Museu do Amanhã, no Rio de Janeiro, tem cobertura metálica móvel com balanços de até 70 m

Uma das principais obras do programa Porto Maravilha é um edifício com grandes desafios de engenharia. O Museu do Amanhã, concebido pelo arquiteto espanhol Santiago Calatrava, tem estrutura de concreto com um formato curvilíneo único, além de uma cobertura metálica com balanços de 70 m e 65 m.

O museu faz parte do programa da Prefeitura do Rio de Janeiro de revitalização da região portuária, que engloba a demolição do Elevado da Perimetral, readequação de vias, implantação de VLT, construção do Museu de Arte do Rio (MAR) e requalificação da Praça Mauá, além da construção do próprio museu.

O grande destaque arquitetônico/construtivo é a cobertura. O projetista Flavio D’Alambert, da Projeto Alpha Engenharia de Estruturas, explica que essa estrutura metálica, que tem mais de 330 m de comprimento, é ancorada somente em dois pontos fixos – os demais apoios permitem deslocamentos horizontais, evitando a introdução de esforços devido ao trabalho de dilatação do conjunto. Pelo trabalho, o engenheiro conquistou o Prêmio Talento Engenharia Estrutural 2015, na categoria Obras Especiais, organizado pela Associação Brasileira de Engenharia e Consultoria Estrutural (Abece).

RESUMO DA OBRA
Museu do Amanhã
Localização: Rio de Janeiro
Área total: 33.000,77 m²
Área construída: 18.240,95 m²
Tamanho da estrutura: 338,34 m de comprimento e 20,85 m de altura
Quantidade de concreto: 22 mil m³
Aço (CA50/CA60): 3,1 mil t
Peso da cobertura metálica: 3.810 t
Placas fotovoltaicas: 5.492
Espelho d’água: 9.200 m²
Funcionários: 1.200 no pico das obras (diurno e noturno)

Museu localiza-se próximo à região portuária do Rio de Janeiro

O desenho da cobertura foi inspirado nas bromélias, plantas nativas da Mata Atlântica que Calatrava conheceu em visita ao Jardim Botânico. Suas laterais são compostas por treliças inclinadas de altura variável, e o conjunto forma um monobloco treliçado.

Uma maquete da estrutura foi testada no laboratório de vento do Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado de São Paulo (IPT). Foi feito ensaio de carregamento estático na cobertura e nas fachadas para dimensionamento de esquadrias.

“Foram 300 tomadas de pressão”, explica Gilder Nader, engenheiro do túnel de vento do IPT, onde os ensaios foram realizados. Cada tomada de pressão contém um sensor ligado ao computador, que forma um mapa de carregamentos que é encaminhado aos projetistas. “Sabemos que os pontos críticos são nas quinas, por conta das altas sucções”, continua o engenheiro.

Museu localiza-se próximo à região portuária do Rio de Janeiro

Como a edificação se encontra em um píer, cercada de mar por três lados, exceto a entrada pelo continente, foram feitas simulações de vento tanto para região de mar quanto terreno urbanizado. “Em terreno com edificações de 25 m, o vento tem outras características, mudam as turbulências [em comparação com o mar]”, conta Nader.

Desenvolvido pelo escritório Engeti Consultoria e Engenharia, o projeto da estrutura de concreto – que também conquistou o prêmio da Abece na categoria Destaque do Júri – foi verificado com modelagem computacional. Devido às curvaturas e inclinações do projeto, o comportamento da estrutura não era intuitivo. As modelagens ajudaram a determinar o seu modelo matemático representativo, o que possibilitaria o levantamento dos esforços solicitantes, tensões e deformações, e, consequentemente, o dimensionamento e o detalhamento
do projeto.

Foram usados desde modelos simples, aproximados com elementos de barras, até mais complexos, com elementos de casca e elementos sólidos. Os projetistas empregaram os softwares Strap, TQS, Midas e SAP200, além de um pós-processador do SAP para integração das tensões.

As modelagens ajudaram a determinar o modelo matemático representativo da estrutura de concreto, o que possibilitaria o levantamento dos esforços solicitantes, tensões e deformações, e, consequentemente, o dimensionamento e o detalhamento do projeto
As peças que chegavam ao píer tinham até 20 m de comprimento e compunham módulos de até 100 t. Eles eram levados por um pórtico, que percorria o canteiro de ponta a ponta, até o local exato de montagem da estrutura

Montagem desafiadora
Localizado em um píer na Praça Mauá, o Museu do Amanhã lança-se sobre a Baía de Guanabara. Circulado por água, ele acaba se destacando na paisagem, mesmo com a restrição de altura de 18 m para não prejudicar a visibilidade dos imóveis tombados na área – a igreja e mosteiro de São Bento, fundados em 1590 e declarados patrimônio da humanidade pela Unesco.

Essa posição privilegiada permitiu a exploração funcional das quatro fachadas do edifício e até da cobertura, como uma quinta fachada. Ela desce pelas laterais, filtrando parte da luz, e seus balanços, um com 70 m junto à praça e outro com 65 m ao lado da Baía, formam um abrigo ao visitante.

Por outro lado, devido à proximidade com o mar, foi necessário projetar a proteção adequada de acordo com a norma ISO 12944-1:1998 Paints and Varnishes – Corrosion Protection of Steel Structures by Protective Paint Systems (Tintas e Vernizes – Proteção Contra a Corrosão de Estruturas de Aço com Sistemas de Pintura), além da especificação de aços patináveis para viabilizar o uso do metal. Para atingir menor absorção do calor, a estrutura metálica foi pintada de branco. “Com o revestimento térmico, seu desempenho se compara ao de telhas de aço em grandes coberturas”, afirma Flavio D’Alambert.

A estrutura da cobertura foi feita com perfis do tipo caixa com dimensões de 1 m x 1 m até 1 m x 1,5 m. Para a execução, foram implantadas duas fábricas no canteiro, uma em cada cabeceira da obra, sobre o píer. “O local dificultou a logística, transporte e montagem das peças. Poucas empresas se encaixavam no perfil necessário”, conta D’Alambert.

Estrutura de concreto foi dividida em quatro partes, com três juntas de dilatação intermediárias

As peças que chegavam ao píer tinham até 20 m de comprimento e compunham módulos de até 100 t. Eles eram levados por um pórtico, que percorria o canteiro de ponta a ponta, até o local exato de montagem da estrutura. “Quando a obra entrou em ‘velocidade de cruzeiro’, a cada duas semanas avançava um módulo”, conta André Pestana, da Martifer, empresa responsável pela fabricação e montagem da cobertura e caixilhos.

Devido ao formato e ao comportamento estrutural, foram executados muitos enrijecimentos localizados, explica D’Alambert. “As peças tipo caixa podem sofrer o efeito de flambagem local, devido à grande dimensão, portanto foram soldadas chapas internas para prevenir este efeito indesejável.” As soldagens foram acompanhadas por um rígido controle de execução: além da vistoria visual, foram feitos testes de líquido penetrante nas soldas de filete e ultrassom nas soldas de penetração total. O corpo rígido também foi fundamental para que a deformação da estrutura fosse compatível com a dos vidros da fachada, salienta Pestana.

Um ponto que exigiu extremo cuidado na obra, e que foi planejado desde o projeto, foi o descimbramento da estrutura metálica. A cobertura, explica Pestana, foi fabricada com uma contraflecha, que seria compensada após a remoção dos escoramentos, com a acomodação dos carregamentos do peso próprio.

O procedimento demorou dois dias para cada lado do balanço, conta o presidente da concessionária Porto Novo, José Renato Ponte, que acompanhou toda a obra. “Retiramos as escoras aos poucos, com medições de topografia, monitoramos o conjunto de soldas, dos pilares e das paredes, se estavam dentro do especificado em projeto. Também foram levadas em consideração as condições de vento”, relata. Primeiro foi feito descimbramento no lado do continente. Quando essas escoras foram retiradas e esse lado da estrutura ficou em balanço, a parte próxima ao mar estava em fase de conclusão. “Felizmente funcionou muito bem”, conta Ponte.

Desafios concretos
No início do projeto, cogitou-se apoiar a edificação na estrutura do Píer Mauá, construído em 1948. Ela é composta por laje de alívio, dolfins, enrocamento e cavaletes constituídos por pares de estacas pré-moldadas inclinadas. No entanto, após a avaliação das fundações, constatou-se que algumas estacas estavam seccionadas, trincadas ou fissuradas, o que comprometeria o seu desempenho. “Por sua idade e pelo tipo de manutenção realizada, não era indicado usar sua estrutura. Então, as fundações do museu são estacas independentes”, diz Ponte. Foi necessário vencer os cerca de 20 m de enrocamento para as fundações atingirem a camada de rocha.

Se, no projeto original, estavam previstas entre 400 e 500 estacas, nas novas condições de projeto foi necessário executar 2.500, sendo 1.500 estacas metálicas, com profundidade média de 20 m, e 1 mil estacas-raiz, a 18 m. “Informações importantes só foram definidas durante a obra”, explica Ponte. Um exemplo foi a carga da museografia. O Museu do Amanhã tem um conteúdo voltado à exploração de possibilidades futuras, e por isso não apresenta uma museografia convencional, como quadros em paredes ou cavaletes, mas sim equipamentos tecnológicos pesados. “Continuamos fazendo estaca-raiz enquanto já se concretava uma parte do prédio.”

Na sequência normal de obra, após a execução das fundações, começaram a ser feitas as lajes do subsolo, a laje em terra e os pilares. As partes da estrutura metálica vinham chegando e sendo montadas ainda com concretagem acontecendo.

A cerca de 3 m abaixo do nível do mar, a laje do subsolo seria protendida, segundo o projeto inicial, para vencer os vãos e os esforços provenientes da subpressão. “Quando o consórcio executor entrou na obra, foi solicitado um estudo para eliminação da protensão, para agilidade, e chegamos na espessura de 60 cm vinculada com estacas secantes e três níveis de piso acabado”, conta Fabrício Tardivo, da Engeti Consultoria e Engenharia.

A estrutura foi dividida em quatro partes, ou seja, com três juntas de dilatação, para combater os esforços de retração e a variação de temperatura. O pavimento térreo recebeu uma laje de concreto armado, com aproximadamente 200 m de comprimento e espessura média de 25 cm.

As paredes da edificação também são feitas de concreto armado. “Fizemos quase 300 etapas de concretagem, com dificuldades de colocar as fôrmas na posição correta e a armação, por conta da densidade de aço”, explica Ponte. A taxa de armadura foi de 250 kg/m³ de concreto. Utilizou-se concreto fck 50 MPa nas paredes, pilares e galeria técnica e fck 30 MPa nas lajes e vigas.

A laje do segundo pavimento, que abriga a exposição principal, foi protendida para suportar as cargas da museografia, de até 10 kN/m², e manter as características do projeto de arquitetura, que apresenta vãos de até 27 m e um balanço, ao lado do mar, de 15 m.

Neste pavimento encontra-se o “teto” do auditório, com forma oval e vãos de 27 m (direção longitudinal) e 24 m (direção transversal). Este trecho de laje é nervurado, com 60 cm de espessura, em caixão perdido e protendido nas duas direções.

Já na entrada do museu há estrutura em balanço, chamada pelos projetistas de “gota”. Esta estrutura é suportada pela laje do segundo pavimento, é maciça e protendida transversalmente.

Ainda no segundo pavimento, na região sobre a área do café, com vista para a Baía de Guanabara, a laje é nervurada em caixão perdido e protendida, com 40 cm de espessura, sendo suportada por uma viga curva com seção transversal no formato de V. Este andar se liga às abóbadas do edifício, elementos curvos que demandaram detalhamento preciso e acompanhamento rigoroso na execução. Fabíola Amaral, arquiteta da Companhia de Desenvolvimento Urbano da Região do Porto do Rio de Janeiro (CDURP), que supervisiona as obras, conta que as fôrmas tinham o recorte para a instalação das luminárias, que são embutidas, e foram encomendadas sob medida. Mesmo as demais fôrmas são específicas, com um desenho diferente, praticamente sem reutilização.

Execução da estrutura de concreto com paredes curvilíneas teve quase 300 etapas de concretagem, com dificuldades de montagem das fôrmas e da densa armação, cuja taxa era de 250 kg/m³ de concreto
O museu também terá sistemas para redução do consumo de água para obter a certificação Leed na categoria Ouro

Há ainda um mezanino, composto por uma laje de 30 cm, com trechos suspensos por tirantes e rampas com balanços de 4 m. “Na região das atividades educacionais, devido à exigência de vão livre, adotamos tirantes de concreto armado vinculados à laje do segundo pavimento”, conta Tardivo.

Acompanhando o segundo pavimento longitudinalmente, há duas galerias técnicas, uma de cada lado da estrutura. As galerias recebem parte do carregamento da cobertura metálica, com vãos de até 35 m e formato complexo, também curvo. Essa estrutura funciona como uma viga caixão, com almas de alturas entre 1,5 m a 4 m, e mesas curvas, sendo feita de concreto protendido. “Trabalhamos com protensão longitudinal nas paredes verticais, na laje inferior extremamente curva e na laje superior”, explica Tardivo.

“A compatibilização de todas as disciplinas foi muito complexa, por isso o projeto foi desenvolvido em BIM”, conta Fabíola. “São muitas disciplinas, é um museu muito tecnológico, com automação que tem que funcionar perfeitamente. Há o escritório de arquitetura, mais 33 escritórios realizando assessoria e projetos complementares, e outros 20 escritórios desenvolvendo a museografia.”

O museu também terá sistemas para redução do consumo de água. A água da chuva será aproveitada para irrigação e descarga nos vasos sanitários, atingindo um consumo de 70% de água de reuso. A água do mar, que tem temperatura baixa, também será aproveitada no sistema de ar-condicionado. Ela passará por tratamento, utilização, depois segue para uma cascata na área do museu. A cascata auxilia no rebaixamento da temperatura, e a água volta ao mar na temperatura original e tratada: “É um exemplo de como, com um pequeno esforço, fazemos nossa cota para ter uma baía mais limpa”, compartilha o arquiteto Santiago Calatrava.

A partir dessas e de outras medidas de redução do impacto ambiental, o Museu do Amanhã está pleiteando a certificação Leadership in Energy and Environmental Design (Leed) Ouro.

FICHA TÉCNICA
Arquitetura: Santiago Calatrava (concepção)/Ruy Rezende Arquitetura (desenvolvimento do projeto de arquitetura e gerenciamento); detalhamento e projeto BIM: Fernandes Arquitetos Associados; construção: Consórcio Porto Novo; projeto da estrutura metálica da cobertura: Projeto Alpha; projeto de esquadrias de alumínio e vidros: QMD Consultoria e Projetos; fabricação e montagem das estruturas metálicas: Martifer; projeto da estrutura de concreto: Engeti; manutenção de fachada: PB; sistema fotovoltaico: Ebea; projeto de acústica: Harmonia Acústica; consultoria de sustentabilidade Leed: Casa do Futuro; tratamento de água de reúso: Planep; tratamento de água do mar: Aqualar.

Aletas móveis
A estrutura principal da cobertura metálica é o veio central, que contém 48 asas – 12 laterais na fachada oeste, 12 laterais na fachada leste e 24 superiores. Cada asa tem de 20 a 30 aletas móveis, somando 1.380 desses elementos, que têm de 2 m a 24 m de comprimento. As aletas móveis – outra inovação do projeto – carregam em sua face superior 5.492 unidades de painéis de células fotovoltaicas, divididos em 24 módulos, e produzem 247,9 MWh/ano. Elas se movimentam conforme a orientação solar para otimizar a geração de energia – somadas, as cargas das aletas e dos painéis somam 1,2 tf de estruturas dinâmicas. O movimento é realizado por conjuntos de macacos hidráulicos, que acionam 184 pistões interligados num único eixo de cada lado, e este eixo movimenta as aletas. O controle é automatizado, embora possa ser operado manualmente.

Composição da estrutura de concreto

Por Luciana Tamaki

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