O cobre ganhou um lugar respeitado nos campos relacionados de arquitetura, construção de edifícios e design de interiores. De catedrais a castelos e de casas a escritórios, o cobre é usado para uma variedade de elementos arquitetônicos, incluindo telhados, lampejos, calhas, calhas, domos, torres, abóbadas, revestimento de paredes e juntas de expansão de edifícios.
A história do cobre na arquitetura pode ser relacionada à sua durabilidade, resistência à corrosão, aparência de prestígio e capacidade de formar formas complexas. Durante séculos, artesãos e designers utilizaram esses atributos para construir sistemas de construção esteticamente agradáveis e duradouros.
Nos últimos 25 anos, o cobre foi projetado em uma gama muito maior de edifícios, incorporando novos estilos, variedades de cores e diferentes formas e texturas.Paredes revestidas de cobre são um elemento de design moderno em ambientes internos e externos.
Alguns dos arquitetos modernos mais ilustres do mundo confiaram no cobre. Exemplos incluem Frank Lloyd Wright, que especificou materiais de cobre em todos os seus projetos de construção; Michael Graves, medalhista de ouro do AIA que projetou mais de 350 edifícios em todo o mundo; Renzo Piano, que projetou cobre revestido pré-patinado para o Museu de Ciências NEMO-Metropolis em Amsterdã; Malcolm Holzman, cujas telhas de cobre patinado no Centro de Comunicações de Televisão da WCCO, fizeram da instalação um destaque arquitetônico em Minneaoplis; e Marianne Dahlbäck e Göran Månsson, que projetaram o Museu Vasa, uma característica proeminente do horizonte de Estocolmo, com revestimento de cobre de 12.000 metros quadrados. A enorme escultura de peixe de cobre do arquiteto Frank O. Gehry no topo da Vila Olímpica, em Barcelona, é um exemplo do uso artístico do cobre.
O traço mais famoso do cobre é a sua exibição de uma cor metálica brilhante ao castanho iridescente e quase preto e, finalmente, a uma pátina verdigrita esverdeada. Os arquitetos descrevem a variedade de marrons como castanho-avermelhado, chocolate, ameixa, mogno e ébano. A pátina verde distintiva do metal há muito é cobiçada por arquitetos e designers.
Este artigo descreve os benefícios práticos e estéticos do cobre na arquitetura, bem como seu uso em aplicações externas, elementos de design de interiores e edifícios verdes.
Benefícios
Resistência à corrosão
Como um metal arquitectónico, o cobre proporciona uma excelente resistência à corrosão. As superfícies de cobre formam revestimentos de patina de óxido-sulfato resistentes que protegem as superfícies de cobre subjacentes e resistem à corrosão por um longo tempo.
O cobre corrói a taxas insignificantes em ar não poluído, água, ácidos não oxidantes desarejados e quando exposto a soluções salinas, soluções alcalinas e produtos químicos orgânicos. Coberturas de cobre em atmosferas rurais corrói a taxas inferiores a 0,4 mm em 200 anos.
Ao contrário da maioria dos outros metais, o cobre não sofre corrosão na parte inferior, o que pode causar falhas prematuras nas coberturas. Com um telhado de cobre, os substratos e estruturas de suporte geralmente falham muito antes do cobre no telhado.
O cobre arquitetônico é, no entanto, suscetível ao ataque corrosivo sob certas condições. Ácidos oxidantes, sais oxidantes de metais pesados, álcalis, óxidos de enxofre e nitrogênio, amônia e alguns compostos de enxofre e amônio podem acelerar a corrosão do cobre. A precipitação em áreas com um pH inferior a 5,5 pode corroer o cobre, possivelmente antes que uma película de ótica patina ou protetora tenha tempo de se formar. A precipitação ácida, conhecida como chuva ácida, deve-se às emissões de combustão de combustíveis fósseis, fabricação de produtos químicos ou outros processos que liberam óxidos de enxofre e nitrogênio na atmosfera. A corrosão por erosão pode ocorrer quando a água ácida de um telhado sem cobre que não neutraliza a acidez, como telha, ardósia, madeira ou asfalto, cai em uma pequena área de cobre. A corrosão da linha pode ocorrer se a borda de gotejamento de um material de cobertura inerte estiver diretamente sobre o cobre. Uma solução para isso pode ser elevar a borda inferior das telhas com uma faixa de cantos ou fornecer uma tira de reforço substituível entre as telhas e o cobre. O projeto e detalhamento de derramamento de água adequado, que reduz o tempo de permanência da água ácida nas superfícies metálicas, pode evitar a maioria dos problemas de corrosão atmosférica.
O latão, uma liga de cobre e zinco, possui boa resistência à corrosão atmosférica, álcalis e ácidos orgânicos. Em algumas águas potáveis e na água do mar, no entanto, ligas de latão com 20% ou mais de zinco podem sofrer ataques corrosivos.
Durabilidade / longa vida
Os telhados de cobre são extremamente duráveis na maioria dos ambientes. Eles têm um bom desempenho por mais de 700 anos, principalmente por causa da pátina protetora que se forma nas superfícies de cobre. Testes realizados nos telhados de cobre do século 18 na Europa mostraram que, em teoria, eles poderiam durar mil anos.
Movimento térmico baixo
Telhados de cobre projetados adequadamente minimizam os movimentos devido a mudanças térmicas. A baixa expansão térmica do cobre, 40% menos que o zinco e o chumbo, ajuda a evitar a deterioração e a falha. Além disso, o alto ponto de fusão do cobre garante que ele não se desloque ou estique como fazem alguns outros metais.
Em pequenos telhados gable, o movimento térmico é relativamente menor e geralmente não é um problema. Em edifícios de grande extensão com mais de 60 metros e quando painéis longos são usados, uma tolerância para expansão térmica pode ser necessária. Isso permite que o telhado “flutue” sobre as estruturas de sustentação enquanto permanece seguro.
Baixa manutenção
O cobre não requer limpeza ou manutenção. É particularmente adequado para áreas difíceis ou perigosas de acessar após a instalação.
Peso leve
Quando usado como cobertura de telhado totalmente suportada, o cobre é metade do peso (incluindo substrato) de chumbo e apenas um quarto de telhados. Isso geralmente proporciona economia no suporte a custos de estrutura e materiais. O revestimento de cobre oferece oportunidades adicionais para reduzir o peso das estruturas de cobre (para mais detalhes, consulte: revestimento de cobre e revestimento da parede).
Ventilação
O cobre não requer medidas de ventilação complexas. É adequado tanto para construções de telhado ‘frias’ não ventiladas e ventiladas ‘frias’.
Blindagem de radiofrequência
Equipamentos eletrônicos sensíveis são vulneráveis a interferências e vigilância não autorizada. Esses produtos também exigem proteção contra altas voltagens.A blindagem de radiofreqüência (RF) pode resolver esses problemas reduzindo a transmissão de campos elétricos ou magnéticos de um espaço para outro.
O cobre é um excelente material para blindagem de RF porque absorve ondas de rádio e magnéticas. Outras propriedades úteis para a blindagem de RF é que o cobre tem uma alta condutividade elétrica, é dúctil, maleável e solda facilmente.
Gabinetes de proteção RF filtram uma faixa de freqüências para condições específicas. Os invólucros de cobre projetados e construídos adequadamente satisfazem a maioria das necessidades de proteção de RF, desde salas de comutação de computadores e elétricas até instalações de ressonância magnética e ressonância magnética em hospitais. Atenção especial deve ser dada a possíveis penetrações de blindagem, como portas, aberturas e cabos.
Um escudo pode ser eficaz contra um tipo de campo eletromagnético, mas não contra outro. Por exemplo, uma blindagem de folha de cobre ou RF de tela será minimamente eficaz contra campos magnéticos de freqüência de energia. Um escudo magnético de freqüência de energia poderia oferecer pouca redução de campos de freqüência de rádio. O mesmo é verdade para diferentes frequências de RF. Um simples protetor de tela de malha grande pode funcionar bem para freqüências mais baixas, mas pode ser ineficaz para microondas.
Galeão de cobre finial.
Folha de cobre para blindagem de RF pode ser formada em praticamente qualquer forma e tamanho. A conexão elétrica a um sistema de aterramento fornece um invólucro de RF efetivo.
Proteção contra raios
A proteção contra descargas atmosféricas minimiza os danos nos edifícios durante as terminações de raios. Isso geralmente é feito fornecendo-se múltiplos caminhos interconectados de baixa impedância elétrica ao solo.
O cobre e suas ligas são os materiais mais comuns usados em proteções residenciais contra raios, no entanto, em ambientes industriais, quimicamente corrosivos, o cobre pode precisar ser revestido em estanho. O cobre facilita efetivamente a transmissão da energia do raio para o solo devido à sua excelente condutividade elétrica. Além disso, ele se dobra facilmente em comparação com outros materiais condutores.
Quando telhados de cobre, calhas e líderes de chuva são eletricamente conectados a uma instalação de terminação de terra, um caminho de baixa impedância elétrica para a terra é fornecido, porém sem caminhos de condução dedicados para concentrar o canal de descarga, uma superfície energizada dispersa pode não ser a mais desejável .
Como o cobre tem uma condutividade elétrica mais alta que o alumínio e sua impedância durante uma terminação de raio é menor, o cobre permite o uso de menos área de seção transversal por comprimento linear, em sua trajetória de fios de aço do que o alumínio. Além disso, o alumínio não pode ser usado em concreto derramado ou em qualquer componente subterrâneo devido às suas propriedades galvânicas.
Para ser eficaz, os sistemas de proteção contra raios geralmente maximizam o contato da área de superfície entre os condutores e a terra por meio de uma grade de projetos variados. Para complementar as redes de aterramento em terra de baixa condutividade, como areia ou rocha, tubos de cobre longos e ocos preenchidos com sais metálicos estão disponíveis. Estes sais lixiviam através de orifícios no tubo, tornando o solo circundante mais condutor, bem como aumentando a área total da superfície, o que diminui a resistência eficaz.
Telhados de cobre podem ser usados como parte de um esquema de proteção contra raios, onde a pele de cobre, calhas e canos de água da chuva podem ser ligados e ligados a uma instalação de terminação de terra. A espessura do cobre especificada para materiais de cobertura é geralmente adequada para proteção contra raios. Um sistema de proteção contra descargas atmosféricas dedicado pode ser recomendado para a proteção adequada contra descargas atmosféricas com um sistema de telhado de cobre instalado. O sistema incluiria terminais de ar e interceptação de condutores no telhado, um sistema de eletrodos de aterramento e um sistema de condutores de baixada conectando os componentes do teto e do solo. Recomenda-se que o telhado de cobre seja ligado ao sistema de condutores. A união garante que os condutores e o teto permaneçam no nível de potencial e reduzam os flashes laterais e possíveis danos no teto.
Ampla gama de acabamentos
Às vezes é desejável alterar quimicamente a superfície das ligas de cobre ou cobre para criar uma cor diferente. As cores mais comuns produzidas são acabamentos marrons ou estatuários para latão ou bronze e acabamentos verdes ou pátina para cobre. Tratamentos mecânicos de superfície, corantes químicos e revestimentos são descritos em outra parte deste artigo em: Acabamentos.
Continuidade do design
Os arquitetos geralmente buscam o cobre arquitetônico para continuidade nos elementos de design. Por exemplo, um sistema de cobertura de cobre pode ser projetado com lampejos de cobre, intempéries, aberturas, calhas e tubos de queda. Os detalhes da capa podem incluir cornijas, molduras, remates e esculturas.
Com o crescente uso do revestimento vertical, as superfícies verticais e de cobertura podem se encontrar uma sobre a outra para que a continuidade completa do material e do desempenho seja mantida. Telas de chuva e paredes de cortina (muitas vezes ligadas a travessas e montantes) também estão ganhando popularidade no design arquitetônico moderno.
Antimicrobiano
Testes extensivos em todo o mundo comprovaram que as ligas de cobre e cobre não revestidas (por exemplo, latão, bronze, cobre níquel, cobre-níquel-zinco) têm fortes propriedades antimicrobianas intrínsecas com eficácia contra uma ampla gama de bactérias, fungos e vírus resistentes a doenças. Após anos de testes, os EUA aprovaram o registro de mais de 300 ligas de cobre diferentes (cobre, bronze, bronze, cobre-níquel e prata de níquel) como materiais antimicrobianos. Esses desenvolvimentos estão criando mercados para cobre antimicrobiano e ligas de cobre na arquitetura de interiores. Para atender às necessidades de projeto de superfícies de edifícios, estruturas, acessórios e componentes, os produtos antimicrobianos à base de cobre estão disponíveis em uma ampla gama de cores, acabamentos e propriedades mecânicas. Corrimãos de cobre, bancadas, corredores, portas, pratos, cozinhas e banheiros são apenas alguns dos produtos antimicrobianos aprovados para hospitais, aeroportos, escritórios, escolas e quartéis do Exército para matar bactérias nocivas. Veja: uma lista de produtos aprovados nos EUA
Sustentabilidade
Embora uma definição universalmente aceita de sustentabilidade permaneça elusiva, a Comissão Brundtland das Nações Unidas definiu o desenvolvimento sustentável como um desenvolvimento que atende às necessidades do presente sem comprometer a capacidade das gerações futuras de atender suas próprias necessidades. A sustentabilidade, a manutenção da responsabilidade a longo prazo, requer a reconciliação das demandas ambientais, sociais e econômicas.Esses “três pilares” da sustentabilidade abrangem a gestão responsável do uso de recursos. Além disso, pode significar que podemos usar um recurso que não deixará de ser abundante, apesar do aumento da ingestão.
O cobre é um material sustentável. Sua durabilidade oferece um longo serviço com pouca manutenção. Suas altas eficiências de energia elétrica e térmica reduzem o desperdício de energia elétrica. Suas propriedades antimicrobianas destroem microorganismos patogênicos que causam doenças. E seu alto valor de sucata e a capacidade de ser continuamente reciclado sem qualquer perda de desempenho garantem seu gerenciamento responsável como um recurso valioso.
As informações de inventário de ciclo de vida (LCI) sobre tubos de cobre, chapas e produtos de arame, usando padrões ISO e cobrindo os setores de mineração e produção de cobre primário (ou seja, fundição e refino) estão disponíveis. Usados em avaliações de ciclo de vida (LCAs), particularmente no setor de construção civil, os conjuntos de dados de LCI auxiliam os fabricantes de produtos que contêm cobre com iniciativas de conformidade e melhoria voluntária. Eles também apóiam os formuladores de políticas no desenvolvimento de diretrizes e regulamentações ambientais com o objetivo de promover o desenvolvimento sustentável.
A longa vida útil das telhas e revestimentos de cobre tem um efeito positivo significativo nas avaliações de vida inteira do cobre versus outros materiais em termos de consumo de energia incorporado (ou seja, a energia total consumida durante cada ciclo de vida em MJ / m2), geração de CO2 e custo.
Comparação de tempo de vida, energia incorporada e emissões de CO2 incorporadas de cobre, aço inoxidável e alumínio em materiais de cobertura e revestimento. (Fonte: Ministério Alemão de Assuntos Ambientais, 2004)
| Cobre | Aço inoxidável | Alumínio | |
|---|---|---|---|
| Espessuras típicas (mm) | 0,6 | 0,4 | 0,7 |
| Tempo de vida (anos) | 200 | 100 | 100 |
| Energia Incorporada (MJ / m 2 ) | 103,3 | 157,2 | 115,4 |
| Emissões de CO 2 equivalente (kg / m 2 ) | 6,6 | 10,9 | 7,5 |
Reciclabilidade
A reciclabilidade é um fator chave de um material sustentável. Reduz a necessidade de minerar novos recursos e requer menos energia que a mineração. O cobre e suas ligas são praticamente 100% recicláveis e podem ser reciclados infinitamente sem qualquer perda de qualidade (ou seja, o cobre não se degrada (ou seja, descarta) após cada ciclo de reciclagem como a maioria dos materiais não metálicos, se forem recicláveis) . O cobre retém muito do seu valor primário de metal: o refugo de primeira qualidade normalmente contém pelo menos 95% do valor do metal primário do minério recém-extraído. Os valores de sucata para materiais concorrentes variam de cerca de 60% até 0%. E a reciclagem de cobre requer apenas cerca de 20% da energia necessária para extrair e processar o metal primário.
Atualmente, cerca de 40% da demanda anual de cobre na Europa e cerca de 55% do cobre usado na arquitetura vêm de fontes recicladas. Novas bobinas e chapas de cobre têm 75% a 100% de conteúdo reciclado.
Em 1985, mais cobre foi reciclado do que a quantidade total de cobre que foi consumida em 1950. Isso se deve à relativa facilidade de reutilizar o processamento de resíduos e recuperar o cobre dos produtos após sua vida útil.
Custo-eficácia
O desempenho, a manutenção, a vida útil e os custos de recuperação da reciclagem são fatores que determinam a relação custo-benefício dos componentes da construção. Embora o custo inicial do cobre seja superior ao de alguns outros metais arquitetônicos, ele geralmente não precisa ser substituído durante a vida útil de um edifício. Devido à sua durabilidade, baixa manutenção e valor final de recuperação, o custo adicional do cobre pode ser insignificante durante a vida útil de um sistema de cobertura.
Coberturas de cobre são consideravelmente menos caras do que telhas de barro, ardósia ou feitos à mão. Seus custos são comparáveis com o zinco, o aço inoxidável, o alumínio e até mesmo algumas telhas de barro e concreto ao considerar os custos totais da cobertura (incluindo a estrutura).
Alguns estudos indicam que o cobre é um material mais econômico em termos de ciclo de vida do que outros materiais de cobertura com uma vida útil de 30 anos ou mais. Um estudo europeu comparando custos de cobertura de cobre com outros metais, concreto e telhas de barro, ardósia e betume descobriu que a médio e longo prazo (para vidas de 60 a 80 anos e 100 anos ou mais), cobre e aço inoxidável foram os materiais de cobertura mais rentáveis de todos os materiais examinados.
Técnicas de instalação como a pré-fabricação, a formação de máquinas in situ, a costura mecanizada e o sistema de tiras longas ajudam a reduzir os custos de instalação das coberturas de cobre. Ao reduzir os custos de instalação, essas técnicas permitem que os projetistas especifiquem o cobre em uma variedade maior de tipos de edifícios, e não apenas grandes projetos de prestígio, como era comum no passado.
Como a sucata de cobre retém grande parte de seu valor primário, os custos do ciclo de vida do cobre são reduzidos quando se considera seu valor residual. Para obter mais informações, consulte a seção Reciclabilidade neste artigo.
Cobre puro vs.
Cobre puro. Ao contrário de outros metais, o cobre é freqüentemente usado em sua forma pura (99,9% Cu) não revestida para aplicações de chapas e faixas em coberturas, revestimentos externos e lampejos.
O revenimento é uma técnica de tratamento térmico usada para aumentar a resistência dos metais. Os temperamentos determinam a ductilidade do metal e, portanto, quão bem ele se forma e manterá sua forma sem suporte adicional. Nos EUA, o cobre está disponível em seis temperaturas: 060 soft, 1/8 hard laminados a frio, 1/4 laminados a frio de alto rendimento, meio duros, três quartos duros e duros. No Reino Unido, existem apenas três designações: soft, half-hard e hard. O cobre e suas ligas são definidos nos EUA em Designações Padrão para Cobre e Ligas de Cobre da ASTM; na Europa, pela BS EN 1172: 1997 – «Cobre e ligas de cobre na Europa»; e no Reino Unido pelo Código de Prática Padrão Britânico CP143: Part12: 1970.
Temperamento de cobre laminado a frio é de longe o mais popular na construção civil nos EUA. É menos maleável do que o cobre macio, mas é muito mais forte.O cobre temperado laminado a frio 1/8-hard é frequentemente recomendado para coberturas e instalações de lampejos. Folhas de telhado com maior temperamento podem ser especificadas para certas aplicações.
O cobre temperado macio é extremamente maleável e oferece muito menos resistência que o cobre laminado a frio às tensões induzidas pela expansão e contração. É usado para trabalhos ornamentais complexos e onde a formação extrema é necessária, como em condições complicadas de lampejamento através da parede.
O principal uso para o cobre de alto rendimento é em produtos reluzentes, onde a maleabilidade e a resistência são importantes.
A espessura da folha e da tira de cobre é medida pelo seu peso em onças por pé quadrado. Espessuras comumente usadas na construção em os EUA são entre 12ounces e 48 onças. Como a indústria freqüentemente usa números de calibre ou espessuras reais para chapas metálicas ou outros materiais de construção, é necessário converter entre os diferentes sistemas de medição.
Na Europa, cobre não-arsênico oxidado com fósforo é usado com a designação C106. O cobre é enrolado em espessuras que variam entre 0,5 e 1,0 milímetros (1,5 – 3,0 milímetros para parede de cortina), mas uma espessura de 0,6 – 0,7 milímetros é normalmente usada para coberturas.
Cobre ligado. Ligas de cobre, como latão e bronze, também são usadas em estruturas de edifícios residenciais e comerciais. Variações na cor resultam principalmente de diferenças na composição química da liga.
Algumas das ligas de cobre mais populares e seus números associados do Unified Numbering System (UNS) desenvolvidos pela ASTM e pela SAE são os seguintes:
| Liga de cobre | Termo comum | Composição | Cor natural | Cor resistida |
|---|---|---|---|---|
| C11000 / C12500 | Cobre | 99,90% de cobre | Salmão vermelho | Pátria marrom-avermelhada a verde-acinzentada |
| C12200 | Cobre | 99,90% de cobre; 0,02% de fósforo | Salmão vermelho | Pátria marrom-avermelhada a verde-acinzentada |
| C22000 | Bronze comercial | 90% de cobre; 10% de zinco | Ouro vermelho | Pátina marrom a cinza-esverdeada em seis anos |
| C23000 | Latão vermelho | 85% de cobre; 15% de zinco | Amarelo avermelhado | Castanho chocolate para pátina verde-acinzentado |
| C26000 | Latão cartucho | 70% de cobre; 30% de zinco | Amarelo | Amarelado, cinza-esverdeado |
| C28000 | Metal Muntz | 60% de cobre; 40% de zinco | Amarelo avermelhado | Castanho-avermelhado a cinzento-castanho |
| C38500 | Bronze arquitetônico | 57% de cobre; 3% de chumbo; 40% de zinco | Amarelo avermelhado | Castanho avermelhado a castanho escuro |
| C65500 | Bronze de silicone | 97% de cobre; 3% de silício | Ouro velho avermelhado | Castanho-avermelhado a finamente manchado cinzento-castanho |
| C74500 | Níquel prata | 65% de cobre; 25% de zinco; 10% de níquel | Prata morna | Cinzento-castanho a cinzento-esverdeado |
| C79600 | Prata de níquel com chumbo | 45% de cobre; 42% de zinco; 10% de níquel; 2% de manganês; 1% de chumbo | Prata morna | Cinzento-castanho a cinzento-esverdeado |
Mais informações sobre ligas de cobre arquitetônicas estão disponíveis.
Critério de seleção
Os critérios pelos quais cobre e ligas de cobre são selecionados para projetos arquitetônicos incluem cor, resistência, dureza, resistência à fadiga e à corrosão, condutividade elétrica e térmica e facilidade de fabricação. Espessuras e temperos apropriados para aplicações específicas são essenciais; substituições podem levar a um desempenho inadequado.
O cobre arquitectónico é geralmente utilizado em folhas e tiras. Faixa é de 24 polegadas ou menos de largura, enquanto a folha é mais de 24 polegadas de largura, até 48 polegadas de largura por 96 ou 120 polegadas de comprimento, mais em forma de bobina.