Comparação entre as vantagens da utilização de estrutura metálica e estrutura de concreto armado. / Comparison between the advantages of using metallic structure and reinforced concrete structure.

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Braz. J. of Develop.,Curitiba, v. 6, n.4,p.17783-17793apr. 2020.ISSN 2525-8761

Comparação entre as vantagens da utilização de estrutura metálica e

estrutura de concreto armado

Comparison between the advantages of using metallic structure and

reinforced concrete structure

DOI:10.34117/bjdv6n4-086

Recebimento dos originais: 06/03/2020 Aceitação para publicação: 06/04/2020

Douglas Henrique Oliveira

Estudante de Engenharia Civil Instituição: Unievangélica

Endereço: Av. Universitária Km. 3,5 - Cidade Universitária – Anápolis GO E-mail: enriquoliveircivil@gmail.com

Renato Alberto Brandão Soares

Estudante de Engenharia Civil Instituição: Unievangélica

Endereço: Av. Universitária Km. 3,5 - Cidade Universitária – Anápolis GO E-mail: renatoengenharia19@hotmail.com

Victor Hugo Diniz Santos

Aluno de Engenharia Civil pela UniEVANGÉLICA de Anápolis Endereço: Av. Universitária Km 3,5 Cidade Universitária – Anápolis – GO

E-mail: vitor.hugods@hotmail.com

RESUMO

Ao longo dos anos as estruturas metálicas vem conquistando seu lugar na construção civil, ainda que no Brasil a estrutura de concreto seja a mais conhecida e consequentemente a mais utilizada, tem havido uma preferência pelas estruturas metálicas. Pensando nisso, o artigo em questão visa fazer apresentar estas duas estruturas, fazendo uma comparação entre as vantagens da utilização da estrutura de aço da estrutura de concreto, de forma que a partir das vantagens levantadas, se possa evidenciar que qual estrutura é mais viável. A análise foi possível através do levantamento de informações por meio de pesquisa bibliográfica ao passo que, ao final são apresentados os resultados das comparações entre os sistemas, sendo avaliados critérios como: resistência, viabilidade econômica, desempenho e análise do custo-benefício.

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ABSTRACT

Over the years, metal structures have been gaining their place in civil construction, although in Brazil the concrete structure is the best known and consequently the most used, there has been a preference for metal structures. With this in mind, the article in question aims to present these two structures, making a comparison between the advantages of using the steel structure of the concrete structure, so that from the advantages raised, it can be shown that which structure is more viable. The analysis was made possible through the collection of information through bibliographical research whereas, at the end, the results of the comparisons between the systems are presented, being evaluated criteria such as: resistance, economic viability, performance and cost-benefit analysis.

Keywords: Reinforced concrete. Metal structure. Construction. Benefits. 1 INTRODUÇÃO

As evoluções tecnológicas acompanham o homem desde que o mesmo surgiu neste mundo como o simples ato de se comunicar através de símbolos, da medicina até a matemática, mais importante que essas evoluções são as transformações que elas provocam, sejamsociais ou econômicas (BEKAERT,2018). A construção civil por sua vez, como atividade de engenharia envolve muitos processos, desde métodos construtivos, materiais adequados, mão-de-obra qualificada, tornando-a assim uma atividade dependente do avanço tecnológico.

Com o avanço da construção ao longo dos anos, foram surgindo, naturalmente, a exigência cada vez maior pela utilização de materiais com maior resistência, que proporcionassem maior durabilidade, maior conforto, uma melhor aparência e trabalhabilidade na sua execução,dentre outras características, assim como a necessidade de métodos de construção mais adequados. (BEKAERT,2018). Ao passo que, novos métodos são estudados e evoluídos, os materiais por consequência também passam por transformações.

E nessa área o açoe o concreto tomam destaque, pelos seus desempenhos, sejam em conjunto ou isolados. São materiais que foram usadas pelo homem a milhares de ano sem suas versões primitivas, com o passar dos anos e com a necessidade foram estudados e evoluídos para o que são hoje.

Nesse contexto, o artigo em questão visa fazer um comparativo entre as vantagens da utilização de estrutura metálica e estrutura de concreto armado evidenciando a viabilidade da utilização de uma em relação a outra. Para a realização do mesmo, foi feita uma pesquisa bibliográfica juntamente com um levantamento complementar de informações através da internet, onde foi reunido de todo o material didático necessário para fazer os comparativos.

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Braz. J. of Develop.,Curitiba, v. 6, n.4,p.17783-17793apr. 2020.ISSN 2525-8761 1.1 OBJETIVO

Fazer um comparativo entre a utilização de aço e concreto apresentando suas vantagens e posteriormente apontar qual é mais viável, avaliando critérios como: resistência, viabilidade econômica, desempenho e análise do custo-benefício.

1.2 PROCEDIMENTOS METODOLÓGICOS

O estudo foi realizado partindo-se do levantamento do material teórico, adquirido através de pesquisa bibliográfica juntamente com material levantamento por meio da internet, onde serão elaborados fundamentos e conceitos sobre a utilização de estruturas metálicas e estruturas de concreto armado.

De posse do material reunido foi feito o comparativo entre os dois métodos construtivos, baseando-se nas informações, hipóteses, ideias e conceitos dos autores, e posteriormente identificado as vantagens da utilização da estrutura metálica em relação a estrutura de concreto armado conforme proposto.

Por fim, os resultados foram dispostos em forma de relatório, tanto para uma melhor estruturação do artigo como para um melhor entendimento do leitor.

2 CONCRETOARMADO

Os primeiros materiais a serem usados com fins construtivos, foram a pedra e a madeira, sendo o ferro e o aço empregados séculos depois.

Para que um material possa ser utilizado em uma construção ele deve atender os requisitos básicos de resitência e durabilidade, para que possam oferecer conforto esegurança. A pedra natural tem resistência à compressão e durabilidade bastante elevada, mas não possui resistência a tração. A madeira e o aço entram em contraponto, a madeira possui uma razoável resistência, porém uma durabilidade limitada, já o aço possui resistências elevadas, mas é frágil diante ao efeito de corrosão, necessitando de proteção.

É possível que o surgimento do concreto armado veio desta necessidade, da uniãodas propriedades da pedra (resistência à compressão e durabilidade) com as propriedades do aço (resistências mecânicas) proporcionando vantagens como formatos variados, assim como fornecendo também ao aço a proteção contra corrosão (BASTOS,2006).

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Braz. J. of Develop.,Curitiba, v. 6, n.4,p.17783-17793apr. 2020.ISSN 2525-8761 2.1 CONCEITO

O concreto é um material resultante de uma mistura de cimento (aglomerante), com agregado miúdo (areia), agregado graúdo (brita) e água em proporçõesdefinidas. É comum a utilização de aditivos com função de melhorar ou conferir propriedades especiais ao concreto. São usadas em construções especiais ou em casos especiais, onde as propriedades do concreto convencional não são suficientes (CARVALHO, 2005)

Sendo assim, em resumo, o conceito de concreto armado pode ser definido como a união do concreto simples e um material resistência a tração envolvido pelo concreto de forma que ambos trabalhem de forma conjunto resistindo aos esforçõs solicitantes

2.2 PROPRIEDADES MECÂNICAS DOCONCRETO

As propriedades mecânicas mais relavantes do concreto são: sua resistência a compressão e resistência a tração.

2.2.1 Resistência àCompressão

Ela é denominada pela letra fc, é a característica mecânica mais importante do concreto e é diretamente ligada à segurança e estabilidade estrutural.

Para estimá-lo, são preparados corpos de provas de acordo com a NBR 5738 (ABNT, 2015) – Moldagem e cura de corpos-de-prova cilíndricos ou prismáticos e concreto, com o corpo de prova padrão brasileiro de 15 cm de diâmetro e 30 cm de altura, sendo a idade de referência de 28 dias, os quais são ensaiados seguindo a NBR 5738 (ABNT, 2015).

Após um considerável número de ensaios, pode-se fazer um gráfico com valores obitidos dos ensaios de fc, versus a quantidade de corpos de prova utilizados nos ensaios para determinar a Curva Estátistica de Gauss ou Curva de Distrinuição Normal.

Na curva de Gauss são encontrados dois valores essenciais: a resistência medi do concreto a compressão, fcm, e a resistência caracteristica, fck, por meio de uma equação representada por:

fck= fcm – 1,65s

Onde:

O valor correspondente de s é representado pela distància entre a coordenada x de defcm e a do ponto de inflexão da curva (ponto em que sua concavidade muda).

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O valor 1,65 se deve a porcentagem de 5% dos corpos de prova, ou seja, os quais possuem fc < fck, ou ainda, 95% dos corpos de prova possuem fc ≥ fck.

O valor encontrado de fckdetermina as classes de concreto, como por exemplo o concreto correspondente a classe C30, possui um valor estimado de fck= 30Mpa.

2.2.2 Resistência àTração

A resistência à tração é uma das propriedades mecânicas mais importantes do concreto, apesar de que, em se tratando de um projeto estrutural, de uma estrutura em concreto armado, grande parte das peças são dimensionadas pensando apenas na sua resistência à compressão (MEHTA e MONTEIRO, 1994).

No entanto, esse conhecimento nos oferece inumeros benefícios. De acordo com (NEVILLE, 1997), a uma correlação utilizada em que aresistência à tração compreende 10% da resistência a compressão do concreto não pode ser feita livremente. Não uma proporcionalidade exata entre as duas resistências, considerando que ambas dependem do nível de resistência do concreto. Dessa forma, dentro de uma relação decrescente, é esperado que se a resistência a compressão aumente, a resistência a tração também aumente.

Geralmente, sa fissuras só acorrem após a resistência a tração do concreto ter sido esgotada, o que faz dessa propriedade essêncial para se conhecer a durabilidade dos membros estruturais.

2.3 NORMATIZAÇÃO

Para a esse tipo de estrutura, existem algumas normas da ANBT com o objetivo de padronizar as técnicas de produção, entre as mais usuais estão:

 ABNT NBR 6118:2014 - Projeto de estruturas de concreto — Procedimento: Estabelece os requisitos básicos exigíveis para o projeto de estruturas de concreto simples, armado e protendido, excluídas aquelas em que se empregam concreto leve, pesado ou outros especiais.

 ABNT NBR 14931:2004 - Execução de estruturas de concreto - Procedimento: estabelece os requisitos gerais para a execução de estruturas de concreto. Em particular, esta Norma define requisitos detalhados para a execução de obras de concreto, cujos projetos foram elaborados de acordo com a ABNT NBR 6118.

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Braz. J. of Develop.,Curitiba, v. 6, n.4,p.17783-17793apr. 2020.ISSN 2525-8761 2.4 VANTAGENS

 Trababilidade: Permite ser moldado de acordo com necessidade do projetista, ou adequação ao projeto arquitetônico.

 Resistência: Resistencia tando ás solicitações de tração e compressão quando á choques e vibrações, efeitos térmicos, atmosféricos, e desgastes mecânicos, assim como resistência ao fogo quando executado com cobrimento adequado.

 Durabilidade

 Pode ser utilizada de maneira pré-moldado: formas, escadas, etc.

 Sua utilização também é possível em estruturas monolíticas, pois permite aderência entre concreto velho e concreto novo, facilitando a transmissão de esforços.

3 ESTRUTURASMETÁLICAS

Autilizaçãodoaço construçãocivilteve início em 1779 com uma ponte sobre o Rio Severn, a famosa Ponte de Coalbrookdale, projetada pelo arquiteto Thomas Pritchard durante a concepção e a elaboração do projeto ele foi alterado diversas vezes. Mas somente no século XIX o aço se tornou de uma real relevância aqui no Brasil.

Até 1946 as peças de aço eram importadas, o que fazia das construções em aço totalmente inviáveis, pelo auto custo do material. Foi quando surgiu a Companhia Siderurgica Nacional e o país começou a produzir o seu própio aço(NOVELLI).

3.1 CONCEITO

Estruturas metálicas são definidas como um conjunto de peças de aço de variados formatos, que quando unidas formam um conjunto, o qual confere sustentação à construção. De acordo com Bellei, Pinho e Pinho (2008, p.23), o aço é uma das estruturas mais importantes, seja em estruturas isoladas como o steel frame, que consititui basicamente em um esqueteleto estrutural feito unicamente de aço galvanizado, ou mesmo atuando em conjunto com outros materiais.

O ferro é o elemento básico que compoe o aço. Quando o carbono, um não metal, é adicionado ao ferro em determinada quantidade, de até 2,1%, o resultado é a liga conhecida como aço carbonato.

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Braz. J. of Develop.,Curitiba, v. 6, n.4,p.17783-17793apr. 2020.ISSN 2525-8761 3.2 PROPRIEDADES MECÂNICAS DOAÇO

As principais características do aço são a sua maleabilidade e durabilidade, alta resistência aos esforços de tração, compressão e flexão, além de uma bboa condutividade térmica. Alguns valores de suas propriedades físicas são:

 Massa específica ρa = 7850[Kg/m³];  Môdulo de elasticidade E= 200000[Mpa];  Coeficiente de Poison ν=0,3;

 Módulo de elasticidade transversal, G= 77000[Mpa];  Coeficiente de dilatação Térmica, βa = 1,2 x 10-5_˚C-1_;

3.2.1 Tipos dePerfis

No mercado de estruturas em aço há uma grande variedade de perfis estruturais, o trabalho foi baseado na NBR 8800 (ABNT, 2008) que dividide em 2 grupos de perfis, perfis lâminados e soldados.

 Perfis Lâminados: Os perfis lâminados são feitos por laminação como sugere o nome,sãoemgeralmaisbaratosdoqueossoldados,algunsdosmodelossão,perfil L, L, I, H, U

 Perfis Soldados: Os perfis soldados tendem a ter uma grande variedade de tamanhos e atenderem a necessidades estruturais especiais conciliando flexibilidade nas dimensões e economia. Em geral o perfil é obtido por solda elétrica ou caldeamento. Os perfis soldados são fabricados no tipo I, dos tipos VS para vigas, CS para colunas e CVs para vigas e colunas.

3.3 NORMATIZAÇÃO

Para projetos em estruturas metálicas, existem normas que discrevem as metodologias de projetos (cargas, dimensionamente de peças estruturais e detalhamento), materiais a serem utilizados (tipos de perfis, tipos de aço), e execução da obra (fabricagem, montagem, sistema de combate a incêndio ecorrosão).

ABNT NBR 16239:2013 - projeto de estruturas de aço e de estruturas mistas de aço e concreto de edificações com perfis tubulares: Com base no método dos estados-limites, estabelece os requisitos básicos que devem ser obedecidos no projeto à temperatura ambiente de estruturas de aço e mistas, de aço e concreto, de edificações, com perfis tubulares e ligações com parafusos ou soldas.

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 ABNT NBR 14323:2013 - Projeto de estruturas de aço e de estruturas mistas de aço e concreto de edifícios em situação de incêndio: com base no método dos estados-limites, estabelece os requisitos para o projeto das estruturas de aço e das estruturas mistas de aço e concreto em situação de incêndio de edificações cobertas pelas ABNT NBR 8800 e ABNT NBR 14762, conforme os requisitos de resistência ao fogo, prescritos pela ABNT NBR 14432 ou legislação brasileira vigente.

 ABNT NBR 14762:2010 - Dimensionamento de estruturas de aço constituídas por perfis formados a frio: Com base no método dos estados-limites, estabelece os requisitos básicos que devem ser obedecidos no dimensionemento, à temperatura ambiente, de perfis estruturais de aço formados a frio, constituídos por chapas ou tiras de aço-carbono ou aço de baixa liga, conectados por parafusos ou soldas e destinados a estruturas de edifícios.

 ABNT NBR 8800:2008 - Projeto de estruturas de aço e de estruturas mistas de aço e concreto de edifícios: Com base no método dos estados-limites, estabelece os requisitos básicos que devem ser obedecidos no projeto à temperatura ambiente de estruturas de aço e de estruturas mistas de aço e concreto de edificações.

 ABNT NBR 7007:2016 - Aço-carbono e aço microligado para barras e perfis laminados a quente para uso estrutural — Requisitos: estabelece os requisitos para as barras e os perfis estruturais laminados a quente, de aço-carbono ou de aço microligado, empregados em estruturas de aço.

3.4 VANTAGENS

Existem alguns elementos como o silício, fósforo, enxofre, níquel, cobre e outros em pequenas medidas, os quais podem ser adicionados em sua composição, cada um deles tendo algum efeito sobre suas propriedades e como o aço pode reagir nos processos de fabricação. Esses acrescimos na formula de composição são os responsáveis pelos vários tipos de classes de aço no mercado, cada um contendo suas propriedades específicas (SANTOS, 1977).

Essa variação de propriedades e classes é um grande ponto a favor do aço, pois com uma analise do tipo da estrutura e da carga que ele deve suportar e possível escolher um tipo de aço que sejam a isrentável, com maior rendimento, possibilitando assim uma redução de gastos desnecessários.

Além dessa váriedade, podemos citar outras vantagens, como:

 Maior flexibilidade no projeto de arquitetura: A construções em aço possibilitam maiores vão em projetos, o que resulta em uma menor utilização de pilares, gerando assim um maior espaço útil na edificação;

 Seções mais esbeltas: As dimensões dos pilares e vigas são geralmente mais esbeltas do que os de concreto, evitando assim problemas com alturas de vigas e pilares excessivamente largos, esse tipo de

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problemas costumam ser recorrente sem janelas e estacionamentos;

 Versatilidade: As estruturas metálicas podem ser também utilizadas em casos onde é necessário se fazer adaptações, amplificações, reformas e etc, além de ser adaptável com qualquer material de fechamento, seja ele vertical, ouhorizontal;

 Menor período de execução: O fato do processo de produção da estrutura ser industrializado, acelera o tempo de obra, além de que enqaunto as peças compõem a estrutura são fabricadas em local separdado do canteiro de obras, os demais processos da construção podem ser realizados, como marcações e fundação. Além disso, a não utilização de formas e escoras, e o fato de que a montagem daestrutura não é afetada por mudanças climáticas contribui muito para se obter um menor prazo. Esse fatores segundo o CBCA podem reduzir em até 40% do tempo de execução, comparado aoconcreto;  Menor desperdício: Segundo o CBCA em obras com sistemas construtivos convecionaos o índice de desperdício pode chegar a 25% em peso. A utilizaçãodas

estruturas em aço tornam esses índices praticamente nulos, por ter seus processos industrializados;  Menor carga na fundação: Devido a estrutura em aço ser mais leve do que a de concreto, gera-se uma economia considerável nas fundações, de acordo com o CBCA, está economia pode chegar a30%;  Maior garantia de qualidade: Como o processo de fabricação das estruturas em aço são realixados em industrias há uma maior garantia de qualidade, além do fato de que a mão de obra envolvida em todo o processo de fabricação e montagem da estrutura é altamente qualificada, outro fator que ajuda a garantir maior qualida é que a precisão é medida em milímetros, enquanto nos demais sistemas é adotada em centímetros, isso aumenta a precisão na estrutura, tornando-a perfeita mente nivelada e aprumada.

5 RESULTADOS E DISCUSSÕES

No quesito de métodos construtivos, a racionalização e industrialização são dois fatores indispensáveis e que são buscados nesse desenvolvimento da construção civil. Pelo fato de a racionalização busca otimizar o tempo, os gastos, desperdícios, assim também como impactos ambientais, o que nos dias de hoje está sendo um fator indissociável, principalmente na área de engenharia, que é o ramo que mais consome materiais no mundo. Já a industrialização tem sua importância na qualidade final do produto, já que evitando o máximo interferências humanas proporciona-se um controle de qualidade maior, afinal, conseguir isso com métodos construtivos artesanais, tijolo a tijolo, é muito difícil, para não dizer impossível. Tais fatores podem vir a ter uma influência direta no tempo de execução, nos gastos e também nos desperdícios (BEKAERT, 2018).

De um tempo para cá as estruturas de aço ganharam bastante espaço na construção civil,pelofatodeteralgunspontosquecolocamoafrenteemrelaçãoasestruturasdeconcreto como por exemplo: Liberdade nos projetos de arquitetura, por conseguir vencer maiores vãos,

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maior área útil, menor prazo de execução, racionalização de materiais e mão de obra, precisão construtiva, alívio de carga das fundações, entre outros.

A partir de uma comparação entre o aço e o concreto, percebe-se que o as estruturas metálicas são uma ótima opção para quem deseja construir. O estudo deste trabalho busca apresentar dados, mostrando que as estruturas metálicas equiparam-se com os demais metódos construtivos e em alguns casos pode até superá-los.

E mesmo com tais fatos, a estrutura de concreto armado ainda possui lugar de destaque no mercado de construções brasileiro, pois a mão-de-obra, em sua maioria, é qualificada apenas para métodos construtivos tradicionais como concreto armado e alvenaria, e por possuir um custo menor com relação as estruturas de aço. Esse custo é apenas um dos parâmetros do orçamento total de uma obra. Em determinados casos isso pode ser uma afirmação correta, como em construções pequenas como casas residenciais.

Porém em construções de larga escala, como galpões, prédios de vários pavimentos, hospitais, entre outros, há vários fatores que podem influenciar neste custo final, como o tempo de execução, desperdícios (o que se relaciona como a racionalização citada na introdução), o risco de má qualidade do produto por interferência humana demasiada (o que se relaciona com a industrialização citada na introdução), dentre outros.

REFERÊNCIAS

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. ABNT NBR 6118 (2003): Projeto de estruturas de concreto - Procedimento. Rio de Janeiro, 2004.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. ABNT NBR 8800 (2008):Projeto

de estruturas de aço e de estruturas mistas de aço e concreto de edifícios. Rio de Janeiro,2008.

CARVALHO, Roberto Chust; FILHO, Jasson Rodrigues de Figueiredo. Concreto armado

segundo NBR 6118. São Paulo: EDUSFCar, 2005.

WALTER, Pfeil. Estruturas de aço: Dimensionamento Prático. 8º Ed. Rio de Janeiro: LTC, 2009.

SANTOS, Rodolfo Freitas Dos. Análise Comparativa Entre Uma Edificação Com Estruturas deAço-Carbono Com Perfis Laminados e Estruturas de Concreto Armado de Cimento Portland. TCC, Curso de Engenharia Civil, UniEVANGÉLICA, Anápolis, GO, 100p.2017.

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LUIZ, Lucas Victor Alves; LEAL, Márcio Vinícius Rodrigues. Análise comparativa entre projetos de estruturas em aço carbono e estruturas de concreto armado. TCC, Curso de Engenharia Civil, UniEVANGÉLICA, Anápolis, GO, 91p. 2018.

NASCIMENTOS, Isadora Cristina de Faria. Estudo de Vigas Mistas: Aço e Concreto. TCC, Curso de Engenharia Civil, UniEVANGÉLICA, Anápolis, GO, 100p. 2017.

BEKAERT,Belgo.A Tecnologia na construção civil e seus dês dobramentos, 2018. Disponível em:blog.belgobekaert.com.br/a-tecnologia-na-construcao-civil-e-seus-desdobramentos/

SILVA, Valdir Pignata; FRUCHTENGARTEN, Julio; CAMPELLO, Eduardo de Morais Barreto. Dimensionamento de Estruturas de Aço: Apostila para a disciplina PEF 2402 – Estruturas metálicas e de madeira. 2012. Disponível em: edisciplinas.usp.br/pluginfile.php/110863/mod_resource/content/0/apostila2012.pdf.