Componentes industrializados aplicados no fechamento de fachadas, os vidros e os perfis metálicos têm diferentes propriedades que merecem análise cuidadosa, como mostra este artigo de Regina Xavier Costa, Ernâni Carlos de Araújo e Henor A. de Souza.*

Nos últimos anos, a construção civil brasileira vem buscando a racionalização por meio da adoção de sistemas construtivos tecnicamente mais avançados, em substituição aos processos tradicionais, que geram retrabalho e desperdício. Com isso, a estrutura metálica passa a ter papel importante. Como todos os seus elementos são processados industrialmente, asseguram-se qualidade, facilidade e rapidez na montagem, além de canteiros de obra menores e com custo mais baixo. Os perfis metálicos tubulares - de seção transversal circular, quadrada ou retangular -, juntos com os painéis de vidro, constituem uma das opções de fechamento externo que mais vêm sendo utilizadas.

Os perfis tubulares de seção circular aliam eficiência estrutural à limpeza visual, características desejadas por arquitetos. Apresentam boa resistência aos esforços de compressão e torção; possuem menor área de superfície (de 20% a 30%) em comparação com as seções abertas, o que leva à redução no custo com pintura e material de proteção contra incêndio. Os pilares podem ser preenchidos com concreto (estruturas mistas), gerando um ganho adicional de resistência, incluindo contra o fogo. Quando são produzidos sem costura revelam maior resistência à corrosão, uma vez que não têm frestas nem arestas.

Já os tubos de seções quadrada e retangular, além dessas vantagens, pelo fato de possuírem superfícies planas, apresentam facilidades no corte e nas ligações. O vidro tem como características básicas possuir peso elevado e aceitar pequenos deslocamentos, exigindo um cuidado especial nas fixações, para que não ocorra trinca ou mesmo quebra.

Cargas atuantes
Quando se pensa na interface de utilização desses materiais, alguns aspectos precisam ser considerados. Normalmente, os perfis metálicos são esbeltos, compondo estruturas muito leves, que estarão submetidas a grandes esforços verticais - decorrentes do peso próprio da estrutura e do fechamento - e também horizontais, provocados pelo vento. O aço apresenta alta condutibilidade térmica, o que provoca grande movimentação da estrutura, se comparada à de concreto armado. É importante levar em consideração que esse deslocamento é maior onde ocorre diferenciação acentuada de temperatura entre o dia e a noite, como no território brasileiro. A movimentação não deve transmitir esforços para o subsistema de fechamento.

Os materiais utilizados no fechamento apresentam, por sua vez, propriedades diferentes de absorção e transmissão de calor e de umidade, que produzem sua dilatação e contração. Esse fato deve ser previsto com a utilização de juntas, que, convenientemente tratadas, permitirão a dilatação térmica e ao mesmo tempo garantirão a estanqueidade.

Entre os fatores que afetam a interface, os mais importantes são as cargas atuantes, os movimentos pós-montagem, as tolerâncias e as juntas, os sistemas e dispositivos de fixação. São consideradas cargas atuantes aquelas resultantes da ação do peso próprio, da ação do vento e aquelas decorrentes de impacto. O peso próprio inclui o tipo de vidro utilizado no fechamento, bem como o peso dos elementos que compõem o sistema de fixação do painel. A ação do vento pode se dar por pressão direta (positiva) ou por pressão negativa (sucção), e as cargas dela provenientes são as dominantes no cálculo dos sistemas de fechamento. E, por último, o painel de vidro precisa resistir aos impactos e ter capacidade de transferir uma parte da carga para a estrutura de suporte.

Tolerâncias
Após a montagem da estrutura, surgem movimentos que necessitam de avaliação. No Brasil, tem-se que considerar aqueles decorrentes da deformação da estrutura, os causados pela dilatação e contração térmica e absorção de umidade, a oscilação do vento e o assentamento da fundação. O mais significativo é o ocorrido pela deformação estrutural, mas todos eles devem ser analisados e estudados, para que os elementos de fixação e as juntas possam absorvê-los.

A tolerância é a variação dimensional - máxima e mínima - que pode ocorrer entre o projeto e a medida real de um elemento, e depende de cada material. Na construção metálica é necessário prever, através de juntas e folgas, as tolerâncias de montagem (nivelamento e prumo), a movimentação diferencial entre a estrutura e o subsistema de fechamento, a variação volumétrica e a tolerância dimensional do painel.

A junta é a distância entre um painel e outro. Ela deve absorver a tolerância dimensional e a variação volumétrica, causada pelas variações higrotérmicas. As juntas podem ser horizontais ou verticais, abertas ou vedadas. Na junta vedada, a estanqueidade à água e ao ar é garantida com a utilização de material selante monocomponente ou bicomponente e de gaxetas.

Componentes de fixação
Os dispositivos de fixação são os responsáveis pela união entre os painéis e a estrutura. Devem apresentar resistência mecânica às movimentações diferenciais entre a estrutura de suporte e o fechamento, bem como às variações volumétricas, aos esforços de ancoragem (tração, compressão e cisalhamento) e à corrosão. E também ter ductilidade, que é a capacidade potencial de deformação sem perda de resistência.

Esses elementos normalmente são feitos de aço, material que possui tais propriedades e tem custo relativamente baixo. Para garantir o desempenho das fixações, elas devem ser corretamente detalhadas e especificadas, além de atender aos aspectos da proteção contra corrosão e contra incêndio. Quando sujeitas a intempéries, inseridas em materiais que absorvem água ou utilizadas em sistemas onde possa ocorrer condensação do vapor de água, é necessário protegê-las contra a corrosão atmosférica. Outro tipo de corrosão é a galvânica, que ocorre quando são usados dois metais com grande diferença de potencial eletroquímico. Quando expostos a determinado meio, como a água, um pode se corroer enquanto o outro permanece praticamente intato. Nesses casos, os elementos metálicos precisam ser isolados.

As fixações dos painéis de vidro normalmente estão protegidas contra o fogo pelos elementos da construção: lajes, painéis internos e sistemas de interrupção de incêndio. No caso de ficarem aparentes, deverão ser de aço inoxidável ou receber proteção, que pode ser feita com pintura intumescente. Nos painéis assentados no sistema de fachada-cortina, que ficam externos à estrutura de suporte da edificação, é necessário prever proteção adicional, para impedir que o fogo se propague de um pavimento para outro através dos espaços que existem entre as lajes e a vedação. Normalmente se usa uma placa cerâmica ou de lã de vidro, para evitar a passagem do fogo e da fumaça.

Quanto aos sistemas de fixação, os painéis de vidro podem ser colocados de duas formas: como painel de vedação, em que a estrutura de suporte do edifício permanece aparente; e no sistema de fachada-cortina, quando o painel de vidro recobre a estrutura.

Painel de vedação
Quando o vidro é utilizado como painel de vedação, deixando a estrutura do edifício aparente, é aconselhável que ele seja encaixilhado em um perfil. Dentro das opções oferecidas pela construção industrializada no Brasil, a opção mais usual é o perfil de alumínio extrudado (foto 1). Nessa situação, devido à baixa capacidade elástica do material, somada à movimentação da estrutura, é fundamental haver a previsão das folgas no detalhamento dos caixilhos. Outro dado a ser considerado é a capacidade de dilatação do material, que é de um milímetro para cada 100° C. A NBR 7.199/1989 recomenda que os caixilhos trabalhem com uma folga para a borda de três milímetros e folga lateral de dois milímetros.

Portanto, uma folga adequada deve absorver a dilatação e os movimentos relativos entre o caixilho e a estrutura, considerando o sistema de abertura da esquadria e o tipo de vidro. Um aspecto a ser observado nesse sistema é a ausência do contramarco, gerando a necessidade de utilização de um elemento metálico para receber o caixilho. Geralmente esse elemento é uma cantoneira ou perfil U de aço, soldado nos pilares, vigas e lajes. A figura 1 mostra um detalhe de fixação do painel no pilar, podendo-se notar a cantoneira soldada ao pilar, que serve de apoio para a fixação do caixilho. A folga necessária para a movimentação do vidro pode ocorrer no próprio caixilho, com a utilização de calços ou de gaxetas que separam a chapa do perfil de alumínio.

No caso, como a esquadria é de alumínio e a estrutura de aço, é fundamental prever o isolamento dos metais com uma fita anticorrosiva, para evitar a corrosão galvânica. O deslocamento da viga de borda (flecha) deve ser compensado por um sistema adicional, que acomode o movimento sem transmitir o esforço para o vidro, o que é conseguido com um perfil telescópico na parte superior do caixilho (figura 2).

Para o caso de vidros laminados, que apresentam peso mais elevado, o cuidado com a folga deve ser maior. É imprescindível a utilização dos calços ou das gaxetas de EPDM, que absorvem os esforços e proporcionam a folga necessária para a movimentação. O posicionamento dos calços ou das gaxetas deve ser estudado com o fornecedor. O selante para vedar a folga entre o vidro e o metal é o silicone de cura acética, indicado para materiais não porosos. Sua capacidade de movimentação é definida de acordo com seu módulo de elasticidade - alto, médio ou baixo. Entretanto, em vidros laminados não deve ser utilizado esse produto, que ataca a película de PVB, provocando infiltração na chapa de vidro.

Fachada-cortina
Nesse caso, o vidro pode ser encaixilhado ou colado (sistema structural glazing), com as chapas de vidro unidas por silicone estrutural, o que requer sofisticado sistema de fixação, composto por:
• parafusos de fixação - dispositivos que ligam a placa à estrutura de fixação;
• elementos de suporte - cantoneiras, aranhas ou pinos;
• estrutura auxiliar - vigas, colunas ou treliças metálicas que transmitem os esforços do peso próprio, do vento e de outras cargas impostas para a estrutura de suporte do edifício ou para a fundação.

No detalhamento da fachada-cortina structural glazing devem-se considerar as movimentações decorrentes do efeito térmico e do carregamento aplicado, tanto do painel de vidro quanto da estrutura de suporte. O carregamento pode provocar a rotação do painel e dos seus elementos de fixação fora do plano. Também devem ser consideradas as tolerâncias de construção e de montagem, tanto dos painéis quanto dos elementos estruturais, e a possibilidade de quebra ou remoção de um painel, que provocará aumento da carga (peso próprio e das cargas transmitidas).

Segundo dados do The Steel Construction Institute (1997), a adequação do sistema a ser utilizado para a fixação do painel em vidro é determinada em função da altura da fachada. Os sistemas de fixação podem ser apoiados ou suspensos. Para as fachadas com alturas entre 2,50 e quatro metros, pode ser utilizado um sistema simples, composto por postes localizados na junção entre os painéis (figura 3 e foto 2), ou em número menor, quando associados a um sistema de braços.

Os postes não necessitam vencer a altura total da fachada, podendo ser, também, como o caso mostrado no esquema da foto 3.

No caso de fachadas com altura acima de quatro metros, é necessário utilizar uma estrutura auxiliar composta por treliças, que podem ser triangulares ou do tipo vierendeel, arcos atirantados ou por aletas verticais. As ligações das treliças com a estrutura de suporte podem ser rígidas, caso em que haverá transmissão de momento, ou articuladas, evitando o momento. As treliças triangulares normalmente são compostas por duas cordas e diagonais, geralmente em tubos de seção circular, sendo que o conjunto resiste aos esforços resultantes do peso próprio e da ação do vento (foto 4).

O arco atirantado é composto por uma barra vertical principal, reforçada por barras horizontais e dois ou mais cabos; normalmente, as ligações são articuladas (figura 4). O elemento vertical está comprimido (resistindo ao peso próprio); as barras horizontais resistem aos esforços de compressão e os cabos resistem aos esforços de tração, em função da direção da incidência do vento no painel.

Os elementos de fixação têm como função inicial transferir as cargas atuantes no painel (cargas devidas ao vento, de manutenção e peso próprio) à estrutura auxiliar. Eles devem resistir, também, aos momentos decorrentes da deformação dos painéis e dos elementos estruturais do edifício e às forças internas devidas aos efeitos térmicos.

Na figura 5 mostra-se como é feita a distribuição da carga no painel. A carga devida ao peso próprio (tanto nos painéis em planos verticais, como nos inclinados) encontra resistência em um conjunto de parafusos (superiores ou inferiores). Esse conjunto deve ter folga para permitir a movimentação no sentido horizontal. Na outra extremidade do painel há mais um conjunto de parafusos, que resiste ao vento. Para garantir que esses parafusos não recebam parte do peso próprio, seus furos têm folgas, permitindo a compensação das tolerâncias dimensionais e dos movimentos diferenciais entre os materiais.

A forma mais simples de ferragem é um arranjo de cantoneiras soldadas diretamente no perfil auxiliar. Outro tipo de arranjo é formado por quatro cantoneiras parafusadas em uma barra soldada na estrutura auxiliar (figura 6).

Outra ferragem utilizada é a chamada aranha (spider), composta por um suporte com um, dois, três ou quatro braços radiais fixados a partir de um centro, que sustenta o vidro fora do seu plano. A chapa de vidro é fixada na extremidade do braço pelos parafusos e o suporte a conecta à estrutura auxiliar (figura 7).

Como as chapas de vidro são produzidas com alto grau de precisão, a tolerância de fabricação é pequena (mínimo de dois milímetros). As fixações obtidas pela união de elementos parafusados ou soldados, ou pela usinagem de peças especiais, não apresentam tal apuro na sua fabricação, sendo aconselhável tolerância de fabricação de cinco milímetros.

As juntas entre painéis são vedadas com silicone estrutural. O dimensionamento das juntas e o processo de vedação são definidos pelos fabricantes do silicone e do vidro, atendendo a rigoroso controle. Definida a junta, deve ser feito teste de resistência pelo fabricante do silicone, seguindo a norma americana C 794 (ASTM/1993). Após a aplicação do silicone, utilizando mão-de-obra especializada e respeitado o prazo da cura, deverá ser feito um novo teste - o pós-cura - em 10% dos painéis. Caso o teste seja positivo, os painéis serão liberados para a colocação.

É bom lembrar que fachadas envidraçadas, voltadas para áreas com grande exposição à radiação solar, estarão sujeitas ao aquecimento interno. Isso implica medidas corretivas, como a utilização de vidros de controle solar. Outra solução, que é o uso de condicionamento mecânico, além de aumentar o custo da obra, resulta em aumento do consumo de energia e no custo de manutenção do sistema. Também é importante prever em projeto soluções que contemplem a manutenção e a limpeza das fachadas.


*Regina Maria Xavier Costa é professora dos departamentos de Projeto e Tecnologia do curso de arquitetura do Centro Universitário Izabela Hendrix, em Belo Horizonte; Ernâni Carlos de Araújo é professor do Departamento de Engenharia Civil e Henor Artur de Souza, do Departamento de Engenharia de Controle e Automação e Técnicas Fundamentais, da Escola de Minas, da Universidade Federal de Ouro Preto, MG


Texto resumido a partir de reportagem
de Gilmara Gelinski
Publicada originalmente em FINESTRA
Edição 42 Setembro de 2005