Aspectos Gerais do Sistema Pré-Moldado

Aspectos Gerais

Introdução

O uso de concreto pré-moldado em edificações está amplamente relacionado à uma forma de construir econômica, durável, estruturalmente segura e com versatilidade arquitetônica. A indústria de pré-fabricados está continuamente fazendo esforços para atender as demandas da sociedade, como por exemplo: economia, eficiência, desempenho técnico, segurança, condições favoráveis de trabalho e de sustentabilidade. A evolução construtiva das edificações e das atividades da engenharia civil nas próximas décadas será influenciada pelo desenvolvimento do processo de informação, pela comunicação global, pela industrialização e pela automação. Já existe bastante desta realidade sendo implementada na Europa. Entretanto, há muito mais para ser implementado, especialmente com respeito à eficiência dos processos construtivos atuais, desde o projeto da edificação até o seu acabamento. Para se mudar a base produtiva na construção civil, com uso intensivo da força de trabalho, para um modelo mais moderno como a pré-fabricação, envolveria a aplicação de uma filosofia industrial ao longo de todo o processo construtivo da edificação. A pré-fabricação das estruturas de concreto é um processo industrializado com grande potencial para o futuro. Todavia, geralmente a pré-fabricação ainda é vista por projetistas inexperientes como se fosse apenas uma variante técnica das construções de concreto moldadas no local. Nesse caso, a prefabricação significa apenas que partes da edificação são pré-moldadas em usinas fora do canteiro, para serem montadas depois na obra, como se o conceito inicial de uma estrutura moldada no local fosse obtido novamente. Esse ponto de vista é completamente errôneo. Todo sistema construtivo tem suas próprias características, as quais para uma maior ou menor influência no layout da estrutura, largura do vão, sistemas de estabilidade, etc. Para conseguir melhores resultados o projeto deveria, desde o início, respeitar as demandas específicas e particulares estruturais dos sistemas construtivos pré-moldados.

Oportunidades

Comparado aos métodos de construção tradicionais e outros materiais de construção, os sistemas pré-fabricados, como método construtivo, e o concreto, como material, têm muitas características positivas. É uma forma industrializada de construção com muitas vantagens.

• Produtos Feitos na Fábrica

A forma mais efetiva de industrializar o setor da construção civil é transferir o trabalho realizado nos canteiros para fábricas permanentes e modernas. A produção numa fábrica possibilita processos de produção mais eficientes e racionais, trabalhadores especializados, repetição de tarefas, controle de qualidade, etc. A competitividade e a sociedade estão forçando a industria da construção a se atualizar constantemente, melhorando a sua eficiência e as condições de trabalho através do desenvolvimento e inovação tecnológica, de novos sistemas e processos construtivos. Desta forma, a automação vem sendo gradativamente implementada. Existem exemplos bem sucedidos de automação no preparo de armadura, execução e montagem de formas, preparo e lançamento do concreto, acabamentos do concreto arquitetônico, entre outros. Outras operações na pré-fabricação também são passíveis da implementação da automação.

• Uso Otimizado de Materiais

A pré-fabricação possui um maior potencial econômico, desempenho estrutural e durabilidade do que as construções moldadas no local, por causa do uso altamente potencializado e otimizado dos materiais. Isso é obtido por meio do uso de equipamentos modernos e de procedimentos de fabricação cuidadosamente elaborados. A pré-fabricação emprega equipamentos controlados por computador para o preparo do concreto. Aditivos e adições são empregados para conseguir os desempenhos mecânicos específicos, para cada classe de concreto. O lançamento e o adensamento do concreto são executados em locais fechados, com equipamentos otimizados. A relação água/cimento pode ser reduzida ao mínimo possível e o adensamento e cura são executadas em condições controladas. O resultado é que o concreto pode ser perfeitamente adaptado aos requerimentos de cada tipo de componente para otimizar o uso dos materiais mais caros e exaustivos. Além disso, a eficácia da mistura é melhor que o concreto moldado no local. O concreto de alto desempenho, CAD com resistência superior a 100 MPa, é bem conhecido na indústria da pré-fabricação e muitas fábricas já estão empregando-o diariamente. Os maiores benefícios das estruturas pré-moldadas estão relacionados com a eficiência estrutural que permite elementos mais esbeltos e o uso otimizado de materiais. Outra característica positiva é o aumento da durabilidade contra congelamento e contra agentes químicos. As maiores vantagens são alcançadas dos elementos comprimidos, especialmente os pilares. Para vigas, a utilização de resistências mais altas para o concreto permite a utilização da protensão. Isso significa a possibilidade de se empregar um número maior de cabos de protensão e, consequentemente, uma maior capacidade última de flexão, maior momento de fissuração e maior carga de serviço. O concreto auto-adensado (auto-adensável) é uma solução nova e bastante promissora para o processo de pré-fabricação. Enquanto que a alta resistência está enfocada na otimização do desempenho do produto (resistência e durabilidade), o concreto auto-adensado apresenta um impacto benéfico ao processo de produção, pois o mesmo não necessita de vibração e, por isso, apresenta muitas vantagens, tais como: menos barulho durante o processo de moldagem dos elementos pré-moldados; menor pressão nas formas; maior rapidez e facilidade no processo de moldagem, principalmente para seções delgadas e complicadas, gerando menos bolhas de ar na superfície da peça, sendo fácil de bombear. O desenvolvimento desta técnica e a sua aplicação vem crescendo rapidamente na indústria de pré-moldados na Europa e, se espera que em poucos anos, este procedimento seja empregado como uma técnica convencional no dia a dia. O concreto protendido é muito empregado na pré-fabricação, principalmente pela facilidade da utilização das pistas de protensão, mas também pelo uso da protensão por torquímetro em barras rosqueadas para ligações. Esta técnica não só apresenta todas as vantagens do concreto protendido, como também, proporciona economia por causa da ausência de equipamentos caros, como macacos hidráulicos, e maior facilidade de execução.

• Menor Tempo de Construção

Menos da metade do tempo necessário para construção convencional moldada no local Por causa da lentidão dos métodos tradicionais de estruturas de concreto moldadas no local, os longos atrasos na construção são geralmente aceitos. Entretanto, a demanda atual por um rápido retorno do investimento está se tornando mais e mais importante: a decisão de iniciar a construção pode ser adiada até o último momento, mas vez iniciada, o cronograma inicial da obra dever ser cumprido. Além disso, os projetos estão se tornando mais complexos, que não é favorável para construções em um curto espaço de tempo.

• Instalação

A instalação pode continuar mesmo no inverno rigoroso, com temperatura de –20°C. O trabalho no canteiro deve parar assim quando a temperatura atinge –5°C. O processo de pré-fabricação independe das condições adversas do clima e normalmente, a produção continua no inverno.

• Qualidade

O termo qualidade tem um significado amplo, o objetivo final é conseguir que os produtos e serviços respondam as expectativas do usuário. Isso se inicia no estudo preliminar do projeto, continuando com a produção de componentes e com o respeito ao cronograma de entrega e de montagem do sistema construtivo pré-fabricado. A garantia da qualidade durante a fabricação se baseia em quatro pontos: 1) mão-de-obra; 2) instalações e equipamentos na fábrica; 3) matéria-prima e processos operacionais; 4) controle de qualidade na execução. Geralmente, a supervisão da qualidade é baseada num sistema de autocontrole, podendo haver ou não a supervisão de uma terceira parte. O sistema de controle de produção da fábrica consiste de procedimentos, instruções, inspeções regulares, testes e utilização dos resultados dos equipamentos de controle, matéria-prima, outros insumos, processos de produção e produtos. Os resultados da inspeção são registrados e ficam disponíveis aos clientes. Muitas empresas de pré-fabricação possuem certificação ISO 9000. Isso oferece ao cliente enormes vantagens de acordo com as tendências atuais presentes na construção civil.

• Oportunidade para Boa Arquitetura

Dentro do contexto da pré-fabricação aberta, o projeto do edifício não está restrito aos elementos de concreto produzidos em série e quase todo tipo de edificação pode ser adaptada aos requisitos dos fabricantes ou do arquiteto. Não há contradição entre elegância arquitetônica, variedade e eficiência. Não se usa mais a industrialização em larga escala de unidades idênticas; pelo contrário, um processo de produção eficiente pode ser combinado com trabalho especializado que permite um projeto arquitetônico sem custos extras. Neste sentido, a padronização de soluções construtivas apresenta-se como uma ferramenta ainda mais importante do que a modulação dos elementos.

• Eficiência Estrutural

O concreto pré-moldado oferece recursos consideráveis para melhorar a eficiência estrutural. Vãos grandes e redução da altura efetiva podem ser obtidos usando concreto protendido para elementos de vigas e de lajes. Para construções industriais e comerciais, os vãos do piso podem chegar a 40 m ou mais. Para estacionamentos, o concreto pré-fabricado permite que mais carros sejam colocados na mesma vaga, por causa dos grandes vãos e das seções de pilares mais esbeltas. Isso oferece não apenas flexibilidade na construção, como também maior vida útil da edificação, pois há maior adaptabilidade para novos usos. Dessa maneira, a construção retêm seu valor comercial por mais tempo.

• Flexibilidade no Uso

Certos tipos de construções são freqüentemente devem ser adaptáveis para satisfazer as necessidades dos usuários, como é o caso de escritórios, onde a solução mais apropriada é criar um grande espaço interno livre sem nenhuma restrição para possibilitar a adaptação de possíveis subdivisões com divisórias.

• Adaptabilidade

Futuramente, haverá muito menos demolição de edificações inteiras e mais demandas para adaptar as construções existentes para as novas exigências do mercado. As razões principais para essa atitude serão os custos elevados para demolição devido a barulho, poeira, problemas com tráfego e muitas outras inconveniências. Por outro lado, depois de 30 ou 50 anos, um prédio comercial se torna menos atrativo para alugar, e o proprietário vai querer fazer algumas inovações, como por exemplo, uma fachada mais moderna. O conceito do projeto deveria facilitar tais renovações, sem necessidade de demolir o resto da estrutura. A concepção inicial da edificação por inteira terá que considerar a vida ao longo dos diferentes componentes da construção, como: estrutura portante acima de 100 anos ou mais; fachada de 30 a 60 anos; serviços 20 anos. Consequentemente, todos os subsistemas, a parte da estrutura principal, devem ser projetados para que possam ser trocados e renovados dentro da vida útil da construção, evitando assim, a demolição. Devem ser possíveis reformas periódicas, modificações maiores, substituição e melhorias durante a vida útil da construção.

• Material Resistente ao Fogo

Normalmente, as estruturas em concreto armado e protendido apresentam resistência ao fogo de 60 a 120 minutos ou mais. Para edificações comerciais, todos os tipos de componentes pré-moldados sem nenhuma medida especial de proteção atingem a exigência de resistência ao fogo de 60 minutos. Para outros tipos de edificações, a resistência ao fogo de 90 a 120 minutos é conseguida aumentando o cobrimento da armadura.

• Construção Menos Agressiva ao Meio Ambiente

A preservação do meio ambiente está se tornando um assunto globalmente importante. Desde que as necessidades mais básicas de qualquer geração são moradia e mobilidade, o setor da construção civil ocupa uma posição central nesse desenvolvimento. Mas, a maioria das atividades na área da construção civil ainda gera um impacto desfavorável sobre o meio ambiente em termos de consumo de energia, utilização não racional de recursos naturais, poluição, barulho e desperdício durante a produção. No contexto de uma relação mais amigável ao meio ambiente, a indústria do concreto pré-moldado apresenta-se como uma alternativa viável: com uso reduzido de materiais até 45%; redução do consumo de energia de até 30%; diminuição do desperdício com demolição de até 40%. Muitas fábricas estão reciclando o desperdício do concreto, tanto o endurecido quanto o fresco, e futuramente as indústrias de pré-fabricados funcionarão como um sistema de produção fechado, onde todo material gasto é processado e utilizado novamente.


Adequação aos Sistemas Pré-Moldados

Muitas tipologias de edificações são adequadas para a utilização da construção pré-moldada. Tipologias com planos ortogonais são ideais, pois apresentam um grau de regularidade e repetição em sua malhar estrutural, nos vãos, no tamanho dos membros, facilitando a modulação. De qualquer modo, durante o projeto de uma edificação, seria sempre interessante conseguir padronização e repetição de soluções no sentido de se conseguir uma maior economia na construção, não apenas em relação ao concreto pré-moldado, mas em qualquer tipo de projeto. Mesmo “layouts” irregulares de pavimentos podem vir a ser apropriados para pré-fabricação em várias ocasiões, se não totalmente ao menos parcialmente. É completamente errôneo pensar que o concreto pré-moldado não possui flexibilidade arquitetônica. Construções modernas de concreto pré-moldado podem ser projetadas de forma segura e econômica, com uma variedade de planos e com variações consideráveis em relação ao tratamento das elevações, para edifícios com vinte andares ou mais. A pré-moldagem oferece recursos consideráveis para melhorar a sua eficiência estrutural. Vãos grandes e redução da altura efetiva podem ser obtidos usando concreto protendido para elementos de vigas e de lajes. Para construções industriais e comerciais, os vãos do piso podem chegar a 40 m ou mais. Para estacionamentos, o concreto pré-fabricado permite que mais carros sejam colocados na mesma vaga, por causa dos grandes vãos e das seções de pilares mais esbeltas. Isso oferece não apenas flexibilidade na construção, como também maior vida útil da estrutura, pois há maior adaptabilidade para novas utilizações. Dessa maneira, a edificação retêm seu valor comercial por mais tempo.

Princípios Básicos do Projeto

Os projetistas devem considerar as possibilidades, as restrições e vantagens da utilização do concreto pré-moldado, seus detalhes, produção, transporte, montagem e estados de serviço antes de completar o projeto da estrutura pré-moldada. É muito importante a organização da equipe de projeto e a definição das rotinas de projeto. É recomendado que as empresas de pré-fabricados deixem informações referentes ao projeto e à produção disponíveis ao cliente, ao arquiteto, ao engenheiro responsável e a todos os demais projetistas e técnicos envolvidos, de modo a fornecer diretrizes unificadas para toda a equipe envolvida. Isto assegurará que todas as partes estão a par dos métodos adotados em todas as fases do projeto, levando ao máximo de eficiência e benefícios. Isso é muito importante nos estágios de produção e montagem, onde muitos engenheiros podem não estar familiarizados com alguns dos métodos usados. É muito importante compreender que é possível se obter um melhor projeto para a estrutura pré-moldada, se a estrutura for concebida com a pré-moldagem desde o projeto preliminar e não meramente adaptada de um método tradicional de concreto moldado no local. As maiores vantagens em soluções pré-moldadas serão obtidas quando no estágio da concepção do projeto forem considerados os seguintes pontos:

a) Respeito à filosofia específica de projeto

Um dos objetivos mais importantes com este texto é explicar a filosofia específica de projeto de estruturas pré-moldadas, pois esta é a chave para se conseguir uma construção eficaz e econômica. As instruções básicas a serem seguidas são apresentadas no Capítulo 3:

• utilizar um sistema de contraventamento próprio;

• utilizar grandes vãos;

• assegurar a integridade estrutural.


b) Usar soluções padronizadas sempre que possível

A padronização é um fator importante no processo de prefabricação. Isso possibilita repetição e experiência portanto, custos mais baixos, melhor qualidade e confiabilidade, assim como uma execução mais rápida. A Padronização é aplicável nas seguintes áreas:

• modulação de projeto;

• padronização de produtos entre fabricantes;

• padronização interna para detalhes construtivos e padronização de procedimentos para produção e ou montagem.

c) Os detalhes devem ser simples

Um bom projeto em concreto pré-moldado deve envolver detalhes o mais simples possível. Devem ser evitados detalhes muito complicados ou vulneráveis.

d) Considerar as tolerâncias dimensionais

Produtos de concreto pré-moldados apresentam inevitavelmente diferenças entre as dimensões especificadas e as executadas. Essas variações devem ser admitidas e previstas no projeto desde o inicio, por exemplo:

• possibilidade de tolerâncias de absorção nas ligações (entre dois elementos pré-moldados, e entre os elementos pré-moldados e as partes moldadas no local)

• necessidade de almofadas (aparelhos) de apoio

• conseqüências causadas por curvaturas e diferenças em curvaturas

• tolerância de movimentação, causada por retração, expansão térmica, etc.

e) Obter vantagem do processo de industrialização

A produção de concreto pré-moldado deve se basear na industrialização. Isso é parcialmente influenciada pelo projeto, por exemplo:

• a pré-tração permite a produção de elementos em longas pistas de protensão;

• a padronização de componentes e de detalhes típicos garante a padronização do processo;

• a posição adequada dos detalhes, por exemplo: barras de espera etc., diminui o tempo dos serviços;

• simplicidade na descrição do projeto ajuda a evitar erros;

• modificações imprevistas no projeto prejudicam o planejamento da produção, etc.

Modulação

A modulação é um fator econômico muito importante no projeto e construção de edifícios, tanto para o trabalho estrutural como para o acabamento. Em pré-fabricação, isso é ainda mais marcante, especialmente em relação à padronização e economia na produção e execução. Modulação é geralmente bem estabelecida para componentes estruturais em construções pré-moldadas. Geralmente, o módulo básico é 3M (M= 100 mm), 12 M é uma medida muito usada. Os pilares internos são posicionados no centro do eixo modular. Os pilares de canto podem ser posicionados com a grade de eixo paralela à direção da face do pilar, mas essa solução é menos recomendada que a anterior. Na primeira solução, todas as vigas são do mesmo comprimento e a folga deixada no canto do elemento de piso pode ser facilmente preenchida com concreto moldado no local ou com placas de fechamento. O comprimento dos elementos do assoalho é a princípio completamente livre. A modulação é certamente recomendada, mas terá pouco impacto no custo dos assoalhos. Contudo, possivelmente terá conseqüências na modulação das unidades da fachada. Núcleos centrais e poços de elevadores são posicionados de tal maneira que a modulação axial na direção do vão do assoalho coincida com a parte externa do núcleo ou do poços superficiais. Na outra direção, a implantação deve, preferivelmente, ser semelhante a todos os elementos do assoalho do compartimento que têm o mesmo comprimento. Para as unidades da fachada, o ponto de vista é bem diferente. Indubitavelmente, a modulação é desejável, mas não deve constituir um obstáculo para o conceito da arquitetura do edifício. Cada projeto é desenhado individualmente e, sempre, novos moldes têm que ser feitos. A modulação em conexão com a produção industrial não é obrigatória mas certamente influencia no custo dos elementos. A modulação deve ser considerada como uma ajuda, não como uma obrigação.

Padronização

A padronização de produtos e processos é amplamente difundida na pré-fabricação. Fabricantes de pré-moldados têm padronizado seus componentes adotando uma variação de sessões transversais apropriadas para cada tipo de componente. Geralmente, a padronização se limita a detalhes, dimensões e geometria da sessões transversais, mas raramente ao comprimento das unidades. Produtos típicos padronizados são: pilares, vigas e lajes de piso.
Produtos padronizados são produzidos em formas preestabelecidas. O projetista pode selecionar o comprimento, dimensões e capacidade de carga dentro de certos limites. Essa informação pode ser encontrada em catálogos dos fabricantes. Geralmente, os elementos de painéis têm espessura padronizada, mas a altura e largura são livres dentro de certos limites, é claro. As aberturas para as janelas e portas são, normalmente, livres. As fachadas são geralmente projetadas individualmente para cada projeto. Algumas vezes, os painéis de fechamento para edifícios de uso geral são disponíveis nas dimensões padrão. A pré-fabricação também pode ser aplicada para componentes não padronizados. Além dos elementos da fachada já mencionados, elementos em concreto arquitetônico, a indústria de pré-moldados também está produzindo componentes para outras finalidades, por exemplo: escadas, rampas; sacadas; elementos de formato especiais, etc. A padronização constitui-se também num fator econômico importante no processo de pré-fabricação, por causa dos baixos custos das formas, industrialização do processo de produção com alta produtividade, larga experiência em execução, etc. A padronização tem também, um impacto benéfico em uma série de componentes idênticos, resultando em uma grande redução de trabalho por unidade produzida. Mas, os produtos não padronizados também têm papel importante no custo da produção. Os fabricantes de pré-fabricados têm desenvolvido manuais com rotinas de projeto que auxiliam os projetistas a elaborarem e organizarem os projetos. A padronização de sistemas construtivos, componentes, ligações, etc., não significa apenas a industrialização da produção de componentes, mas a repetição de tarefas também significa evitar erros e experiências negativas.

Tolerâncias Dimensionais

Sempre haverá diferenças inevitáveis entre as dimensões especificadas e as dimensões reais dos componentes e da construção final. Essas variações devem ser examinadas e permitidas. O concreto pré-moldado é geralmente fabricado com variações relativamente pequenas, mas os projetistas devem ter conhecimento da real variabilidade dimensional. É essencial considerar essa forma desde o início do projeto preliminar e discutir as tolerâncias o mais cedo possível com os fabricantes de pré-moldados. As tolerâncias ocorrem na fábrica e no canteiro. As tolerâncias de produção na fábrica incluem variações dimensionais dos produtos, superfícies não lineares ou não planas, falta de ortogonalidade da seção transversal, variações na curvatura dos elementos protendidos, posição de incertos, etc. As tolerâncias no canteiro dizem respeito aos desvios dos eixos e dos níveis no início da construção. Além disto, os desvios de montagem durante o levantamento da estrutura ocorrerão com relação à posição e ao alinhamento entre os elementos. Informações sobre as tolerâncias permitidas podem ser encontradas nos manuais das associações internacionais de pré-moldados, nas normas técnicas e em catálogos de fabricantes.

Instalações Prediais

As instalações podem ser parcialmente integradas nas unidades pré-moldadas. Por exemplos dutos, caixas ou aberturas para adaptação elétrica podem ser moldadas nos elementos de painéis. Outro exemplo são os tubos de água pluvial que são moldados dentro das colunas ou nos elementos de fachada. Grandes conduítes pré-fabricados para ventilação e outras tubulações podem ser instaladas dentro dos forros duplos ou ao longo de elementos em arco para fachada durante a montagem das unidades pré-moldadas. Existem certas vantagens e também alguns problemas específicos. A maior vantagem é que a estrutura pré-moldada pode ser projetada de acordo com as necessidades específicas dos equipamentos de montagem. Os elementos podem ser fornecidos com uma variedade de nichos, as fixações podem ser moldadas nos componentes, e outras formas adicionais ainda estão disponíveis no canteiro depois da montagem da construção pré-moldada. No caso da pré-moldagem todos os componentes e subsistemas que devem ser moldados dentro dos elementos pré-moldados devem ser planejados em estágios anteriores. Ambos, os serviços de engenharia e arquitetura devem estar prontos para definir os requisitos de projeto a fim de que os fabricantes possam preparar os seus projetos de produção. Daqui em diante, o estudo final das instalações precisam serem feitos antes do habitual, mas isso também pode ser visto como uma vantagem. O processo de pré-moldagem também oferece certas vantagens em relação às técnicas de construção. Por exemplo: a massa térmica do concreto tem sido usada satisfatoriamente para armazenar energia térmica em pisos de laje alveolar, resultando em economia substancial em relação a equipamentos de aquecimento. Os alvéolos das placas de piso são utilizados para ventilação antes que o ar entre no ambiente. No inverno, o excesso de energia que vem das máquinas, da luz elétrica, da luz solar e dos usuários é estocada durante o dia e recuperada durante a noite. No verão, os pisos são resfriados durante a noite pelo ar de fora. Esse sistema permite uma economia de energia superior a 30 %. Esses alvéolos também podem ser utilizados para incorporar dutos e tubulações na parte interior dos pisos.