A engenharia está vencendo os grandes vãos | Téchne

Projetos

A engenharia está vencendo os grandes vãos

Lajes e vigas com vãos de mais de 20 m já são comuns graças ao avanço do concreto protendido e ao desenvolvimento de materiais leves

Luiz Ciocchi
Edição 72 - Março/2003


Está em construção no estreito de Bósforo, na Turquia, uma ponte que mistura estrutura pênsil e estrutura estaiada, ligando o continente asiático ao europeu. A obra-de-arte conta com um vão de 3 km. No estreito da Sicília, na Itália, e em Gibraltar, entre Espanha e Marrocos, outras monstruosidades iguais a essa estão em estudo. A idéia dos grandes vãos está associada à funcionalidade, e a engenharia sempre buscou transcender os limites construtivos. Para conseguir vencer grandes distâncias, antes de tudo, é preciso evitar os materiais pesados. As técnicas permitem combinações de diversos componentes, cada vez mais leves. As pedras, usadas nas construções egípcias e na Idade Média, permitiam vãos muito pequenos, com no máximo 5 m, já que o material não resiste à tração e precisa trabalhar sob compressão. Posteriormente, começaram a surgir os arcos e as ogivas, ainda construídos em pedra. Quando a engenharia procurou outros materiais que suportassem melhor a tração, como a madeira, apareceram as pontes com grandes vãos, datadas do século XVIII. Apenas na revolução industrial, no começo do século XIX, com o uso do ferro e do aço, aparecem os vãos notáveis, com até 50 m. Atualmente, as técnicas evoluíram bastante e já é possível encontrar áreas cobertas com 10 mil m² livres de obstruções. Está no Japão a ponte pênsil Akashi Naikyo, com o maior vão livre do mundo: 1.991 m.

Os grandes vãos são mais comuns em pontes e viadutos, mas também são projetados em edifícios comerciais, pela necessidade de grandes áreas livres, e nos centros esportivos. "É importante não confundir grandes espaços abertos com grandes vãos, que é a distância livre entre pilares", lembra Marcelo Rozemberg, projetista estrutural e delegado regional de São Paulo da Abece (Associação Brasileira de Engenharia e Consultoria Estrutural).

A questão do custo-benefício é sempre muito presente. O bom senso deve ser levado em conta, já que é caro construir um grande vão, devido às técnicas aplicadas. A viabilidade depende da necessidade funcional. "O projetista estrutural deve discernir se o grande vão é necessário naquele projeto ou se é apenas vaidade criativa", alerta Rozemberg. Em alguns casos, os projetos arquitetônicos devem ser reestudados, como forma de baixar os custos. Em um shopping center, por exemplo, não se vai muito além de um vão de 12 m x 8 m, com apenas duas lojas entre pilares.

O maior problema de um grande vão é a deformação. Como não existe uma junta de dilatação (é uma peça inteiriça), as contrações e dilatações podem danificar o módulo. "A resistência não é mais problema, dada a qualidade do cimento e dos concretos", avalia Roberta Leopoldo e Silva, coordenadora de projetos da SVS. Para combater as deformações, recorre-se à protensão, ministrando-se inclusive contraflechas. "No projeto de grandes lajes alveolares, inclusive as nervuras são protendidas, procurando-se compensar flechas que resultariam de retração do concreto na capa de compressão. "Um grande vão é uma conquista, não um acidente. É planejado e exige o trabalho de uma grande equipe de especialistas, desde a pré-concepção até a finalização da construção, e envolve muita tecnologia", sintetiza Rozemberg.

Diversas técnicas possibilitam o trabalho com menos pilares. Geralmente, são feitos estudos de modulação, começando com um módulo básico de 8 x 8 m. São verificados os diversos custos de cada módulo e comparados entre si, buscando-se um equilíbrio entre funcionalidade e custo mínimo. É possível misturar vários métodos para vencer um grande vão.


Materiais e sistemas construtivos

Estrutura metálica

Quanto maior o vão nas edificações, mais interessante é o uso da estrutura metálica. Com lajes menos espessas o material proporciona leveza, é fácil de trabalhar, a montagem da estrutura é rápida e o canteiro é muito mais limpo. Diferentemente do concreto armado moldado in loco, a estrutura metálica não requer andaime. Em alguns casos, como a construção de um anexo hospitalar, é o recurso mais indicado.

Laje nervurada
É recomendada quando há necessidade de resistir a grandes sobrecargas. Para isso, é preciso que se empregue entre as nervuras um material leve e de grandes dimensões, que facilite a montagem e a concretagem da laje. Com esses materiais, resistentes, leves e incombustíveis, economizam-se aço e concreto, além de se reduzir o desperdício na obra. A laje pode receber diretamente o revestimento final, eliminando o uso de forros. Peças e acessórios podem ter fixação direta.

Laje pré-moldada com treliça
Tem ganhado espaço na construção civil. A técnica proporciona à laje maior rigidez e suporta cargas elevadas. O sistema construtivo permite substituir o uso das lajes pré-moldadas comuns e das lajes maciças ou protendidas. A tecnologia reduz o uso de fôrmas e escoramentos, racionaliza a execução e organização do canteiro de obras, reduz o custo com mão-de-obra e a montagem é muito mais rápida.

CAD (Concreto de Alto Desempenho)
Por ter grande resistência à compressão e mais durabilidade, o CAD permite reduzir a seção dos pilares e construir estruturas bastante esbeltas e com menor número de interferências. "Com o CAD, as áreas de garagem e os primeiros pavimentos ficam livres de tantos pilares", diz Eleana Taniguti, especialista de estruturas de concreto da ABCP (Associação Brasileira de Cimento Portland). As resistências do CAD já atingem cerca de 50% da resistência do aço comum.

Concreto pré-moldado
Pode ser protendido ou não. Indicado para projetos com geometrias especiais, canteiros com pouco espaço etc.

Madeira laminada
Com um centímetro de espessura cada, as "lâminas" de madeira são coladas sob pressão para formar peças estruturais leves e bastante resistentes. A madeira pode ser revestida com uma película de tecido leve, translúcido e impermeável, que tem a função de controlar a temperatura do material. "Como o tecido derrete em alguns pontos, o ambiente não vira uma panela de pressão, típica de uma estrutura rija, que impede a saída de fumos tóxicos", diz Rozemberg. Outra vantagem é a rapidez na construção. Os estádios-sede dos jogos da Copa do Mundo 2002 de Futebol são cobertos com estruturas desse tipo de madeira.



Edifício Yerchanik Kissajikian

Nos projetos dos grandes prédios comerciais evitam-se na medida do possível pilares centrais, para um layout livre e flexível. Para isso, é preciso substituir lajes maciças por lajes mais leves. A partir dessa idéia, o edifício de escritórios Yerchanik Kissajikian, da construtora Hocthief na avenida Paulista, em São Paulo, demandou vãos de 20 m e lajes de concreto protendido. O projeto ficou mais leve com o uso de lajes nervuradas, que diminuem o consumo de concreto e facilitam a passagem de dutos. Nos pavimentos-tipo do prédio, que tem pé-direito de 4 m, foi preciso protender as vigas. "Se não fossem protendidas, seria necessário aumentar a altura entre os pisos para fazer vigas mais altas", lembra o projetista Sérgio Vieira, diretor da SVS Projetos Estruturais. O prédio não poderia ser muito alto para não perder a viabilidade financeira. Com uma sobrecarga de 500 kg/m², a laje é apoiada em vigas protendidas. Foi utilizado o concreto de alto desempenho, o que melhorou o resultado final da geometria do edifício e proporcionou o alcance do módulo de elasticidade definido no projeto. A protensão ajudou também a dar mais velocidade à obra. "Foi possível subir uma laje por semana, porque a desenforma era rápida", lembra o projetista. Vieira destaca também que a protensão permitiu que o edifício tivesse juntas somente a cada 65 m, enquanto em edifícios convencionais é necessário executar juntas a cada 30 m. Quanto mais juntas, maiores os custos de construção e manutenção. As lajes do edifício são planas, com 50 cm de altura das nervuras. Nas garagens, onde o vão pôde ser diminuído, trocou-se o protendido pelo concreto armado, mais barato.


Nova Imigrantes

Nove viadutos fazem parte da pista descendente da Rodovia dos Imigrantes, com extensão total de 4.275 m. O maior deles tem 1.255 m de comprimento, com vãos livres de 90 m. A grande preocupação dos engenheiros que projetaram a pista, na Serra do Mar, entre a capital e o litoral de São Paulo, foi com o meio ambiente. "Todos os insumos para construção dos pilares chegavam por cima, assim como a superestrutura. Não foram abertas trilhas na Mata Atlântica", lembra José Carlos Cassaniga, da Ecovias. Em função do clima de serra e das chuvas freqüentes, foram utilizadas juntas de dilatação especiais, já que o concreto, com 40 MPa, chegaria a dilatar cerca de 40 cm se não existissem juntas na extensão de 1.200 m. Um outro problema da Serra do Mar são as regiões chamadas de "talos", coberturas de solo que têm algum tipo de movimentação. "O deslocamento é lento, mas cada milímetro gera novos esforços no pilar", diz Alberto Maionchi, diretor de engenharia da Ecovias. A solução foi colocar anéis de proteção construídos em concreto armado, envolvendo a parte superior dos tubulões (ver Soluções Técnicas, pág. 16).
Para as fundações, os tubulões a céu aberto e a ar comprimido foram as opções utilizadas em maior escala. Os tubulões a ar comprimido foram a opção mais adequada para a baixada, devido à presença do lençol freático. Os tubulões têm de 1,2 a 2,8 m de diâmetro e entre 10 e 25 m de comprimento. Na construção dos pilares dos viadutos situados em áreas do planalto, a solução escolhida foi a que conjuga a utilização de pilares celulares com os de dupla parede. Nesses pilares, que possuem até 56 m de altura, a estrutura celular é usada até um determinado ponto, e é complementada por parede dupla nos 25 m finais.Três diferentes metodologias foram utilizadas na superestrutura dos viadutos: vigas lançadas, balanços sucessivos e tabuleiro empurrado. A técnica das vigas lançadas, a mais comum das três, consiste no lançamento por meio de guindastes das vigas fabricadas ao lado da obra. Pelo método dos balanços sucessivos, as treliças partem de cima dos pilares, avançando simultaneamente em ambos os lados, rumo ao meio do vão. Na metodologia do tabuleiro empurrado, a concretagem da plataforma é executada em módulos de 25 m. Os módulos são posteriormente empurrados por pistões hidráulicos para cima dos pilares, empregando-se aparelhos de apoio revestidos com teflon, o que garante atrito quase zero. "Um dos viadutos empurrados tem 400 m em curva, o que demandou um raio constante", lembra Alberto Maionchi. Segundo os engenheiros, o tabuleiro empurrado permite uma maior produtividade em relação aos demais métodos construtivos. Os tabuleiros dos viadutos têm largura de 15 m, com três faixas de tráfego, mais acostamento


MASP

O Museu de Arte de São Paulo Assis Chateaubriand, mais conhecido como Masp, foi inaugurado em 2 de outubro de 1947, por Assis Chateaubriand, fundador e proprietário dos Diários e Emissoras Associados, e pelo professor Pietro Maria Bardi, jornalista e crítico de arte na Itália. Lina Bo Bardi, arquiteta modernista italiana e esposa de Bardi, foi quem concebeu o projeto arquitetônico do museu. O terreno, na avenida Paulista, centro de São Paulo, havia sido doado ao município com a condição de que a vista do centro da cidade, a partir do parque Trianon, fosse mantida. Lina Bardi não só consegiu preservar a vista como criou uma estrutura única no mundo. O corpo principal do prédio, com vão livre de 74 m, está pousado sobre quatro pilares laterais. O desafio estrutural de projetar o Masp foi aceito por José Carlos de Figueiredo Ferraz, ex-prefeito de São Paulo. O edifício foi construído de 1956 a 1968, e inaugurado em 7 de novembro de 1968, com a presença de Elizabeth II, Rainha da Inglaterra. Em 1999, o prédio passou por reformas. Foram realizadas a reprotensão das vigas de sustentação, recuperação estrutural, impermeabilização da cobertura, reforma da caixilharia, troca de vidros, colocação de película de proteção contra raios ultravioleta, troca do sistema de persianas, nivelamento e troca do piso, troca de todo sistema de eletricidade, iluminação, ar-condicionado e a colocação do segundo elevador de acesso. Devido ao crescimento das exposições, o saguão de 3,5 mil m² ficou pequeno e pouco utilizado. No entanto, a intenção principal da obra foi alcançada: a vista para o centro da cidade está mantida.
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