GABRIEL DE FREITAS NUNES PATRICK FHILIPPI DE SOUSA
POTENCIAL DE REDUÇÃO DE DESPERDÍCIO NA CONSTRUÇÃO CIVIL COM A SUBSTITUIÇÃO DE SISTEMAS CONSTRUTIVOS CONVENCIONAIS POR
INDUSTRIALIZADOS
Tubarão 2017
GABRIEL DE FREITAS NUNES PATRICK FHILIPPI DE SOUSA
POTENCIAL DE REDUÇÃO DE DESPERDÍCIO NA CONSTRUÇÃO CIVIL COM A SUBSTITUIÇÃO DE SISTEMAS CONSTRUTIVOS CONVENCIONAIS POR
INDUSTRIALIZADOS
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Curso de Engenharia Civil da Universidade do Sul de Santa Catarina como requisito parcial à obtenção do título de Bacharel em Engenharia.
Orientador: Prof. Charles Mendes de Souza, esp.
Tubarão 2017
Dedicamos este trabalho aos nossos pais, que sempre nos apoiaram para que evoluíssemos da melhor forma possível.
AGRADECIMENTOS
Primeiramente, gostaríamos de agradecer a Deus por ter nos dado a oportunidade de chegarmos até aqui, por ter nos dado forças para superar todos os obstáculos e, até, por todos os obstáculos que foram nos designados, porque, sem dúvidas, isso que nos fez crescer e fez com que buscássemos nos aprimorar a cada dia mais.
Eu, Gabriel de Freitas Nunes, agradeço primeiramente aos meus pais, Katia e Silvio, que sempre puseram minha educação em primeiro lugar, sem nivelar quaisquer esforços para me guiar da melhor forma possível à esta inicial conquista. Estendo meus agradecimentos à toda minha família, em especial minhas duas irmãs, Larissa e Silvya, que tanto são exemplos para mim, quanto tento ser para elas. Quero agradecer também à minha namorada, Bárbara, por toda ajuda, amor, carinho e compreensão que temos um com o outro. Agradeço aos profissionais que são exemplos para mim e me ajudam nesta fase inicial de minha carreira.
Eu, Patrick Fhilippi de Sousa, gostaria de agradecer aos meus pais, Ademir e Rose, que sempre me deram o apoio necessário para que eu pudesse completar meus estudos e contribuíram para que esse sonho pudesse tornar-se realidade. Gostaria de agradecer também a minha namorada, Brenda, que sempre esteve ao meu lado, nos momentos bons e ruins, me apoiando e me incentivando a sempre seguir em frente. Cabe um agradecimento especial ao Eng.º Richard, que me ajudou muito durante a minha formação, me ensinou muitas coisas e me passou muito conhecimentos, sempre com muita calma e paciência.
Cabe um agradecimento especial ao professor Eng.º Charles Souza, ao professor Dr. Gilson Rocha e ao professor Eng.° Rennan Medeiros, que nos guiaram durante a elaboração desta monografia, repassando-nos os conhecimentos necessários e dando-nos apoio e incentivo quando mais precisávamos.
De forma geral, é de fundamental importância lembrar e agradecer todos os colegas, amigos e professores que colaboraram – mesmo que de forma indireta – a concluir este trabalho e nos apoiaram durante esta jornada.
“Insanidade é continuar fazendo sempre as mesmas coisas e esperar resultados diferentes” (Albert Einstein).
RESUMO
A construção civil alicerçada em empreendimentos construídos por métodos tradicionais – concreto armado e alvenaria em blocos cerâmicos - convive com uma série de erros que fazem com que seja frequente o desperdício/perda de materiais e tempo no setor. Objetivando a redução desses desperdícios/perdas, apresentar-se-á uma série de métodos construtivos industrializados, que além de possuir um considerável potencial de redução da perda de materiais, contribui para a diminuição de prazos de execução e colabora para uma construção mais racionalizada e um canteiro de obra limpo e reduzido. Esta pesquisa realizada pretende contribuir para com a ciência e sociedade através de um estudo teórico fundamentado em revisão de literatura, de nível exploratório e abordagem qualitativa. A comparação dos desperdícios/perdas dos métodos construtivos tradicionais com os métodos construtivos industrializados propostos por esta pesquisa – estrutura metálica, lajes em Steel Deck ou Light Steel Framing e vedação em Drywall ou Light Steel Framing – apresentou alguns resultados surpreendentes, principalmente pela constatação dos altos níveis de desperdício/perda que a construção civil possui e como esses podem ser contornados com a utilização de sistemas industrializados, que mostraram possuir um alto potencial de racionalização e ser altamente eficiência.Conclui-se que os métodos estudados nessa pesquisa, mostraram-se potencialmente condizentes com as propostas desta pesquisa de redução dos desperdícios/perdas na construção civil e com a redução do tempo de execução dos empreendimentos.
ABSTRACT OU RÉSUMÉ OU RESUMEN
The civil construction based on projects built by traditional methods - reinforced concrete and masonry in ceramic blocks - coexists with a series of errors that make frequent wastes / losses of materials and time in the sector. With the aim of reduce these wastes / losses, a series of industrialized construction methods will be presented, which, in addition to having a considerable potential for reducing material loss, contribute to shorter execution time and contribute to a more streamlined construction and a clean reduced construction site. This research aims to contribute to science and society through a theoretical study based on literature review, exploratory level and qualitative approach. The comparison of wastes / losses of traditional construction methods with the industrialized construction methods proposed by this research - metallic structure, Steel Deck or Light Steel Framing slabs and Drywall or Light Steel Framing sealing - presented some surprising results, mainly due to the finding of high levels of wastes / losses that civil construction has and how these can be reduced by the use of industrialized systems, which have shown a high potential for rationalization and high efficiency. It is concluded that the methods studied in this research were potentially compatible with the proposals to reduce wastes / losses in construction and to the reduction of the execution time of the projects.
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Figura 1: Prédio em estrutura metálica. ... 27
Figura 2: Detalhamento Steel Deck ... 33
Figura 3: Stud-Bolt ... 34
Figura 4: Laje em LSF úmida. ... 35
Figura 5: Ilustração da laje em LSF úmida. ... 36
Figura 6: Laje em LSF seca. ... 37
Figura 7: Esquema ilustrativo laje em LSF seca. ... 37
Figura 8: Detalhamento da chapa Drywall ... 39
Figura 9: Fachada de um edifício em LSF. ... 41
Figura 10: Vedação externa em LSF. ... 42
Figura 11: Vedação interna em LSF. ... 43
Figura 12: Residencial Majestic. ... 69
Figura 13: Residencial Serra da Canastra. ... 69
Figura 14: The One. ... 71
Figura 15: WTorre Complex. ... 71
Figura 16: Preferência de sistema construtivo para construção de um edifício de múltiplos pavimentos na cidade de Tubarão/SC. ... 72
Figura 17: Nível de conhecimento sobre Estruturas Metálicas. ... 73
LISTA DE TABELAS
Tabela 1: Características físicas e visuais dos dois métodos de vedação vertical ... 40
Tabela 2: Razões para utilização do LSF como vedação de estruturas em aço ... 44
Tabela 3: Exemplos de perdas segundo sua natureza, momento de incidência e origem ... 51
Tabela 4: Índices de perdas totais nas diferentes obras (%) ... 52
Tabela 5: Desperdício quanto aos materiais ... 54
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
a.C. - antes de cristo
ABNT NBR – Academia Brasileira de Normas Técnicas ASTM - American Society for Testing and Materials CBCA - Centro Brasileiro da Construção em Aço CBCA - Centro Brasileiro de Construção em Aço cm - centímetros
FINEP - Financiadora de Estudos e Projetos IBS - Instituto Brasileiro De Siderurgia
ITQC - Instituto Brasileiro de Tecnologia e Qualidade na Construção Civil kg/m² - quilograma por metro quadrado
kg/m³ - quilograma por metro cúbico
kgf/cm² - quilograma força por centímetro quadrado LSF - Light Steel Framing
m - metros
m² - metro quadrado mm - milímetros MPa - Mega Pascal
OSB - Oriented Strand Board
PCC-EPUSP - Departamento de Engenharia de Construção Civil da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo
RU - Placas resistentes à umidade SDI - Steel Deck Institute
ST - Placas Standard
SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO... 16 1.1 TEMA ... 17 1.2 JUSTIFICATIVA E PROBLEMA ... 17 1.3 OBJETIVO GERAL ... 18 1.4 OBJETIVOS ESPECÍFICOS... 18 2 REVISÃO DE LITERATURA ... 19
2.1 TIPO DE OBRA A SER ABORDADO ... 19
2.2 SISTEMA ESTRUTURAL CONVENCIONAL ... 19
2.2.1 Concreto armado ... 19
2.2.1.1 História do concreto armado ... 20
2.2.1.2 Propriedades do concreto ... 21 2.2.1.2.1 MASSA ESPECÍFICA ... 21 2.2.1.2.2 Resistência à compressão ... 21 2.2.1.2.3 Resistência à tração ... 22 2.2.1.2.4 Módulo de Elasticidade ... 22 2.2.1.2.5 Retração ... 23 2.2.1.3 Sistema de fôrmas... 23 2.2.2 Alvenaria convencional ... 24
2.3 SISTEMA ESTRUTURAL INDUSTRIALIZADO ... 24
2.3.1 Estruturas metálicas ... 24
2.3.1.1 História das estruturas metálicas ... 27
2.3.1.2 Propriedades do aço ... 28 2.3.1.2.1 Diagrama tensão-deformação ... 29 2.3.1.2.2 Elasticidade ... 29 2.3.1.2.3 Plasticidade ... 30 2.3.1.2.4 Dureza ... 30 2.3.1.2.5 Ductibilidade ... 30 2.3.1.2.6 Fragilidade ... 30 2.3.1.2.7 Resiliência e Tenacidade ... 31 2.3.1.3 Aço estrutural ... 31 2.3.1.3.1 Tipos de aço ... 31 2.3.1.3.2 Tipos de perfis de aço ... Erro! Indicador não definido.
2.3.2 Lajes industrializadas ... 32
2.3.2.1 Steel Deck ... 32
2.3.2.2 Light Steel Framing ... 34
2.3.2.2.1 Laje Úmida ... 35
2.3.2.2.2 Laje Seca ... 36
2.3.3 Sistemas de Vedação Industrializados... 38
2.3.3.1 Drywall ... 38
2.3.3.2 Light Steel Framing ... 41
2.4 DESPERDÍCIO DE MATERIAIS NA CONSTRUÇÃO CIVIL ... 45
2.4.1 Conceito de perdas/desperdício de materiais... 45
2.4.2 Classificação de perdas segundo sua natureza ... 46
2.4.3 Classificação de perdas segundo seu controle... 49
2.4.4 Perdas físicas de material ... 49
2.4.4.1 Material incorporado ... 50
2.4.4.2 Material não incorporado ... 50
2.4.5 Desperdício de materiais em construções em concreto armado ... 51
2.5 RACIONALIZAÇÃO NA CONSTRUÇÃO CIVIL ... 55
2.5.1 Racionalização construtiva com o uso de estruturas metálicas ... 57
2.5.2 Racionalização construtiva com o uso de sistemas industriais ... 58
3 METODOLOGIA DA PESQUISA ... 60
3.1 A PESQUISA REALIZADA ... 60
3.2 DETERMINAÇÃO DA REVISÃO DE LITERATURA ... 61
3.3 LEVANTAMENTO DE DADOS ... 62
4 ANÁLISE DOS DADOS E DISCUSSÃO DOS RESULTADOS ... 63
4.1 MÉTODO CONVENCIONAL ... 63
4.1.1 Sistema estrutural ... 63
4.1.1.1 Lajes, Pilares e Vigas em Concreto Armado ... 63
4.1.2 Sistemas de Vedação com Blocos Cerâmicos ... 64
4.2 MÉTODO INDUSTRIALIZADO ... 64
4.2.1 Sistema estrutural ... 65
4.2.1.1 Pilares e vigas em estrutura metálica ... 65
4.2.1.2 Lajes em Steel Deck ... 65
4.2.1.3 Lajes em Light Steel Framing ... 66
4.2.2.1 Drywall ... 67
4.2.2.2 Light Steel Framing ... 67
4.3 REDUÇÃO DO TEMPO EXECUÇÃO ... 68
4.4 INVESTIGAÇÃO REGIONAL ... 72
5 CONCLUSÃO ... 76
1 INTRODUÇÃO
O desperdício é algo que está presente em toda as sociedades e segundo Picchi (1996), é tudo que é utilizado além do seria necessário numa situação ideal. Isso se encontra ainda mais na construção civil, que convive com uma série de erros, tanto na fase de projetos e execução, quanto na fase de utilização, que elevam ainda mais esses índices no setor, fazendo com que a construção civil seja a maior geradora de resíduos na atualidade.
Esses desperdícios ocorrem principalmente na utilização dos sistemas construtivos tradicionais: concreto armado e alvenaria em blocos cerâmicos. Uma alternativa para isso, seria a adoção de sistemas construtivos industrializados, que segundo Leal et al. (2015) têm como características inerentes maior planejamento e estudos de viabilidade técnico-econômica e de logística mais precisos, além de melhores condições de trabalho e melhor desempenho ambiental.
Com isso em mente, identificou-se os principais índices de desperdício na construção civil advindos da utilização dos sistemas construtivos tradicionais e estudou-se alguns sistemas industrializados como alternativas à utilização desses sistemas com altos índices de desperdício. O estudo buscou suporte em referenciais teóricos existentes em bases dos dados científicas, públicas ou adotadas pela universidade. Esses referenciais foram artigos científicos, relevantes em função da sua atualidade, livros físicos e eletrônicos, dissertações e teses.
Os sistemas construtivos industrializados estudados foram o aço, como alternativa para estrutura, o Light Steel Framing e Steel Deck como alternativas para lajes e o Light Steel Framing e o Drywall como alternativas para os sistemas de vedação. Esses sistemas apresentam um potencial de redução do desperdício nas construções promissor, além de colaborarem para o ganho de produtividade, para a racionalização e modernização das obras.
A pesquisa tratou da revisão dos conceitos e literaturas no capitulo 2, abordando alguns métodos construtivos tradicionais e industrializados e apresentando os conceitos de perdas e desperdícios. No capítulo 3, apresentou-se a metodologia utilizada e os principais autores utilizados para a análise dos resultados, que foi realizada no capitulo 4, abordando os principais resultados encontrados e a análise desses resultados. Por fim, no capitulo 5, apresentou-se as conclusões e considerações dos autores.
1.1 TEMA
Potencial de redução de desperdício na construção civil com a substituição de sistemas construtivos convencionais por industrializados.
1.2 JUSTIFICATIVA E PROBLEMA
O concreto armado, junto com outros sistemas construtivos artesanais, é largamente utilizado na construção civil, sendo empregado como sistema construtivo para pontes, viadutos, túneis, casas e edifícios de pequeno e grande portes. Essa larga utilização do concreto se deve às qualidades inerentes ao material, que possui uma ótima trabalhabilidade, que faz com que seja possível moldá-lo conforme cada necessidade. Além disso, o fácil acesso as matérias primas do concreto armado e a facilidade na sua preparação difundem ainda mais a sua utilização.
Com a larga utilização do concreto armado e outros sistemas construtivos convencionais, as empresas na construção civil têm convivido com um conjunto de falhas que, somadas, apresentam resultados alarmantes para o empreendedor. Um conjunto que, na prática, se espalha dentre as três fases de uma construção: concepção, execução e utilização. Dentre essas falhas, uma das mais alarmantes e que passa muitas vezes despercebida, é o desperdício. Para se combater este problema de desperdício de material na engenharia civil com a utilização de métodos construtivos convencionais, pode-se optar pela utilização de sistemas construtivos industrializados. A utilização desses métodos industriais nas construções evita o desperdício de agregados miúdos e graúdos, cimento, concreto, barras de aço, espaço na obra que seria utilizado para estocagem desses materiais, madeiras que seriam utilizadas como fôrmas e escoras, além de tempo, tendo em vista que a execução de estruturas em aço consome muito menos tempo que às em concreto armado.
Essa preocupação levou-nos a elaborar uma pesquisa que tivesse como escopo principal a redução do desperdício de materiais e tempo em construções de edifícios através da utilização de métodos construtivos industrializados.
Define-se então, o problema maior: Como evitar as perdas e desperdícios na
construção civil, advindos da utilização de sistemas construtivos convencionais, através da utilização de construção industrializada como sistema construtivo principal, em estudo exploratório realizado no ano de 2017 em Tubarão, sul de Santa Catarina.
1.3 OBJETIVO GERAL
Minimizar os desperdícios na construção civil, advindos da utilização de sistemas construtivos convencionais, através da utilização de processos construtivos industrializados.
1.4 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
a) Identificar o desperdício na construção civil;
b) Descrever o sistema construtivo estrutural tradicional e industrializado; c) Descrever o sistema construtivo de vedação tradicional e industrializado;
d) Comparar os índices de desperdícios através da utilização de sistemas tradicionais e industrializados;
e) Comparar os índices de redução de tempo através da substituição de sistemas tradicionais para industrializados;
2 REVISÃO DE LITERATURA
2.1 TIPO DE OBRA A SER ABORDADO
O tipo de obra utilizada como parâmetro de comparação será um edifício residencial ou comercial de múltiplos pavimentos.
As estruturas de edifícios de múltiplos andares são características quanto a sua morfo-logia, por apresentar, na maior parte das vezes, a aparência de um reticulado ortogonal. Este tipo de edifício é tipicamente formado por habitáculos superpostos (pavimentos). É comum a exigência de uma área construída maior do que a oferecida pelas dimensões do terreno. Estes pavimentos, ou andares, são formados pela sucessão de lajes situadas umas sobre as outras, afastadas pelo pé-direito necessário. Sobre as lajes estarão distribuídas as cargas de móveis, pessoas, equipamentos, a própria laje e outros materiais da própria construção. As lajes serão dimensionadas para suportar estas cargas, dentro de certos limites de vão livre. Quanto maiores os vãos das lajes, maiores serão as solicitações de flexão a que estas estarão submetidas. Para limitar os vãos, as lajes serão apoiadas nos quatro lados sobre vigas horizontais formando placas de formato retangular. As cargas das lajes serão suportadas pelas vigas, que apresentam uma solicitação predominantemente de flexão. Cada vão de viga deve estar apoiado nas duas extremidades. Estes apoios poderão ser outras vigas ou colunas. No caso de uma viga estar apoiada sobre outra viga, será uma viga secundária. As apoiadas sobre colunas serão vigas principais. As colunas destinam-se a levar até as fundações as cargas vindas de cada pavimento e suportam esforços principalmente de compressão vertical. (PINHO, 2005).
2.2 SISTEMA ESTRUTURAL CONVENCIONAL
2.2.1 Concreto armado
O concreto armado é largamente utilizado na construção civil. Ele é empregado para a construção de casas, edifícios baixos e altos, pontes, viadutos, túneis, galpões, silos, torres, estradas e diversas outras obras de arte. Sua utilização vai desde a fundação, pilares, vigas, lajes até blocos, telhas, reservatórios e inúmeras outras aplicações.
O concreto não é tão tenaz quanto o aço, nem tão resistente, porém essa larga utilização do concreto armado na construção civil se deve a sua versatilidade, podendo ser moldado em praticamente qualquer forma, sua durabilidade e sua economia, devido a facilidade de obtenção das matérias primas e da facilidade no manuseio que faz com que se tenha mão de obra mais barata, além de possuir uma boa resistência a compressão e uma alta resistência a ação da água.
Entretanto, a utilização do concreto armado gera um alto índice de desperdício de materiais e de tempo, que serão abordados posteriormente
O sistema construtivo em concreto armado é formado por elementos estruturais (pilares, vigas, lajes) que se sobrepõem uns aos outros. Este sistema é baseado numa distribuição de cargas de elemento para elemento. Segundo Carvalho e Figueiredo (2005), a discretização pode ser feita da seguinte maneira: a laje de concreto suporta seu peso, os revestimentos e mais alguma carga acidental (móveis, pessoas, etc.); as vigas recebem os apoios da laje (placa de concreto) e os transmitem, juntamente com seu próprio peso (mais peso de parede, se houver), aos pilares; os pilares recebem todas as cargas e as transmitem, também com seu peso, para as fundações.
Se uma construção for feita em concreto armado, deve-se usufruir de equipamentos adequados para tal. A estrutura de concreto armado pesa algumas toneladas, ou seja, sem os equipamentos necessários para produzi-la seria impossível. Além disto, a construção é feita em partes, isto é, são montadas as formas das peças que são posteriormente concretadas, continuando nesse ciclo até o termino da obra.
2.2.1.1 História do concreto armado
O concreto como conhecemos hoje foi sendo desenvolvido junto com o desenvolvimento das civilizações. Ele foi o resultado de anos de estudos e pesquisas.
A aurora do concreto deu-se através da utilização de cal em aglomerantes que eram usados como argamassas para alvenarias de blocos de pedra. Os primeiros vestígios de sua utilização datam-se de 2.500 anos a.C. no Egito, na construção da pirâmide de Quéops. Após isso, muitas civilizações começaram a utilizar a cal em suas construções. Esse conhecimento foi sendo passado para outros povos durantes muito anos e sendo assimilado por civilizações que conquistavam outras que já o utilizavam.
Entretanto, foi apenas o engenheiro inglês Smeaton muitos anos depois, em 1758, que descobriu, quando estudava matérias aglomerantes para a construção de um farol, que utilizando-se uma mistura de calcário com argilas se obtinha uma mistura muito mais poderosa que a utilização da cal pura.
Após isso, muitos cientistas estudaram e pesquisaram as propriedades de misturas da cal com argilas. Porém, foi apenas em 1824 que Aspdin aperfeiçoou o método e o patenteou, denominando-o cimento Portland, que é utilizado até os dias atuais.
O concreto utilizado nessa época, ainda era o concreto simples. Foi em 1849, que o cimento utilizado em conjunto com o ferro foi empregado pela primeira vez, sendo esse ano, considerado o ano do descobrimento do concreto armado. A descoberta é atribuída a Lambot,
que construiu tanques de cimento reforçados com ferro, porém esse composto é conhecido atualmente como argamassa armada, não sendo considerado ainda o concreto armado utilizado atualmente.
Após isso, o cimento em conjunto com o aço começou a ser utilizado e patenteado por muitas pessoas. Como exemplo, Monier, que empregou a argamassa armado para convecção de vasos, Vicat, que foi responsável por diversas pesquisas sobre o concreto armado e construiu diversas pontes e túneis em concreto, Hyatt.e Coignet. Todos esses citados e muitos outros, foram responsáveis pelo desenvolvimento do concreto armado, que foi sendo estudado no decorrer dos anos e aplicado em diversas obras, culminando no concreto armado que é largamente utilizado atualmente.
2.2.1.2 Propriedades do concreto
Para que o concreto possa ser utilizado na construção civil, é necessário que se tenha conhecimento de suas propriedades mecânicas, que são as suas características mais importantes, visto que todo o processo de elaboração do projeto e execução de obras em concreto armado dependem do conhecimento preliminar destas propriedades.
2.2.1.2.1 MASSA ESPECÍFICA
A massa específica é uma propriedade física do concreto e é obtida pela razão entre massa do concreto e volume que esta ocupa. Varia entre 2.000 kg/m³ e 2.800 kg/m³. Sendo usual o valor de 2.400 kg/m³ para o concreto simples e 2.500 kg/m³ para o concreto armado.
2.2.1.2.2 Resistência à compressão
A resistência à compressão é a capacidade que um material possui de resistir a forças que atuam perpendicularmente a sua superfície e para dentro dela. Segundo Andolfato (2002), a resistência à compressão simples é a propriedade mais importante do concreto, pois além dele trabalhar predominantemente à compressão, ela fornece outros parâmetros físicos que podem ser relacionados empiricamente à resistência à compressão.
Para estimá-la, deve-se realizar ensaios de rompimento de corpos-de-prova feitos com concretos de lotes específicos com 15 cm de diâmetro e 30 cm de altura, de acordo com a norma NBR 5738 - Moldagem e cura de corpos-de-prova cilíndricos ou prismáticos de concreto
que segue o padrão da NBR 5739 - Concreto - Ensaio de compressão de corpos-de-prova
cilíndricos. No Brasil, a idade de referência de cura do concreto é de 28 dias.
O fator de relação água/cimento influencia diretamente na resistência a compressão do concreto, devido ao fato de afetar diretamente na porosidade do concreto. A mão de obra desqualificada que atua no mercado de trabalho brasileiro tem grande peso neste sentido, em consequência da produção de baixa qualidade de concreto feito in loco nas obras em geral.
O ar incorporado ao concreto é outro fator que influencia diretamente na resistência a compressão do concreto e na maioria dos casos, é o fator água/cimento que determina a porosidade do concreto. Entretanto, quando o adensamento é inadequado ou faz-se uso de aditivo incorporador de ar, têm-se o efeito de aumentar a porosidade do concreto e diminuir sua resistência. Segundo Methta (1994), este efeito traz consequências piores à concretos com maior teor de argamassa (mais resistentes) do que em concretos menos resistentes.
Alguns cimentos possuem um grau de hidratação maior que outros, o que interfere diretamente no grau de porosidade do concreto. De acordo com Mehta (1994), um cimento Portland ASTM Tipo III³ hidrata-se mais rapidamente que o cimento Portland Tipo I, no que resulta na maior resistência do cimento Tipo III frente à resistência do Tipo I. Além do tipo de cimento, as diferenças dos agregados também influenciam na resistência do concreto.
2.2.1.2.3 Resistência à tração
A resistência a tração é a capacidade que um material possui de resistir a forças que atuam perpendicularmente a sua superfície e para fora dela. O concreto é considerado um material com baixa resistência a tração, sendo cerca de 10 vezes menor que sua resistência a compressão. Segundo Almeida (2002), a resistência à tração depende de vários fatores, principalmente da aderência dos grãos dos agregados com a argamassa.
Os conceitos relativos à tração são analisados de acordo com três ensaios de rompimento de corpos de prova: tração na flexão – de acordo com a NBR 12142 –, tração direta e compressão diametral – de acordo com a NBR 7222.
2.2.1.2.4 Módulo de Elasticidade
O módulo de elasticidade pode ser definido como sendo a relação entre a tensão aplicada e deformação instantânea dentro de um limite proporcional adotado, segundo Mehta E Monteiro (2008).
2.2.1.2.5 Retração
Segundo Montardo (2009), pode-se dizer que o concreto retrai em dois momentos distintos: primeiramente no estado plástico e depois no estado endurecido. Segundo o autor, ocorre retração do concreto quando ele está na fase plástica, devido à evaporação da água na superfície, portanto recebeu o nome de Retração Plástica.
A retração por secagem ocorre no estado endurecido – durante a secagem -, o concreto perde água por não estar ligada às ligações físico-químicas do elemento. Geralmente este processo é desconsiderado por causar indícios mínimos, mas quando a maior parte desta água é perdida, podem ocorrer fissuras no concreto, pelo fator de que, nesta fase, o concreto possui baixa resistência à tração.
2.2.1.3 Sistema de fôrmas
Segundo Assahi (2005), o sistema de fôrmas é o conjunto completo de elementos que o compõem, que são: molde, estrutura do molde, escoramento (cimbramento) e peças acessórias. As fôrmas são moldes provisórios que servem para dar ao concreto fresco a geometria e textura desejada e o escoramento são todos os elementos que servem para dar sustentação até que se atinja a resistência necessária para o concreto auto suporte os esforços a que é submetido.
Segundo Barros e Melhado (1998), estrutura do molde é o que dá sustentação e travamento ao molde e é destinado a enrijece-lo, garantindo que ele não deforme quando submetido à esforços originados das atividades de armação e concretagem. Ainda segundo o autor, é constituído por gravatas, sarrafos acoplados aos painéis e travessões.
Já as peças acessórias, são, segundo Barros e Melhado (1998), componentes utilizados para nivelamento, prumo e locação das peças e são constituídos, normalmente, por aprumadores, sarrafos de pé-de-pilar e cunhas.
Além das funções citadas anteriormente, o sistema de fôrmas ainda é responsável por:
• Proteção do concreto fresco na sua fase frágil, de cura, contra impactos, variações de temperatura e, principalmente, de limitar a perda de água por evaporação, fundamental para sua hidratação.
• Servir de suporte para o posicionamento de outros elementos estruturais como a armação ou cabos e acessórios de proteção, como também, elementos de outros subsistemas, de instalação elétricas e hidráulicas.
• Servir de suporte de trabalho para própria concretagem dos elementos estruturais. ASSAHI (2005).
O desempenho dos sistemas de fôrmas exerce uma forte influência na qualidade, prazo e custo do empreendimento. Segundo Assahi (2005), a execução do sistema de fôrmas consome cerca de 30% do prazo total do empreendimento e equivalem de 5% a 8% do custo total.
2.2.2 Alvenaria convencional
Segundo Barros (2009), um sistema construtivo formado de um conjunto coeso e rígido de tijolos ou blocos (elementos de alvenaria), unidos entre si, com ou sem argamassa de ligação, em fiadas horizontais que se sobrepõem uma sobre as outras. Sua função principal, segundo a autora, é adequar e estabelecer a separação entre ambientes. A autora, ainda, estabelece as propriedades que a alvenaria deve apresentar: resistência à umidade e aos movimentos térmicos; resistência à pressão do vento; resistência às infiltrações de água pluvial; isolamento térmico e acústico; controle de migração de vapor d’água e regulagem da condensação; base ou substrato para revestimentos em geral e segurança para usuários e ocupantes.
Para fazer a execução de alvenarias, conforme ela vai sendo levantada, deve ser feita a verificação do alinhamento vertical, através do prumo, e do alinhamento horizontal, através do escantilhão, de preferência a cada 3 ou 4 fiadas em toda a extensão da parede. O assentamento é feito até a altura aproximada de 1,5m, quando ocorre a montagem de andaime para alcançar as fiadas superiores. Entre cada bloco ou tijolo deve haver juntas verticais e horizontais de 10 a 15mm preenchidas com argamassa. Dimensões menores para as juntas fazem com que a alvenaria absorva pouco as deformações as quais está submetida, e valores maiores fazem com que a parede tenha perda de resistência, além de gerar desperdício de argamassa. (BARROS, 2009)
Conforme Cardoso et al. (2009), a alvenaria de vedação convencional é composta por componentes vazados, com furos prismáticos perpendiculares às faces que os contêm, que integra alvenarias de vedação intercaladas nos vãos de estruturas de concreto armado, aço ou outros materiais. Normalmente são empregados com os furos dispostos horizontalmente e resistem somente ao peso próprio e a pequenas cargas de ocupação.
2.3 SISTEMA ESTRUTURAL INDUSTRIALIZADO
2.3.1 Estruturas metálicas
Pinho (2005), define estrutura metálica como os elementos estruturais de aço especificados e dimensionados em projeto. Tendo estes elementos função de suportar as cargas
impostas a eles e fazer parte do conjunto rígido da Estrutura. Os principais elementos que compõem a estrutura são denominados vigas, pilares, contraventamentos permanentes, colunas, vergas, terças, estruturas de reforço, treliças.
A montagem dos elementos estruturais é feita em ordem sequencial, pré-estabelecida em projeto. Partindo da fundação do empreendimento, seguido por alinhamentos e marcos topográficos.
Na fundação, devem estar montadas as estruturas do edifício, sendo que elas devem estar nos eixos e fileiras assinaladas nos desenhos de projeto, em seus correspondentes níveis, e de acordo com seus limites especificados. Segundo Pinho (2005), a precisão das fundações é um dos fatores que mais influem na qualidade dimensional da montagem, ao lado do detalhamento e da fabricação das estruturas. Os aparelhos de fixação das colunas, como os chumbadores, insertos às bases, dispositivos de apoio avulsos e grauteamento dos aparelhos de apoio podem ser fixados via terceirização, desde que sejam monitorados e verificados pelo seu montador previamente a sua montagem. As fundações são executadas em concreto armado, e, como esta fase é executada, muitas vezes, por mão de obra despreparada, é de extrema importância que tenha um responsável a supervisar. Devido a este fator, é encontrado muitos erros de execução – como de alinhamento, nível, esquadro e distâncias nas bases do concreto – , porque a estrutura metálica exige precisões milimétricas. É válido ressaltar que, se estes erros superarem os limites de tolerância, a peça estrutural seria inviável, portanto seria obrigatório a reestruturação da obra – elevando seu preço de custo.
Este sistema construtivo exige precisões milimétricas, por isto, seu alinhamento tem limites de tolerância de erros extremamente pequenos, portanto o uso de gabaritos para espaçamento e locação dos chumbadores, que podem evitar erros comuns em obra, desde que os chumbadores permaneçam aprumados e firmemente instalados durante a concretagem das bases das peças.
“Estes gabaritos devem estar fixados na parte superior das formas, e estas firmemente contidas de modo a não se deslocarem antes ou durante a concretagem. Para se garantir que os chumbadores não saiam do prumo, as extremidades inferiores (mergulhadas no concreto) devem manter a distância correta entre si e em relação às formas. Isto se obtém pela introdução de barras de vergalhão, por exemplo, no interior do bloco. De forma que estejam travadas de encontro às faces internas da forma e entre os chumbadores, fixadas por pontos de solda.” (PINHO, 2005, p. 84).
O autor acrescenta que as estruturas devem ser montadas a partir de um mesmo plano horizontal de referência, por conseguinte, devem ser verificadas topograficamente nas fundações, previamente a montagem. O nivelamento da base é definido pela diferença de pontos de medida, sendo medida as bases do concreto em relação a um ponto de referência (base).
Deve-se constar que, se a diferença de nível for muito alta – em torno de 90 milímetros –, deve ser feita algum tipo de intervenção, ou para aumentar o nível inferior, ou para diminuir o nível superior.
Sugere-se uma verificação nos blocos de fundação, e analisar o esquadro entre os mesmos, através de sistemas topógrafos, como distanciômetros e, no caso de curtas distâncias, trenas. Deve-se prestar atenção maior quanto aos poços de elevador, com precisões milimétricas, de cima a abaixo para garantir seus limites de tolerância.
As primeiras peças a serem montadas são as colunas e, segundo Pinho (2005), existem dois tipos principais de ligações das colunas com as fundações: a engastada e a rotulada. O primeiro tipo delas se trata de uma ligação perfeitamente rígida, ou seja, a estrutura é fixa em seu eixo. Já a segunda, que deixa livre a rotação relativa, não possui transmissão de momentos, portanto, possui uma rigidez menor.
Para a prevenção de acidentes ou excessos perigosos à segurança da montagem, há precauções a se tomar, como:
• O sistema de contraventamento lateral e elementos de ligação que fornecem contenção lateral e estabilidade à estrutura deve ser instalado e ajustado de acordo com as especificações do projetista;
• O índice de esbeltez da coluna ‘’rotulada’’, considerada engastada livre – durante a montagem –, com comprimento efetivo de flambagem igual ao dobro do comprimento real, não deve ultrapassar a 360, caso ameace ultrapassar este limite, deve-se montar a coluna com comprimento menor (menos pavimentos de altura) ou instalar estais nas duas direções;
• Imediatamente após a montagem da coluna, providenciar a montagem das vigas (deve-se começar pelas vigas interiores) que a interligam a outras colunas nas duas direções, formando pórticos mais estáveis, e que reduzem o comprimento de flambagem.
É importante frisar que antes de se montar o segmento superior das colunas, todas as vigas de interligação ao segmento inferior deverão estar montadas. Isto auxilia a estabilidade do conjunto como também cria pontos de acesso aos montadores.
Logo, deve-se compatibilizar o peso das peças que serão içadas durante a montagem, fazendo parte de um plano específico chamado ‘plano de rigging’, onde se detalha o movimento vertical dos materiais de apoios estruturais da base até topo. Segundo a revista PINI, o plano de rigging é o projeto técnico das operações necessárias durante a movimentação
de cargas com equipamentos de transporte verticais móveis, como gruas e guindastes. É o planejamento amplo da operação de içamento que aumentará a segurança, reduzirá imprevistos, preservará vidas, o equipamento e a carga, além de otimizar o uso dos acessórios. Entre os estudos que compõem o plano estão memórias de cálculo, desenhos técnicos, análises das condições do solo e da ação do vento, estudos da carga a ser içada, das máquinas disponíveis e dos seus acessórios.
Por lógica, o autor afirma que a sequência de montagem da estrutura começa com a montagem de algumas colunas do núcleo de contraventamento; montagem das principais vigas que interligam umas às outras; montar as estruturas de contraventamento entre as colunas; montar as vigas secundárias que se apoiam nas vigas principais; fazer verificação de prumo, alinhamento e esquadro; torquear ligações parafusadas; soldar ligações soldadas; progredir com a montagem a partir deste núcleo. Na figura 1, mostra-se o esqueleto completo da estrutura metálica em edificação.
Figura 1: Prédio em estrutura metálica.
Fonte: Portal Metálica (2017).
2.3.1.1 História das estruturas metálicas
Os primeiros vestígios da utilização do ferro, por civilizações como Egito, Babilônia e Índia, datam de 6.000-4.000 a.C. Nessa época, ainda não existiam mecanismos para
a exploração do metal, o que tornava o ferro um material nobre, restringindo a sua utilização a fins militares ou elementos decorativos em construções.
Entretanto, foi apenas em meados do século XIX, durando a revolução industrial, que o ferro começou a ser utilizado em escala industrial, que ocasionou a baixa nos preços do produto. Foi também durante esse século que os processos de elaboração e conformação do ferro tiveram um avanço significativo. Já durante o século XVIII, começaram-se a laminar pranchas de ferro e em 1854 foram forjadas, na França, os primeiros perfis de seção I, que se tornaria umas das peças fundamentais das construções em aço.
A partir deste momento e até o séc. XIX, o desenvolvimento da produção e a utilização do ferro e do aço estão muito mais relacionados aos técnicos, cientistas e industriais do que aos artistas e arquitetos. São ferreiros, engenheiros, mecânicos e forjadores que, com suas habilidades e trabalho manual, desenvolveram as bases da produção industrial do ferro e do aço, que posteriormente viria a ser utilizado por arquitetos na construção de monumentos à sociedade moderna. (FERREIRA, 1998).
A primeira grande obra construída em ferro no mundo foi a Ponte sobre o Rio Severn, na Inglaterra, em 1779. Essa ponte foi construída com um arco de elementos de ferro fundido e possuía um vão simples de 42m. A ponte foi considerada um avanço tecnológico para a época, mesmo utilizando os princípios usados em pontes de madeira e pedras.
O material trabalha essencialmente à compressão, que proporciona seu melhor desempenho, sendo sua resistência à tração relativamente baixa. A concepção estrutural da obra era semelhante à de pontes de pedra e a junção das partes foi baseada em técnicas de construção de tesouras de madeira. A solução era, de certa maneira, consequência natural das derivações de métodos construtivos tradicionais, uma vez que a pedra era empregada, em geral, de modo trabalhar fundamentalmente a compressão. (KUHL, 1998)
Também em meados do século XIX, iniciou-se a era de construção de grandes edifícios em estrutura metálica com a construção do Palácio de Cristal, em Londres. Porém, o primeiro edifício de múltiplos pavimentos realmente projetado como um edifício em estrutura metálica, antecipando alguns elementos estruturais modernos de estruturas em aço, foi a fábrica de chocolates de Noisiel-Sur-Name, na França, em 1872.
2.3.1.2 Propriedades do aço
Para que o aço possa ser utilizado na construção civil, é necessário que se tenha conhecimento de suas propriedades mecânicas, que são as características mais importantes
deste material, visto que todo o processo de elaboração do projeto e execução de obras em estrutura metálica dependem do conhecimento preliminar destas propriedades.
2.3.1.2.1 Diagrama tensão-deformação
Quando uma peça de aço é submetida a uma força crescente de tração, está peça sofre uma deformação na sua extensão, tendo por consequência seu comprimento aumentado.
A relação entre a força aplicada a uma peça de aço e a sua deformação pode ser exemplificada através de um diagrama conhecido como diagrama tensão-deformação. Esses valores são obtidos em um ensaio de tração através do extensômetro, um aparelho acoplado a máquina de ensaio.
Do início da aplicação de um esforço à uma peça até a ruptura dessa peça, tem-se algumas fases que são conhecidas como fases elástica, plástica e de ruptura.
Na fase elástica do aço, a sua deformação é proporcional ao esforço aplicado a peça e a essa constante de proporcionalidade dá-se o nome de módulo de elasticidade.
Na fase plástica do aço, as deformações das peças são crescentes sem que haja acréscimo do esforço aplicado à peça. Esse esforço constante aplicado a peça na fase plástica é conhecido como limite de escoamento.
O limite de escoamento de um material é calculado dividindo-se a carga máxima que ele suporta, antes de escoar, pela área da seção transversal inicial do corpo de prova. Em materiais como os aços, o limite de escoamento é bem definido, pois a determinada tensão aplicada o material escoa, isto é, ocorre deformação plástica sem haver praticamente aumento de tensão. O limite de escoamento é a constante física mais importante no cálculo das estruturas de aço. (DIAS, 1998, p. 24)
Ainda na fase plástica, após o escoamento, a estrutura interna do material passa por algumas transformações e tem-se início o encruamento, em que novamente pode-se observar a variação da tensão com a deformação, porém não de forma linear como na fase elástica. A tensão máxima atingida antes da ruptura é chamada de limite de resistência do aço.
2.3.1.2.2 Elasticidade
Segundo Dias (1998), a elasticidade de um material é a sua capacidade de voltar a sua forma original após sucessivos ciclos de carregamento e descarregamento.
Quando uma peça de aço está sujeita a forças de tração ou compressão, ela sofre algum tipo de deformação, que pode ser elástica ou plástica. Na deformação plástica, as
deformações são reversíveis, ou seja, após a retirada do carregamento a peça volta ao seu comprimento original. A relação entre a deformação linear que o aço sofre nessa fase elástica e o respectivo esforço aplicado à peça é chamada módulo de elasticidade, que é uma característica de matérias que possuem uma fase elástica no seu ciclo de carregamento. Em materiais como o aço, o modulo de elasticidade gira em torno de 200.000 kgf/cm².
2.3.1.2.3 Plasticidade
Plasticidade, ao contrário da elasticidade, ocorre quando uma peça não volta ao seu comprimento original após a retirada do esforço atuante sobre ela. Esse tipo de deformação causa a alteração da estrutura interna do aço, aumentando a dureza do material. Esse fenômeno de endurecimento do metal é conhecido como encruamento e causa o aumento do limite de escoamento e de resistência do aço, porém, como consequência, reduz a ductibilidade do metal.
2.3.1.2.4 Dureza
A dureza de um material é definida como a capacidade que este tem de resistir à abrasão, risco ou penetração de outro material.
2.3.1.2.5 Ductibilidade
À capacidade que um material tem de se deformar plasticamente sem que haja o rompimento da peça dá-se o nome de ductibilidade. A ductibilidade pode ser medida de duas formas, seja pelo alongamento da peça seja pela redução de sua seção transversal.
Os aços dúcteis, quando sujeitos a tensões locais elevadas, sofrem deformações plásticas capazes de redistribuir as tensões. Esse comportamento plástico permite, por exemplo, que se considere numa ligação parafusada distribuição uniforme da carga entre parafusos. Além desse efeito local, a ductilidade tem importância porque conduz a mecanismos de ruptura acompanhados de grandes deformações que fornecem avisos da atuação de cargas elevadas. (PFEIL, 2008).
A ductibilidade é uma propriedade muito importante dos aços e permite que as peças sofram grandes deformações antes de atingir a ruptura, o que previamente identificada pode evitar sérios acidentes em obras em aço.
Ao fenômeno de uma peça se romper sem que se deforme, efeito oposto ao da ductibilidade, dá-se o nome de fragilidade. Um aço pode se tornar frágil por pela ação de alguns agentes, como baixas temperaturas ou pela ação térmica de alguns tipos de solda.
O estudo da fragilidade do aço é de suma importância em construções metálicas, visto que quando os metais se tornam frágeis, eles se rompem de forma brusca, sem que haja um aviso prévio da estrutura, podendo causar acidentes.
2.3.1.2.7 Resiliência e Tenacidade
As propriedades de resiliência e tenacidade dos aços são as capacidades que estes têm de absorver energia mecânica quando submetidos a algum tipo de impacto. Tanto a tenacidade quando a resiliência, podem ser representadas pela área do diagrama tensão-deformação.
Resiliência é a capacidade de absorver energia mecânica em regime elástico, ou, o que é equivalente, a capacidade de restituir energia mecânica absorvida. Denomina-se módulo de resiliência ou simplesmente resiliência a quantidade de energia elástica que pode ser absorvida por unidade de volume do metal tracionado. (...) Tenacidade é a energia total, elástica e plástica que o material pode absorver por unidade de volume até a sua ruptura. (PFEIL, 2008).
A tenacidade pode ser observada quando duas peças de aço, uma frágil e outra dúctil, possuem a mesma resistência, sendo que, sendo a peça dúctil mais tenaz que a frágil, esta precisará de uma quantidade maior de energia para ser rompida.
2.3.1.3 Aço estrutural
O aço é o elemento metálico mais utilizado e importante na construção civil, devido à sua versatilidade. Existem cerca de 3500 tipos diferentes de aço sendo que 75% deles foi desenvolvido nos últimos 20 anos, mostrando a evolução desde mineral nesta geração. A norma NBR 8800 NB-14 determina a espessura mínima para peças estruturais é de 0,6 mm, devendo respeitar sempre os diâmetros dos componentes de ligação.
2.3.1.3.1 Tipos de aço
• ABNT 6648 – EB 255 – faz-se uso delas nas chapas espessas para uso estrutural, tendo dois tipos de classificação: CG-24, que possui resistência de 235 MPa; e CG-26, que possui resistência de 255 MPa.
• ABNT 6649 – EB 276-I/II – é utilizado em chapas finas laminadas a frio para uso estrutural, tendo duas classificações: 24, que possui resistência de 240 MPa; e CF-26, que possui resistência de 260 MPa.
• ABNT 7007 – EB-583 – é utilizado em perfis laminados para uso estrutural, tendo as classes MR – 250, que possui resistência de 250 MPa; AR-290, que possui resistência de 290 MPa e AR-345, que possui resistência de 345 Mpa.
Há também, os tipos de aço da série ASTM:
• ASTM – A36 – segundo Pinheiro (2005), é utilizado em perfis, chapas e barras, para construção de edifícios, pontes e estruturas pesadas. É usado genericamente para perfis laminados, soldados ou dobrados. Possui uma resistência de quase 250 MPa.
• ASTM – A570 – segundo Pinheiro (2005), este aço possui grande variação de maleabilidade, fazendo com que o torna um aço muito utilizado em perfis de chapa dobrada. É dividido em três graus: Grau 33 que possui resistência de 230 MPa; Grau 40 que possui resistência de 280 MPa; e Grau 45 que possui resistência de 310 MPa. • ASTM – A441 – é considerado aço de alta resistência, portanto é solicitado somente
quando se necessita de um alto grau de confiabilidade. Para perfis, é dividido em três grupos: Grupos 1 e 2, que possuem resistência de 345 MPa; e grupo 3, que possui resistência de 315 MPa. Para chapas e barras, é dividido em quatro grupos, dependendo da sua espessura: que possuem resistências que variam entre 275 MPa e 345 MPa.
2.3.2 Lajes industrializadas
2.3.2.1 Steel Deck
Introduzido no Brasil na década de 1970, este processo construtivo é versátil, rápido e inteligente, podendo possuir várias funções em uma laje, como o SDI (2006) afirma, pode ser utilizado como uma plataforma de trabalho; serve também para estabilizar a armação; adequa-se para adequa-ser usado como fôrma de concreto e, também, como reforço estrutural positivo para combater as forças aplicadas na laje durante a vida útil do edifício. As principais vantagens da utilização da laje em Steel Deck são: maior qualidade de acabamento da laje; em muitas
situações não faz uso de escoramento e reduz o desperdício de material; fácil instalação e maior velocidade construtiva.
O Steel Deck consiste num sistema misto de estrutura metálica (chapas de aço galvanizado perfilada e com nervuras), revestida por uma camada de concreto com resistência mínima e malhas de aço antifissuração (tela soldada), como pode ser observado na figura 2. Segundo Brendolan (2007), a fôrma de aço é incorporada ao sistema de sustentação das cargas, funcionando, antes da cura do concreto, como suporte das ações permanentes e sobrecargas de construção e, depois da cura, como parte ou toda armadura de tração da laje.
Figura 2: Detalhamento Steel Deck
Fonte: Grupo MBP (2017).
Como diz a revista Téchne, n° 147 (2009), em função dos vãos adotados, as lajes podem suportar sobrecargas de utilização de 1.000 kg/m² a 2000 kg/m². Para garantir sua competitividade frente a outras soluções, porém, o ideal é usá-las em situações nas quais os vãos variem de 2 m a 4 m, que podem dispensar escoramentos. Há uma estimativa de economia de 13% no volume total de concreto na edificação, devido a diminuição de cargas que esse sistema possibilita em comparação com uma laje maciça.
O mercado brasileiro possui quatro tipos de espessuras das chapas em seu mercado, que são de 0,65 milímetros, 0,80 milímetros, 0,95 milímetros e 1,25 milímetros. Segundo a CBCA (Centro Brasileiro de Construção em Aço), é um processo simples e eficiente, que precisa de escoramento para o concreto apenas em vãos muito grandes (geralmente para vãos
superiores a 4 metros). Este processo é formado por etapas de transporte, montagem e concretagem, onde cada etapa deve seguir os seus respectivos padrões de segurança. A etapa de transporte é relativamente simples, que é o deslocamento das chapas de aço ao canteiro de obra (é importante frisar que o tamanho limite das chapas transportadas pelas carretas, é de doze metros), e sequencialmente do canteiro às lajes, através de gruas ou guinchos. O procedimento de montagem, que é o mais importante, começa com a sobreposição das chapas umas às outras, formando uma espécie de plataforma.
A união das placas metálicas é feita por conectores que são soldados por eletrofusão (Sistema Nelson CRW), sendo os mais comuns chamados de Stud-bolt, conforme figura 3. Para ter certeza de que estes conectores estejam firmemente aplicados, é feito, in loco, um processo de verificação, onde os pinos são atingidos por marretas, e, se permanecerem intactos, são aprovados.
Figura 3: Stud-Bolt
Fonte: Téchne (2014).
De acordo com os parâmetros de normas estrangeiras e da NBR 14323 –
Dimensionamento de Estruturas de Aço de Edifícios em Situação de Incêndio, o cobrimento
mínimo é de 50 milímetros de concreto acima do topo do Steel Deck; e para lajes de piso, recomenda-se cobrimento igual ou superior a 65 milímetros, desde que seja feita a distribuição uniforme do concreto e colocação de arremates para evitar o vazamento. É imprescindível o uso de espaçadores para fixar as telas de aço galvanizado (que faz o papel de armadura positiva), para garantir o cobrimento da armação.
2.3.2.2 Light Steel Framing
A laje em Light Steel Framing (LSF) é composta por perfis de aço galvanizados cuja separação da modulação é determinada pelas cargas a que cada perfil está submetido. Esses
perfis são conhecidos como vigas de piso e utilizam perfis de seção Ue dispostos paralelamente na horizontal na direção de menor distância entre os apoios, gerando perfis com altura menores. As vigas de piso são as responsáveis pela transmissão dos esforços a que estão sujeitas (peso próprio da laje, pessoas, mobiliário, equipamentos etc.) para a estrutura principal do edifício (vigas e pilares) e também servem de apoio para o contrapiso. Além dessas vigas de piso, a laje em LSF é composta por outros elementos essenciais, que segundo Freitas e Castro (2006) são:
• Sanefa ou guia: perfil U é responsável pela fixação das extremidades das vigas que dá forma à estrutura;
• Enrijecedor de alma ou apoio: recorte de perfil U que fixado no apoio da viga de piso, aumenta a resistência no local, evitando o esmagamento;
• Viga caixa de borda: formada pela união de perfis U e Ue;
• Viga composta: combinação de perfis U e Ue que aumenta a resistência da viga, permitindo o apoio de vigas interrompidas, por exemplos, por escadas;
As lajes em LSF podem ser divididas, ainda, em dois tipos: a Laje Úmida e a Laje Seca.
2.3.2.2.1 Laje Úmida
Segundo Freitas e Castro (2006), a laje úmida é formada basicamente por uma chapa ondulada de aço ou OSB – que é um painel composto por tiras prensadas de madeira – que são aparafusados nas vigas de piso e servem como fôrma para uma camada de 4 a 6 cm de concreto simples, conforme figura 4, que formará a superfície do contrapiso que por sua vez serve para a colocação dos revestimentos. Ainda, para evitar o aparecimento de fissuras é empregado uma malha de aço antes da concretagem. Na figura 5, mostra-se uma ilustração dos componentes da laje em LSF.
Fonte: Leal et al. (2015).
Figura 5: Ilustração da laje em LSF úmida.
Fonte: Portal Metálica (2017).
Segundo Freitas e Castro (2006), a laje em LST do tipo úmida não pode ser confundida com a laje Steel Deck, já que esta é considerada um elemento misto e necessita de uma menor quantidade de apoios.
Segundo Freitas e Castro (2006), a laje seca é constituída por placas rígidas (OBS) aparafusadas às vigas de apoio, conforme figura 6, e servem como contrapiso, desempenhando uma função de diafragma rígido, desde que sejam placas estruturais. A espessura dessas placas é escolhida de acordo com esforços solicitantes e a deformação requerida.
A placa mais utilizada, ainda segundo os autores, é o OSB de 18mm de espessura, que além de ser usado como diafragma rígido, é leve e de fácil instalação.
Figura 6: Laje em LSF seca.
Fonte: Leal et al. (2015).
O contrapiso desse tipo de laje é substituído por uma camada de XPS, que é um polímero com alta resistência e alto isolamento térmico. A laje recebe, ainda, uma camada de PVC ou TPO, garantindo a sua impermeabilização, conforme figura 7.
Fonte: Portal Metálica (2017).
Esse tipo de laje tem como principais vantagens o seu menor peso próprio, que diminui o peso próprio global da edificação, diminuindo a solicitações nas fundações, a construção a seco, que diminui o uso de água na obra e aumento da velocidade construtiva.
2.3.3 Sistemas de Vedação Industrializados
Segundo Fontenelle (2012), em relação as vedações verticais, que são consideradas carga permanente, no Brasil, por questões culturais e históricas, o subsistema com a utilização de bloco cerâmico ou de concreto, ainda é predominante, porém, existem fatores que influenciam a utilização de outras tecnologias, relacionadas ao impacto ambiental, aumento da produtividade, redução de agregados, aglomerantes e otimização das cargas sob a estrutura.
2.3.3.1 Drywall
Este método de vedação é feito por placas cimentícias. Como anuncia seu nome, ‘Drywall’ quer dizer ‘parede seca’, ou seja, não faz uso de argamassas para sua produção e montagem. É extremamente útil em ambientes internos por dar à arquitetura maior área útil, que podem chegar em até 6,0%, para a produção de projetos.
Uma nova tecnologia no subsistema de vedação vertical que está ganhando espaço no mercado é o Drywall, conhecido também como “parede seca”, representando uma construção mais limpa, é definido por uma estrutura de aço galvanizado que receberá painéis, que pode ser, gessos acartonado ou placas cimentícias, por meio do aparafusamento (SILVA, 2007)
Segundo Lessa (2005), esta nova tecnologia acumula inúmeras vantagens em relação a alvenaria convencional pela sua alta versatilidade, desempenho acústico quando acoplada com lã mineral e chapa dupla, superfícies planas, soluções racionalizadas para os demais subsistemas, como elétrico e hidráulico, alta produtividade, otimização do tempo, maior controle de qualidade, e principalmente a redução das cargas no projeto, por se tratar de materiais mais leves do que alvenaria convencional. As chapas de gesso complementam estruturas de aço que fazem a fixação das paredes, onde, em seu interior, passam tubulações elétricas e hidráulicas, mantas termoacústicas; as chapas de gesso aceitam qualquer tipo de acabamento, desde pinturas à cerâmica, detalhado na figura 8:
Figura 8: Detalhamento da chapa Drywall
Fonte: Globalpac (2014).
O mercado brasileiro, hoje, suporta três tipos de placas de gesso (Drywall), que são diferenciadas de acordo com sua utilização e resistência: modelo Standard, para ambientes secos; modelo conhecido como ‘placas verdes’, para ambientes úmidos; e modelo vermelho, resistente ao fogo.
Atualmente no mercado são fornecidos três tipos de placas de gesso acartonado, cada uma adaptada para determinada área, as placas de uso para áreas secas, denominadas placas Standard (ST), para áreas úmidas, placas resistentes à umidade (RU), conhecidas por placas verdes, e as resistentes ao fogo, com coloração avermelhadas, são utilizadas para áreas com exigências especiais de resistência ao fogo (FREITAS & CASTRO, 2006).
Como a fase estrutural de um edifício é a parte que envolve a maior porcentagem financeira que, segundo Mattos (2006), pode variar entre 29,2% a 35,7% do custo total da obra, e, teoricamente, quanto maior o peso que a estrutura deve suportar, maior será o
carregamento estrutural, consequentemente maior será o valor gasto nesta fase. Dito isto, um fator a ser analisado é a substituição da alvenaria convencional que veda verticalmente a edificação – que é considerada carga permanente – por Drywall, que pode ser, segundo Silva (2007), 87% mais leve, diminuindo consideravelmente a quantidade de concreto e aço a ser utilizado.
Abaixo, tabela 1, segue a comparação entre os sistemas de vedação, tendo como tópicos de comparação o consumo de materiais (aço e concreto), execução, acabamento, mão de obra, peso, uso e tempo de um projeto arquitetônico, classificado como edificação
residencial unifamiliar, o projeto conta com um pavimento térreo, 20 pavimentos tipos e cobertura, os pavimentos térreo e tipos é composto por 4 apartamentos, com área de 73,32m² cada, constituído por uma suíte, um dormitório, um banheiro, sala de jantar/estar, varanda, cozinha, lavanderia e laje técnica, os pavimentos ainda contam com um hall, dois elevadores e uma escada, totalizando uma área de 332,11m² por pavimento, o edifício tem pé-direito de 3,24m, resultando em 64,8m de altura total.
Tabela 1: Características físicas e visuais dos dois métodos de vedação vertical
(Continua) VEDAÇÃO
VERTICAL ALVENARIA CONVENCIONAL DRYWALL
MATERIAIS Tijolo de barro cozido com furos, argamassa de cal, areia e cimento
Placa de gesso acartonado, perfis de aço galvanizado, parafusos e fita.
EXECUÇÃO
Preparo da argamassa, assentamento de um tijolo sobre o outro, mantendo prumo, chapisco, emboço e reboco.
Demorada, alto índice de resíduos
Montagem dos perfis metálicos e fixação das placas de gesso acartonado. Rápida, limpa e seca.
Tabela 1: Características físicas e visuais dos dois métodos de vedação vertical
ACABAMENTO
Exige muito cuidado pois o reboco contém algumas irregularidades e é
áspero.
Prática, pois as superfícies das placas de gesso acartonado são lisas.
MÃO DE OBRA Quantidade maior de trabalhadores, pelo
fato de ter várias etapas Mão de obra especializada.
PESO Espessura de 15cm = 225 a 270 kg/m² Espessura de 12 cm = 22 a 42 kg/m²
USO Pode ser usada em qualquer ambiente Não deve ser exposta a intempéries.
TEMPO 15 a 20 m² por dia 40 m² por dia
Fonte: Anjos & Teixeira (2017) (conclusão).
As autoras, portanto, chegaram à conclusão que substituindo da vedação vertical interna de alvenaria convencional por Drywall em um edifício em concreto armado, fez com que houvesse redução total de barras de aço de 12% e redução de 3,5% de concreto; mesmo não sendo números muito significativos, são materiais que possuem alto custo e são utilizados em grande quantidade na construção de um edifício, a mudança continua sendo praticável. Outro fator analisado por elas, seria a redução total das cargas atuantes no edifício, de 18,61%, esta diminuição ocasiona alterações no dimensionamento de toda parte estrutural da edificação.
2.3.3.2 Light Steel Framing
O Light Steel Framing (LSF), que também é utilizado como estrutura de edificações de pequeno porte, vêm ganhando outras aplicações no mercado da construção civil, como a sua utilização para vedações externas de edifícios tanto de aço quanto de concreto. Esse sistema é caracterizado pelo uso de perfis de aço zincado formados a frio que compõe estruturas vedadas com painéis ou chapas industrializadas, conforme figura 9.
Fonte: InovaSteel (2017).
Segundo Medeiros et al. (2014), os perfis do LSF são fabricados em aço revestido com zinco ou liga de alumínio-zinco e são tipicamente comercializados nas espessuras de 0,80mm, 0,95mm, 1,25mm e 1,55mm, sendo possível a utilização até de no máximo 3,0mm.
O LSF como estrutura para vedação é composto por perfis unidos entre si por meio de parafusos ou rebites, esses perfis são ancorados à estrutura principal do edifício para que os esforços oriundos da ação do vento, esforços acidentais, revestimentos e o peso próprio possam ser transferidos corretamente para a estrutura. Essa ancoragem é normalmente feita utilizando-se cantoneiras de aço zincado e chumbadores mecânicos.
O fechamento do LSF é feito através das combinações de elementos sobrepostos, conforme figura 10. Cada elemento possui uma função especifica dentro do sistema que são, na vedação externa: a placa de OSB, que aumenta a resistência mecânica da estrutura; a membrana, que funciona como uma barreira contra a umidade; a placa cimentícia, que serve como reforço da estrutura, dando maior estabilidade; a base coat, que é uma camada de regularização, dando um aspecto mais uniforme a vedação e garantindo a impermeabilização da mesma. Após essas camadas, o LSF pode receber o revestimento final, podendo ser pintura, pedras, porcelanatos ou madeira.
Fonte: Portal Metálica (2017).
Para a vedação interna, o LSF é composto por placas de gesso acartonado, conforme figura 11, muito semelhante a vedação em Drywall.
Figura 11: Vedação interna em LSF.
Fonte: Portal Metálica (2017).
O LSF como vedação pode ser utilizada em quase todo tipo de edificação, como edifícios comerciais, residenciais ou industriais e, ainda:
Devido a sua rapidez de execução e racionalização do uso dos materiais o LSF deve ganhar cada vez mais espaço no mercado nacional de construção civil. É possível reduzir o cronograma final de algumas obras, impactando diretamente em seu custo fixo como tem ocorrido em diversas obras executadas no Brasil. (MEDEIROS et al. 2014).
O LSF pode trazer alguns benefícios quanto a racionalização de uma obra, entre eles, como destaca Medeiros et al., (2014):
• Aumento na velocidade de construção;
• Maior precisão dimensional, devido tanto ao uso de componentes industrializados e montagem racional quanto à menor interferência da mão de obra;
• Redução de cargas em comparação à vedação tradicional;
• Maior controle de qualidade devido a possibilidade de separação dos serviços de montagem, vedação e acabamento final;
• Facilidade de montagem, manuseio e transporte devido à leveza dos componentes;
• Maior flexibilidade quanto à geometria e dimensões dos cômodos;
• Facilidade de passagem de tubulações de instalações elétricas e hidrossanitárias; Entretanto, o LSF ainda possui algumas dificuldades para a sua implementação, como a necessidade de um projeto executivo bem detalhado e mão de obra qualificada para obtenção do potencial máximo de racionalização e desempenho. Na tabela 2, Medeiros et al. (2014) resume as principais razões para a utilização de LSF.
Tabela 2: Razões para utilização do LSF como vedação de estruturas em aço
(Continua)
SISTEMA LSF PARA VEDAÇÃO EXTERNA EM ESTRUTURAS METÁLICAS EM AÇO
O uso de componentes industrializados e montagem racional permite a redução no prazo de entrega da obra tornando a solução mais compatível com as estruturas em aço que também
