidades com área total de 48m².
Atualmente o edifício que está sendo mais comercializado é o de sete pavimentos, que
deve ser instalado em terrenos com declive para que dois pavimentos de situem no
subsolo, um no térreo e quatro superiores, sem a necessidade do uso de elevadores.10
Segundo o fabricante, esses edifícios podem ser executados com duas soluções: semiindustrializada, que utiliza perfis dobrados, lajes maciças e alvenaria cerâmica para as
vedações, ou industrializada, com perfis soldados, lajes tipo steel-deck, vedações
internas com painéis em gesso acartonado e externas em painéis de concreto celular. A
construção da solução semi-industrializada possui um tempo total de 116 dias e a
industrializada de 100dias.
10
Em Belo Horizonte, o Código de Obras vigente permite apenas a construção de edifício de no máximo 5
pavimentos em a instalação de elevadores.
81
Figura 71
Edifício Usiteto – projeto inicial
Além disso, o Usiteto também possui um projeto para habitações unifamiliares. O projeto
da casa faz parte do mesmo programa destinado para construção de habitações
populares em estrutura metálica e que utiliza uma tecnologia desenvolvida pela própria
empresa, com o objetivo de proporcionar à construção civil novas perspectivas para esse
setor.
De acordo com a Usiminas, esse projeto possibilita, ainda, ao futuro morador construir a
sua própria casa (autoconstrução) após ser instruído de como utilizar um dos processos
construtivos: um semi-industrializado (fechamento em tijolo cerâmico) e outro
industrializado (fechamento com painéis).
A casa é composta por engradamento e por colunas em perfis de aço resistentes à
corrosão, com partes soldadas executadas na fábrica, ficando a obra somente com a
montagem aparafusada. As colunas servem de guias para o alinhamento das vedações,
que, como citado, podem ser executadas em vários tipos, como alvenaria de blocos
cerâmicos, blocos de concreto, blocos e painéis de concreto celular, ou painéis tipo dry
wall. (Figuras 72, 73 e 74)
A casa Usiteto possui dimensões de 36, 42 e 45m², sendo que a primeira é destinada a
programas de órgãos públicos ou consumidores diretos que não necessitem de
82
financiamento, pois a Caixa Econômica Federal não financia habitações com áreas
menores que 42 m².
O kit da casa Usiteto é fornecido pela empresa com todo engradamento metálico, exceto
esquadrias, mas incluindo a estrutura do telhado e projetos hidráulico e elétrico.
Considerando a casa de 36 m², a montagem dessa estrutura pode ser feita entre uma e
quatro horas, dependendo do tipo de mão de obra.
Esta casa pode ser executada em módulos, possuindo duas fases de ampliações. O
módulo base possui apenas um quarto/sala, banheiro e cozinha, sendo as duas fases
seguintes acrescidas de um quarto em cada uma delas.
Figura 72
Casa Usiteto acabada
83
Figura 73
Estrutura Casa Usiteto
Figura 74
Casa Usiteto - detalhe construtivo
84
Em parceria com a iniciativa privada, órgãos públicos e prefeituras, já foram construídos
cerca de 105 edifícios, aproximadamente 1.702 casas e mais de 3.830 engradamentos
metálicos do projeto Usiteto em várias cidades do país. (Revista Construção Metálica,
2003).
Não somente a Usiminas, mas também outras usinas siderúrgicas possuem sistemas
semelhantes. A COSIPA, que atualmente é uma empresa do grupo USIMINAS, possui o
projeto de edifícios de quatro ou cinco pavimentos, sem elevador e com quatro
apartamentos por andar (Figura 75). Cada apartamento possui dois dormitórios, cozinha,
banheiro, lavatório, sala e área de serviço distribuídos numa área total de 48,90m², sendo
40,39m² de área útil. Existe também o projeto de casas, que foram desenvolvidas,
inicialmente, para atender ao padrão da CDHU.
Assim como no sistema Usiteto, no sistema Cosipa existe também a possibilidade da
execução dessas edificações através de mutirões, como no sistema convencional. No
entanto, como a construção é industrializada, o responsável pela execução deve entregar
à comunidade a estrutura, as vedações externas, instalações principais e telhados,
ficando a cargo do proprietário a execução dos acabamentos e o restante das
instalações.
Figura 75
Obra do CDHU - Projeto COSIPA
85
A GERDAU também possui um sistema de construção de casas denominado Casa Fácil
Gerdau, com áreas de 48, 36 e 24m². A residência fica totalmente pronta em até 21 dias,
com telhados, paredes e acabamentos, uma economia de tempo de 35% em comparação
com os 32 dias gastos no sistema convencional.
A CSN lançou um sistema modular de construção que utiliza chapas de aço galvanizado,
dobradas a frio na forma de perfis estruturais. Painéis modulares em aço são utilizados
para a montagem das paredes, enquanto perfis em "U" simples são usados na
composição e ligação entre os módulos.
Na estrutura da cobertura são utilizados perfis estruturais tipo "U" enrijecidos e perfis
cartola, que oferecem mais segurança e leveza à estrutura, de acordo com a CSN. O aço
possui revestimento de zinco para proteção contra corrosão e está em conformidade com
as normas técnicas da ABNT e o desempenho térmico-acústico foi avaliado em testes
realizados pelo IPT (Instituto de Pesquisas Tecnológicas).
O uso do aço na habitação de interesse social recebeu um impulso a partir da
possibilidade de financiamento, que não existia há alguns anos. A Caixa Econômica
Federal, em 2002, criou o manual Edificações Habitacionais Convencionais Estruturadas
em Aço: requisitos e critérios mínimos para financiamento pela Caixa. Este documento
tem por finalidade estabelecer os requisitos e critérios mínimos aplicados em edifícios e
casas habitacionais, com utilização de estruturas de aço como pilar, viga, laje e estrutura
de cobertura, nos empreendimentos objeto de financiamento.
Desta forma surgiram várias experiências no país, inclusive na região metropolitana de
Belo Horizonte, que serão apresentadas a seguir.
5.2 Estudos de casos na grande Belo Horizonte
Como estudos de casos, foram realizadas vistorias em quatro empreendimentos
habitacionais estruturados em aço realizados pela Prefeitura Municipal de Belo Horizonte,
no intuito de conhecê-los e de atestar as condições atuais dos mesmos para uma análise
do uso da estrutura de aço nesse tipo de edificação.
Além disso, serão apresentados neste estudo alguns aspectos apontados na dissertação
de mestrado realizada pela arquiteta Mariana Hermsdorrf, pela Universidade Federal de
86
Ouro Preto em 2005, que realizou vistoria e uma avaliação de pós-ocupação em um
Conjunto Habitacional da Cidade de Nova Lima, também estruturado em aço.
5.2.1 Conjunto Habitacional Pedro II - Vila São José
O Conjunto Habitacional Pedro II foi construído, no ano de 2000, para o reassentamento
de famílias da Vila São José, região noroeste de Belo Horizonte, que foram atingidas pela
ampliação do sistema viário local (Figura 76). Em 1999, o Estudo de Impacto Ambiental
realizado para as obras viárias, sugeriu o uso da estrutura metálica como uma
possibilidade para o sistema construtivo.
Figura 76
Localização do Conjunto Pedro II
87
O projeto desenvolvido para o conjunto não corresponde a nenhum modelo próprio de
empresas siderúrgicas. As unidades habitacionais possuem em média 41,61m² de área.
Foram previstas unidades habitacionais de 2 quartos, com a possibilidade de rearranjos
internos, viabilizando unidades de 1 e 3 quartos (Figura 77). Cada bloco, com planta
baixa em “H”, possui 4 pavimentos com 16 unidades habitacionais no total.
Figura 77
Planta Baixa – Conjunto Pedro II (incluindo variações de 1 e 3 quartos)
O projeto é padrão para todo o conjunto, com perfis padronizados, e a estrutura é travada
através da laje de piso e da alvenaria. Em vistoria realizada no mês de outubro de 2007,
constatou-se que o conjunto encontra-se em boas condições, sem patologias graves
aparentes, e não houve nenhuma intervenção desde a finalização da obra. (Figuras 78,
79, 80 e 81)
88
Figura 78
Conjunto Pedro II – vista de um dos blocos
(sem patologias aparentes)
Figura 79
Conjunto Pedro II – vista lateral
(não há peça de contraventamento no bloco de apartamentos)
89
Figura 80
Conjunto Pedro II – escada interna de um dos blocos
(pequeno desgaste da pintura do corrimão)
Figura 81
Conjunto Pedro II – vigamento interno do apartamento
(não há presença de trincas)
90
5.2.2 Conjuntos Habitacionais Alvorada e Resplendor - Vila Senhor dos Passos
Os conjuntos habitacionais Alvorada e Resplendor foram construídos dentro da Vila
Senhor dos Passos, entre os anos de 1997 e 1998, para reassentamento de famílias da
própria vila, removidas por obras ou por residirem em áreas de risco. (Figura 82)
Figura 82
Localização – Conjuntos Alvorada e Resplendor
Por se localizar num terreno mais estreito, a tipologia do Conjunto Alvorada possui dois
apartamentos por andar, com dois quartos, banheiro, cozinha e área de serviço. Já o
Conjunto Resplendor, possui a tipologia Usiteto, com quatro apartamentos por pavimento.
(Figuras 83 e 84)
91
Figura 83
Planta Baixa – Conjuntos Alvorada
CONJUNTO RESPLENDOR
Planta Pavimento Tipo
Figura 84
Planta Baixa – Conjuntos Resplendor
92
Ambos os conjuntos, segundo o engenheiro de Prefeitura Municipal de Belo Horizonte,
passaram por reformas recentemente, pois havia muitos problemas de trincas e
infiltrações, principalmente no encontro da estrutura com a alvenaria. Essas patologias
eram motivos de várias reclamações dos moradores.
Como a vistoria foi realizada após essas reformas, não foi possível constatar esses
problemas, e os conjuntos, atualmente, não apresentam problemas construtivos
aparentes (Figuras 85, 86, 87, 88 e 89).11
Figura 85
Conjunto Alvorada – vista externa
(sem patologias construtivas aparentes)
11
Como esses conjuntos se encontram dentro da área da vila Senhor dos Passos, devido a questões de
segurança, não foi possível fotografá-lo internamente, e até mesmo as fotos externas foram restritas.
93
Figura 86
Conjunto Alvorada – detalhe da estrutura
Figura 87
Conjunto Resplendor – vista externa
(contraventamento feito por peças metálicas)
94
Figura 88
Conjunto Resplendor – detalhe da estrutura
Figura 89
Conjunto Resplendor – vista da caixa de escada
95
5.2.3 Conjunto Habitacional Zilah Spósito I
O Conjunto Habitacional Zilah Spósito I está localizado na região norte de Belo Horizonte,
no bairro Jaqueline, e foi executado entre os anos de 1998 e 1999. Diferente dos casos
anteriores, esse conjunto é composto por 100 unidades unifamiliares, construídas com
perfis metálicos e blocos de concreto. (Figura 90)
Figura 90
Localização Conjunto Zilah Spósito I
O projeto foi desenvolvido especialmente para o empreendimento e utiliza perfis de aço
patinável. As casas possuem ente 56,48 e 77,20m² e a sua construção foi desmembrada
em duas etapas. A primeira, executada pela URBEL (Companhia Urbanizadora de Belo
Horizonte) possuía no primeiro pavimento uma sala, cozinha, banheiro, pequena área
serviços, no segundo pavimento varanda (nas casas intermediárias), alvenaria externa,
parte da alvenaria do banheiro, caixa d’água e cobertura.
96
A segunda etapa, que deveria ser realizada pelos proprietários era a complementação
das alvenarias internas do segundo pavimento (dois quartos, banheiro), instalação
hidráulica e porta do banheiro, guarda corpo da escada e acabamentos. (Figura 91)
CONJUNTO ZILAH SPÓSITO I
o
Planta 1- Pavimento
CONJUNTO ZILAH SPÓSITO I
o
Planta 2- Pavimento
Figura 91
Conjunto Zilah Spósito I – plantas do 1º e 2º pavimentos
97
Figura 92
Conjunto Zilah Spósito I – foto tirada na época da obra
Figura 93
Conjunto Zilah Spósito I – foto tirada na época da obra
Em vistoria realizada no mês de outubro de 2007, constatou-se a completa
descaracterização do conjunto. A tipologia unifamiliar favorece as ações dos próprios
moradores, que acrescentam cômodos e pavimentos sem nenhum critério técnico.
(Figuras 94, 95, 96 e 97)
Além disso, a principal patologia encontrada foram infiltrações e manchas na pintura,
causadas principalmente pela inexistência de calhas sob do telhado, que não possui
98
beiral, e descarrega a água diretamente na laje. Analisando o projeto arquitetônico,
constatou-se que esta calha estava prevista, não foi possível confirmar se ela foi
executada ou retirada pelos próprios moradores após a obra. (Figura 96)
Figura 94
Conjunto Zilah Spósito I – descaracterização do conjunto
Figura 95
Conjunto Zilah Spósito I – problemas de infiltrações
99
Figura 96
Conjunto Zilah Spósito I
Detalhe do telhado sem a calha sobre a laje prevista em projeto
Figura 97
Conjunto Zilah Spósito I
Intervenções realizadas pelos moradores
100
5.2.4 Conjunto Habitacional Oswaldo Barbosa Pena – Nova Lima
O trabalho desenvolvido pela arquiteta Mariana Hermsdoff apresenta uma avaliação de
pós-ocupação realizada no Conjunto Habitacional Oswaldo Barbosa Pena, em Nova
Lima. A apresentação de alguns pontos levantados nessa pesquisa foi considerada
relevante para a complementação deste estudo.
O conjunto foi executado pela COHAB-MG (Companhia Habitacional do Estado de Minas
Gerais) em 1999, e possui 8 blocos, com tipologia “H” do sistema Usiteto, com 4
pavimentos, num total de 16 unidades em cada edifício. (Figura 98)
Figura 98
Conjunto Oswaldo Barbosa Pena
Vista parcial do conjunto
Foram utilizados perfis em aço patinável, que são apropriados para áreas de umidade e
os pontos de “corrosão” (formação da pátina) já são previstos. Os acabamentos foram
executados pelos próprios moradores, e alguns realizaram pequenas mudanças em
algumas paredes para alteração do layout. (HERMSDOFF, 2005.)
101
As principais patologias encontradas foram trincas, e até mesmo deslocamentos da
parede, devido e movimentação na interface estrutura e alvenaria (executada blocos de
concreto e blocos cerâmicos em alguns edifícios). Inclusive optou-se pela retirada da
peça de contraventamento, após 4 anos, aproximadamente, da conclusão da obra
(Figura 99). (HERMSDOFF, 2005.)
Figura 98
Conjunto Oswaldo Barbosa Pena
Marcas dos contraventamentos retirados
A pesquisa com os moradores aponta também o pouco conhecimento da tecnologia da
estrutura metálica, havendo inclusive certo receio no que se refere à durabilidade e até
mesmo à provocação de choques. Além, disso não foram repassadas informações para
os proprietários sobre as questões de manutenção e reforma dos edifícios.
(HERMSDOFF, 2005.)
102
Avaliando as informações obtidas nesses estudos podemos ressaltar os seguintes
aspectos:
- Todos os empreendimentos foram executados em um mesmo período (final dos anos
90 e início de 2000), o que se conclui que se tratou de um período de investimento da
tecnologia metálica para esse tipo de construção. No entanto, atualmente, na Prefeitura
de Belo Horizonte, não há projetos que utilizem a estrutura metálica, talvez por uma
questão do custo do aço ter aumentado nos últimos anos.
- A agilidade construtiva atribuída ao uso da estrutura de aço pode ser um fator primordial
para a construção de inúmeras habitações num curto período, para uma demanda
emergencial como o reassentamento de famílias de áreas de risco ou atingidas por obras
públicas.
- Apesar de ser defendida pelos fabricantes de estrutura de aço, a autoconstrução e os
mutirões tornam-se mais difíceis de ser implementados, pois essa tecnologia necessita
de mão de obra especializada. Mesmo que estes sejam organizados apenas nas fases
de acabamento, os detalhes técnicos devem ser bem definidos e executados devido à
movimentação diferenciada da estrutura.
- As principais patologias encontradas e relatadas (no caso dos Conjuntos da Vila Senhor
dos Passos) são trincas e fissuras na interface alvenaria e estrutura. Essa é uma questão
de qualidade técnico-construtiva que precisa ser solucionada, pois gastos com
manutenções são fatores preponderantes para uma população de baixa renda.
- Os edifícios estruturados em aço permitem a variação do layout e da divisão dos
cômodos, possibilitando o atendimento de acordo com a conformação das famílias.
- No caso das habitações unifamiliares, a divisão das etapas da construção em módulos,
sem um acompanhamento técnico e social adequado, propicia, não somente no caso da
construção metálica, mas em qualquer tecnologia utilizada, a descaracterização do
projeto original e a inadequação dos espaços construídos.
103
6. CONCLUSÕES E CONSIDERAÇÕES FINAIS
O uso da estrutura de aço na arquitetura brasileira se transformou nas últimas décadas.
Durante esses anos, surgiram vários estudos e pesquisas na área que procuraram
identificar as propriedades físicas e químicas desse material, determinando as situações
ideais para o seu consumo e ressaltando as características da construção em aço
(agilidade da obra, leveza da edificação, utilização de peças estruturais menores,
gerando um alívio das fundações e atingindo um ganho de espaço, etc.).
É fundamental que o profissional conheça as características e o comportamento físico
dos materiais para que faça a escolha da melhor alternativa em cada projeto. Através do
trabalho conjunto de arquitetos e engenheiros, amplia-se cada vez mais a utilização do
aço, gerando inúmeras possibilidades formais e construtivas.
Com isso, surgiram novas experiências com a utilização da estrutura metálica, inclusive
na construção de habitações de interesse social. Este trabalho procurou fazer uma
abordagem investigativa sobre a utilização desse tipo de estrutura na área habitacional.
Foram apresentados alguns estudos de casos ocorridos no país, buscando uma análise
crítica dessa utilização.
O primeiro aspecto levantado foi a pouca tradição do uso da estrutura metálica na
construção de edificações habitacionais. Todas as experiências estudadas ocorreram em
um mesmo período (entre 1997 e 200), o que mostra uma tentativa das empresas do
setor de iniciar a atuação num novo mercado.
Além disso, podem ser ressaltados aspectos positivos e negativos da estrutura de aço
para a área habitacional de interesse social. Como ponto positivo destaca-se a agilidade
na construção, que possibilita a construção de inúmeras moradias em um curto espaço
de tempo, principalmente em casos emergenciais.
A edificação estruturada também permite uma maior flexibilização dos espaços, o que
não ocorre com a alvenaria estrutural, permitindo o atendimento a famílias com várias
conformações e até mesmo a alteração interna dos apartamentos feitas pelos próprios
moradores.
Ainda, a partir da adoção de critérios para sua industrialização, a construção habitacional
de baixo custo passa a possuir a mesma qualidade que as construções de padrão mais
alto. A diferença é que, para a primeira, não serão usados componentes especiais ou
qualquer outro tipo de detalhe que aumente seu custo.
104
Como ponto negativo o principal fator são as patologias (trincas e fissuras na interface
alvenaria estrutura) muito comuns a esse tipo de estrutura, infiltrações e até mesmo
movimentações das vedações. A qualidade técnico-construtiva do sistema estrutural em
aço é ainda insatisfatória neste aspecto.
Além disso, o público alvo das habitações de interesse social não possui condições de
arcar com os custos de reparos e manutenções dispendiosos. Os moradores devem ser
bem informados sobre os critérios de uso e manutenção para conservá-las por mais
tempo.
Finalmente, o aspecto custo deve ser mencionado. Como o aço é um produto de
exportação, seu custo está vinculado a questões econômicas internacionais, que
influenciam o valor final do produto e podem inviabilizar a sua utilização.
No entanto, para a efetiva implantação de unidades habitacionais com sistemas
industrializados, destinadas à população de baixa renda, e, de modo a viabilizar um
produto acessível, a fase de projeto ainda deve passar por uma série de estudos. Devese analisar o desenvolvimento de cada etapa construtiva, enfatizando a sua simplificação
e a minimização de seus custos para, finalmente, analisar-se a viabilidade econômica do
sistema.
Ao mesmo tempo, no que se refere à construção de moradias para a população de baixa
renda, além dos aspectos de custo, devem ser considerados aspectos de ordem
ambiental e social, pois os próprios moradores devem confiar no sistema e ter condições
de executarem a manutenção e recuperação da residência no decorrer dos anos.
Desta forma, o uso da estrutura de aço em habitações, através de suas características,
pode contribuir para uma diminuição do déficit habitacional do país. O trabalho conjunto
do arquiteto, engenheiro e da indústria de materiais e componentes, como uma equipe de
produção, pode contribuir para a execução de uma habitação popular de boa qualidade,
atendendo também aos requisitos da sustentabilidade. Conseqüentemente, as novas
habitações serão mais bem recebidas pela sociedade.
105
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