O uso de estruturas de aço para edifícios de múltiplos pavimentos no Brasil

Caio Marranghello Mingione

Engenheiro civil, mestre em engenharia, Escola Politécnica da USP

Ubiraci Espinelli Lemes de Souza

Engenheiro civil, doutor e livre docente em engenharia, professor do Departamento de Engenharia de Construção Civil da Escola Politécnica da USP, diretor da Produtime e da Indicon Gestão e Tecnologia


Na última década, com a busca cada vez maior pela industrialização da construção, o uso de estruturas de aço – ou híbridas e mistas de aço e concreto – para a execução de edifícios de múltiplos pavimentos ganhou maior relevância frente às tradicionais estruturas de concreto armado, amplamente difundidas no país.

O método construtivo de edifícios estruturados de aço não é, por si só, inovador. De fato, edifícios estruturados de aço são construídos na Europa e nos Estados Unidos desde o século XIX. No Brasil, os primeiros edifícios de aço surgiram na segunda metade do século XX, podendo-se citar como exemplos o Edifício Garagem América, de 1957, em São Paulo, edifícios da Esplanada dos Ministérios, de 1958, em Brasília, e o Edifício Avenida Central, de 1961, no Rio de Janeiro (BELLEI et al., 2008).

No entanto, com o boom do mercado imobiliário observado entre os anos de 2007 e 2013, muitas empresas construtoras e incorporadoras, que nunca haviam produzido seus edifícios com estrutura de aço, buscaram experimentar o uso dessa tecnologia, visando a potenciais ganhos financeiros e de prazo. Essa mudança marcou uma inovação dentro da cultura de construir dessas empresas, e a estrutura de aço acabou por se revestir de uma áurea inovadora junto ao mercado de construção.

No entanto, é inegável que a forma na qual as soluções para estruturas de aço se apresentam no mercado de hoje é diferente da observada no passado. Dentre as principais evoluções incorporadas nos anos recentes, devem ser mencionadas: a disseminação de tecnologias de construção industrializadas para os demais subsistemas do edifício, em especial as vedações, que permitem maior sinergia com a estrutura de aço; a automatização das fábricas de estrutura de aço, com a introdução de equipamentos CNC, aumentando sua capacidade produtiva; a maior gama de produtos da indústria de aço nacional voltada para esse segmento, em especial os perfis laminados e os aços especiais; a evolução dos referenciais normativos, em especial a incorporação das estruturas híbridas e mistas de aço e concreto na NBR 8800:2008; o crescimento e desenvolvimento da cadeia produtiva, com a diversificação e a qualificação de seus agentes, com o fortalecimento institucional (por exemplo, o surgimento do Centro Brasileiro da Construção em Aço – CBCA, em 2002) e com a criação de cursos de formação na área.

Por outro lado, observa-se que ainda existe um enorme potencial para o aumento do uso das estruturas de aço para edifícios no país. Segundo Faleiros et al. (2012), o consumo brasileiro de estruturas metálicas na construção civil está próximo de 5 kg anuais por habitante, sendo que esse número chega a 20 kg por habitante na Inglaterra e a 30 kg por habitante nos Estados Unidos.

Este artigo tem por objetivo apresentar a cadeia produtiva e as características tecnológicas e construtivas das estruturas de aço para a produção de edifícios de múltiplos pavimentos atualmente disponíveis no Brasil. Como método de pesquisa, utilizou-se basicamente de pesquisa de campo – por meio de visitas e coletas de dados em obras e empresas -, pesquisa documental – isto é, da obtenção de dados oriundos de fontes primárias, em especial projetos e registros de obras – e pesquisa bibliográfica.

Esquema representativo da cadeia produtiva das estruturas de aço

A cadeia produtiva brasileira

Diversos produtos de aço são utilizados na construção civil, seja com função estrutural (como vergalhões e perfis para estruturas), seja não estruturais (como tubulações). A indústria de aço brasileira tem como seu principal cliente a construção civil, que correspondeu a 39,1% do consumo desse insumo em 2014 (INSTITUTO AÇO BRASIL, 2016).

A Figura 1 apresenta uma representação esquemática da cadeia produtiva do segmento de estruturas de aço no país, com destaque para os dois principais agentes da cadeia: a indústria siderúrgica e os fabricantes de estruturas. O parque produtor da indústria siderúrgica brasileira é constituído por 29 usinas, administradas por 11 grupos empresariais, que se caracterizam por serem de grande porte. Os aços são comercializados pelas indústrias nas formas de produtos semiacabados (como placas, blocos e tarugos), produtos planos (chapas e bobinas) e produtos longos (barras, perfis laminados, fio máquina, vergalhões, trefilados e tubos sem costura) (INSTITUTO AÇO BRASIL, 2016).

Em se tratando dos fabricantes de estruturas, observa-se um cenário bastante diferente, com um mercado altamente pulverizado, indo desde pequenas serralherias até fábricas de grande porte. Segundo Faleiros et al. (2012), em 2009 as sete principais empresas fabricantes de estruturas de aço do país não chegavam a 46% de market share. No entanto, deve-se considerar que relativamente poucas empresas desse mercado atuam na execução de estruturas de aço de grande porte, e ainda menos atuam na construção de edifícios de múltiplos pavimentos, que exige um know-how específico.

Uma questão interessante de se pontuar é a diferença entre o mercado brasileiro e o americano com relação aos distribuidores. Nos Estados Unidos existe uma forte presença de Centros de Serviços – depósitos para estocagem ou pré-processamento das estruturas metálicas – pelos quais passam cerca de 65% dos materiais estruturais antes de chegarem ao fabricante de estruturas. Sua atuação minimiza a volatilidade dos preços do aço, otimiza a infraestrutura para armazenagem e diminui a necessidade de capital de giro dos fabricantes (FALEIROS et al., 2012). A forte presença desse tipo de agente na cadeia é reflexo de um mercado mais amadurecido, e representa um potencial desenvolvimento para a cadeia brasileira.

Aspectos tecnológicos

As estruturas de aço para edifícios de múltiplos pavimentos são formadas por componentes de aço estrutural, fornecidos diretamente pela indústria siderúrgica ou produzidos nas fábricas de estruturas. O arcabouço normativo brasileiro referente aos materiais, componentes e dimensionamento de estruturas de aço encontra-se hoje bem desenvolvido. No entanto, observa-se no mercado que permanecem presentes especificações que tomam como base as normas internacionais, em especial as americanas e europeias. A Tabela 1 apresenta as principais normas brasileiras atualmente disponíveis.

Dentre os principais componentes de aço estrutural utilizados na montagem de estruturas de aço, destacam-se: chapas de diferentes espessuras; perfis de diferentes formas, dimensões, espessuras, seções transversais e processos de fabricação (laminados, formados a frio, soldados, soldados alveolares, compostos, tubulares com e sem costura, calandrados); barras de diferentes dimensões e seções transversais; componentes para ligações, como soldas, parafusos, conectores, chumbadores, enrijecedores, entre outros; fôrmas incorporadas (steel deck).

Em se tratando dos sistemas estruturais para edifícios de múltiplos pavimentos estruturados de aço, os sistemas mais usuais são aqueles compostos na forma de pórtico tridimensional, isto é, pilares e vigas formam pórticos que se conectam em diferentes direções. Nesse tipo de sistema, a estabilidade da estrutura deve ser garantida por meio de contaventamentos, que podem ser formados por pórticos com travamentos, pórticos com nós de maior rigidez ou núcleos e paredes rígidas. No entanto, são possíveis outros tipos de sistemas estruturais, dependendo das necessidades arquitetônicas do edifício. As ligações entre peças de aço estrutural podem ser soldadas ou parafusadas (ou uma combinação das duas), formando arranjos que conferem à ligação uma maior ou menor rigidez.

No caso das lajes desses edifícios, elas são sustentadas pelas vigas primárias e secundárias, havendo diversas opções para sua constituição, conforme pontuado por Dias (1997). No caso dos edifícios de múltiplos pavimentos construídos no Brasil, nota-se uma predominância de lajes mistas com fôrma metálica incorporada ou lajes compostas por elementos de concreto pré-moldados.

Segundo Vasconcelos (2016), para edifícios verticais altos de múltiplos pavimentos, é comum encontrar soluções estruturais mais viáveis economicamente ao se associar os perfis de aço a elementos de concreto, formando estruturas híbridas e mistas. De fato, observa-se que grande parte dos edifícios construídos no país nos últimos anos seguiu esse partido estrutural, associando o pórtico tridimensional de aço com lajes e núcleo de concreto.

Ainda, é importante destacar que estruturas de aço requerem cuidados especiais em relação à proteção contra incêndio e proteção contra corrosão. Para a primeira, é comum observar-se nas obras brasileiras o revestimento dos elementos de aço aparentes com materiais de proteção passiva à base de argamassas. Para a proteção contra a corrosão, as principais soluções observadas para componentes de aço em ambiente agressivo são a aplicação de sistema de pintura anticorrosiva ou a galvanização de componentes específicos.

O uso de revestimento de concreto também aparece com frequência, combinando sua função estrutural com a função de proteção contra incêndio e corrosão.

Aspectos construtivos

O processo de produção de estruturas de aço para edifícios pode ser sintetizado em três momentos principais: 1) a fabricação da estrutura, envolvendo uma sequência de operações para a produção dos componentes da estrutura; 2) o transporte da fábrica até o canteiro de obras; 3) as operações em obra, que culminam na montagem propriamente dita da estrutura.

A produção da estrutura de aço de um edifício em obra envolve diferentes serviços, que variam em termos das soluções tecnológicas e construtivas adotadas. Assim, a execução da estrutura pode envolver não apenas a montagem de um reticulado de aço, mas também de elementos de concreto, no caso de se adotarem sistemas estruturais mistos ou híbridos, a execução dos sistemas de laje e a aplicação de pintura anticorrosiva e proteção passiva contra incêndio.

O serviço de montagem do reticulado de aço é, em geral, o que confere o ritmo de execução da estrutura. No entanto, é importante ter em mente que os demais serviços interferem diretamente na execução do reticulado, devendo ocorrer em sinergia com este (MINGIONE, 2015). A Figura 2 ilustra as diferentes atividades que compõem o processo de montagem do reticulado, conforme observado em obras no país.

Os equipamentos de içamento são parte fundamental na montagem das estruturas de aço, ditando o ritmo da montagem. Para edifícios de múltiplos pavimentos, observa-se mais frequentemente o uso de gruas fixas ou ascensionais.

Processo de montagem do reticulado de aço de um edifício

Diferentes sistemas estruturais podem demandar diferentes planos de montagem – isto é, sequência das peças a serem montadas, trajetória das peças, tipos e quantidades de equipamentos, tamanho e divisão da equipe, forma como são desenvolvidas as diferentes tarefas e interfaces com as demais etapas e serviços. Mais do que isso, diferentes projetos, mesmo que adotando um mesmo sistema estrutural, podem ser planejados diferentemente, uma vez que fatores como, por exemplo, a geometria, o porte, a localização do edifício, o arranjo do canteiro de obras, o prazo da montagem e a disponibilidade de equipamentos e mão de obra podem suscitar diferenças no plano de montagem. Outra questão importante de ser mencionada é que, mesmo dentro de uma mesma obra, podem surgir diferenças em função do tipo de pavimento: saída da fundação, subsolos, pavimentos atípicos ou pavimentos tipo (MINGIONE, 2015).

No Brasil, as estruturas dos edifícios de múltiplos andares costumam ser constituídas pavimento por pavimento, através da união de vigas e pilares em níveis sucessivos. Em geral, observam-se algumas premissas para a sequência de montagem (MINGIONE, 2015): as peças são montadas em função da hierarquia do apoio – primeiro os pilares, seguidos das vigas principais e depois das vigas secundárias; deve-se observar o trajeto das peças: peças anteriormente montadas não devem obstruir o acesso das seguintes, seja por interceptar o equipamento de içamento, seja por impedir a passagem da próxima peça no trajeto entre o solo e a posição final; a equipe de montagem deve ter um caminho seguro para alcançar o ponto de ligação da peça ao restante da estrutura; deve-se pensar na estabilidade da estrutura em processo de montagem, ou seja, é interessante iniciar a estrutura pelos pórticos de maior rigidez (pórticos de contraventamento ou ligados ao núcleo ou paredes de concreto), ou fazer uso de estruturas de contraventamento provisórias.

A montagem pavimento por pavimento apresenta a vantagem de permitir que os demais serviços da obra (vedações, revestimentos, instalações etc.) sejam executados de modo mais racional. Entretanto, outras sequências para montagem de edifícios são possíveis.

No caso de execução de lajes e de elementos em concreto de estrutura híbrida ou mista, deve-se atentar para o momento de execução desses elementos em relação à montagem do reticulado de aço, uma vez que a estabilidade da estrutura é obtida pelo conjunto. Assim, por exemplo, provavelmente não é possível executar um núcleo de concreto de um edifício inteiro para apenas depois iniciar o reticulado, nem o contrário. Dessa forma, pode haver limitações quanto à distância entre o pavimento no qual as peças de concreto estão sendo executadas para o pavimento no qual está sendo montado o reticulado, e um atraso em um serviço pode implicar a paralisação do outro.

Apresenta-se a seguir um levantamento da produtividade da mão de obra na execução de estruturas mistas e híbridas de aço e concreto para edifícios de múltiplos pavimentos, com base em cinco obras executadas no Brasil. Essas obras constituíram estudos de caso anteriormente apresentados por Mingione (2015), mas somam-se agora novos dados coletados especificamente no âmbito deste trabalho e índices publicados pelo TCPO (2008), de forma a permitir a composição de indicadores de produtividade para os diferentes serviços que compoem a execução das estruturas. Os valores de Hh/m2 construído são apresentados em faixas de variação, com valor mínimo, mediano e máximo, para cada serviço que compõe a execução das estruturas, conforme o conceito de produtividade variável apresentado por Souza (2006).

As cinco estruturas consideradas são formadas por reticulados em pórticos tridimensionais de aço e lajes com forma de aço incorporada (tipo steel deck), pilares mistos revestidos ou preenchidos de concreto e núcleo de concreto. Foram consideradas as atividades de montagem do reticulado (vigas e pilares de aço), montagem do steel deck, montagem das formas de pilares e núcleo (pré-fabricadas), armação da laje, pilares e núcleo (aço pré-cortado e pré-dobrado) e concretagem de laje, pilares e núcleo. Apresenta-se ainda fotos ilustrativas das obras consideradas no estudo.

Considerações finais

O uso de estruturas de aço, em especial quando associadas a elementos de concreto formando arranjos híbridos e mistos, é uma alternativa para a execução de edifícios de múltiplos pavimentos que vêm ganhando espaço no país nos últimos anos.

Atualmente, o mercado brasileiro não apresenta entraves em termos de viabilidade técnica à adoção desse partido estrutural – o país apresenta uma cadeia produtiva organizada, arcabouço normativo bem estabelecido, soluções tecnológicas e procedimentos construtivos que permitem a execução de edifícios com bons índices de produtividade. Deve-se, portanto, cada vez mais considerar a possibilidade da adoção desse partido estrutural em projetos de edifícios, estudando caso a caso a viabilidade econômico-financeira de tal solução.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

BELLEI, I.H.; PINHO, F.O.; PINHO, M.O.; Edifícios de múltiplos andares em aço.
2. ed. São Paulo: PINI, 2008. 559 p.

DIAS, L. A. M.; Estruturas de aço: conceitos, técnicas e linguagem.
9. ed. São Paulo: Zigurate Editora, 1997. 316 p.

FALEIROS, J. P. M.; JUNIOR, J. R. T.; SANTANA, B. M.; O crescimento da indústria brasileira de estruturas metálicas e o boom da construção civil: um panorama do período 2001-2010.
[S.I.]: BNDES Setorial 35, 2012. p. 47-84.

INSTITUTO AÇO BRASIL. Relatório de Sustentabilidade 2016.
Rio de Janeiro: IAB, 2016.

MINGIONE, C. M.; Produtividade na montagem de estruturas de aço para edifícios.
Dissertação (Mestrado) – Escola Politécnica, Universidade de São Paulo, São Paulo, 2015.

SOUZA, U. E. L.; Como aumentar a eficiência da mão-de-obra – manual de gestão da produtividade na construção civil.
São Paulo: PINI, 2006.

TCPO. Tabela de composição de preços para orçamentos.
13. ed. São Paulo: PINI, 2008.

VASCONCELOS, A. L.; Apresentações do curso “Estruturas mistas e híbridas aço-concreto”.
São Paulo: ENGEDUCA, 2016.

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