MODULAÇÃO E PADRONIZAÇÃO DE EDIFICAÇÕES INDUSTRIAIS DE APOIO A MINERAÇÃO

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1 UNIVERSIDADE FEDERAL DE OURO PRETO ESCOLA DE MINAS DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL MESTRADO PROFISSIONAL EM CONSTRUÇÃO METÁLICA MODULAÇÃO E PADRONIZAÇÃO DE EDIFICAÇÕES INDUSTRIAIS DE APOIO A MINERAÇÃO AUTOR: PAULA LOPES BRAGA ORIENTADORA: PROFA. DRA. ARLENE MARIA SARMANHO FREITAS Dissertação apresentada ao Mestrado em Construção Metálica do Departamento de Engenharia da Escola de Minas da Universidade Federal de Ouro Preto, como parte integrante dos requisitos para obtenção do título de Mestre em Construção Metálica. Ouro Preto, março de 2011.

2 B913m Braga, Paula Lopes. Modulação e padronização de edificações industriais de apoio a mineração. [manuscrito] / Paula Lopes Braga xi, 106f. : il., color., graf., tab. Orientador: Profa. Dra. Arlene Maria Sarmanho Freitas. Dissertação (Mestrado) Universidade Federal de Ouro Preto. Escola de Minas. Rede Temática em Engenharia de Materiais (REDEMAT) UFOP/CETEC/UEMG Área de concentração: Construção metálica. 1. Estruturas metálicas. 2. Minas e recursos minerais. 3. Dispersão. I. Universidade Federal de Ouro Preto. II. Título. CDU: Fonte de catalogação: bibem@sisbin.ufop.br

3 ii Aos meus pais, Paulo e Laura, ao meu irmão, Guilherme, ao meu marido, Paulo.

4 AGRADECIMENTOS Aos meus pais, Paulo e Laura, pelo amor incondicional, apoio e incentivo nesta conquista, além da compreensão nos momentos ausentes. Ao meu irmão, Guilherme, pelo aprendizado e por sempre iluminar meus caminhos. Ao meu marido, Paulo, por todo carinho, companheirismo e motivação. A minha prima, Marina, pela paciência, atenção e ajuda em todos os momentos onde a viagem até Ouro Preto não era possível. À minha orientadora, professora Arlene Maria Sarmanho Freitas, por acreditar nesse trabalho, pela oportunidade, confiança, disponibilidade e paciência nas orientações sempre aos sábados e feriados. Aos professores do mestrado por permitirem uma visão aberta, sempre baseada em muita técnica e competência e aos professores membros da minha banca de defesa, Henor Artur de Souza e João Alberto Venegas Requena, pelas idéias enriquecedoras e pelos conselhos que foram de grande valia para as correções finais. A Universidade Federal de Ouro Preto por proporcionar as condições favoráveis ao desenvolvimento dessa pesquisa. A Róvia, pela atenção e apoio. Aos colegas de trabalho, e em especial ao Roberto Albuquerque, por apoiar o meu objetivo e fazer com que fosse possível a minha presença em sala de aula. Aos colegas de mestrado, e em especial a Mariana Felicetti, pela amizade e troca de conhecimentos nessa longa caminhada. A todos que, de alguma forma, colaboraram para a conclusão deste trabalho. iii

5 RESUMO A pesquisa proposta tem como objetivo a definição de um conjunto de elementos padronizados em aço, a partir de produtos disponíveis no mercado, que sejam capazes de atender a diferentes tipologias de edificação de apoio para a indústria da mineração diversificada. Os conceitos de industrialização, padronização, coordenação modular e gestão de processos de projeto são investigados considerando que a construção industrializada se apresenta como um caminho para a mudança e para o desenvolvimento da realidade da construção brasileira, principalmente em áreas industriais. A indústria da mineração foi escolhida por ser um dos setores básicos da economia nacional e indispensável para a manutenção do nível de vida das sociedades modernas. As edificações definidas nesse trabalho (oficina central de manutenção, galpão de testemunhos, escritório central e centro de treinamento, e viveiro de mudas) apresentam diferentes escalas, acentuando a flexibilidade do sistema e devem, portanto, apresentar modulação e utilizar o conjunto de elementos padronizados para sua montagem, gerando uma construção otimizada em custos, prazos e qualidade. O conceito de industrialização é aplicado como industrialização de ciclo aberto porque seus componentes são fabricados industrialmente e podem ser combinadas entre si e gerar diferentes tipos de edificações, atendendo aos critérios funcionais e estéticos. O uso do conjunto de elementos padronizados busca atender aos conceitos funcionais, estéticos e estruturais permitindo que as indústrias de mineração diversificada tenham maior flexibilidade e facilidade na montagem de suas plantas industriais. Palavras-chave: estruturas metálicas, industrialização, gestão de processos de projeto, modularização, mineração, elementos padronizados.. iv

6 ABSTRACT The proposed research aims at defining a set of standardized elements in steel that are able to attend different types of support buildings for the diversified mining industry. The concepts of industrialization, standardization, modular coordination and design process management are investigated whereas industrialized construction is presented as a way for change and development of the reality of Brazilian construction, mainly in industrial areas. The mining industry was chosen as one of the basic sectors of national economy and essential to maintaining the living standards of modern societies. The constructions defined in this work (central maintenance manufactory, sample hangar, central office and training center, and seedlings hangar) have different scales, enhancing the flexibility of the system and must therefore submit modulation and use a set of standardized elements for assembly, generating an optimized construction cost, time and quality. The concept of industrialization is applied as "industrialization of open cycle" because its components are manufactured industrially and can be combined with each other generating different types of buildings, given the functional and aesthetic criteria. The use of the set of standardized elements seeks to serve the functional, aesthetic and structural concepts enabling diversified mining industries have greater flexibility and ease in setting up their manufacturing plants. Keywords: steel structures, manufacturing, design process management, modularization, mining, standardized elements. v

7 SUMÁRIO 1. INTRODUÇÃO CONSIDERAÇÕES INICIAIS OBJETIVO OBJETIVO ESPECÍFICO METODOLOGIA ESTRUTURAÇÃO DO TRABALHO MINERAÇÃO HISTÓRICO DA MINERAÇÃO NO BRASIL INSTALAÇÕES DA MINERAÇÃO EDIFICAÇÕES DE APOIO À OPERAÇÃO INDUSTRIALIZAÇÃO PADRONIZAÇÃO E RACIONALIZAÇÃO CONSTRUTIVA COORDENAÇÃO MODULAR PROCESSOS DE PROJETO DEFINIÇÕES DE PROJETO GESTÃO DO PROCESSO DE PROJETO MODELO DE GESTÃO DO PROCESSO DE PROJETO COORDENADOR DE PROJETOS ETAPAS DO MODELO DE GESTÃO DO PROCESSO DE PROJETO SISTEMAS CONSTRUTIVOS PERFIS ESTRUTURAIS LIGAÇÕES LIGAÇÕES SOLDADAS LIGAÇÕES PARAFUSADAS LAJE COBERTURA vi

8 5.5. PAINÉIS DE FECHAMENTO PAINÉIS DE OSB (ORIENTED STRAND BOARD) PLACAS CIMENTÍCIAS CHAPAS DE GESSO CARTONADO PAINEL DE ARGAMASSA ARMADA PAINÉIS METÁLICOS TELHAS DE AÇO ISOLAMENTO TÉRMICO E ACÚSTICO COMPARAÇÃO ENTRE OS PAINÉIS DE VEDAÇÃO GALPÕES PARA USO GERAL EDIFICAÇÕES INDUSTRIAIS DE APOIO A MINERAÇÃO OFICINA CENTRAL DE MANUTENÇÃO GALPÃO DE TESTEMUNHOS ESCRITÓRIO CENTRAL E CENTRO DE TREINAMENTO VIVEIRO DE MUDAS CONJUNTO DE ELEMENTOS PADRONIZADOS DEFINIÇÃO DOS ELEMENTOS PADRONIZADOS DA ESTRUTURA DEFINIÇÃO DOS ELEMENTOS PADRONIZADOS DE INTERFACE CONJUNTO DE ELEMENTOS PADRONIZADOS CONSIDERAÇÕES FINAIS PROPOSTAS DE TRABALHOS FUTUROS REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS vii

9 LISTA DE FIGURAS 1. INTRODUÇÃO Figura 1.1. Sistemática de trabalho para o desenvolvimento da pesquisa MINERAÇÃO Figura 2.1. Mineração de minério de ferro - Vale... 9 Figura 2.2. Instalações da mineração - Vale PROCESSOS DE PROJETO Figura 4.1. Processo de projeto Figura 4.2. Etapas do modelo de gestão do processo de projeto SISTEMAS CONSTRUTIVOS Figura 5.1. Cobertura roll-on Figura 5.2. Painéis de OSB Figura 5.3. Placas cimentícias Figura 5.4. Chapas de gesso cartonado Figura 5.5. Painel de argamassa armada Figura 5.6. Painéis metálicos Figura 5.7. Telhas de aço Figura 5.8. Aplicação de lã de vidro Figura 5.9. Forro de isopor EDIFICAÇÕES INDUSTRIAIS DE APOIO A MINERAÇÃO Figura 6.1. Ponto de início da modulação das edificações (planta) Figura 6.2. Oficina central de manutenção: exemplo Figura 6.3. Oficina central de manutenção: exemplo Figura 6.4. Oficina central de manutenção: planta Figura 6.5. Oficina central de manutenção: elevação A Figura 6.6. Oficina central de manutenção: elevação B viii

10 Figura 6.7. Galpão de testemunhos: exemplo Figura 6.8. Galpão de testemunhos: exemplo Figura 6.9. Galpão de testemunhos: planta Figura Galpão de testemunhos: elevação A Figura Galpão de testemunhos: elevação B Figura Escritório central Figura Centro de treinamento Figura Escritório central e centro de treinamento: planta Figura Escritório central e centro de treinamento: planta pavimento superior Figura Escritório central e centro de treinamento: elevação A Figura Escritório Central e Centro de Treinamento: elevação B Figura Área de sombra Figura Beneficiamento de sementes Figura Viveiro de Mudas: Planta da edificação central e galpões de apoio Figura Viveiro de Mudas: Planta de Situação Figura Viveiro de Mudas: Elevação A Figura Viveiro de Mudas: Elevação B CONJUNTO DE ELEMENTOS PADRONIZADOS Figura 7.1. Características do perfil CS 400 x 106 (Usiminas Mecânica) Figura 7.2. Esquema do pórtico estrutural (cobertura e fechamento lateral) Figura 7.3. Esquema da base dos pilares Figura 7.4. Detalhe da ligação da fita de contraventamento Figura 7.5. Esquema de modulação do contraventamento Figura 7.6. Esquema de instalação do módulo estético Figura 7.7. Interface placa cimentícia / perfil estrutural Figura 7.8. União de dois painéis de canto Figura 7.9. Módulo padrão (12 m x 6 m) ix

11 LISTA DE TABELAS 5. SISTEMAS CONSTRUTIVOS Tabela 5.1. Telhas termoacústicas Tabela 5.2. Comparação das dimensões dos sistemas de fechamento CONJUNTO DE ELEMENTOS PADRONIZADOS Tabela 7.1. Conjunto de peças do pórtico estrutural padrão Tabela 7.2. Conjunto de peças da base dos pilares Tabela 7.3. Conjunto de peças do módulo estético (placa cimentícia) Tabela 7.4. Conjunto de peças do fechamento vertical externo (placa cimentícia) Tabela 7.5. Conjunto de peças do fechamento vertical interno (gesso cartonado) Tabela 7.6. Conjunto de elementos padronizados por edificação Tabela 7.7. Conjunto de elementos padronizados x

12 LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas ABRAGESSO - Associação Brasileira dos Fabricantes de Chapas de Gesso ASBEA - Associação Brasileira de Escritórios de Arquitetura ASTM - American Society for Testing and Materials CBCA - Centro Brasileiro da Construção em Aço CRM - Companhia Riograndense de Mineração CSN - Companhia Siderúrgica Nacional DNPM - Departamento Nacional de Produção Mineral EPS - Poliestireno Expandido ETA - Estação de Tratamento de Água ETE - Estação de Tratamento de Esgoto IBS - Instituto Brasileiro de Siderurgia IGM - Instituto Geológico e Mineiro NBR - Denominação de norma da Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT) NRM - Normas Reguladoras de Mineração OSB - Oriented Strand Board xi

13 1. INTRODUÇÃO A pesquisa proposta compreende a contextualização e a investigação dos parâmetros que condicionam a utilização das estruturas metálicas na indústria da mineração aplicando conceitos de padronização e modularização, buscando melhorar os processos de construção e montagem de edificações necessárias a operação de uma planta industrial. O capítulo inicial busca, então, esclarecer os fundamentos de realização da pesquisa, os objetivos que devem ser atendidos e a descrição da metodologia de trabalho, incluindo as etapas a serem desenvolvidas CONSIDERAÇÕES INICIAIS Atualmente, tanto no Brasil quanto em todo mundo, tem-se novas possibilidades construtivas e conceptivas ocasionadas pelo advento de novos materiais, pelo desenvolvimento de novas tecnologias, pela evolução científica em todas as áreas com acentuada interdependência e multidisciplinaridade de todas as ciências, pelas novas questões sociais, espaciais, naturais e estruturais da sociedade, e pela mobilidade de alguns espaços, construções e organizações sociais (FIRMO, 2004). É cada vez mais freqüente o interesse pelos edifícios em estrutura de aço no Brasil, que são muito difundidos em áreas industriais. As estruturas de aço se caracterizam como construção industrializada, ou seja: realização de atividades em local diverso do canteiro de obras destinadas a preparação prévia de elementos padronizados que serão levados ao canteiro para formar a edificação. A construção industrializada se apresenta como um caminho para a mudança da realidade da construção brasileira por apresentar características como mão-de-obra qualificada, produção seriada e em escala de elementos padronizados, racionalização dos processos e insumos além da possibilidade de controle rígido dos processos e cronograma da obra (SANTIAGO, 2008). 1

14 A utilização da construção metálica no ambiente industrial, segundo Chaves (2007), está intimamente ligada a alta resistência mecânica do aço quando comparada as dos outros materiais, a eficiência da construção industrializada, a flexibilidade das soluções arquitetônicas e estruturais, a facilidade de montagem e desmontagem e a facilidade de reforço estrutural e ampliação. E ainda, segundo Coelho (2004), a construção industrializada oferece vantagens extraordinárias, desde a racionalização do processo construtivo até a conseqüente redução de custos e desperdícios. A construção industrializada está intimamente ligada ao uso das estruturas metálicas, principalmente porque suas características proporcionam ganhos como alívio das fundações, aumento do espaço útil da construção, redução do tempo de construção, redução da área de canteiro de obras e, conseqüentemente, redução dos custos dos empreendimentos quando comparados aos sistemas de construção artesanais, ainda dominantes no Brasil. Segundo Chaves (2007), a otimização de estruturas tem se mostrado uma ferramenta muito eficaz para tornar as empresas mais competitivas e busca atender a necessidade contínua de redução de custos do mercado atual. A construção em aço é largamente utilizada no segmento industrial brasileiro e é importante destacar que, nos últimos anos, embora o mercado da construção civil no Brasil tenha apresentado mudanças pouco significativas e uma evolução muito lenta das tecnologias, sua aplicação tem crescido exponencialmente, seguindo a tendência ao uso dos processos industrializados e de alta tecnologia. Segundo Caiado (2005), a indústria da construção brasileira busca a eficiência produtiva através de processos construtivos inovadores, aplicando sistemas de construção mais eficientes com objetivo de aumentar a produtividade, minimizar o desperdício, melhorar a gestão dos recursos e aumentar a capacidade de atender a demanda, cada vez maior, por edificações (SANTIAGO, 2008). A construção industrializada é amplamente utilizada na Europa e no Japão, onde a qualidade do planejamento, do projeto, e principalmente do produto, em conjunto com as inovações dos sistemas construtivos, constitui componentes de competitividade na construção de edifícios. 2

15 No Brasil, a resistência de grande parte dos setores da construção civil está sendo superada pela influência de tecnologias externas, buscando sempre o aumento da eficiência. A indústria da construção civil, portanto, tem buscado aceitar novas formas de construir, com aplicação de tecnologias construtivas mais eficientes e com produtos finais de qualidade. Segundo Santiago (2008), o processo de produção da construção industrializada se baseia em elementos padronizados dispostos através de uma lógica modular que, segundo Caiado (2005), oferece uma grande agilidade e, por tratar-se de um módulo construtivo totalmente concebido na indústria, oferece facilidades em adaptar-se à variação topográfica. A construção industrializada, com lógica modular, ainda apresenta a seu favor argumentos persuasivos como a velocidade, o controle de qualidade, o controle de custos e adequação ao cronograma (por apresentar produção industrial aliada às questões de logística). É essencial no uso da construção metálica e do sistema modular uma maior dedicação ao projeto e ao planejamento principalmente porque, segundo Coelho (2004), a escolha dos elementos construtivos e a sua melhor combinação são fatores preponderantes para a racionalização da construção e para a redução de prazos e custos. Além disso, tem-se, segundo Santiago (2008), que a construção em aço requer o conhecimento de suas potencialidades e limitações, atenção à compatibilização de projetos e subsistemas e controle das etapas de construção, desde o projeto até a finalização da edificação. A utilização do sistema modular pode ser ainda simplificada ao se permitir a criação dos módulos através de produtos disponíveis no mercado, sem necessidade de produção exclusiva, reduzindo os custos e prazos de produção. O sistema modular passa a ser entendido nesse trabalho, então, como um conjunto de elementos padronizados que podem ser combinados entre si de várias formas, dando origem a diferentes tipos de edificações, considerando, inclusive, a interface entre os fechamentos, visando aumentar a velocidade de construção e prevenindo eventuais patologias. 3

16 O presente trabalho busca difundir o conceito de industrialização, acentuando as vantagens do uso de um sistema modular criado a partir de um conjunto de elementos padronizados em estrutura metálica no ambiente industrial da mineração OBJETIVO O objetivo deste trabalho de pesquisa é desenvolver um conjunto de elementos padronizados, com esquemas de montagem simplificados, capaz de formar diferentes combinações e permitir a montagem de diversos tipos de edificações de apoio necessárias à indústria de mineração diversificada, diminuindo os custos de implantação. A utilização do conjunto de elementos padronizados deve aumentar a autonomia para montagem e ampliação das edificações de apoio, permitindo a execução do processo construtivo apenas com a aquisição dos elementos determinados no conjunto de elementos padronizados aqui definido OBJETIVO ESPECÍFICO O objetivo específico do trabalho refere-se ao conhecimento da utilização da construção industrializada, incluindo os fechamentos industrializados no Brasil, além de discutir suas características e aplicabilidades. As interfaces construtivas também devem ser estudadas, juntamente com uma apresentação das propriedades básicas de todo o sistema construtivo envolvido no conjunto de elementos padronizados: perfis estruturais, fechamentos verticais, lajes e coberturas. O conjunto de elementos padronizados deve apresentar flexibilidade e modulação em um sistema construtivo aberto, permitindo a adoção de diferentes materiais e acabamentos para atender às mudanças necessárias nas edificações, além de proporcionar uma edificação de fácil execução através de sua solução estrutural e materiais de fechamento e acabamento. 4

17 1.4. METODOLOGIA A pesquisa bibliográfica empregada é relativa à racionalização, padronização e industrialização da construção metálica, enfatizando a utilização de perfis estruturais com disponibilidade no mercado brasileiro e acessibilidade aos vários ambientes da construção civil. A metodologia de trabalho envolve, também, uma busca aos produtos de utilização mais difundida no mercado por apresentarem processo de aquisição rápido e valores competitivos. A figura 1.1 sistematiza a pesquisa desenvolvida e apresentada no decorrer dos capítulos apresentados neste trabalho. Figura 1.1. Sistemática de trabalho para o desenvolvimento da pesquisa 5

18 1.5. ESTRUTURAÇÃO DO TRABALHO A estrutura de trabalho é definida por três etapas de macro-organização: a primeira etapa é referente à constituição da base de dados de projeto, onde devem ser analisados os sistemas e materiais disponíveis para construção de edificações, considerando a estrutura, as ligações, os painéis de fechamento, as lajes e a cobertura. A segunda etapa é referente ao desenvolvimento das plantas das edificações industriais de apoio a mineração a partir do levantamento de necessidades, da modularização dos espaços necessários e da definição das áreas de circulação. A terceira etapa é referente a criação do conjunto de elementos padronizados de acordo com o programa a ser atendido, definindo as intenções de funcionalidade e flexibilidade espacial pretendidas com o projeto. Nessa etapa devem ser definidos os parâmetros técnicos a serem utilizados na definição dos elementos padronizados e seu processo de montagem, atendendo sempre aos critérios de gestão de processos de projeto. Após o desenvolvimento das etapas descritas seguem-se as considerações finais do trabalho relacionando-se, ainda, algumas recomendações para o prosseguimento da linha de pesquisa. 6

19 2. MINERAÇÃO O conceito de mineração, sua importância para o desenvolvimento do país e seu histórico são expostos neste capítulo acentuando a necessidade de criação de novas formas de construção de edificações industriais de apoio que sejam mais eficientes e mais econômicas. A economia do Brasil sempre teve uma relação estreita com a extração mineral. Desde os tempos de colônia, o Brasil transformou a mineração - também responsável por parte da ocupação territorial - em um dos setores básicos da economia nacional. Como atividade industrial, então, a mineração é indispensável para a manutenção do nível de vida e avanço das sociedades modernas. A mineração pode ser entendida como um termo que abrange os processos, atividades e indústrias cujo objetivo é a extração de substâncias minerais a partir de depósitos 1 ou massas minerais e como a atividade econômica relacionada ao aproveitamento racional de jazidas 2 minerais (CAMPOS, 2008) HISTÓRICO DA MINERAÇÃO NO BRASIL Segundo Silva (1995), a descoberta do Brasil não despertou em Portugal, nas primeiras décadas que a seguiram, qualquer grande interesse exploratório. A pequena e grande nação ibérica estava mais interessada no desenvolvimento de seus canais comerciais que abasteciam a Europa com produtos orientais, as especiarias. As Entradas, organizadas por um povo sem tradição mineral, encontraram um povo que desconhecia o metal. Não havia tesouros a serem saqueados e o único produto das expedições exploratórias foi a escravidão do índio encontrado. 1 Depósito mineral é a concentração de um ou mais minerais metálicos, ou não, que pode ser de interesse econômico a depender de estudos geológicos e do preço internacional de mercado do produto e dos custos associados à sua extração (MOURA; MATIAS, 2008). 2 Jazida é toda massa individualizada de substância mineral, aflorante ou existente no interior da crosta terrestre e que tenha valor econômico (CAMPOS, 2008). 7

20 A situação se modificou quando foram encontrados os ricos aluviões auríferos de Minas Gerais, já no século XVII, onde o pouco conhecimento da arte da mineração era compensado pela riqueza do jazimento e facilidade de extração do metal, liberado e grosseiro. A atividade de mineração do chamado Ciclo Econômico do Ouro, que se sobrepõe também a descoberta e extração de diamantes (século XVII), caracterizou-se por ações predatórias dos jazimentos, agressão violenta ao meio ambiente, imprevidente desequilíbrio que causava desabastecimento e, conseqüentemente, ciclos de fome que castigavam os pioneiros da mineração. No início do século XIX, segundo Silva (1995), floresceram em Londres organizações societárias que objetivavam desenvolver empreendimentos auríferos no Brasil, levantando os necessários recursos pela venda de participações no já consolidado mercado de capitais. Algumas dessas organizações originaram empreendimentos sérios que se consolidaram, sendo que a Mineração Morro Velho é a única que ainda permanece. No século XIX o mundo econômico tomou conhecimento das grandes reservas de minério de ferro existentes no estado de Minas Gerais e no século XX foi criado um novo conceito na mineração, incluindo o bem mineral como propriedade nacional, mesmo que seu aproveitamento fosse concedido a pessoas de direito privado. O ano de 1934 representa um marco na história da mineração brasileira com a criação o Departamento Nacional de Produção Mineral (DNPM) e com a assinatura do Código de Minas. Ainda segundo Silva (1995), o advento da Segunda Guerra Mundial provocou a necessidade de atenção à mineração porque as importações se tornaram difíceis, não só pela escassez, como também pelos ataques que os navios mercantes sofriam nos oceanos. O Brasil buscou, então, reforçar o abastecimento das aciarias aliadas e recebeu um apoio financeiro para construir um terminal marítimo, modernizar uma ferrovia, abrir uma mina da bacia do rio Doce e construir uma indústria siderúrgica: assim nasciam, em 1942, a Companhia Siderúrgica Nacional (CSN) e a Companhia do Vale do Rio Doce (Vale), marcos importantes da indústria mineral brasileira. Nos primeiros anos de funcionamento as atividades de mineração da CSN, secundárias em relação ao seu objetivo maior, foram maiores que as da própria Vale, pois envolviam além da 8

21 operação de lavra e tratamento de minério de ferro em grande escala, operações de carvão, calcário, dolomita e manganês. A Vale somente atingiu dimensões notáveis na década de 1960 quando foi criado o Ministério das Minas e Energia e foi garantida a continuidade na implantação dos seus planos de expansão. A Vale tornou-se, então, uma das mais confiáveis alternativas para fornecimento de minério de ferro ao mercado mundial como proprietária de minas conforme exemplificado na figura 2.1. Figura 2.1. Mineração de minério de ferro - Vale Fonte: VALE, 2010 Em 1967 foi publicado o Código de Mineração, modernizador dos princípios do antigo Código de Minas. O Código de Mineração de 1967, segundo Silva (1995), retirou do proprietário do solo a preferência que lhe era anteriormente reservada na concessão de Direitos Minerários, garantindo-lhe, porém, justa indenização por danos e perdas, bem como participação nos resultados da lavra. 9

22 A abertura que se deu com esse novo Código de Mineração, a modernização das estruturas burocráticas do estado e a estabilidade econômica do país atraíram toda sorte de capitais para mineração: do exterior, vieram todas as grandes empresas tradicionais de mineração; o empresário brasileiro também passou a considerar a mineração uma alternativa para investimento e o estado, tanto pela administração federal como por algumas administrações estaduais, destinou recursos para mineração, não só em programas de exploração geológica básica, mas também como empreendedor de mineração. O minério de ferro assume, então, o papel de alavanca do desenvolvimento mineral do país, e assim permanece até hoje (SILVA, 1995) INSTALAÇÕES DA MINERAÇÃO Na mineração, distintamente de outros segmentos industriais, o principal fator responsável pela localização da indústria é a jazida e a infraestrutura de apoio deve estar necessariamente próxima a mesma quando se busca o desenvolvimento regional apoiado na mineração (SILVA, 1994). A estrutura industrial de mineração é definida pelo conjunto de operações unitárias 3 necessárias para possibilitar a utilização industrial dos bens minerais (CAMPOS, 2008) e é formada, principalmente, de instalações de beneficiamento 4, buscando melhoria do valor do produto e fazendo com que o produto concentrado assuma características propícias para o transporte ou atinja o estado completamente seco. O processo resumido de beneficiamento de minério de ferro engloba as operações de fragmentação (britagem e moagem), classificação (peneiramento), concentração (flotação) e o ambiente industrial de mineração está exemplificado na figura Operações unitárias são as operações individuais, realizadas em equipamentos específicos, que compõem um processo que vai dar origem a um produto final a partir de uma determinada matéria-prima (ANDRADE, 2008). 4 Para efeito das Normas Reguladoras de Mineração (NRM) o beneficiamento ou tratamento de minérios visa preparar granulometricamente, concentrar ou purificar minérios por métodos físicos ou químicos sem alteração da constituição química dos minerais (SILVA, 1995). 10

23 Figura 2.2. Instalações da mineração - Vale Fonte: VALE, 2010 O uso de estruturas de aço no processo construtivo dessas instalações, além de reduzir o prazo de construção e garantir maior agilidade, utiliza menos mão-de-obra e facilita a administração do empreendimento (PELEIAS, 2009). As estruturas de aço apresentam, ainda, grande vantagem ao suportar as altas cargas dos equipamentos do processo (britadores, moinhos, peneiras e misturadores, dentre outros) e permitir que eles trabalhem de forma interligada com mais eficiência e competitividade (PELEIAS, 2009). 11

24 2.3. EDIFICAÇÕES DE APOIO A OPERAÇÃO A mineração, mais especificamente a área de uma mina, envolve algumas edificações padrão, tanto voltadas para a operação propriamente dita quando para os serviços administrativos e de apoio. As edificações de apoio a operação são distribuídas de modo a facilitar o processo de produção da mina. Têm-se como edificações de apoio a operação da mina: oficina de apoio a mina, paiol de explosivos, oficina de apoio do beneficiamento, sala de controle, subestações elétricas, oficina central de manutenção, oficina de veículos leves, borracharia, depósito de pneus, almoxarifado central, laboratório, galpão de testemunhos, portaria, vestiários, escritório central, centro de treinamento, ambulatório, refeitório central, estação de tratamento de água (ETA), estação de tratamento de esgoto (ETE), central provisória de resíduos e viveiro de mudas. 12

25 3. INDUSTRIALIZAÇÃO O presente trabalho, embora esteja dentro do universo da indústria da construção civil, encontra-se vinculado a indústria seriada, referenciado mais especificamente como indústria de bens de consumo. Por conta disso, para melhor entendimento, faz-se necessário um estudo direcionado aos principais elementos que compõem o sistema industrial sob o foco da padronização, racionalização e da coordenação modular, dentro da construção metálica. O conceito da industrialização traz intrínseca a possibilidade real de uma melhoria significativa na edificação brasileira, seja ela na sua qualidade final ou na sua capacidade de um alcance social maior. Assim, a industrialização busca a redução dos custos dos produtos e do tempo de construção, além de garantir um controle de qualidade superior 5 e pode agregar vantagens reais quando planejada (FIRMO, 2004). O conceito de industrialização aplicado a construção metálica pode ser conhecido como industrialização de ciclo aberto ou industrialização de catálogo porque seus componentes são fabricados industrialmente e podem ser combinados entre si e gerar diferentes tipos de edificações, atendendo aos critérios funcionais e estéticos. É importante o entendimento, entretanto, de que apenas o uso de produtos industrializados na construção de uma edificação não significa a industrialização dessa construção nem o sucesso do empreendimento, já que o projeto, antes de tudo, deve ser concebido para o sistema construtivo proposto e deve incorporar todas as suas propriedades (CRASTO, 2005) PADRONIZAÇÃO E RACIONALIZAÇÃO CONSTRUTIVA A padronização e a racionalização construtiva são conceitos importantes para o desenvolvimento desse trabalho já que o processo de construção e montagem das edificações de apoio a indústria da mineração deve ser formado por tarefas de forma ordenada com objetivo de transformar uma entrada (insumo) em uma saída (produto final). 5 O controle de qualidade na construção industrializada é possível porque a as peças do sistema são fabricadas em linha de produção (FIRMO, 2004). 13

26 A seguir são apresentadas algumas definições de padronização e racionalização visando o entendimento, a adequação e a melhor fundamentação do contexto desse trabalho. Para Caiado apud Arnold (2005), existem na padronização três conceitos estabelecidos: o padrão (sistema métrico), a própria padronização e o sistema padronizado coordenado com os demais sistemas da empresa. O padrão deve ser estabelecido ou criado como um documento onde se estabelece a melhor prática, a mais segura, de forma lucrativa e consensual. A padronização deve ser entendida como o conjunto de ações planejadas para a elaboração do padrão, educação e treinamento contínuo dos executantes do processo, buscando a permanente uniformização do comportamento operacional. O sistema padronizado é, finalmente, o conjunto de ações ou atividades sistemáticas para estabelecer, utilizar e avaliar padrões quanto ao seu cumprimento, à sua adequação e aos seus efeitos sobre os resultados. O conceito de racionalização construtiva, por sua vez, pode ser entendido como um processo composto pelo conjunto de todas as ações que tenham por objetivo otimizar o uso de recursos materiais, humanos, organizacionais, energéticos, tecnológicos, temporais e financeiros disponíveis na construção, em todas as suas etapas (SABBATINI, 1989). Segundo Nascimento (2004), a racionalização construtiva nada mais é do que a otimização do uso dos recursos disponíveis em todas as fases da construção, ou seja, a minimização do desperdício com adoção de soluções construtivas, visando sempre a qualidade de execução. O conceito de racionalização construtiva é, então, aplicado no desenvolvimento desse trabalho como uma busca de otimização de todos os recursos utilizados em todas as etapas da composição das edificações. Essas foram desenvolvidas a partir da aplicação de um padrão e de uma padronização capaz de permitir que os elementos parte do conjunto sejam intercambiáveis e se encaixem de diferentes formas. 14

27 O processo de racionalização construtiva deve começar, portanto, na fase de concepção do empreendimento, passando pelo desenvolvimento dos projetos, análise e especificação de componentes e materiais, detalhamento e compatibilização de projetos e subsistemas continuando no processo de construção. As fases de construção e utilização devem mostrar o comportamento do processo e do produto planejados, fornecendo dados para melhoria da qualidade no sistema e no processo em futuros empreendimentos e fazendo com que a racionalização do processo construtivo possa integrar a produção de materiais de construção a execução da edificação propriamente dita (SANTIAGO, 2008). Conclui-se que o processo de racionalização construtiva deve ser aplicado na construtibilidade do projeto, incluindo a execução das atividades no canteiro, na fabricação e o transporte de componentes; no planejamento de todas as etapas do processo; no uso da coordenação modular; na associação de estruturas industrializadas a sistemas complementares compatíveis; na formação de equipes multidisciplinares com coordenação e compatibilização de projetos antes da execução; no detalhamento técnico com antecipação de decisões e na elaboração de projetos para execução e existência de visão sistêmica (CRASTO, 2005) COORDENAÇÃO MODULAR O conceito de coordenação modular é essencial no desenvolvimento de edificações em estrutura metálica por permitir a determinação de uma medida simplificada que possa ser conveniente para a arquitetura e para a engenharia simultaneamente, com foco na produção industrial. Essa medida simplificada passa a ser o módulo do projeto 6 e, consequentemente, o ponto de coordenação de todas as atividades e a unidade de medida das quais todos os componentes das edificações a serem projetadas são derivadas. Com relação a concepção das edificações de apoio a indústria da mineração, conforme objetivo desse trabalho, a aplicação da coordenação modular oferece a agilidade, a rapidez e a flexibilidade necessárias, tanto na facilidade de adaptação à variação topográfica quando na facilidade de modificação dos espaços. 6 O termo módulo corresponde basicamente a uma unidade de medida em edificações da qual todas as dimensões são derivadas (FIRMO, 2004, p.25 apud ENGEL, 1991, p.54). 15

28 São apresentadas a seguir algumas definições de coordenação modular visando o entendimento e adequação do desenvolvimento desse trabalho. A coordenação modular, segundo Greven (2008), pode ser entendida como uma ordenação dos espaços na construção civil onde cada componente tem seu espaço pré-definido e tem que respeitar o espaço do componente vizinho. A coordenação modular, segundo Santiago (2008), tem como objetivo racionalizar todo o processo de construção e pode ser entendida como o sistema dimensional de referência que, a partir de medidas com base no módulo pré-determinado, compatibiliza e organiza tanto a aplicação racional de técnicas construtivas como o uso de componentes padronizados em projetos e obras. A utilização de um sistema de coordenação modular é, então, uma das bases para a normalização de componentes construtivos, buscando a industrialização de sua produção e execução de edifícios de forma racionalizada além de eliminar a fabricação, a modificação ou a adaptação de peças em obra, evitando a tomada de decisão por profissionais não capacitados e sem conhecimento global da construção. A coordenação modular pode ser também entendida, segundo Henriques (2005), como um dos principais critérios de projeto de edifícios industrializados, não podendo ser confundida como uma simples e aleatória repetição de medidas, componentes ou edifícios. Tem-se que uma solução eficaz baseada nos critérios de coordenação modular deve estar associada a processos criativos sofisticados, sem nenhuma monotonia plástica e arquitetônica. A adoção de um sistema de coordenação modular é, então, fundamental para a padronização dos elementos de construção e é essencial para a industrialização do empreendimento, por efetivar a fabricação de produtos dimensionados como múltiplos de um único módulo, considerado como base dos elementos constituintes da edificação a ser construída (CRASTO, 2005). A aplicação eficiente da coordenação modular na construção civil depende diretamente da integração da edificação ao módulo pré-definido, ou seja, da aplicação de um sistema que pode servir como referência para a compatibilização espacial e dimensional de todos os elementos presentes em uma obra permitindo a coordenação de todas as informações de projeto e a correta aplicação dos outros componentes e subsistemas. 16

29 Tem-se que para o atendimento dos conceitos da coordenação modular, um projeto em aço deve ser concebido, preferencialmente, a partir de um sistema modular definido através de malhas reticulares tridimensionais com dimensões básicas. Esse módulo permite um grande número de subdivisões, e em função das dimensões padrão dos perfis metálicos, com possibilidades praticamente ilimitadas de variação do desenho arquitetônico. O sistema modular é definido, então, por malhas reticulares tridimensionais com dimensões padronizadas, oferecendo ao arquiteto a possibilidade de criar desenhos variados, com formatos de figuras geométricas e permitindo uma menor perda de insumos na utilização de materiais. A modulação apresenta, então, uma série de facilidades para a indústria da construção civil simplificando o projeto e limitando as variantes em relação às dimensões e os sistemas pré-fabricados, portanto, juntamente com a industrialização e a normalização, permitem uma maior precisão do processo construtivo (MANCINI, 2005). É importante acentuar que a coordenação modular auxilia, também, na redução do tempo de execução do projeto baseando-se em um projeto arquitetônico e estrutural bem definido, já que as unidades são completamente pré-fabricadas e podem ser entregues no local da obra completas, com os acabamentos internos (revestimentos, louças, mobiliário fixo e instalações complementares). O conceito de coordenação modular adotado no desenvolvimento desse trabalho está, então, diretamente relacionado ao conceito de módulo, onde é determinada a menor medida comum adotada para regular as proporções de todas as partes e elementos constituintes da edificação. Essa modularização é necessária para permitir que todos os elementos do conjunto de elementos padronizados possam ser montados sem necessidade de quaisquer modificações a partir da aplicação de malhas reticulares com dimensões básicas de 600 mm, bastante usual para estruturas metálicas. A coordenação modular deve ser entendida, portanto, como a ferramenta que possibilita a construção de diversos tipos de edificações industriais de apoio a mineração a partir de diferentes combinações e montagens, conforme objetivo citado anteriormente. É importante acentuar que a coordenação modular não deve ser vista como um fator limitante já que sua infinidade de combinações e arranjos permite uma grande flexibilidade e possibilita o atendimento de variadas linguagens arquitetônicas. 17

30 4. PROCESSOS DE PROJETO O mundo é repleto de utensílios, máquinas, prédios, móveis e tantas outras coisas que os homens necessitam ou desejam para tornar suas vidas melhores. De fato, qualquer coisa a nossa volta que não seja parte da natureza foi projetado por alguém. Apesar de existir este grande volume de atividades de projeto ocorrendo sempre, as formas através das quais as pessoas projetam são pouco compreendidas (CROSS, 1994). A construção civil é uma das mais importantes indústrias da economia nacional sendo constituída por um conjunto de processos de trabalho que resultam em bens imóveis de variadas naturezas. Pode-se se entender, então, conforme Teixeira (2007), que o setor da construção civil tem seu processo produtivo organizado por empreendimentos. A qualidade desses empreendimentos é determinada pela qualidade do projeto, entendida como principal responsável pela origem das patologias nas construções por definir as características do produto que vão determinar o grau de satisfação das expectativas do cliente e os elementos que determinam a maior ou menor facilidade de construir, afetando diretamente os custos do empreendimento (TZORTZOPOULOS, 1999). Teixeira (2007) acentua ainda que as falhas de projeto são as principais responsáveis por danos localizados e degradação precoce da estrutura metálica e, segundo Caiado (2005), ao projetar um empreendimento, diversos fatores devem ser considerados na sua concepção inicial, ocasionando uma necessidade maior de detalhamentos construtivos relativos a adequabilidade dos subsistemas empregados. A gestão de processos de projeto passa a ser, então, essencial para o desenvolvimento desse trabalho buscando evitar quaisquer falhas de interface e garantir a elaboração de um projeto adequado para construção, montagem e, principalmente, para a utilização de acordo com as necessidades de uso da edificação. O processo de projeto precisa ser planejado e controlado da forma mais eficaz possível para minimizar os efeitos de complexidade e incerteza, principalmente porque a falta de planejamento pode resultar em informações insuficientes para concluir tarefas de projeto (MANCINI, 2003). 18

31 A atividade de projeto pode ser entendida como um processo que utiliza um conjunto de dados de entrada referentes às necessidades do cliente e que, ao final, deve garantir como dados de saída um conjunto de soluções que possa ser verificado face aos dados de entrada, para após passarem por uma validação junto aos clientes (MELHADO, 2001). A escolha do sistema construtivo não deve ser, então, uma competição entre os diferentes tipos de estrutura, mas uma decisão com base nas necessidades da obra e nas características de cada sistema, com base na análise do maior número possível de aspectos representativos da obra, priorizando as características mais importantes e também as desejáveis (PINHO, 2009). A figura 4.1 sistematiza o processo de projeto de acordo com o conceito aplicado no desenvolvimento desse trabalho. Dados de Entrada Etapa de Projeto Dados de Saída Validação Análise Crítica Modificação Figura 4.1. Processo de projeto Fonte: Adaptado de MELHADO, 2004 Tem-se, então, que os investimentos no processo de projeto são primordiais para a melhoria da qualidade dos empreendimentos já que a industrialização da construção, onde a construção metálica está inserida, pode favorecer o desenvolvimento racional desde que toda a construção seja planejada na etapa de projetos. O processo de projeto mais utilizado nos empreendimentos é o processo de projeto seqüencial, onde o desenvolvimento do projeto se dá a partir da sucessão de diferentes etapas e cada etapa está condicionada pelas soluções da etapa anterior (TEIXEIRA, 2007). Segundo Tzortzopoulos (1999), a modelagem do processo de projeto busca definir o seqüenciamento das tarefas que devem ocorrer ao longo da construção, descrevendo o seu conteúdo e as informações necessárias para o seu desenvolvimento, bem como as produzidas para cada tarefa. 19

32 4.1. DEFINIÇÕES DE PROJETO Em diferentes contextos a palavra projeto pode representar uma variedade de situações onde sua principal semelhança é a ênfase na criação de objetos ou lugares que tem um propósito prático e que serão observados e utilizados. A tarefa de projetar pode ser descrita, então, como a produção de uma solução ou como a resolução de problemas (TZORTZOPOULOS, 1999). A Associação Brasileira de Escritórios de Arquitetura (ASBEA) define que a palavra projeto significa, genericamente, intento, desígnio, empreendimento e, em sua acepção técnica, um conjunto de ações caracterizadas e quantificadas, necessárias a concretização de um objetivo (ASBEA, 1992). As atividades de projeto, ainda segundo a ASBEA (1992), envolvem serviços essenciais, que são os que devem estar presentes no projeto de todo e qualquer empreendimento; serviços específicos, que são os que devem estar presentes em condições particulares de empreendimentos, segundo suas características gerenciais e técnicas de cada contratante; e serviços opcionais que são os que podem agregar valor ao atendimento às necessidades e características gerenciais e técnicas de cada contratante. Conforme a NBR 5670: 1977, a palavra projeto significa definição qualitativa e quantitativa dos atributos técnicos, econômicos e financeiros de um serviço ou obra de engenharia e arquitetura, com base em dados, elementos, informações, estudos, discriminações técnicas, cálculos, desenhos, normas, projeções e disposições especiais. E ainda, conforme a NBR : 1995, a elaboração de um projeto de edificação é definida como a determinação e representação prévia dos atributos funcionais, formais e técnicos de elementos de edificação a construir, a pré-fabricar, a montar, a ampliar, (...), abrangendo os ambientes exteriores e interiores e os projetos de elementos da edificação e das instalações prediais. É importante acentuar que o projeto não pode ser entendido como entrega de desenhos e de memoriais e é esperado que o projetista esteja comprometido com a busca de soluções para os problemas de seus clientes (MELHADO, 2004). 20

33 A partir de Melhado (1994), concluem-se as definições de projeto para este trabalho. O autor apresenta em seu trabalho definições de diversos autores para a palavra projeto, referindo-se a este basicamente como o procedimento ou prática de projetar, relacionando o projeto ao enfoque de criação. Ele descreve, ainda, que o projeto de edificações deve incorporar a visão de produto, ou seja, a forma (elementos estéticos), as funções e também o processo de produção do mesmo, juntando ao projeto as informações tecnológicas e gerenciais GESTÃO DO PROCESSO DE PROJETO O gerenciamento de projeto consiste, segundo Tzortzopoulos (1999), no planejamento e controle das atividades de projeto, visando assegurar os aspectos relativos a distribuição do tempo, o desenvolvimento e equacionamento do fluxo de informações e trocas de produtos intermediários, incluindo as ações corretivas necessárias. O gerenciamento envolve, também, a tomada de decisões de caráter gerencial como aprovação de produtos intermediários, a liberação para início das etapas de projeto e o encaminhamento e acompanhamento de providências operacionais para o desenvolvimento do projeto. Segundo Rozestraten e Segall (2009), o termo gestão é baseado na noção de progresso, de avanço linear, gradual e ascendente em direção a algo melhor e torna-se parcial se estiver restrito apenas aos fatores técnicos, excluindo os valores artístico-arquitetônicos. A gestão do processo de projeto é muito relevante no segmento da construção civil devido a possibilidade de se criar novos procedimentos, controles ou detalhes para a execução da obra com objetivo de realizar uma execução mais racionalizada e eficiente, cumprindo prazos e reduzindo custos, aumentando a competitividade dos empreendimentos (JARDIM, 2007). A gestão do processo de projeto passa, então, pela inclusão do caráter eminentemente artístico do processo de concepção arquitetônico, especialmente no que concerne à redefinição dos papéis dos profissionais envolvidos na lógica das equipes multidisciplinares (ROZESTRATEN; SEGALL, 2009). 21

34 O desenvolvimento desse trabalho busca o atendimento de todas as áreas de projeto do empreendimento, buscando sempre a integração e, conseqüentemente, reduzindo os índices de falhas e patologias construtivas encontradas atualmente quando é executado um processo de projeto ineficiente. As estruturas de aço são constituídas por um grupo de peças, que após serem unidas, formarão um conjunto estável que sustentará a edificação. A fabricação das peças se realiza em uma unidade industrial, onde estão centralizados os meios de produção e cada obra em aço é o resultado de uma sucessão de decisões tomadas desde a concepção da estrutura até a montagem da última peça. É importante que cada profissional tenha consciência das repercussões possíveis de cada fase sobre as demais (PINHO, M., 2005). A concepção desse trabalho considera que o projeto em aço requer compatibilização e planejamento, para que as peças construídas na fábrica possam ser montadas corretamente em campo e padronização, para que a produtividade na fabricação e na montagem seja satisfatória e para que o processo de produção seja racionalizado (TEIXEIRA, 2007). O presente trabalho busca atender, também, a qualidade global do projeto, realizando, conforme Salgado (2005), a adequação da documentação às características dos processos permitindo que as decisões relativas às características do produto sejam tomadas nas instâncias responsáveis pela elaboração do projeto, eliminando a ocorrência de decisões improvisadas em canteiro de obras. A determinação do conjunto de elementos padronizados deve, portanto, levar em consideração todos os conceitos de compatibilização de projetos, assegurando a qualidade do projeto como um todo e garantindo que as soluções adotadas tenham sido suficientemente abrangentes, integradas e detalhadas (SALGADO, 2002), além de atender aos conceitos do projeto arquitetônico, sendo esse o responsável pelas indicações a serem seguidas pelos demais projetos. 22