Método modular

Com o crescimento da construção industrializada, o setor de guindastes de torre se torna ainda mais importante. O içamento das peças demanda grandes equipamentos de muita capacidade de carga, pelo que geralmente nas áreas urbanas se requer gruas torre em lugar de outros modelos, dado que são silenciosas e instaladas dentro dos canteiros, sem ocupar a via pública.

Os produtos pré-fabricados podem ser bidimensionais, como paredes, lajes modulares e sistemas de piso, ou tridimensionais. Por exemplo, hoje em dia se usa elementos como escadas ou poços de elevador pré-fabricados, que são providos por fabricantes de peças estruturais de concreto ou aço.

A nova geração das soluções pré-fabricadas, no entanto, dá um passo além do que até há pouco o pré-fabricado podia oferecer. Com o sistema de Pré-Fabricados Modulares Volumétricos, a modularização e industrialização dos edifícios alcançam novos patamares. E isso traz ainda mais a importância do setor de guindastes de torre para a instalação destes elementos.

Basicamente, o sistema de pré-fabricados modulares volumétricos pressupõe que toda a instalação de serviços e mesmo os acabamentos de uma unidade habitacional ou escritório vêm prontas de fábrica. Tubos, conexões elétricas, móveis, janelas, louças sanitárias e outros elementos vêm instalados antes da montagem.

VANTAGENS

Economia de tempo. O mais evidente benefício do método é economizar o tempo de obra. O início de operação de um canteiro de obra, a movimentação de terra e as fundações podem ser feitas simultaneamente com a fabricação dos módulos em outro lugar. Um hotel de seis andares, por exemplo, pode ser fabricado em três meses e montado em tão somente 20 dias. Este tempo economizado traz benefícios financeiros, visto que o retorno do investimento é mais rápido.

Qualidade assegurada. Atrasos típicos por condições climáticas não afetam a construção dos módulos na fábrica. Além disso, a produção em linha, e mesmo robotizada, pode levar este tipo de construção padronizada ao padrão mais avançado de produtividade.

Segurança. Quanto mais partes da construção aconteçam fora do canteiro, são menos horas trabalhadas em altura e situações de risco.

Redução do tráfego. A construção modular pode reduzir o número de entregas de material ao canteiro em até 90%, e reduz a distância média de deslocamentos de trabalhadores em até 75%.

Superação de problemas de recrutamento. Até 80% das atividades tradicionais podem ser realizadas na fábrica dos módulos. Para esta força de trabalho o deslocamento é igual, não importando onde seja a obra, mas são menos especialistas que precisam se deslocar para instalar os módulos, e estes em geral são mais qualificados.

Redução de ruídos, poeira e CO2 no canteiro. A fase de construção no canteiro se reduz, tal como diminui o uso de equipamentos pesados. Gruas torre elétricas para a montagem dos módulos minimizam o barulho e a poluição, beneficiando vizinhos e o ambiente de entorno.

Redução dos resíduos. A construção modular pode reduzir à metade os resíduos, em comparação com a construção convencional. Os módulos entregues e prontamente içados reduzem também a necessidade de armazenamento de material.

Sustentabilidade. Cerca de 90% do processo de produção dos módulos em fábrica têm grande potencial de ser feito por meios limpos, reduzindo a emissão de gases na fabricação, afetando positivamente todo o ciclo de vida do edifício.

CUSTOS

Restrições de transporte. Regulações viárias estritas, permissões especiais de transporte de carga e possíveis restrições espaciais em cidades menores podem impor alguns limites econômicos ao sistema. No geral, os módulos têm dimensões próximas a 3,4 metros de largura, 3,2 metros de altura e 12 metros de comprimento. O peso máximo é de entre 30 e 40 toneladas curtas (equivalente a 907.185 kg). O transporte representa cerca de 20% do custo do sistema, e tende a ser mais.

Dimensão da grua. Gruas superiores a seis andares são as preferidas, devido ao espaço de içamento. São dois os sistemas de pré-fabricados modulares volumétricos em geral utilizados. O peso das unidades em aço varia entre 8 e 20 toneladas curtas, enquanto as unidades feitas de concreto variam entre 25 e 35 toneladas curtas. Os módulos de concreto são frequentemente os preferidos em edifícios residenciais devido à sua durabilidade e facilidade de inspeção. A tendência por menores emissões também neste método levará ao uso de materiais híbridos e utilização de madeiras leves, porque a produção de cimento é responsável por cerca de 5% das emissões globais de CO2.

Outro critério importante será a escolha de acessórios de içamento utilizados, e que são feitos sob medida para os módulos. Por ter características de se auto equilibrar, estes acessórios preveem a transmissão de forças externas ao módulo, e acomodam o centro de gravidade de cada módulo com precisão, de maneira a facilitar seu correto posicionamento. Por estas razões, os projetos de pré-fabricados modulares volumétricos requerem gruas torre de alta capacidade. A experiência indica que o custo benefício de aplicar gruas acima das 30 toneladas faz com que esta seja a opção para 15% do total dos projetos. Mas, com os recentes desenvolvimentos dedicados a este sistema, empresas de guindastes e içamento poderão manter os custos mais facilmente sob controle.

VOCAÇÃO

Os projetos que podem aproveitar o método de pré-fabricados modulares volumétricos para uma melhor relação custo benefício serão aqueles com maior grau de repetição. Entre outros exemplos de estruturas como estas, estão os alojamentos estudantis, hotéis, torres residenciais e moradia social.

A construção modular pré-fabricada volumétrica pode ser uma solução quando há escassez de mão de obra, onde a construção por meios convencionais seja cara e onde o tempo de obra tem que ser encurtado, devido a déficit habitacional severo, por exemplo. Países como Austrália, França, Reino Unido e EUA já anunciaram a necessidade de um milhão de unidades habitacionais que deveriam ser construídas até este ano.

Os governos da Austrália, Cingapura e Reino Unido estão convertendo a construção modular em prioridade estratégica. O Conselho de Desenvolvimento e Moradia ded Cingapura (HDB) adotou o método de pré-fabricado volumétrico de concreto para 35% dos projetos em 2019. Na Austrália, o governo quer criar “cidades de vinte minutos”, que assim são chamadas porque os moradores levariam no máximo este tempo para ir de suas casas aos seus destinos. O número e torres residenciais de grande altura deverá subir, para reduzir a pegada de carbono. E outros departamentos públicos do mundo deverão seguir a tendência, o que aumentará a demanda do mercado por pré-fabricados modulares volumétricos.

Cingapura é hoje em dia o maior cenário de testes do método. Enquanto isso, experiências em outros países impuseram desafios para estes equipamentos de içamento. O edifício Habotat 67 em Montreal, Canadá, que faz parte de um complexo de convenções e tem 12 andares, foi levantado em 1967 e dá o testemunho do potencial da pré-fabricação. Os 354 módulos de concreto, cada um com 80 toneladas curtas, foram posicionados usando-se uma grua tipo Derrick montada sobre pedestal e movimentada sobre trilhos, da Dominion Bridge. Este equipamento oferecia 82 toneladas curtas de capacidade a um raio de 30,5 metros, e de 100 toneladas curtas a um raio de 18,2 metros. A fim de nivelar os módulos de concreto em cada esquina do molde de içamento Francon, uma unidade hidráulica foi instalada na ponta do cabo de içamento.

Também em 1967, outro projeto de pré-fabricação modular volumétrica teve seu início em San Antonio, Texas, com um design particularmente econômico e um prazo notavelmente curto de construção. O hotel Hilton Palacio de Rio, com 22 andares, foi entregue em apenas 10 meses. A construção modular encurtou o prazo que tipicamente seria de dois anos a apenas nove meses, com um mês adicional para acabamentos. Um total de 496 apartamentos foi posicionado em 46 dias, usando um Manitowoc 4000W. A grua tinha lança personalizada de 82,3 metros, com 50 toneladas curtas de capacidade com top inclinado, que aumentava a altura de carga possível. Os módulos de 35 toneladas completamente terminados, inclusive com móveis, foram içados com precisão de 19mm, com o auxílio de um espaçador construído para o serviço, com balanceador de sentido oposto improvisado com um motor de helicóptero Sikorski.

O sistema funcionou tão bem que, em lugar de completar o posicionamento de dez módulos por dia, os construtores acabaram conseguindo realizar a colocação de 35 por dia, o que deu outro testemunho da importância de ter o equipamento correto para içar, retirando o maior benefício possível da construção modular.

Hoje em dia, o sistema de posicionamento dos pré-fabricados modulares volumétricos usualmente necessita de pessoas puxando as cordas de orientação. Trata-se de um método ineficiente, que demanda muito trabalho humano e pode ser arriscado. Mas, em lugar de sistemas de orientação como o motor de helicóptero usado anos atrás, pode-se usar novos dispositivos baseados em giroscópios. Muitos produtos que usam giroscópios para controlar a rotação da carga e eliminar as cordas de orientação foram lançados nos últimos anos. A fabricante de guindastes japonesa Kitagawa apresentou um, o Gyro-master. Por sua vez, o separador modular da série Everest, da fabricante australiana Verton Group, utiliza um rotor de esforço variável operado à distância para ajudar a suspender cargas de até 1.500 toneladas curtas.

O controle remoto ajuda a aumentar a segurança geral ao remover os riggers da zona de içamento. O tempo de ciclo de se reduz em até 25%, e menos riggers são demandados no canteiro.

A Kitagawa oferece unidades de capacidade de até 75 toneladas curtas, e no Japão já existem algumas com capacidade de até 125t. O equipamento deve ser usado com um marco de içamento com dispositivo de compensação para minimizar o tempo de colocação da carga na posição exata. Este marco ao redor da carga pode também oferecer uma variedade de pontos de içamento para as lingas, o que facilita um rigging que respeite as características estruturais do módulo pré-fabricado e mantenha sua integridade. Com isso, também se torna desnecessária a organização de barras de separação com larguras crescentes conforme mais próximas da carga, o que costuma demandar guindastes com maior altura sob gancho.

INDICAÇÕES

Embora cada local de trabalho demande seu próprio plano de elevação de materiais com aplicação de guindastes, há certas regras gerais para usar o método de pré-fabricados modulares volumétricos em edificações.

Sendo possível, os caminhões de entrega dos módulos devem ser descarregados próximo ao edifício em construção, já que a grua torre tem que ser posicionada no centro do canteiro, de maneira a minimizar os raios de operação e a capacidade de carga que se faz necessária. Diferente dos pré-fabricados de concreto tradicionais, os módulos volumétricos são em geral muito grandes para armazenamento no canteiro. Uma logística eficiente de transporte e carga deve ser pensada.

Para os módulos de concreto reforçado, é necessário pensar em uma grua com capacidade de entre 28 e 64 toneladas curtas, que com barra de distribuição do esforço podem trabalhar em raios de 35 metros, dependendo da localização da grua e do formato do edifício. Para que se alcancem todas as extremidades do canteiro de obras, a capacidade deve estar calculada em base à ponta mais externa da lança.

Os basculantes mostram seu valor em canteiros de obra com forte restrição espacial. Mas, na maioria dos casos, as tradicionais gruas “cabeça de martelo” com menor comprimento de lança e adaptadas às condições do canteiro são mais efetivas em termos econômicos. Elas são até 40% mais baratas de armar e consomem menos tempo no rig. Além disso, estas gruas produzem menores forças de reação, consomem menos energia e simplificam a gestão de prevenção de colisão.

Os modelos de torre flat top, no entanto, são preferíveis na maioria dos casos, devido a seu menor tempo de instalação e menor peso total. Uma grua flat top apresenta mais facilidade para mudar o comprimento de lança e contra lança, por não ter os tirantes.

A manipulação dos típicos módulos pré-fabricados volumétricos em geral exige o máximo momento de carga durante a maior parte da operação. Usar o comprimento máximo da lança, portanto, significa que um só carro será a melhor opção. Além disso, a utilização da máxima extensão da lança para posicionamento do módulo é desejável. De maneira que quando se usa um modelo “cabeça de martelo”, um só carro é melhor do que uma configuração de duplo carro, comum em outras aplicações de grua torre em serviços de levantamento pesado.

O içamento preciso é mais crítico e importante que a velocidade. Sistemas de inversão de frequência para um start suave, com micro controle do movimento, ajudam muito nestes casos. Também é conveniente que a grua tenha um sistema de câmeras para acompanhar de perto o movimento do gancho e o carrete do cabo. Aplicar sensores de GPS no marco de içamento do módulo permite que a informação em tempo real seja transmitida ao software de controle da construção. O armazenamento de dados permite a investigação de toda a operação da grua por internet.

O novo método de construção modular com pré-fabricados volumétricos abre grandes possibilidades para todos os que trabalham com gruas torre.