HABITAÇÃO UNIFAMILIAR DE BAIXO CUSTO: PROJETO USP PARA A ARCELORMITTAL

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1 CONSTRUMETAL 2010 CONGRESSO LATINO-AMERICANO DA CONSTRUÇÃO METÁLICA São Paulo Brasil 31 de agosto a 2 de setembro 2010 HABITAÇÃO UNIFAMILIAR DE BAIXO CUSTO: PROJETO USP PARA A ARCELORMITTAL Francisco F. Cardoso; Mercia M.S.B. de Barros; Márcio Teixeira; Douglas Ito; Camila Conti; Lígia de Aquino; Daniel Gallardo-Alarcon; Herbert Gomes; Rosa M. Messaros. Escola Politécnica da Universidade de São Paulo; Departamento de Engenharia de Construção Civil; Avenida Prof. Almeida Prado, travessa 2, no. 83 Cidade Universitária São Paulo SP Brasil; francisco.cardoso@poli.usp.br 1. Apresentação e objetivo A siderúrgica ArcelorMittal, líder mundial em produção de aço, possui uma rede de pesquisadores representando instituições de ensino e pesquisa dos países onde está implantada, a International Network of Scientific Partners in the field of Steel Construction; no caso do Brasil, esta instituição é a Escola Politécnica da Universidade de São Paulo. No final de 2008, a empresa convidou aos membros da rede para participarem do Projeto Affordable House, cujo objetivo era desenvolver, ao longo de 2009 e com equipe da instituição, preferencialmente composta por alunos, uma proposta de habitação unifamiliar de baixo custo, acessível a grande parte da população pelo mercado privado, aqui chamada de affordable house, e que empregasse de forma intensa o aço. O representante da Escola Politécnica da USP aceitou o desafio e constituiu equipe específica para o Projeto, composta pelos autores desse trabalho, além de consultores; a equipe também contou com o apoio de profissionais do mercado, indicados pela ArcelorMittal Brasil, e de profissionais da própria empresa. Do Projeto resultou o trabalho de conclusão de curso de Engenharia Civil de parte dos alunos. O objetivo desse documento é apresentar os principais elementos que orientaram o processo de definição da solução para a habitação e da solução concebida em si. A solução proposta foi apresentada e discutida em duas reuniões da rede, realizadas na Bélgica e julho de 2009 e janeiro de 2010, nas quais foram também apresentadas as propostas da China, Índia, Polônia, Portugal, República Checa, Romênia e Suécia. 2. Público alvo e características do produto A primeira etapa foi a da caracterização do público a que se destina uma affordable house no Brasil para então se estabelecer as características funcionais (programa de necessidades) e técnicas (características das casas oferecidas no mercado e elementos em aço disponíveis) do produto habitacional e definir um custo meta suficientemente baixo para atender à proposta do Projeto. O desenvolvimento da solução foi pautado pela necessidade de se competir com as affordable houses vendidas no mercado brasileiro, empregando-se o máximo possível de produtos de aço.

2 Público alvo Estudo realizado em 2008, com o horizonte de 20 anos, pelas empresas de consultoria Ernst & Young (E&Y) e Fundação Getúlio Vargas (FGV), prevê um crescimento de 150% de PIB brasileiro no período, ou um crescimento médio de 4% ao ano. Por conseqüência, previram-se mudanças na composição da renda familiar. Há a expectativa de que as famílias apresentem maior poder de compra: o percentual das famílias de classe de renda E diminuiria de 55,3% para 30,5%, enquanto que as das classes de renda D e C cresceriam de 24,5% para 28,9% e de 12,9% para 22,9%, respectivamente. Além disso, o IBGE prevê que a população do país crescerá até por volta de 2040, atingindo 220 milhões de habitantes. Ainda em relação à população idosa, espera-se que até 2050 a expectativa de vida seja de 81,3 anos, ante os 72,7 de Além disso, é sabido que a necessidade de moradias no país é imensa. Dados de 2005 revelaram que o passivo habitacional estava em torno de 7,8 milhões de domicílios. As principais carências habitacionais estão nas classes de menor poder aquisitivo. Segundo o estudo, em 2005, nas famílias com rendimentos mensais de até R$ 1.000,00 (Classe E), a necessidade por moradias adequadas atinge cerca de 20% da classe. Enquanto que, para famílias com renda acima de R$ 4.000,00 (Classes B e A), o percentual relativo é de pouco mais de 6,0% (E&Y, 2008). Por outro lado, tem ocorrido um aumento significativo do crédito habitacional, não somente com recursos internos quanto externos. O mercado imobiliário brasileiro é atrativo internacionalmente, tendo havido, nos últimos anos, participação intensa de investimento externo nas captações das incorporadoras brasileiras de mercado aberto. Entre 2002 e 2007, o crédito imobiliário passou de R$ 4,8 bilhões para R$ 25 bilhões. Prevê-se que o fluxo de investimentos habitacionais será de aproximadamente R$ 316 bilhões anuais, sendo R$ 219 bilhões no período de 2008 a 2017 e de R$ 390 bilhões de 2018 a Este montante de investimento representará 7,3% do PIB, um crescimento de 4,5 pontos percentuais em relação a 2005 (E&Y, 2008). Para o mercado da construção, o país apresentará nos próximos anos ( ) um grande potencial de crescimento. Nesse período, o faturamento das empresas construtoras passará de R$ 53,5 bilhões (2007) para R$ 129,6 bilhões (2030) (E&Y, 2008). Ainda nesse período, o estoque habitacional aumentará de R$ 4,6 trilhões de reais, correspondentes a construção e reformas de moradias. Para satisfazer o número do crescimento de famílias e reduzir o déficit habitacional, estima-se que deverá ser de 1,745 milhão a média anual de unidades residenciais a serem construídas até Considerando-se a característica da demanda, o mercado deverá oferecer, principalmente, produtos destinados a famílias com menor poder aquisitivo (renda inferior a R$ 2.000,00). Para esta faixa de renda, o produto habitação deverá ter custo entre R$ 35 mil e R$ 70 mil, a preços de 2007 (E&Y, 2008). Além disso, não será desprezível a faixa seguinte de renda (até R$ 4.000,00), para a qual o custo da unidade poderá estar entre R$ 70 e 150 mil. Estudo da Fundação Getúlio Vargas (NERI et al., 2008) confirma que um dos efeitos do desenvolvimento econômico do país nos últimos quinze anos foi a progressão das famílias da classe de renda D para a C (renda familiar de entre R$ 1.065,00 e R$ 4.591,00), o que as colocou no mercado de consumo das habitações, dando-lhes possibilidade de acesso à casa própria pelo mercado privado. Definiu-se assim como público alvo prioritário para o Projeto as famílias da parcela superior da classe de renda C (Classe Média), que recebem mensalmente entre 8 e 10 SM (1 salário mínimo SM = R$ 465,00, na ocasião do estudo) e as da parcela inferior de classes de renda B, que recebem até 12 SM. 2

3 Características funcionais e técnicas do produto habitacional Os principais tipos de construções habitacionais para casas térreas ou de dois pavimentos para a população de rendas mais baixas são a habitação unifamiliar isolada; a habitação unifamiliar geminada; e os condomínios horizontais de habitações unifamiliares (isoladas ou geminadas). Optou-se, com vistas à diminuição dos custos de construção e do terreno, por se projetar uma habitação unifamiliar geminada de duas casas, passível de ser construída de forma isolada ou em condomínios horizontais. As famílias do público alvo visado almejam morar em habitações que disponham de pelo menos duas unidades sanitárias domiciliares internas, comportando no máximo dois moradores por dormitório e apenas uma família por moradia, tenham facilidade de acesso nas áreas urbanas e sendo integradas ao ambiente que as cerca, possibilitando acesso a educação e cultura, lazer, saúde, transporte, segurança pública e coleta urbana de lixo. As dimensões dos espaços das casas são variáveis em função da sua localização. Nas regiões metropolitanas, em que o custo do solo é elevado, é comum adotarem-se as áreas mínimas para os ambientes, mesmo em empreendimentos privados, para os quais as áreas usualmente oferecidas são um pouco maiores. Isso resulta em habitações, para o caso das famílias de classe de renda C, cujas áreas totais vão de 42 a 65 m 2 (dois dormitórios) e de 65 a 90 m 2 (três dormitórios). Quanto às escolhas técnicas, o desafio colocado do emprego de produtos em aço levou a que se adotasse como premissa a idéia de se empregar tecnologias inovadoras, que permitem reduzir desperdícios, melhorar a produtividade e garantir a qualidade do produto. Outra premissa foi a da sustentabilidade, buscada pela utilização de produtos que permitam, por exemplo: redução de resíduos de construção, pela racionalização construtiva; redução do consumo de água, pelo emprego de equipamentos mais eficientes e adoção de princípios de reuso; redução do consumo de energia, pela adoção do aquecimento solar e minimização de refrigeração mecânica. Dentre as alternativas em aço para a produção da estrutura da habitação, optou-se pela do light steel framing, substituído o concreto armado e os componentes estruturais para alvenaria. O sistema é composto por perfis leves de aço galvanizado que constituem montantes e guias estruturais sobre os quais são aplicados painéis de fechamento. Os perfis de montantes e guias empregados têm espessura usuais de 0,95 e 1,25 mm e largura variável entre 90, 140 e 200 mm. A rigidez da estrutura é complementada por elementos estruturais como fitas, cantoneiras e estruturas de contraventamento, também fabricadas em aço galvanizado. O aço da estrutura possui tensão de escoamento mínima de 360 MPa e apresenta revestimento com zinco, que garante a proteção contra corrosão. O espaçamento típico entre montantes é de 60 cm. Os elementos da estrutura são parafusados com parafusos autoperfurantes galvanizados, com cabeça chata tipo Philips. Há a previsão de colocação de lã mineral no interior das vedações, quando necessário para atender a exigências de desempenho. Por se tratar de um método construtivo recente no Brasil que utiliza materiais de mais elevado custo aço e painéis de fechamento -, a competitividade deste sistema frente aos tradicionais só pode ser viabilizada ao se garantir a produção em escala, com um adequado processo de gestão. Os demais componentes e elementos em aço que se imaginou pudessem substituir os produtos de construção empregados na casa tradicional brasileira foram: vedação horizontal: pisos inter-andares em placas de madeira mineralizada (OSB - Oriented Strand Board), substituído as tradicionais lajes pré ou maciças (o steel deck foi descartado, por exigir concretagem); 3

4 vedação vertical: externamente, placas de madeira mineralizada (OSB) e camada de revestimento polimérico de 3,0 mm; internamente, divisórias de chapa de gesso acartonado (drywall), com montantes de aço conformados a frio; ambas substituído as alvenarias em blocos cerâmicos ou de concreto revestidas de argamassa; esquadrias: de aço ou de PVC estruturadas em aço, substituído as em madeira e alumínio; cobertura: estrutura em perfis de aço conformados a frio (light steel framing), substituído a madeira, e telhamento em telhas de aço com isolamento termoacústico, substituído as telhas cerâmicas e de fibrocimento. Por uma questão de compatibilidade com as soluções anteriores e para manter a coerência com a idéia da construção seca, no caso instalações prediais, optou-se pelo uso do sistema PEX (Polietileno reticulado). A Tabela 1 traz as principais vantagens e limitações das soluções escolhidas para a habitação projetada em relação às soluções tradicionais. Produtos Selecionados Estrutura Vedações Verticais Vedações Horizontais Light Steel framing Gesso acartonado (interior) OSB (exterior) Portas e janelas em PVC OSB (interior) Vantagens - Estrutura leve, favorecendo as fundações - Agilidade de execução - Facilidade de modelagem - Facilidade de manutenção - Compatível com conceitos de desconstrução, elemento fundamental da sustentabilidade - Painéis leves, facilmente transportáveis - Facilidade de execução - Permite a manutenção fácil dos sistemas prediais - Possibilita alta produtividade - Adequada resistência mecânica para áreas internas de edifícios - Painéis leves, facilmente transportáveis - Adequada resistência a intempéries, desde que adequadamente protegida - Custo compatível com a tecnologia estrutural - Facilidade de corte para arremates - Facilidade de execução Desvantagens - Alto custo dos componentes - Dificuldade de fornecimento - Escassez de mão-de-obra especializada - Cultura local não privilegia construções leves - Exige cuidados especiais para áreas úmidas - Cultura local não privilegia construções leves - Possibilidade de proliferação de vetores de contaminação como roedores, por exemplo, em função do oco das paredes - Pouco resistentes mecanicamente - Escassez do material para algumas regiões - Instabilidade em contato com água - Cultura local não privilegia construções leves - Adequada resistência mecânica - Evita a necessidade de pintura - Custo elevado frente às esquadrias de alumínio - Painéis leves, facilmente transportáveis - Custo compatível com a tecnologia estrutural - Facilidade de corte para arremates - Facilidade de execução - Pouco resistentes mecanicamente - Escassez do material para algumas regiões - Instabilidade em contato com água - Cultura local não privilegia construções leves Sistemas Prediais PEX - Flexibilidade de instalação e manutenção - Diminuição do consumo de mão-de-obra - Menor incidência de problemas de vazamentos - Maior vida útil pela diminuição de conexões - Dificuldade de encontrar componentes e mão-deobra - Escassez do material para algumas regiões - Maior custo inicial de instalação Cobertura Estrutura Metálica Telhas de aço com isolamento termoacústico - Alta resistência aos esforços - Maior vida útil - Menor peso para as fundações - Agilidade de execução - Agilidade de execução - Menor exigência de estruturação do telhado - Facilidade de transporte - Adequado desempenho termo-acústico - Alto custo inicial de instalação - Dificuldade de encontrar material e mão-de-obra - Escassez do material para algumas regiões - Maior necessidade de manutenção - Alto custo inicial de instalação - Baixa declividade dificulta a instalação da caixa d água Figura 1 - Tabela comparativa entre os produtos selecionados e os tradicionais. Custo meta Coincidentemente com a proposta da rede da ArcelorMittal, o Governo Federal lançou programa Minha Casa Minha Vida (MCMV), que, para incentivar a elevada produção de habitações de menor preço, elimina a cobrança de encargos sobre os lucros 4

5 presumidos, de 6,73%, e reduz os impostos sobre o preço do empreendimento, de 7% para 1%. A condição é a de que o valor máximo do imóvel financiado pelo programa seja de R$ 130 mil. Tomaram-se como base para se definir o custo meta de construção das unidades unifamiliares do padrão visado dois orçamentos preparados pela editora PINI. A primeira unidade orçada pela revista possui dois pavimentos e é voltada para a classe de renda C: área construída de 79,40 m²; terreno plano com 125 m² de área, sendo 5 m de frente e 25 m de comprimento; residência em dois pavimentos, com dois quartos, sala, cozinha e banheiro. Seu custo de construção é de R$ 949,97 / m² (PINI, 2006a). A segunda possui três pavimentos e é voltada para a classe de renda B: área construída de 230,81 m²; terreno em aclive com 350 m² de área, sendo 10 m de frente e 35 m de comprimento; residência em vários níveis, com dois dormitórios, uma suíte, cozinha, dois banheiros, um lavabo, salas de estar, jantar, lareira, de TV e de festas, além de bar, jardim de inverno, área de serviço e área de lazer para churrasqueira. Seu custo de construção é de R$ 1.076,03 / m² (PINI, 2006b). Para a definição do preço final possível de ser proposto para uma habitação unifamiliar de baixo custo, adotaram-se as seguintes premissas: custo de construção de R$ 950,00 m 2 ; comprometimento de 25% da renda familiar em habitação; juros de mercado (8,66% ao ano, mais correção monetária); prazo de financiamento de 30 anos; entrada a vista de 20% do valor do imóvel; subsídios do programa MCMV; sobre o preço de venda da construção incidem percentuais de custos adicionais, que representam valores médios de mercado: custo do terreno de 15%; contas de promoção, propaganda e marketing de 3%; contas de corretagem e comercialização de 4%; lucro presumido de 15% - total de 38%; sobre o seu custo de produção incide um percentual de contas pré-operacionais de 8%. Nessas condições, um imóvel com área construída de 80 m² teria um preço de venda de R$ ,10, dos quais 75% ou R$ ,68 seriam financiados, enquadrandose no limite do programa MCMV. Esta superfície passou a ser o limite superior da área visada para a solução buscada. Programa de necessidades Todos estes elementos levaram ao estabelecimento das seguintes condições de contorno para o desenvolvimento da solução: foco nas características das regiões metropolitanas de São Paulo e Rio de Janeiro elas representam um déficit habitacional de 1,15 milhões de moradias (2007) e uma nova demanda de 3,81 milhões de novas moradias até Área de construção entre 70 e 80 m 2 ; terreno de 7m de frente por 15m de profundidade, ou cerca de 100 m 2 ; ambientes mínimos: sala, cozinha, área de serviço, lavabo, três quartos e dois banheiros (ou, preferencialmente, uma suíte, dois quartos e um segundo banheiro); disposição das unidades habitacionais geminadas duas a duas. Custo máximo da construção estabelecido em função do preço de comercialização das casas destinadas às famílias das classes de renda C e B e 5

6 dos limites do programa Minha Casa Minha Vida; custo da construção da infraestrutura na gleba incluída no custo do terreno. O paradigma da casa tradicional - a casa produzida com a tecnologia de aço deveria se parecer com a casa produzida com a tecnologia tradicional (alvenaria) para que se tenha grande potencial de comercialização. Com isto, alinha-se com a cultura do público alvo que usualmente espera por uma casa pesada. Produção em grande escala (condomínios horizontais de 20 a 100 unidades, ou mais), para tirar vantagem do grau de industrialização e racionalização, pois somente neste cenário é que o aço tem potencial de se tornar competitivo frente às tecnologias tradicionais. O paradigma da inovação - a solução deve se basear nos princípios da industrialização da obra e dos produtos e processos: montagem de elementos pré-fabricados, sistemas abertos, processos integrados, projetos detalhados, gerenciamento do empreendimento, padronização, coordenação modular, construção seca, entregas just in time, melhoria contínua, etc. O paradigma do desempenho - a solução deve oferecer não apenas preço, mas também melhor desempenho (maior qualidade, valor agregado para compradores e incorporadores, redução de custos) e serem ambientalmente amigável (redução de desperdícios, seleção de materiais baseada em critérios ambientais, ambiente de produção seguro e saudável, eficiência energética, contribuição para o desenvolvimento social e econômico, etc.). O paradigma do uso do aço - a solução deve empregar diferentes componentes de aço: estrutura, cobertura, esquadrias de janela, batentes de portas, etc. As principais características da solução proposta são apresentadas a seguir. 3. A solução proposta O programa de necessidade da habitação unifamiliar foi estabelecido a partir das construções existentes no mercado para as famílias das classes de renda C e B. Para otimizar o uso do terreno, as casas foram projetadas com dois pavimentos, atendendo às seguintes diretrizes: casa dividida em duas grandes áreas: social no térreo, que inclui sala, cozinha, área de serviço e lavabo; e íntima, no primeiro pavimento, no qual estão alocados uma suíte, dois quartos e um segundo banheiro; acesso entre as áreas íntima e social feito por uma escada que, por ser única e centralizada, permite a otimização dos espaços de circulação horizontal, não criando corredores; além disso, sua estruturação serve de apoio para a caixa d água e o acumulador de água quente do aquecedor solar, cuja presença julgou-se obrigatória para atender aos anseios do mercado; integração da sala com o jardim para aumentar o espaço útil. Como resultado, foram criadas duas opções de planta para o térreo e para o primeiro pavimento, para aumentar a atratividade das casas, conforme ilustra a Figura 2. Foram ainda adotadas as seguintes diretrizes para soluções arquitetônicas e técnicas: Unificação das áreas molhadas para minimizar os custos dos sistemas prediais hidráulicos. Alinhamento das paredes superpostas - as paredes estruturais dos pavimentos superpostos foram alinhadas verticalmente, para minimizar os elementos de transição. 6

7 Modulação de 60,0 cm para os elementos estruturais, compatível com o padrão dos painéis de fechamento (largura de 1,20 m). Caixa d água individual. Por ser um conjunto habitacional, a caixa d água poderia ser coletiva, mas se optou por ser individual para viabilizar a construção da casa em cenários distintos. Limitação das aberturas de portas e janelas em função do custo das esquadrias, da necessidade de compatibilização das dimensões das aberturas com as dos componentes disponibilizados pelo mercado, das limitações de espaço para posicionamento de mobiliário e do posicionamento dos contraventamentos da estrutura. (a) (b) Figura 2 Alternativas de plantas arquitetônicas: (a) para o térreo: opção 1 com a cozinha voltada para a frente do lote e com uma abertura direta da sala para o jardim dos fundos, ampliando a área; opção 2 com a sala voltada para a frente do lote e cozinha com uma abertura direta para o jardim dos fundos; (b) para o primeiro pavimento: opção 1 com uma suítes e mais dois dormitórios e um banheiro; opção 2: duas suítes. O respeito a tais diretrizes levou a uma área construída final um pouco superior à fixada, de 84,24 m 2. Apesar de ser uma construção leve, a solução proposta confere um adequado desempenho térmico aos ambientes durante o ano todo. Durante o inverno, os materiais utilizados conservam o calor interno, podendo acumular calor por radiação direta quando necessário, e no verão podendo sombrear as aberturas e ventilando os ambientes mantendo a temperatura interna na região de conforto. Porém, cabe ressaltar a questão da acústica desses ambientes que podem causar um desconforto aos usuários devido à natureza dos materiais. A Figura 3 traz imagens da proposta da solução proposta. 7

8 Figura 3 Perspectivas da solução proposta. Os principais elementos do projeto arquitetônico são apresentados no Apêndice A. Este apêndice traz também os desenhos dos painéis verticais e horizontal da estrutura em light steel framing, as características das esquadrias de portas e janelas e detalhes da cobertura. A seguir, são brevemente apresentadas as soluções adotadas para os diferentes sistemas da habitação, além do já descrito para a estrutura portante vertical. Elementos dos projetos que constam do Apêndice A ajudam a compreensão das mesmas. Fundações As fundações serão produzidas a partir de sapatas corridas incorporadas ao piso ( falso radier ). A escolha levou em conta o reduzido carregamento imposto pelas cargas permanentes e acidentais e o fato de as cargas serem distribuídas ao longo de todas as vedações verticais. A execução do piso concomitante permite que se trabalhe com melhores condições de limpeza e organização do canteiro de obras. Estrutura e projeto estrutural Os principais elementos do projeto estrutural são apresentados no Apêndice B. Este traz um exemplo do processamento feito com o programa Strap, as características dos perfis empregados e uma estimativa do peso da estrutura de uma casa isolada. A estrutura em light steel framing foi constituída por perfis formados a frio, em forma de U, U enrijecido, duplo U e duplo U enrijecido. Esses perfis têm alguns meios bem definidos de avaliação de estados limites, como o escoamento da seção efetiva, flambagem global e flambagem distorcional. Ela deve contar com enrigecedores a meia altura dos montantes, para que o comprimento de flambagem seja a metade do comprimento do perfil e fiquem menos suscetíveis a efeitos de segunda ordem, melhorando o seu desempenho mecânico. A estruturação em light steel framing sofre muita influência da dimensão das placas usadas para o fechamento vertical e horizontal. Nos casos do uso de placas de OSB e das chapas de gesso acartonado, os montantes devem estar espaçados de, no máximo, 60 cm entre eixos. Tomando-se essa modulação como referência, é possível determinar qual é a carga a que cada montante está submetido, definindo-se, então, o perfil mais adequado. Outra forma de dimensionamento é proceder à escolha prévia dos perfis que parecem resistir e fazer todas as verificações necessárias. Essa abordagem parte para a sistematização de montagem, já que serão poucos perfis diferentes dentro da estrutura da casa, facilitando o processo construtivo, embora eventualmente gastando um pouco mais de material. A estrutura metálica em geral sofre muito com os esforços de vento, pois as ligações, para que sejam produtivas, não podem ser soldadas. Ou seja, todas as ligações são 8

9 articuladas, tornando o vento um esforço desestabilizante muito importante. Neste cenário o contraventamento é relevante para absorver e transmitir os esforços de tração. Este contraventamento é usualmente produzido usando-se fitas metálicas cruzadas em X presas entre dois montantes e com ângulo entre 30 e 60 graus em relação ao plano horizontal. Com relação à determinação das cargas atuantes na estrutura, as cargas permanentes foram definidas a partir de consultas aos fabricantes dos materiais e componentes especificados para o projeto, tendo-se obtido os seguintes dados: Placas de Gesso Acartonado 12,5 mm: 0,12 kn/m² Placas de OSB 25 mm: 0,15 kn/m² Telha metálica sanduíche : 0,9 kn/m² Forro de gesso acartonado: 0,08 kn/m² Revestimento cerâmico aderido (com contrapiso): 0,07 kn/m² Quanto às sobrecargas, foram assumidas aquelas previstas pela Norma ABNT NBR 6120 (2000), que estabelece, para um edifício habitacional: sobrecarga de piso de 1,5 kn/m² e sobrecarga para o telhado de 0,25 kn/m². Para a determinação da carga de vento, tomou-se como referência a norma ABNT NBR 6123 (1990) que estabelece como determinar esses esforços e como eles agem sobre a estrutura. A velocidade básica do vento foi assumida como sendo 40 m/s, o que resultou numa velocidade característica do vento V k = 32 m/s, o levou a uma carga q de 628 N/m 2. A partir da arquitetura do edifício foram estabelecidos os dois fatores que auxiliam na determinação dos coeficientes a/b = 1,09 e h/b=0,71. Para a determinação dos valores dos coeficientes de forma, utilizou-se a NBR 6123 (1990). Para a cobertura de uma única água, tem-se Ce = -1,0 em qualquer situação; para a edificação, o Ci pode ser -0,3 ou 0. Com todos os coeficientes determinados, pode-se compor as várias situações de carregamento e avaliar esforços e deslocamentos da estrutura e verificar a segurança e operacionalidade da mesma, para a carga de vento atuante sobre a estrutura a 0 grau e a 90 graus. Usando o programa de computador STRAP, para a avaliação da estrutura como um todo, pode-se montar os vários cenários possíveis de acontecer durante a construção e durante a vida útil do edifício, a partir das cargas estimadas e da capacidade dos perfis. No Apêndice B são apresentados elementos dos relatórios e desenhos do comportamento da estrutura gerados pelo STRAP, avaliando-se as condições mais severas e adequando todos os perfis para a adequada utilização do sistema estrutural. Vedação horizontal Tendo-se adotado as premissas da racionalização e da industrialização, optou-se pelo uso de placas de OSB como vedação horizontal entre o pavimento térreo e o primeiro andar, complementado por um forro de chapa de gesso acartonado (o forro foi igualmente adotado abaixo da cobertura, no primeiro andar) (Figura 4). O revestimento do piso é em piso vinílico (áreas secas) ou cerâmica (áreas úmidas) 9

10 Figura 4 Corte da vedação horizontal entre o pavimento térreo e o primeiro andar com o uso de placas de OSB, forro de chapa de gesso acartonado e revestimento de piso cerâmico (áreas úmidas). Vedação vertical A decisão pelas tecnologias dos painéis empregados nas vedações verticais considerou suas características de desempenho, sua disponibilidade e seu custo, tendo sido definido o emprego de placas de OSB para o exterior e de chapas de gesso acartonado para o interior. Ambas são fixadas diretamente na estrutura reticulada do light steel framing. As placas de OSB receberão tratamento de juntas e camada de revestimento polimérico de 3,0 mm e posterior aplicação de pintura acrílica. Para se obter conforto térmico e desempenho acústico adequados, a cavidade entre duas placas será preenchida por lã de vidro (Figura 5). Internamente, serão utilizados dois tipos de chapa de gesso acartonado: standard e resistente a umidade, a primeira nas áreas secas do primeiro andar e a segunda nas suas áreas úmidas e em todo o térreo. Figura 5 Corte da vedação vertical externa com o uso de placas de OSB, camada de revestimento polimérico de 3,0 mm e posterior aplicação de pintura acrílica e isolamento de lã mineral. 10

11 Esquadrias de portas e janelas As aberturas foram limitadas às condições mínimas de habitabilidade e exigências arquitetônicas visando à redução de custos e às exigências construtivas. Para as portas internas, foram projetados batentes de aço associados a folhas de madeira; para as exteriores prevê-se o emprego de PVC (Polyvinyl chloride) com reforço estrutural de aço para a porta principal e aço para a porta da área de serviço. Com isto, busca-se potencializar o emprego do aço, respeitando-se a cultura local. As esquadrias de janelas são de PVC também com reforço estrutural de aço. Estas esquadrias serão fixadas mecanicamente aos montantes do steel framing com posterior colocação dos arremates. Cobertura e respectivo projeto Com a finalidade de potencializar a utilização de componentes de aço, optou-se pela cobertura com telhas metálicas termo acústicas. Trata-se de um painel trapezoidal composto por duas lâminas de aço entremeadas por um miolo de poliuretano que confere conforto termo acústico. São produzidas de acordo com o projeto, podendo-se variar o comprimento entre 2,5 a 12 m. Por serem autoportantes, conseguem-se vãos de até três metros. Isto implica em redução na estrutura metálica de sustentação e conseqüentemente menores custos. As telhas serão fixadas diretamente à estrutura do light steel framing por meio de parafusos autoperfurantes de x 2. A junção entre duas telhas também é feita desta forma, empregando-se parafusos de 1/4-14 x 7/8. O correto uso dos respectivos fixadores é fundamental para o adequado desempenho da cobertura. Além disso, é necessário aplicar fitas de vedação nas sobreposições transversais e longitudinais de ligação. Na cobertura também serão instalados painéis para o aquecimento do sistema de água quente para uso sanitário (chuveiros) com a utilização de energia solar. Para tanto, deve-se atentar para os detalhes de fixação, aonde não poderá haver contato metalmetal. Isso é conseguido através da utilização de arruelas de neoprene, detalhada no projeto da cobertura. Sistemas prediais hidráulicos, sanitários e elétricos e respectivos projetos Os projetos dos diversos sistemas foram realizados segundo as respectivas normas técnicas. Os materiais e componentes utilizados para os sistemas hidráulicos e sanitários devem ser coerentes com os sistemas estrutural e de vedação escolhidos. Para o sistema de água fria, apenas uma parte do sistema foi dimensionado em PEX. Esta parte corresponde ao trecho entre o registro de cada prumada e o ponto de utilização. O restante da tubulação, anterior a este trecho, foi projetado em PVC. Tal concepção visa à redução de custos, já que para uma habitação nos padrões previstos, inicialmente, o sistema PEX ponto a ponto aumenta substancialmente o custo; para o sistema de água quente optou-se por uma tubulação totalmente em PEX visto que o sistema deve atender apenas dois pontos de utilização, os chuveiros dos banheiros do primeiro piso. O aquecimento da água para os chuveiros é feito por aquecedor solar complementado por energia elétrica. Para esta tecnologia, os equipamentos necessários são: coletores solares com 2 m 2 de área (para captação de energia) e um reservatório térmico de 200 litros para reserva da água e manutenção da temperatura. 11

12 Os sistemas de esgoto e elétrica são tradicionais. Para facilitar a manutenção, as instalações de esgoto estão alocadas em shafts verticais ou no interior de forros falsos em gesso acartonado. 4. Estimativa de custo da unidade habitacional A partir dos projetos, foi possível a elaboração de uma planilha de quantitativos para um orçamento mais detalhado. A Tabela 1 foi elaborada de acordo com as quantidades dos insumos necessários para a produção de uma residência. Ressalta-se que o valor de mercado de cada insumo foi obtido entre os meses de dezembro de 2009 e janeiro de O custo final de construção é de R$ ,14, ao qual devem ainda ser somados os custos pré-operacionais de gestão da obra, estimado em 8%, chegando-se a um custo total de produção de R$ ,95. Como a solução proposta final ficou com a área de 84,24 m 2, ele corresponde a um custo de produção final de cerca de R$ 1.280,00, valor um terço superior ao perseguido de R$ 950,00. O Quadro 1 mostra esses cálculos, assim como traz o valor do preço de venda, incluindo a parcela do terreno e as contas de propaganda e corretagens. Ele inclui, também, os impostos sobre o preço e o lucro presumido do empreendedor, posto que o cenário proposto é da promoção imobiliária, além dos encargos sobre ele, sem considerar os subsídios do programa Minha Casa Minha Vida. Quadro 1 Estimativa do custo final de produção e do preço de venda da unidade habitacional. Área construida (m2) 84,24 Custo (R$/m2) 1.186,02 Contas pré-operacionais (8%) 7.992,81 Custo total (R$) , ,90 R$/m2 Custo terreno (15% preço de venda) (R$) ,50 Contas de Promoção, Propaganda e Marketing (3% preço de venda) (R$) 6.570,10 Contas de Corretagem e Comercialização (4% preço de venda) (R$) 8.760,13 Im postos sobre o preço do empreendimento (7% preço de venda) (R$) ,23 (no MCMV = 1%) Encargos sobre o Lucro Presumido (6,73% preço de venda) (R$) ,93 (no MCMV = 0%) Lucro Presumido (15% preço de venda) (R$) ,50 Preço de venda (R$) , ,75 R$/m2 Chega-se assim a um preço de venda de pouco menos de R$ 220 mil ou cerca de R$ 2.600,00 por m 2, que é compatível com os praticados no mercado para esses empreendimentos. Infelizmente, o valor supera bastante o limite do programa Minha Casa Minha Vida, o que levou à consideração do imposto de 7% e de encargos sobre o lucro presumido, e não a isenção fiscal por ele oferecida. É importante destacar que os custos apresentados foram levantados considerando-se um universo de 200 ou mais unidades. A execução de apenas uma ou poucas unidades tira a vantagem da economia de escala e pode elevar os custos em 20% do aqui estimado. 12

13 Tabela 1 Quantitativos - Estimativa dos custos de produção de uma casa geminada (supondo a construção simultânea de 200 casas). Affordable House Project University of Sao Paulo - Orçamento 1 casa (geminada) Insumos diversos Unidade Custo unitário Quant Custo item Custo total % FUNDAÇÃO - Radier - Execução de lastro de brita m² 6,33 56,00 354,48 - Execução do radier com concreto fck=25mpa / slump 6 +/- 1 cm e armação m³ 470,00 5, , ,48 3,0% ESTRUTURA - Estrutura - fornecimento perfis kg 5, ,20 - Estrutura - montagem perfis kg 0, ,80 - Estrutura - parafusos unid 0, , ,00 15,8% LAJE - Placa OSB (25 mm) (material e mão de obra) m² 40,41 49, ,09 - Parafusos kg 7,20 9,80 70, ,65 2,1% COBERTURA - Painel Termilor TP com chapa superior pré-pintada, inferior galvalume e espuma de poliuretano de 38 kg/m3 (fornecimento) kg 2, ,77 - Painel Termilor T-P (montagem) kg 0, , ,09 5,7% FACHADA - Placa OSB (18 mm) (material e mão de obra) m² 34,69 120, ,80 - Revestimento Quimicryl (material) m² 19,74 120, ,54 - Mão de obra empreitada revestimento m² 7,00 120,00 840, ,34 7,4% PAINEL DE GESSO ACARTONADO (DRY WALL) - Paredes - Sistema Dry Wall - chapa ST (montada sobre estrutura - Mat e MO) m² 35,00 85, ,10 - Sistema Dry Wall - chapa RU (montada sobre estrutura - Mat e MO) m² 42,00 66, ,56 - Sistema Dry Wall completo #0,95 perf 72 mm com chapa ST (Mat e MO) m² 110,00 12, ,83 - Sistema Dry Wall completo #0,95 perf 72 mm com chapa RU (Mat e MO) m² 140,00 35, ,89 - Isolante (lã mineral) m² 8,67 123, , ,39 13,2% PAINEL DE GESSO ACARTONADO (DRY WALL) - Tetos - Sistema Dry Wall - material m² 32,00 70, ,41 - Mão de obra empreitada m² 26,00 70, , ,93 4,1% Insumos diversos Unidade Custo unitário Quant Custo item Custo total % ESQUADRIAS - PVC com aço - Maxim-ar com vidro mini boreal 0,75x0,80 - banhos unid 255, ,00 - Maxim-ar com vidro mini boreal 0,60x0,80 - lavabo e AS unid 227, ,00 - Janela 2 follhas de vidro com veneziana superior fixa 1,68x1,00 - cozinha unid 825, ,00 - Janela de correr com 2 folhas de vidro 1,08x1,00 + persiana - dormitórios unid 882, ,00 - Porta de madeira folha 0,70x2,20 com batente em aço e guarnições em madeira unid 395, ,21 - Porta 2 folhas móveis de abrir 1,684x2,20 - Sala unid 1.243, ,00 - Porta de madeira 1 folha 0,80x2,20 com batente em aço e guarnições em madeira unid 472, ,25 - Porta de madeira 1 folha 0,90x2,20 com batente em aço e guarnições em madeira unid 849, ,22 - Porta com 2 vidros (superior: normal e inferior: laminado) 1,00x2,20 - Hall social unid 1.014, , ,67 12,4% HIDRÁULICA - EMPREITADA GLOBAL - Contrato com terceiros para fornecimento de materiais e mão de obra m² 113, , ,97 9,5% ELÉTRICA - EMPREITADA GLOBAL - Contrato com terceiros para fornecimento de materiais e mão de obra m² 113, , ,97 9,5% AQUECEDOR SOLAR - Aquecedor solar (painel e reservatórios) verba 2.400, , ,00 2,4% IMPERMEABILIZAÇÃO FLEXÍVEL Moldada in loco com solução asfáltica elastomérica (3 demãos) + tela poliester (banheiros, lavabo, cozinha e área de serviço) - Preparo de superficie, esp. 0,2 cm m² 3,30 5,78 19,07 - Solução asfáltica m² 16,00 5,78 92,46 111,54 0,1% REVESTIMENTOS - Revestimento vinílico áreas secas (material e mão de obra) m² 52,40 52, ,04 - Cerâmica áreas molhadas Cecrisa Linha White Plain Matte 20 x 20 cm m² 21,00 18,75 393,71 - Azulejo - liso 20x20 cm Cecrisa Linha White Plain Matte 20 x 20 cm m² 21,00 81, ,16 - Mão de obra empreitada colagem de azulejo/piso m² 15,00 100, , ,67 6,4% PINTURA INTERNA - Latex e massa corrida PVA sobre vedação (material e mão de obra) m² 6,04 165, ,72 - Latex e massa corrida PVA sobre forro (material e mão de obra) m² 6,50 72,26 469, ,43 1,5% PINTURA EXTERNA - Textura acrílica (material e mão de obra) m² 12,00 120, , ,00 1,4% SERVIÇOS COMPLEMENTARES - Áreas externas verba 5.500,00 1, , ,00 5,5% TOTAL , ,14 100,0% 13

14 5. Comentários finais Com relação à qualidade da solução proposta, a principal dúvida que se tem está relacionada à vida útil da camada de revestimento polimérico de 3,0 mm e posterior aplicação de pintura acrílica sobre as placas de OSB. Como a sua aplicação vem ocorrendo há pouco mais de cinco anos, não dando assim plena garantia de sua durabilidade, sugere-se a realização de ensaio acelerado de envelhecimento, associado à verificação da manutenção de outros requisitos de desempenho, para avaliar o desempenho da solução no tempo. Do ponto de vista do conforto e do programa de necessidades definidos, a solução atinge os objetivos fixados. Não há diferença da casa proposta com o conceito da casa tradicional. Mesmo na aparência, a exceção da cobertura em telha de aço, ela não demonstra o fato de ser construída empregando elementos não tradicionais. Já do ponto de vista de custos, embora os custos de produção alcançados sejam competitivos, o programa de necessidades imposto para que se tivesse uma habitação mais compatível com o uso do light steel framing levou a um produto habitacional de um padrão tal que não pode mais fazer parte do programa Minha Casa Minha Vida. No entanto, a solução proposta continua adequada a uma parcela bastante significativa da população brasileira. A editora PINI orçou novamente a unidade de dois pavimentos voltada para a classe de renda C e área construída de 79,40 m², construída empregando-se as tecnologias tradicionais (PINI, 2009), chegando a um valor atualizado de R$ 1.173,05 por m 2, muito semelhante ao obtido para a solução de R$ 1.186,02. O orçamento PINI não prevê, no entanto, um ganho de escala oriundo da produção simultânea de um número significativo de casas. Por outro lado, a casa projetada adota um programa de arquitetura mais completo, pois possui um dormitório, um banheiro e uma área de serviço a mais, além de permitir flexibilidade no arranjo interno da unidade e ser dotado de sistema de aquecimento solar de água para uso sanitário (chuveiros), de forma a poder atender à classe de renda B (parcela inferior), que impõe um programa mais completo e flexível. As principais diferenças entre a solução concebida e a orçada pela editora, além das ligadas às opções pela estrutura light steel framing e painéis de fechamento e pela cobertura em telha de aço, são as fundações profundas em vez do falso radier (mais caras) e as janelas de alumínio em vez de em PVC (mais baratas). Caso se queira reduzir os custos de produção de forma a que a solução atenda aos limites do programa Minha Casa Minha Vida, uma alternativa poderia ser a substituição das esquadria externas de PVC por equivalentes de alumínio, cerca de 30% mais baratas, mas que diminuiriam o consumo de aço. Outra seria imaginar reduções nos custos complementares, como os de propaganda e corretagens, assim como a busca por terrenos mais baratos. Cabe ainda se dizer que um conjunto de casas projetadas para a terceira idade, estruturadas em light steel framing, localizado em Avaré, interior do Estado de São Paulo, construído pela CDHU - Companhia de Desenvolvimento Habitacional e Urbano do Estado de São Paulo, teve um custo adicional estimado de 7% em relação ao das casas tradicionais da Companhia (PINI, 2010). Isso confirma a potencialidade econômica do sistema para esse tipo de produto habitacional. As potenciais vantagens sociais trazidas pelo uso do light steel framing são: maior velocidade de construção que permite alcançar as metas de produção do programa habitacional brasileiro com maior facilidade; canteiro de obras mais organizado, com menos perdas e menor impacto ambiental e maior segurança do trabalho. 14

15 Quanto à maior velocidade de construção, estima-se que, para ser competitiva, o par de casas geminadas deve ser construído em no máximo 20 dias, ou seja, cerca de um mês-calendário. Esse prazo não foi verificado no estudo, mas se avalia ser perfeitamente possível de ser alcançado. Concluindo-se, a solução tem condições de ser adotada no modelo de empreendimento que parece ser o que vai ser mais emprego no país: o de condomínios horizontais de habitações unifamiliares geminadas, além de poder ser usada em unidades isoladas. As mudanças que vêm ocorrendo na sociedade brasileira, como o aumento de renda das famílias e o envelhecimento da população, vêm fazendo com que cresçam substancialmente as famílias de classe de renda B, que recebem de R$ 4 mil a R$ 8 mil por mês. O número de tais famílias deverá passar de 3,3 milhões (2007) para 11,0 milhões (2030) (E&Y, 2007). Assim, embora a solução proposta não tenha alcançado o nível de custo de produção visado, é viável para as famílias de classe de renda B. A real viabilidade técnica e econômica da solução somente poderá ser verificada a partir da construção de um protótipo pelo qual algumas das alternativas propostas poderão ser devidamente avaliadas. Além disso, a execução do protótipo permitiria avaliar com maior precisão os custos e os prazos de execução envolvidos, além de se poder com ele também melhor se conhecer a película polimérica aplicada como revestimento exterior. 6. Referências bibliográficas ABNT. NBR Cargas para o cálculo de estruturas de edificações. Rio de Janeiro: Associação Brasileira de Normas Técnicas, 1980 (versão corrigida em 2000). 5p.. NBR Forças devidas ao vento em edificações. Rio de Janeiro: Associação Brasileira de Normas Técnicas, 1988 (versão corrigida em 1990). 66p.. NBR 15575:1. Edifícios habitacionais de até 5 pavimentos Desempenho. Parte 1: Requisitos gerais. Rio de Janeiro: Associação Brasileira de Normas Técnicas, p. E&Y. Brasil sustentável. Potencialidades do mercado habitacional. São Paulo: Ernst & Young, p. IBGE. Pesquisa Nacional por Amostra de Domicílios (PNAD 2007). Rio de Janeiro: Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística, NERI, M.C. (Coord.). A nova classe média. Rio de Janeiro: FGV/BRE, CPS, p. PINI. Orçamento detalhado. Sobrado de padrão popular. Guia da construção. São Paulo: Editora Pini, Edição 59, jun. 2006a.. Orçamento detalhado. Sobrado de padrão médio alto. Guia da construção. São Paulo: Editora Pini, Edição 61, ago. 2006b.. Orçamento detalhado. Casa de padrão popular. Guia da construção. São Paulo: Editora Pini, Edição 101, nov Quanto custa: habitação popular em steel frame. Guia da construção. São Paulo: Editora Pini, Edição 103, fev Agradecimentos Os autores gostariam de agradecer o apoio de Alexandre Mariutti, Bruno Sales, Cláudio T. Alencar, Edson de Miranda, Erica Mitie Umakoshi, Henrique Lindenberg Neto e Marcelo Cançado e da FDTE - Fundação para o Desenvolvimento Tecnológico da Engenharia, responsável pelo contrato internacional com a ArcelorMittal. 15

16 Apêndice A Elementos dos Projetos Básicos Arquitetônico, de Sistemas Prediais e da Cobertura (plantas, fachadas, cortes, painéis da estrutura, esquadrias, instalações de esgoto e simulação térmica) 16

17 17

18 18

19 19

20 20

21 Apêndice B Elementos do Projeto Básico Estrutural 21

22 Sections Summary Table Section Total length Weight Sub-total (meter) ( ton ) ( ton ) Cold formed sections: Ue# 90x40x12# Uef# 90x40x12#0.95 2Uef# 90x40x12# Uef# 200x40x12# Uef# 140x40x12# TOTAL Cold formed = Built up sections: Property no TOTAL Built up = Total weight:

23 23