11 de out de 2008

Torres pré-moldadas

foto: Mestre em Engenharia Civil pela Universidade de Ghent, na Bélgica, Van Acker trabalhou por 45 anos na indústria de pré-moldados de concreto, em pesquisa e desenvolvimento de produtos e estruturas; participou também de comitês de padronização técnica europeus.



Nos últimos anos, o desenvolvimento dos pré-fabricados de concreto possibilitou sua utilização mais intensiva em estruturas de edifícios altos.


Há ainda um certo receio de se utilizar elementos pré-fabricados em construções altas e esbeltas, como edifícios comerciais ou residenciais. Não sem razão, uma vez que não faltam dificuldades técnicas para garantir a estabilidade estrutural de todo o conjunto, principalmente à ação de forças horizontais, como as do vento. Mas a tendência pode estar mudando: Arnold Van Acker, membro da FIB (Federação Internacional do Concreto), tem acompanhado a explosão do uso da pré-fabricação nos países europeus, sobretudo em seu país, a Bélgica, e na Holanda. Em Rotterdam, recentemente foi erguido um edifício de 142 m de altura e 42 andares, 37 deles em pré-moldados. A concepção estrutural mais comum desse tipo de construção compreende uma espécie de "espinha dorsal", moldada in loco, cercada pelos elementos pré-moldados do restante da estrutura. Esse núcleo monolítico é um dos principais responsáveis pela garantia da estabilidade horizontal da torre. Outros aspectos, entretanto, norteiam os projetos que empregam esse sistema construtivo.

De acordo com o engenheiro belga, após os ataques terroristas de 11 de setembro, desenvolveram-se os estudos sobre colapso progressivo em estruturas pré-moldadas.
Uma série de dispositivos deve ser prevista em projeto para permitir que, caso qualquer elemento seja retirado da estrutura, ela seja capaz de redistribuir as cargas sem colocar em risco os usuários.

Como tem evoluído o uso de pré-moldados de concreto em edifícios altos?Nos últimos cinco anos, na Bélgica e na Holanda, houve uma verdadeira explosão de construções de edifícios pré-moldados, que chegam hoje a alturas de mais de 142 m. Até os anos 1990, o concreto pré-moldado não era muito usado nesse segmento de mercado, mas recentes avanços na indústria de pré-moldados mudaram muito esse quadro.

Quais as vantagens da utilização desse sistema construtivo?
Com o uso de elementos protendidos em vigas e lajes, podem-se obter vãos maiores e construções mais esbeltas. Em construções industriais e comerciais, os vãos da cobertura podem chegar a 40 m. Em garagens, o pré-moldado possibilita que os usuários coloquem mais carros no mesmo espaço, em função não apenas dos maiores vãos, mas também das menores seções dos pilares. Em prédios de escritórios, a tendência é a de construir espaços amplos e abertos, com os ambientes separados por divisórias.


Isso tem impacto sobre o valor dos edifícios?
Atualmente é muito comum edifícios de escritórios de médio porte terem vãos de até 16 m entre fachadas e lajes de apenas 400 mm de espessura, sem colunas internas. O conceito se encaixa perfeitamente nas atuais demandas do mercado por flexibilidade e adaptabilidade, mesmo depois de um longo período de uso. A maior adaptabilidade implica aumento da vida útil do edifício e, dessa maneira, o edifício mantém seu valor comercial por um período maior.

Que avanços proporcionaram o aumento do uso de pré-fabricados em edifícios altos?
Por exemplo, os concretos com resistências acima de 100 MPa, que já são bem conhecidos pela indústria de pré-fabricados. A maioria das fábricas européias os utiliza diariamente. O maior benefício para grandes estruturas diz respeito à melhoria da eficiência estrutural, implicando a produção de peças mais esbeltas e a maior otimização do uso de materiais. Outra característica positiva é a maior resistência contra o frio e contra a ação de agentes químicos. As maiores vantagens são obtidas em componentes verticais, especialmente em pilares.

E como a indústria recebeu o concreto auto-adensável?
Esse tipo de concreto é uma solução nova e bastante promissora para a pré-fabricação. Ele dispensa a vibração e, dessa forma, apresenta diversas vantagens, como a facilidade de bombeamento, a redução de porosidade superficial, concretagem mais rápida das peças e com menor nível de ruído e maior facilidade de concretagem de elementos densamente armados ou com reentrâncias complicadas. A aplicação do concreto auto-adensável na indústria de pré-fabricados está crescendo com rapidez e espera-se que, dentro de alguns anos, uma considerável parte da produção empregue essa tecnologia.

Em que tipos de edifícios os pré-fabricados têm sido mais empregados?
Na Bélgica, principalmente em prédios de escritórios de até 37 andares. Geralmente, eles têm um núcleo moldado in loco, com fôrmas trepantes, para se conseguir maior economia na construção. Ele é cercado por uma estrutura toda em pré-moldados, compreendendo pilares, vigas e lajes protendidas. Por esse núcleo passam todas as instalações do prédio, e a área útil dos escritórios localiza-se na parte pré-moldada do edifício. Na Holanda, a estrutura pré-moldada mais alta é um prédio de apartamentos de 142 m de altura com fechamento estruturado. Os cinco primeiros andares são moldados in loco, e os outros 37 pavimentos feitos com pré-moldados. O projeto foi executado no ano passado na cidade de Rotterdam.

Qual o limite de altura para esse tipo de estrutura?
O limite depende de vários fatores, como a área das lajes, a seção dos pilares, o tipo de fachada, a capacidade de carga das gruas, entre outros. Pessoalmente, eu creio que, com as soluções atuais, o limite gire em torno de 50 pavimentos.

Quais os principais desafios enfrentados pelos projetistas de edifícios pré-moldados?
Quando um esqueleto pré-moldado é usado em combinação com uma estrutura central moldada in loco, as dificuldades de projeto não são muito diferentes do que as tradicionais estruturas moldadas in loco. No caso de uma estrutura completamente pré-moldada, inclusive com paredes pré-fabricadas, uma das preocupações deve ser verificar a deformação da estrutura sob a ação extrema de ventos. Entretanto, programas de computador modernos permitem elaborar projetos bem detalhados.

Como garantir a estabilidade estrutural desses edifícios?
Nas estruturas mistas, a estabilidade estrutural dos edifícios é garantida pelo núcleo central moldado in loco. Um aspecto fundamental a ser considerado em projetos estruturais com pré-fabricados é o de garantir a estabilidade com a combinação dos sistemas adequados: núcleo moldado in loco, paredes-diafragma rígidas, contraventamentos, lajes e coberturas diafragma. Esforços resultantes da ação do vento, entre outros, são normalmente transmitidos aos elementos de estabilização pelas lajes e coberturas diafragma.
Qual o papel desses elementos diafragma?
Sua função principal é transferir esses esforços horizontais, atuantes em diversos pontos da estrutura, para os componentes de estabilização vertical a que estão ligados. Lajes e coberturas pré-moldadas são projetadas para funcionar como grandes vigas horizontais. O núcleo, as paredes-diafragma e os demais componentes de estabilização agem como apoios para essa espécie de viga, absorvendo os esforços laterais.

A queda dos edifícios do World Trade Center impactaram a indústria de pré-fabricados?
Depois da queda catastrófica das torres gêmeas em Nova York, as seguradoras pediram que os fabricantes de pré-moldados tomassem as medidas necessárias para evitar o colapso progressivo após danos pontuais na estrutura, em função do mau uso ou de atos terroristas no edifício. Uma estrutura é normalmente projetada para suportar os carregamentos de uso normal do edifício, mas possivelmente ela não vai ruir catastroficamente no caso de mau uso ou acidentes moderados. Não se pode exigir que uma estrutura resista a carregamentos excessivos ou forças originadas de causas extremas, mas os danos não devem ser desproporcionais à causa original.
Para tanto, o projeto deve considerar, por exemplo, que, se um elemento crítico é retirado da estrutura devido a um carregamento anormal, ela seja capaz de redistribuir os esforços para os demais elementos estruturais não danificados.
Que pontos devem ser observados para evitar o colapso progressivo das estruturas?
As ligações e as armaduras de amarração devem ser projetadas para resistirem a esses esforços. A amarração horizontal das vigas deve garantir a sustentação, em balanço, da estrutura circundante e, dessa forma, precisa estar firmemente conectada. A suspensão da estrutura acima da região danificada é assegurada por meio da instalação de tirantes verticais em todas as colunas e paredes, do térreo à cobertura. Além disso, as vigas devem apresentar resistência, deformabilidade e ancoragem suficientes para suportar a área danificada acima delas. É necessário, ainda, prevenir o desabamento dos pavimentos afetados sobre os inferiores - o colapso progressivo geralmente ocorre pelo efeito cumulativo da queda dos escombros dos pavimentos mais altos sobre os mais baixos. O atirantamento longitudinal ancorando os painéis das lajes à estrutura de apoio deve desempenhar essa função.
O que a indústria de pré-fabricados pode fazer para se tornar ambientalmente sustentável?
Atualmente a maior parte das atividades da construção civil ainda impõe ao ambiente um pesado ônus em termos de consumo de energia, uso de recursos naturais, poluição, ruídos e geração de resíduos. No contexto da construção sustentável, a indústria de pré-moldados na Europa vem dando exemplo: reduziu o consumo de materiais em 45%, o uso de energia em 30% e a geração de resíduos em 40%. Muitas fábricas estão reciclando todo o concreto - fresco e endurecido - perdido durante a produção, e, no futuro, as fábricas de pré-moldados trabalharão como um sistema de produção fechado, no qual todo o resíduo gerado será processado e reutilizado.
E na obra, o que é possível fazer?
No passado, e ainda hoje, as construções eram concebidas para um tipo de destinação claro e definido, sem muita preocupação com futuras restaurações ou mudanças de utilização. Entretanto, ao longo do tempo essas construções não atenderão às novas exigências dos usuários: a única solução que lhes restará será sua completa readaptação ou a demolição de toda a estrutura. Ambas as soluções são caras, despendem tempo e não são amigáveis ao meio ambiente. No futuro, isso se tornará mais difícil em função das cada vez mais severas regulamentações sobre geração de ruídos, resíduos, restrições de tráfego e outras inconveniências.

Como mudar essa prática?
A solução para o problema reside já na etapa de concepção do edifício. O projeto básico deve facilitar remodelagens e redestinações posteriores, sem a demolição da estrutura. Esse projeto deve distinguir claramente a parte estrutural do edifício de seu acabamento. A parte estrutural compreende todas as funções principais do edifício, como a estrutura submetida a cargas, os corredores principais, as principais tubulações. O acabamento compreende as divisórias, equipamentos técnicos, elementos de fachada não-estruturais etc.

Em termos de qualidade, quais os ganhos obtidos com as estruturas pré-moldadas comparadas às estruturas metálicas?
Em comparação com as estruturas metálicas, as estruturas em concreto pré-moldado têm algumas vantagens. Entre elas, a resistência de duas horas ao fogo sem qualquer outra proteção complementar, menor deformação das lajes protendidas em comparação com o steel deck e melhor isolamento acústico. Em Bruxelas, na construção de duas torres gêmeas - originalmente concebidas em estrutura metálica e steel deck -, a aplicação dos pré-moldados resultou não apenas em uma economia de 7% no custo da obra, mas também em uma execução na metade do tempo previsto.

Como é possível reduzir os custos de construção com pré-fabricados?
Todo sistema construtivo tem suas características que - as de alguns mais, as de outros, menos - influenciam o custo global da obra. A pré-fabricação é freqüentemente considerada por projetistas inexperientes como uma variante da moldagem in loco. Nessa abordagem, a pré-fabricação é tomada como um tipo de construção em que as partes separadas da estrutura são moldadas em fábricas especializadas e, posteriormente, montadas no canteiro de maneira tal que o conceito inicial de estruturas moldadas in loco é novamente obtido. Esse ponto de vista é falso e conduz a uma pré-fabricação menos racional e mais cara.
E para diminuir os custos de produção das peças, na etapa industrial?
Com a mudança do local de trabalho dos canteiros para as fábricas permanentes, será possível industrializar o negócio da construção civil. Produção industrial significa processos de fabricação racionais e eficientes, trabalhadores mais qualificados, repetitividade das ações, controle da qualidade etc. A competição e as demandas do mercado estão forçando a indústria a continuamente se empenhar pela melhora da eficiência e das condições de trabalho, por meio do desenvolvimento e inovação de produtos, sistemas e processos.
O que a indústria tem feito para garantir a resistência ao fogo dos pré-moldados?
A resistência ao fogo de elementos e estruturas pré-moldadas já foi bastante questionada por projetistas em função da falta de monolitismo e da percepção de que os elementos protendidos apresentariam pior comportamento sob o fogo. Para conseguir a certificação necessária de resistência ao fogo para seus produtos, a indústria de pré-fabricados foi forçada a realizar pesquisas e numerosos testes nos vários tipos de produtos. Entre eles, ensaios de vigas, pilares, paredes e lajes em fornos; testes em edifícios industriais inteiros; ensaios e análises teóricas de cisalhamento de lajes alveolares protendidas.

Quais foram os resultados?
Quando se toma o comportamento real da estrutura como um todo sob a ação do fogo, chegou-se à conclusão de que as estruturas pré-moldadas freqüentemente apresentam melhor resistência a deformações resultantes de expansão térmica do que as similares monolíticas. Isso ocorre, entre outros, em função do conceito específico de estabilidade das estruturas pré-moldadas, com suas ligações articuladas entre vigas e pilares. Hoje é usual que as estruturas pré-moldadas de concreto armadas e protendidas atinjam níveis de resistência ao fogo de 60 a 120 minutos. Para construções industriais, todos os componentes estruturais pré-moldados cumprem as exigências mínimas de resistência de 60 minutos. Para outros tipos de obras, resistências de 90 a 120 minutos são facilmente obtidas aumentando o cobrimento do concreto sobre a armadura.


Por: Arnold Van Acker (Revista Téchne)

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