Introdução

O edifício construído à base das  repetições de pavimento-tipo e detalhes é uma fórmula que descreve uma prática de projeto quanto um pressuposto de códigos de obras, que chegam a admitir a verticalidade como simples projeção, priorizando não o desempenho ambiental, tampouco o escultural, mas gerando uma cidade extrudada. O ambiente urbano a 5m de altura difere fundamentalmente daquele a 100m de altura; no entanto, costumam receber plantas iguais e vedações iguais. O presente estudo procura identificar parâmetros ambientais relacionados às janelas que variam ao longo da altura, sistematizando-os, e procurando por justificativas para a arquitetura  incorporar a dimensão da altura em sua qualidade ambiental.

É comum um esqueleto estrutural com geometria constante por toda a altura do edifício. Vedações e plantas se orientam nos módulos da estrutura. No entanto, isto não deveria acarretar a necessidade da planta uniforme. Tampouco o dimensionamento das peças estruturais deveria ser uniforme, uma vez que as cargas de compressão suportadas são cada vez menores à medida que se sobe.

Ressalte-se que mesmo numa construção tipicamente em dois pavimentos – como numa escola – nem sempre existe consistência na opção por um pé-direito igual no térreo e no primeiro pavimento. Observe-se que o térreo tem como teto a laje que é o piso seguinte. Já o primeiro pavimento tem acima de si um telhado. O volume dos recintos tende a ser maior, e a possibilidade de se iluminar com aberturas zenitais. No piso inferior ocorre maior exposição à invasão por estranhos e também à visão de fora para dentro, que poderia comprometer atividades requerendo concentração. Assim, acaba merecendo cuidados como grades e cortinas.

Este trabalho não se pretende nenhuma revisão sobre o tema de edifícios altos, mas vem somente apresentar uma nova visão, sintética, a respeito de suas janelas e a validade de se repetir seu projeto (ou melhor, suas especificações) uniformemente nos pavimentos-tipo.

A arquitetura na dimensão vertical

Na medida que se opta pelos edifícios altos nos centros urbanos mais valorizados do mundo, a dimensão vertical vem sendo diferentemente explorada no projeto arquitetônico, trazendo efeitos diversos que, numa análise inicial, parecem prioritariamente plásticos, esculturais. São poucos os exemplos  de nítido aproveitamento do parâmetro da altura com vistas ao ambiente e à economia. Em geral, parece difícil dissociar a decisão por um edifício monumental do predomínio da forma pela forma.

Não se pretende aqui nenhuma revisão exaustiva sobre o assunto da forma de edifícios altos. No entanto, é conveniente a menção a alguns edifícios mais conhecidos ou mais recentes, alguns não construídos, para exemplificar diferentes atitudes no tratamento da dimensão vertical.

O edifício Seagram em Nova Iorque (projeto de Mies van der Rohe e Philip Johnson, construído em 1957), é tido como um dos edifícios mais influentes dos Estados Unidos, sendo um marco inicial do estilo internacional. Não apresentava aparente diferenciação de suas aberturas na altura. Era ainda uma forma “extrudada”, a mesma secção transversal plana se repetindo por todos os pavimentos. Quase meio século depois desta obra pioneira, nota-se diversas tendências em favor da incorporação da dimensão da altura no projeto do ambiente. O Empire State Building em Nova Iorque (381m de altura, Shreve, Lamb, & Harmon Associates, 1931), tendo figurado por muitos anos como edificio mais alto do mundo, apresenta uma diferenciação na sua porção superior. Assim é também o mais pitoresco Chrisler Building (305m, William van Allen, 1930), outro ícone daquela cidade. Também em Nova Iorque, o edifício Lipstick (138m, Philip Johnson,1986), mais recente, apresenta uma secção transversal escalonada, diminuindo na altura e lhe conferindo uma sensação de maior estabilidade.

A diferenciação da forma baseada em módulos ao longo da altura tem sido freqüentemente encontrada. Pode-se citar a sede do Commerzbank em Frankfurt (301m, Norman Foster, 1997), o edifício mais alto da Europa no final dos anos 90, e ainda a sede do banco HSBC  em Hong Kong (315m, Ieoh Ming Pei, 1990). Também se encontra no talvez mais alto projeto em construção no mundo, o 7 South Dearborn, Chicago (610 m, Adrian D. Smith do escritório Skidmore Owings and Merril). (1)

Variação contínua e linear de secção transversal é encontrada no Transamerica Tower de San Francisco (260m, William Pereira, 1969). Mencione-se no Brasil, em São Paulo,  o edifício Luiz Eulálio Bueno Vidigal Filho FIESP na Av. Paulista (cerca de 100m, Rino Levi, 1979); ainda, o London Bridge Tower, (310m, Renzo Piano, finalização prevista para 2009). Ainda em Londres, no 122 Leadenhall Street (225m, Richard Rogers, conclusão prevista para 2008). Em forma de cunha, foi feito para preservar a luz no nível da rua e no interior respeitando o conteto imediato e uma visão da catedral de S. Paul. Apresenta fachadas ventiladas e proteção solar externa aos vidros.

Variação contínua e não-linear é adotada no escultural 30 St. Mary Axe Swiss Reinsurance Headquarters, Londres (200m, Norman Foster, 2004), com. fachada ventilada e aerodinâmica, planta totalmente variável na altura. (progressivamente), e na Torre Agbar em Barcelona (142m, Jean Nouvel, 2005). Variações segmentadas são encontradas, por exemplo, nos Petronas Towers em Kuala Lumpur (452m, Cesar Pelli, 1998); no Jin Mao Tower, Shanghai (380m, Adrian D. Smith, 1999), de seção transversal variável, lembrando pagode chinês, com escritórios e hotel.

Formas espaciais esculturais, que se afastam da torre única aparecem em projetos recentes, não construídos: um projeto para o novo WTC em Nova Iorque (370m, Richard Meier & Peter Eisenman, 2002), ortogonal e com formas de H superpostas, e ainda o Central Chinese Televison Tower (255m, Rem Koolhaas, 2002). Uma variação na altura, mais no sentido escultural, é percebida nos edifícios Turning Torso Apartment and Office Tower, Malmö, Suécia (208m, Santiago Calatrava, 2001), com seus dez módulos curvos, iguais, porém em ângulo um em relação ao outro, somando 90° desde o primeiro até o último. Ainda, o New York Times HQ (2000m, Frank Gehry, 2000), planta é na altura média ortogonal (quadrangular) e começa e termina muito irregular, e ainda o projeto para o Fifth Av. and Forty-second Street Tower em Nova Iorque (195m, Solange Fabião, 2002), com enorme fachada PV.

Um aparentemente raro exemplo da especialização da janela ao longo da altura se verifica no projeto para os Landmark Lofts em Nova Iorque (200m, Jean Nouvel, 2001) em que, apesar da forma geométrica, as janelas são posicionadas cada vez mais baixas à medida que se sobe, para facilitar visão do horizonte.

Enfim, idéias diversas para o aproveitamento da dimensão vertical, levando em conta os princípios do Bioclimatismo, surgem na extensa obra do arquiteto sino-malasiano Ken Yeang (1998). (2) Pode-se falar aqui num projeto a cada instante consciente das condições ambientais vigentes e modificadas pela arquitetura. Este arquiteto é aqui mencionado como um importante nome do bioclimatismo aplicado aos arranha-céus. No entanto, as considerações a seguir não são baseadas em nenhuma obra sua, somente numa leitura parametrizada, a partir dos conhecimentos de conforto ambiental e desempenho ambiental do ambiente construído, da prática de edifícios altos que conhecemos no Brasil.

Aspectos do desempenho ambiental das janelas de edifícios altos

A seguir serão mostrados diferentes aspectos do desempenho ambiental das janelas laterais que variam ao longo da altura, justificando variações no desenho das janelas que dificilmente são lembradas pelos projetistas.

Vista

As janelas altas desfrutam de uma vista completamente distinta daquela dos andares baixos. Por este motivo, deveriam ser repensadas no contexto do projeto arquitetônico. Não faz sentido que os andares altos de um edifício recebam janelas panorâmicas e esta mesma medida, por pura padronização, seja adotada nos andares baixos. Deles, a visão seria provavelmente para muros, empenas, janelas vizinhas ou miolos de quadras.

Iluminação natural difusa

As janelas iluminam tanto melhor quanto mais alto o pavimento considerado. Para tanto concorrem dois fatores. Inicialmente, existe uma diminuição das obstruções à entrada da componente externa de iluminação, desde a abóbada celeste, até os planos de trabalho diretamente ou passando por reflexões nas superfícies internas (piso, paredes, teto, objetos existentes). Depois, considere-se que andares baixos recebe dassuperfície do chão, normalmente escura, relativamente pouca luz, e à medida que se sobe, mais porções claras de edifícios vizinhos enviam mais e mais luz refletida para a janela. Como resultado, os pavimentos altos de edifícios em contexto urbano denso não teriam necessidade de janelas do mesmo tamanho que aquelas dimensionadas para os pavimentos baixos. Desperdiça-se o material de esquadrias, que pode ser considerado mais caro que o das paredes externas cegas.

Insolação

Motivos semelhantes àqueles que levam, por janelas iguais, mais luz difusa aos andares superiores fazem com que estes também sejam melhor ensolarados. Não são todas as obstruções à luz difusa que também atuam obstruindo o sol direto, mas em especial aquelas posicionadas aproximadamente a leste ou oeste da edificação. No hemisfério sul, as obstruções a norte também influem, e tanto mais, quanto mais alta a latitude. A orientação sul é aquela menos prejudicada. Isto não ocorre por uma parede voltada para o sul não  receber sol, como erroneamente observado; mas dificilmente o sol vem do sul de uma altura tão baixa que possa sofrer obstrução por construção vizinha (a pior situação de bloqueio do sol vindo do sul ocorreria junto ao Equador quando, no solstício de verão do hemisfério sul, o sol ao meio-dia vem do sul, com ângulo de altura de cerca de 67°; já abaixo do Trópico de Capricórnio, o sol nunca vem rigorosamente do sul).

Ao se considerar, entretanto, o problema mais geral da insolação como um fato a ser controlado, é provável que os andares superiores requeiram proteção solar que possa ser mais completa que os andares inferiores.

Ainda relacionada é a possibilidade de aproveitamento da energia solar incidente nas fachadas verticais para fins de aquecimento de água. No relatório final de um projeto de pesquisa para a integração arquitetônica de painéis solares, Errera e co-autores (2001) demonstraram como alguas paredes verticais – notadamente aquelas de vedação de banheiros de orientação entre norte e oeste -podem ser sensatamente substituídas por coletores solares de aquecimento de água, concebidos como paredes pré-fabricadas, especializados no aquecimento de água para o banho no final da tarde. Sob dias de céu claro, a área externa e o volume correntes de paredes externas de banheiros com 2,0 m de largura seriam suficientes, sob condições típicas para a cidade de Curitiba, para aquecer e armazenar água para o banho de três a quatro pessoas. Espera-se resultados ainda melhores para as demais capitais brasileiras, que dispõem de melhores índices de insolação.

Exaustão

O ar dentro dos edifícios, na média de 24h, tende sempre a ser mais quente que aquele de fora. Este é tanto mais frio quanto mais alto, decrescendo à razão de 5°C por km que se sobe. (3) Nos últimos andares de um edifício alto é máxima a diferença de temperatura entre o interior e o exterior. O ar mais quente é mais leve e, pelo princípio do empuxo, tende a sair para o ar frio entrar. Este fato faz o ar assoviar por frestas mal-fechadas e, caso sejam abertas janelas, acarreta rápidas trocas de ar entre o interior e o exterior. Embora este efeito possa esfriar indesejavelmente os ambientes, deveria ser aproveitado, se controlado, para promover a gradual renovação do ar dos interiores. 

Perda de calor para o ar externo por convecção/condução

Associa-se ao fator anteriormente mencionado (menor temperatura do ar) o fato de as velocidades do vento serem maiores nas maiores alturas. As janelas de vidro simples oferecem relativamente pouca resistência ao fluxo de calor que, no inverno, quer deixar os interiores das edificações, em geral mantidos mais quentes que o ambiente externo. Ora, pesquisas em energia eólica determinaram a velocidade do vento Vve numa altitude elevada He como mantendo a seguinte relação com a velocidade do vento Vvl medida num anemômetro instalado mais próximo do solo Hl: (4)

Por exemplo, se for medido o vento de 3,0 m/s a 10m de altura, ele será de 4,2 m/s a 100m de altura. Entretanto, esta fórmula vale para terrenos pouco rugosos; num contexto urbano, o ar certamente disporá de maior liberdade de circulação no topo de prédios altos, podendo atingir velocidades bem maiores que na base. Isto reduz a camada protetora de ar estagnado junto às paredes externas e aumenta o coeficiente de troca de calor por convecção. Por este motivo, os andares altos de edifícios com as mesmas janela tendem a ser mais frios, em especial quando não recebem sol através das janelas.

Isolamento acústico

O ruído tem características diferenciadas se observado junto ao nível do solo ou num pavimento elevado do solo. Os andares baixos estão próximos da rua; portanto, situam-se mais próximos das principais fontes de ruído numa cidade – os veículos, em especial ônibus, caminhões e motocicletas. Ouve-se com mais facilidade ruídos individualizados de um veículo em especial. Já os andares altos estão expostos a um ruído uniformizado, que corresponde aproximadamente ao ruído de fundo de uma cidade; este ruído tende a ser abafado, pela absorção dos seus componentes mais agudos pela atmosfera.

Usos dos diferentes pavimentos

A situação privilegiada dos pavimentos superiores relativa à vista da paisagem, por sua vez sua situação prejudicada em relação ao frio, ao ruído de fundo e à sensação de altura, sugere usos diferentes, isto independentemente do tratamento dado às janelas. As vistas noturnas de paisagem urbana iluminada podem também ser disputadas por restaurantes, bares, ou mesmo residências de público mais jovem. A vista panorâmica torna estes espaços disputados para os usos diurnos e passageiros, que tendem a propostas comerciais (restaurantes, certos estúdios de arte, espaços de recepção de visitantes de grandes empresas). Já andares baixos se prestam bem a serviços mais acessíveis aos pedestres, como lojas, lanchonetes, cabeleireiros. Tais ambientes deverão receber condicionamento diferenciado em suas aberturas, contando com recursos de iluminação e climatização artificiais. Ainda, a condição mal provida de iluminação e ventilação encoraja o uso dos pavimentos inferiores para estacionamentos ou depósitos.

A interação entre edifícios vizinhos

Alguns efeitos ambientais da altura surgem não somente num edifício isolado, mas no conjunto formado por dois edifícios implantados em proximidade. Alguns aspectos são descritos a seguir.

Iluminação e insolação

A influência do afastamento predial sobre a iluminação disponível pela componente direta do céu foi estudada pelo autor quando da fundamentação da nova Lei de Zoneamento e Uso de Solo de Curitiba, que abandonou gabaritos máximos e partiu para um conceito de proporcionalidade e altura das edificações. O autor na ocasião demonstrou intensa variabilidade da iluminação disponível a depender do andar. (5) Mais tarde, após regulamentada esta lei, surgiu a prática de se conceber edifícios em forma de “bolo de noiva”, a planta projetada reduzindo-se a cada andar que se sobe. Esta interpretação segue a  linha de regulamentação do direito à iluminação em contexto urbano chamada de envelope solar, que permite a construção em alturas cada vez maiores, desde que observada uma necessária redução da área projetada do pavimento. (6) Ao afilar-se nos pavimentos mais elevados, os edifícios mantêm constante a obstrução que provocam sobre edifícios vizinhos que lhe façam face, independente do pavimento tomado, nestes, para análise.

Os edifícios que surgem em conformidade com um princípio de envelope solar são afilados no topo e facilmente se adequam a diretrizes de aerodinâmica, tolerando melhor a força dos ventos, que tendem mais a desviar do que a empurrar o edifício. É sabido que, como a força aplicada no topo produz um maior momento na base do edifício, no sentido de tombá-lo, as formas afiladas admitem maiores alturas. Plantas arredondadas também facilitam na diminuição da carga de vento.

Iluminação: componente refletida exterior

A luz que, vinda do céu, encontra fachadas cegas de edificações, poderia ser aproveitada pelas edificações vizinhas, se fosse convenientemente refletida. Para tanto, é recomendável que os edifícios situados em áreas muito adensadas recebam revestimento externo em cores claras. Mediante reflexões recíprocas, o efeito de melhor iluminação retorna para o próprio edifício que adota tal medida, em especial se muito próximo ao vizinho. Isto também vale para a luz vinda diretamente do sol. No entanto, não se aconselha o uso de materiais de reflexão especular, como é o caso de certos tipos de vidros ou telhados metálicos. Estes podem vir a praticamente duplicar a radiação recebida diretamente do sol por uma edificação vizinha ou mesmo afastada. Em Curitiba, ocorre o curioso efeito de um tal edifício refletir os raios solares enviando-os para o interior da Prefeitura Municipal.

Acústica

O ruído do tráfego, se encontrar um par de fachadas opostas, face a face, de diferentes lados da rua, tem ali uma espécie de canal por onde pode chegar bastante nítido aos andares superiores. Por este efeito de canalização, ouve-se em algum momento cada veículo diferenciado mesmo dos andares mais altos. O uso de material absorvedor sonoro em cada uma das fachadas vis-a-vis poderia mitigar este efeito.

Considerações finais

Enquanto a cidade é produzida muitas vezes de forma arquitetonicamente insípida, a exploração de fatos físicos do ambiente que se modifica à medida que se avança na altura fornecem material oportuno para a apropriação no projeto de arquitetura.  Isto permitiria uma sobrevida da atividade criadora no contexto de limitadas escolhas imposto pela especulação imobiliária em áreas de alta densidade e, portanto, restrições à qualidade ambiental. 

notas

1
Este e os seguintes edifícios foram estudados com base em MOMA. Tall Building Exhibition. Páginas visitadas em  http://moma.org/exhibitions/2004/tallbuildings/index_f.html. Nova Iorque: Museum of Modern Art. Acesso em 06/05/2006.

2
YEANG, K. The Skyscraper, Bioclimatically Considered. Nova Iorque, Wiley, 1996.

3
R. M. GOODY & J. C. G. WALKER, Atmosferas Planetárias. S. Paulo, Edgard Blüchert, 1996.

4
NREL, National Renewable Energy Laboratory, Wind Energy Resource Atlas of the United States, disponível em http://rredc.nrel.gov/wind/pubs/atlas/appendix_A.html, acesso em 7/5/2006.

5
SCHMID, A.L. “Daylighting and Insolation in High Density Urban Zones: how Simulation Supported a New Law”. In: Curitiba. Building Simulation 2001, p.1093-1100. Rio de Janeiro, IBPSA, 2001.

6
PEREIRA, F. O. R.. Envelope solar: um exercício teórico ou uma proposiçõa viável? III Encontro Nacional e I Encontro Latino-Americano de Conforto no Ambiente Construído. Gramado, ANTAC, 1995.

sobre o autor

Aloísio Leoni Schmid é professor do Curso de Arquitetura e Urbanismoda UFPR. É Engenheiro mecânico pela UFPR, Mestre em Engenharia pela Universidade de Utsunomiya (Japão) e Doutor pela Faculdade de Arquitetura da Universidade de Karlsruhe, Alemanha. Autor do livro “A idéia de conforto: reflexões sobre o ambiente construído” (2005).