Soluções Compósitos Aceleram Fabricação de Fachadas de Concreto

Todo edifício de vários andares construído hoje requer uma fachada. Derivada da palavra francesa façade, que por sua vez veio do italiano facciata, significa "face". Em suma, a fachada é a estrutura exterior voltada ao público que dá ao edifício seu caráter, cor e forma. Para arquitetos, a fachada define muito o tom do resto do edifício e diz muito sobre a intenção arquitetônica do designer.

Uma fachada também é funcional. Ela fornece a estrutura que envolve janelas e portas, protege o edifício de intempéries e impactos, e afeta a eficiência energética do edifício. Uma fachada pode ser construída de diversos materiais, incluindo compósitos, pedra, aço, vidro ou concreto. O concreto em uma fachada, em virtude de sua moldabilidade, pode dar ao edifício uma aparência altamente dimensional e visualmente impactante, particularmente se as formas de concreto forem variadas.

O açúcar é rei

Este foi o caso no Domino Park, um projeto de redesenvolvimento de 11 acres ao longo do cais de Williamsburg no Brooklyn, Nova York, EUA. No coração do Domino Park está a Refinaria de Açúcar Domino, de 138 anos, que fechou em 2004 e agora está sendo renovada como espaço de escritórios e varejo. Parte do Domino Park inclui vários novos edifícios, incluindo o One South First de 45 andares e o conjugado 10 Grand. Para esses edifícios, o arquiteto COOKFOX (Nova York) decidiu usar uma fachada de concreto que apresenta múltiplos ângulos de superfície, múltiplas formas de molduras de janela e múltiplas larguras de molduras para, à distância, transmitir vagamente uma sensação de cristalinidade do açúcar, em consonância com a história do local.

A Gate Precast Co. (Jacksonville, Flórida, EUA) ganhou o contrato para construir a fachada de concreto — basicamente, uma série de molduras de janela — para o projeto One South First. A empresa fabricaria as molduras em sua própria instalação e depois enviaria as molduras acabadas ao local da obra, onde seriam içadas no local para instalação via guindaste. Se a Gate tivesse decidido seguir a tradição, teria construído moldes de madeira para moldar todas as molduras de concreto. A Gate, no entanto, decidiu não seguir a tradição.

Parceria para manufatura aditiva de grande formato

Para entender, voltemos a 2017, quando a Gate fez parceria com o Precast/Prestressed Concrete Institute (PCI) (Chicago, EUA) e o Oak Ridge National Laboratory (ORNL) (Oak Ridge, Tennessee, EUA) para realizar uma avaliação preliminar do uso de manufatura aditiva de grande formato para construir moldes compósitos para conformação de concreto pré-moldado in-plant. Esta avaliação foi feita usando uma máquina BAAM (Big Area Additive Manufacturing) no ORNL. A BAAM é uma máquina de manufatura aditiva de grande formato com envelope de construção de 25 metros quadrados, co-desenvolvida pelo ORNL e pela Cincinnati Inc. (Harrison, Ohio, EUA). A Gate comprometeu-se a construir moldes compósitos para a fachada do One South First. O projeto exigia 80 moldes no total, 37 dos quais seriam impressos. Os 43 restantes seriam feitos de madeira. No momento em que esta decisão foi tomada, os prazos para entrega dos moldes eram apertados.

Em 2016, a Additive Engineering Solutions (AES) (Akron, Ohio) havia adquirido sua primeira máquina BAAM da Cincinnati Inc. Por isso, ORNL e Gate Precast recorreram à AES para ajuda. Andrew Bader, VP e cofundador da AES, diz que sua empresa e o ORNL dividiram o pacote de trabalho, com a AES produzindo 18 dos 37 moldes. Bader diz que cada molde de moldura de janela mede cerca de 1,5-1,8 m de largura, 2,7-3 m de altura e 40 cm de profundidade e pesa cerca de 227 kg.

Bader diz que o interior da geometria dos moldes, por serem projetados para produzir molduras que envolvem janelas retangulares, era relativamente simples. No entanto, o design das superfícies externas das molduras, como observado, era mais complexo, com profundidades e ângulos variados integrados a cada molde. Uma forma impressa substituiu um molde de madeira composto por muitas peças cortadas individualmente e pregadas juntas. "A geometria era simples, mas complicada", diz Bader. "O projeto exigia vários designs únicos de molduras, dependendo da localização."

Material e processo de impressão

Para parte de sua produção, a AES escolheu um composto LNP THERMOCOMP AM, um material de alto módulo e baixa deformação baseado em ABS com 20% de reforço de fibra de carbono picada fornecido pela SABIC (Houston, Texas, EUA). Bader diz que a máquina BAAM levou 8-10 horas para construir cada molde monolítico, seguido por 4-8 horas de usinagem e acabamento em uma máquina CNC Quintax (Stow, Ohio, EUA). Ele relata que os moldes foram lixados nas dimensões requeridas, mas não selados.

Fabricação das molduras de janela

Os moldes foram entregues à instalação da Gate em Winchester, Kentucky, EUA, onde foram usados junto com os 43 moldes de madeira tradicionais que a Gate construiu para o projeto. Os moldes de madeira foram montados manualmente pelos funcionários da Gate, então um tapete de fibra de vidro e revestimento de resina foram aplicados, com óleo de forma pulverizado para facilitar a liberação da moldura de concreto formada. Óleo de forma também foi pulverizado nos moldes compósitos para facilitar a liberação.

Para realizar uma concretagem, múltiplos moldes eram colocados em uma mesa de fundição de madeira de 12-15 metros de comprimento. Os moldes eram agrupados para produzir uma moldura simples, dupla ou tripla. Vergalhões de aço eram posicionados dentro de cada molde e o concreto era despejado ao redor dos vergalhões. A mesa de fundição era então vibrada para consolidar o concreto. Após 14-20 horas de cura, as molduras de janela eram desmoldadas, lavadas com ácido e polidas. Então, as janelas eram instaladas e todo o pacote era enviado por caminhão ao canteiro de obras no Brooklyn.

Vantagens dos moldes compósitos

Bader diz que os moldes compósitos da AES, trabalhando junto com os moldes de madeira tradicionais, rapidamente revelaram suas vantagens. Primeiro, ele diz, um molde de madeira permite apenas 15-20 concretagens antes de ter que ser removido de serviço e reformado ou substituído. Os moldes da AES, por outro lado, permitiram 200 concretagens com reforma mínima ou tempo fora de serviço. E as 200 concretagens, diz Bader, representaram o fim do projeto, não o fim da vida útil do molde. "É apenas onde eles pararam", diz ele. "Se nossos moldes forem cuidados adequadamente, achamos que podem ser usados centenas e centenas de vezes."

Além disso, para uso de 150 concretagens ou mais, a Gate calcula que seriam necessários até 10 moldes de madeira para igualar o desempenho de um molde da AES. Também, dado que a Gate leva 40 horas-homem para produzir um molde de madeira, sem os 37 moldes compósitos a empresa não teria cumprido os requisitos de cronograma do projeto One South First.

Bader concede que um molde compósito da AES custa quatro vezes mais que um molde de madeira, mas é pelo menos 10 vezes mais durável. "A forma como as formas pré-moldadas são construídas permaneceu relativamente inalterada por décadas", afirma Bader. "De repente, um dia, estamos fazendo formas 3D de 227 kg e todos ficaram chocados." Dito isso, ele reconhece que a manufatura aditiva de tais moldes é mais custo-efetiva em aplicações onde as formas de concreto têm geometria complexa ou alta repetição — mesma forma muitas vezes.

A AES, relata Bader, agora possui e opera quatro máquinas BAAM e pode produzir peças de até 2,4 metros de altura. Peças muito maiores foram construídas unindo múltiplas peças.