JULIO BERTON MASO
ANÁLISE COMPARATIVA ENTRE O SISTEMA CONSTRUTIVO LIGHT STEEL FRAMING E ALVENARIA ESTRUTURAL
Palhoça 2017
JULIO BERTON MASO
ANÁLISE COMPARATIVA ENTRE O SISTEMA CONSTRUTIVO LIGHT STEEL FRAMING E ALVENARIA ESTRUTURAL
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 Engenheiro Civil.
Orientador: Prof. Valdi Henrique Spohr, MSc.
Palhoça 2017
AGRADECIMENTOS
Agradeço primeiramente a meus pais e toda minha família, pela educação que me proporcionaram, pelo apoio, incentivo e compreensão durante estes anos de estudo e na realização deste trabalho.
A meus professores, pela dedicação e comprometimento com o ensino transferido e principalmente a meu professor orientador, Valdi Henrique Spohr, pelo tempo e atenção dedicados na tirada de dúvidas e orientação para que este trabalho fosse realizado conforme o esperado.
A meus colegas de turma, que tornaram estes anos de estudo uma experiência única, dividindo seu conhecimento e contribuindo para que mais esse objetivo fosse alcançado.
RESUMO
A busca por alternativas construtivas mais eficientes, sustentáveis e rápidas, torna-se fundamental quando a construção civil é posta de frente com os desafios atuais da sociedade como o déficit habitacional e o respeito ao meio ambiente. A partir desta demanda, o sistema construtivo em Light Steel Framing (LSF) mostra-se uma solução adequada, apresentando valores atrelados ao seu processo construtivo como: industrialização, racionalização, inovação, qualidade e sustentabilidade, mas que, apesar disso, ainda é pouco aproveitado no Brasil. Neste trabalho é realizado um estudo comparativo entre o sistema construtivo Light
Steel Framing e Alvenaria Estrutural, verificando a diferença de custo para a utilização de
cada um deles em uma construção residencial e apresentando as principais características desse sistema. Num primeiro momento são apresentados alguns conceitos aplicados a estes modelos de construção, os materiais empregados no processo construtivo de cada um, suas vantagens e desvantagens, para então, a partir desta base teórica e através do projeto arquitetônico de uma residência de pequeno porte, desenvolver um projeto em Light Steel
Framing que permita a realização do comparativo de custos com a mesma construção
executada em Alvenaria Estrutural. Com os projetos definidos é feito o levantamento quantitativo dos materiais utilizados e são montadas as composições dos principais elementos que diferem entre ambos os sistemas estudados. Através de pesquisas foi possível identificar os custos unitários de cada item e realizar uma análise dos resultados obtidos destacando as principais diferenças. Já na conclusão são feitas algumas considerações quanto ao resultado e os projetos utilizados, procurando demonstrar as vantagens do uso do sistema em Light Steel
Framing de forma a contribuir com o seu crescimento na construção civil.
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Figura 1 - Desenho Esquemático de uma Estrutura em Light Steel Framing. ... 26
Figura 2 – Residência em Light Steel Framing, Campinas/SP. ... 27
Figura 3 - Unidades Municipais de Educação Infantil (UMEIs), Belo Horizonte/MG. ... 28
Figura 4 - Instituto Dona Ana Rosa, São Paulo/SP. ... 28
Figura 5 - Resort Cana Brava, edifício com 4 pavimentos em LSF, Ilhéus/BA. ... 28
Figura 6 - Rio Media Center, Rio de Janeiro/RJ. ... 29
Figura 7 - Esquema de Construção nos tipos "Balloon" e "Platform". ... 32
Figura 8 - Corte Detalhado de uma Fundação Radier e Estrutura em LSF. ... 33
Figura 9 - Esquema de Laje Radier com Ancoragem Química. ... 34
Figura 10 - Esquema de Transferência de Cargas à Fundação. ... 35
Figura 11 - Painel Típico do Sistema LSF. ... 36
Figura 12 - Esquema da Transferência de Cargas em um Painel Estrutural com Abertura. .... 37
Figura 13 - Contraventamento em "X" com Fita Metálica. ... 38
Figura 14 - Laje de Light Steel Framing em Planta. ... 39
Figura 15- Desenho Esquemático da Laje Úmida. ... 40
Figura 16- Desenho Esquemático da Laje Seca. ... 41
Figura 17 - Cobertura com Substrato em Oriented Strand Board (OSB). ... 42
Figura 18 - Fechamento Externo com Placas de OSB... 43
Figura 19 - Aplicação de Placa Cimentícia em Estrutura de LSF. ... 45
Figura 20 – Membrana Hidrófuga. ... 47
Figura 21 - Instalações Hidrossanitárias. ... 51
Figura 22 - Residência em Alvenaria Estrutural em Campinas, São Paulo. ... 55
Figura 23 - Conjunto Habitacional Central Parque Lapa em São Paulo, capital. ... 55
Figura 24 - Edifício Residencial Fit Terra Bonita em Londrina, Paraná. ... 56
Figura 25 - Principais tipos de Blocos Estruturais e suas Utilizações. ... 59
Figura 26 - Modulação Horizontal da Primeira Fiada. ... 61
Figura 27 - Disposição das Paredes e Armação das lajes. ... 62
Figura 28 - Fluxograma da Execução das Paredes Estruturais. ... 63
Figura 29 - Detalhe da Última Fiada com o uso de Canaletas e Compensadores. ... 64
Figura 30 - Esquema de Parede com Amarração Direta. ... 64
Figura 31 - Esquema de Amarração Indireta em Paredes Estruturais e Não-Estruturais. ... 65
Figura 33 - Instalações Elétricas e Hidrossanitárias. ... 69
Figura 34 - Possibilidades de Revestimento para Paredes Internas e Externas. ... 70
Figura 35 - Representação de uma Tabela de Composição de Custo Unitário. ... 74
Figura 36 - Fluxograma previsto. ... 75
Figura 37- Planta Arquitetônica utilizada. ... 76
Figura 38 - Projeto em Alvenaria Estrutural. ... 77
Figura 39 - Descrição dos diferentes blocos utilizados no projeto. ... 79
Figura 40 - Projeto em Light Steel Framing ... 82
Figura 41 - Tipo de Verga adotada no projeto. ... 84
Figura 42 - Tratamento de juntas para placas cimentícias... 86
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Levantamento Quantitativo da Superestrutura em Alvenaria Estrutural. ... 89
Tabela 2 - Levantamento Quantitativo do Telhado em Alvenaria Estrutural... 90
Tabela 3 - Levantamento Quantitativo do Revestimento em Alvenaria Estrutural ... 90
Tabela 4 - Levantamento Quantitativo do Forro em Alvenaria Estrutural ... 91
Tabela 5 - Levantamento Quantitativo da Pintura em Alvenaria Estrutural. ... 91
Tabela 6 - Levantamento Quantitativo da Superestrutura em Light Steel Framing. ... 91
Tabela 7 - Levantamento Quantitativo do Fechamento dos painéis do sistema Light Steel Framing. ... 92
Tabela 8 - Levantamento Quantitativo da Cobertura em Light Steel Framing. ... 93
Tabela 9 - Levantamento Quantitativo do Revestimento em Light Steel Framing. ... 93
Tabela 10 - Levantamento Quantitativo do Forro em Light Steel Framing. ... 94
Tabela 11 - Levantamento Quantitativo da Pintura em Light Steel Framing. ... 94
Tabela 12 – Exemplo de Composição Unitária para Alvenaria Estrutural... 96
Tabela 13 - Exemplo de Composição Unitária para Light Steel Framing... 97
Tabela 14 - Resultado final detalhado da superestrutura para ambos os sistemas. ... 99
Tabela 15 - Resultado final detalhado da cobertura para ambos os sistemas. ... 101
Tabela 16 - Resultado final detalhado para o revestimento de ambos os sistemas. ... 102
Tabela 17 - Resultado final detalhado do forro para ambos os sistemas. ... 103
LISTA DE GRÁFICOS
Gráfico 1 - Custo total da superestrutura para ambos os sistemas. ... 99
Gráfico 2 - Custo total da cobertura para ambos os sistemas. ... 100
Gráfico 3 - Custo total para o revestimento de ambos os sistemas. ... 102
Gráfico 4 - Custo total para o forro de ambos os sistemas. ... 103
Gráfico 5 - Custo total da pintura para ambos os sistemas. ... 104
Gráfico 6 - Custo total para ambos os sistemas. ... 105
Gráfico 7 - Representatividade de cada item no total para a Alvenaria Estrutural. ... 106
LISTA DE QUADROS
Quadro 1 - Designações dos perfis de aço formados a frio para uso em Light Steel Framing e
suas respectivas aplicações. ... 31
Quadro 2 - Dimensões, peso e aplicações das placas OSB. ... 44
Quadro 3 - Dimensões, peso e aplicações das placas cimentícias. ... 45
Quadro 4 - Perfis utilizados no projeto de LSF. ... 81
Quadro 5 - Análise das principais diferenças de custos entre as etapas dos sistemas. ... 89
Quadro 6 - Coeficientes utilizados no Levantamento Quantitativo do Fechamento. ... 92
Quadro 7 - Composição para Alvenaria Estrutural. ... 95
LISTA DE SIGLAS
ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas AE – Alvenaria Estrutural
BDI - Benefícios e Despesas Indiretas
CBCA – Centro Brasileiro da Construção em Aço EUA – Estados Unidos da América
ICZ – Instituto de Metais Não Ferrosos LSF – Light Steel Framing
MAT - Material
MOD – Mão de Obra Direta MPa – Mega Pascal
NBR – Norma Brasileira
OSB – Oriented Strand Board (Painel de Tiras de Madeira Orientadas) PE – Polietileno
PEX – Polietileno Reticulado PFF – Perfis Formados a Frio PP – Polipropileno
PVC – Polyvinyl Chloride (Policloreto de Polivinila) RCC – Resíduos da Construção Civil
RF – Chapa de gesso acartonado Resistente ao Fogo RU – Chapa de gesso acartonado Resistente a Umidade SER - Serviço
SINAPI – Sistema Nacional de Pesquisa de Custos e Índices da Construção Civil SINAT – Sistema Nacional de Avaliações Técnicas
ST – Chapa de gesso acartonado Standard
TCPO – Tabela de Composição e Preços para Orçamentos UNISUL –Universidade do Sul de Santa Catarina
LISTA DE ABREVIATURAS
cm - centímetros
fbk – resistência a compressão característica fy – resistência ao escoamento
g/m² - gramas por metro quadrado h - horas
kg – kilogramas
kg/m³ - kilogramas por metro cúbico l - litros m – metros m² - metros quadrados m³ - metros cúbicos mm – milímetros un - unidades
SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO... 16 1.1 OBJETIVOS ... 17 1.1.1 Objetivo Geral ... 17 1.1.2 Objetivos Específicos... 17 1.2 JUSTIFICATIVA ... 18 1.3 PROBLEMA DA PESQUISA ... 19 1.4 LIMITAÇÕES DA PESQUISA ... 19 1.5 TIPO DE PESQUISA ... 20 1.6 ESTRUTURA DO TRABALHO ... 20 2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ... 22
2.1 RACIONALIZAÇÃO, INDUSTRIALIZAÇÃO E SUSTENTABILIDADE NA CONSTRUÇÃO CIVIL ... 22
2.2 LIGHT STEEL FRAMING ... 24
2.2.1 Origens do Sistema ... 24
2.2.2 Características do Sistema... 25
2.2.3 Aplicações ... 27
2.2.4 Perfis de Aço Formados a Frio... 29
2.2.5 Métodos de Construção ... 31 2.2.6 Fundações ... 33 2.2.6.1 Ancoragem ... 33 2.2.7 Painéis ... 34 2.2.7.1 Estabilização da Estrutura ... 37 2.2.8 Lajes... 39 2.2.9 Coberturas ... 41 2.2.10 Fechamento Vertical ... 43 2.2.11 Revestimentos ... 47 2.2.12 Ligações e Montagem ... 48 2.2.13 Instalações ... 50
2.2.14 Vantagens e Desvantagens do Light Steel Framing ... 51
2.3 ALVENARIA ESTRUTURAL ... 53
2.3.1 Histórico ... 53
2.3.3 Classificação ... 56 2.3.4 Componentes... 57 2.3.4.1 Unidade... 57 2.3.4.2 Argamassa ... 59 2.3.4.3 Graute ... 60 2.3.4.4 Armadura ... 60 2.3.5 Modulação ... 60 2.3.6 Elementos ... 61 2.3.6.1 Paredes ... 61
2.3.6.1.1 Levantamento das paredes ... 62
2.3.6.1.2 Amarração das paredes ... 64
2.3.6.1.3 Juntas de dilatação e juntas de controle ... 65
2.3.6.2 Lajes ... 66
2.3.6.3 Vergas, Contra vergas e Cintas ... 66
2.3.6.4 Contraventamento... 67
2.3.7 Instalações ... 68
2.3.8 Revestimentos ... 69
2.3.9 Vantagens e Desvantagens da Alvenaria Estrutural ... 70
2.4 ORÇAMENTO NA CONSTRUÇÃO CIVIL ... 72
3 DESENVOLVIMENTO DA PESQUISA ... 75
3.1 PROJETO ... 76
3.1.1 Projeto em Alvenaria Estrutural ... 77
3.1.1.1 Serviços Preliminares ... 78
3.1.1.2 Fundação... 78
3.1.1.3 Laje ... 78
3.1.1.4 Estrutura das paredes ... 78
3.1.1.5 Cobertura ... 80
3.1.1.6 Acabamento das Paredes ... 80
3.1.1.7 Esquadrias... 80
3.1.1.8 Instalações Elétricas e Hidrossanitárias... 81
3.1.1.9 Materiais de Acabamento ... 81
3.1.2 Projeto em Light Steel Framing ... 81
3.1.2.1 Serviços Preliminares ... 83
3.1.2.3 Estrutura das paredes ... 83
3.1.2.4 Estrutura da Cobertura ... 84
3.1.2.5 Fechamento dos painéis ... 85
3.1.2.6 Isolamento ... 86
3.1.2.7 Esquadrias... 86
3.1.2.8 Instalações Elétricas e Hidrossanitárias... 87
3.1.2.9 Acabamentos ... 87
3.2 LEVANTAMENTO QUANTITATIVO ... 88
3.2.1 Quantitativo da Alvenaria Estrutural ... 89
3.2.2 Quantitativo Light Steel Framing ... 91
3.3 COMPOSIÇÃO DE CUSTO UNITÁRIO ... 94
3.3.1 Composição para a Alvenaria Estrutural ... 95
3.3.2 Composição para o Light Steel Framing ... 96
3.4 ANÁLISE DOS RESULTADOS ... 98
3.4.1 Superestrutura ... 98 3.4.2 Cobertura ... 100 3.4.3 Revestimentos ... 101 3.4.4 Forros ... 103 3.4.5 Pintura ... 104 3.4.6 Total ... 105 4 CONCLUSÃO ... 108
5 SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS ... 110
REFERÊNCIAS ... 111
APÊNDICES ... 113
APÊNDICE A: Projeto em Light Steel Framing e Detalhamento dos Painéis. ... 114
APÊNDICE B: Composição de Custo Unitário para Alvenaria Estrutural. ... 139
APÊNDICE C: Composição de Custo Unitário para Light Steel Framing. ... 143
ANEXOS ... 150
ANEXO A: Projeto Arquitetônico. ... 151
1 INTRODUÇÃO
Atender a demanda do crescimento populacional garantindo habitação de qualidade a todos é um dos desafios para a construção civil nos dias atuais. A preocupação com o meio ambiente, racionalização de materiais, redução de resíduos da construção, economia e maior produtividade, faz com que o setor de construção esteja sempre em busca de novas tecnologias e processos construtivos mais eficientes para solucionar estes desafios.
“No Brasil, a construção civil ainda é predominantemente artesanal, caracterizada pela baixa produtividade e principalmente pelo grande desperdício. ” (SANTIAGO; FREITAS; CASTRO, 2012, p.11). Assim se faz necessário evoluir as técnicas empregadas no país adotando maneiras mais sustentáveis e rápidas de se construir, capazes de atender as necessidades existentes.
Segundo Dias (2000 apud FREITAS; CRASTO, 2006):
O caminho para mudar este quadro, passa necessariamente pela construção industrializada, com mão-de-obra qualificada, otimização de custo mediante contenção do desperdício de materiais, padronização, produção seriada e em escala, racionalização e cronogramas rígidos de planejamento e execução.
Na busca de maior eficiência no sistema construtivo é possível destacar dois processos de construção distintos, porém, com algumas semelhanças e que serão abordados neste trabalho, são eles: a Alvenaria Estrutural e o sistema construtivo em Light Steel Framing (LSF).
A alvenaria estrutural é bastante antiga e difundida pelo mundo, a ideia de o sistema de vedação funcionar como estrutura surgiu ainda nas primeiras civilizações quando as construções se resumiam a empilhar de forma organizada pedras, que constituíam assim as paredes das casas. A alvenaria estrutural foi ganhando espaço na construção mundial, tanto em residências unifamiliares como multifamiliares devido a algumas características do sistema como a facilidade de construção, a modularidade e a racionalização, obtendo um resultado final com qualidade e atendendo as expectativas levantadas.
Já o sistema construtivo em Light Steel Framing pode ser considerado uma técnica de construção recente, surgindo com a evolução das indústrias de aço nos Estados Unidos da América (EUA), principalmente após a Segunda Guerra Mundial, quando o processo de construção dos perfis metálicos e sua utilização passaram a ser vantajosa em comparação a estrutura em madeira que era o método já amplamente utilizado no país e conhecido como “Wood Frame”. Também se tornou comum o uso de estrutura em aço no
Japão nesta mesma época, uma vez que, o país necessitava reconstruir quatro milhões de moradias de forma rápida após a guerra (SANTIAGO; FREITAS; CASTRO, 2012). No Brasil, este sistema construtivo ainda é pouco conhecido e utilizado, entretanto vem ganhando espaço no setor. A racionalização, geração de resíduos mínima, qualidade e a rapidez na construção são algumas das características do sistema em LSF que mais chamam atenção para quem busca novas tecnologias e métodos mais industrializados para construir.
A Alvenaria Estrutural e o Light Steel Framing possuem aspectos construtivos semelhantes, em ambos, o sistema de vedação funciona como elemento estrutural da edificação, na concepção de um projeto utiliza-se a modulação através das dimensões dos blocos e painéis estruturais, respectivamente, e, além disso, existe um conceito muito presente nestes dois métodos de construção, já citado anteriormente, que é a racionalização.
Neste trabalho será abordado as principais características dos sistemas acima citados, avaliando as particularidades de cada um e verificando o custo de uma construção em
LSF de uma residência do tipo geminada de pequeno porte em Santa Catarina, com isso, o
trabalho espera auxiliar na difusão de conhecimento sobre o sistema e os benefícios que sua adoção proporciona.
1.1 OBJETIVOS 1.1.1 Objetivo Geral
O objetivo deste trabalho é efetuar um estudo comparativo, orçamentário, verificando o custo direto de uma construção residencial no sistema construtivo Light Steel
Framing (LSF) em comparação com o sistema de Alvenaria Estrutural em Santa Catarina.
1.1.2 Objetivos Específicos
Demonstrar as principais características dos sistemas construtivos em estudo: Alvenaria Estrutural e Light Steel Framing; as etapas do processo construtivo, técnicas e materiais utilizados na execução das obras com estes sistemas.
Apresentar as vantagens e desvantagens dos dois sistemas construtivos, além de suas semelhanças conceituais.
Elaborar um projeto em Light Steel Framing com base nos manuais e tabelas apropriados e a partir de um projeto arquitetônico base.
Montar uma composição de custos unitária detalhada para os dois sistemas.
Analisar as diferenças entre os custos encontrados, suas causas e o custo direto total (material e mão de obra) de se construir uma residência, como a do projeto utilizado, com o sistema de Light Steel Framing em Santa Catarina.
1.2 JUSTIFICATIVA
Como citado, a construção no Brasil ainda é majoritariamente artesanal, gerando muito desperdício e demandando muito tempo de execução. Novas formas de construir mais industrializadas e modernas como o Light Steel Framing já são utilizadas há muito tempo em países de primeiro mundo como EUA, Inglaterra e Japão, assim como em outros países dos continentes Asiático e Europeu. No Brasil, apesar de possuir uma indústria de aço forte, estruturas metálicas, principalmente para residências, ainda sofrem preconceito tanto da população como de profissionais da construção devido à falta de informação na área (SANTIAGO; FREITAS; CRASTO, 2012).
A preocupação com o meio ambiente e, sobretudo a sustentabilidade vem ganhando força nas discussões atuais, fator que pode estimular o desenvolvimento do modo habitual de construir. Neste sentido a industrialização na construção se mostra uma opção atraente devido sua baixa geração de resíduos e alta produtividade.
O uso do sistema Light Steel Frame torna-se uma alternativa para que o setor de construção civil fique mais versátil e apresente soluções além do processo construtivo convencional para os mais diversos tipos de obras. Quando relacionamos a qualidade e conforto proporcionados, a relação com o meio ambiente e a rapidez na construção, o LSF pode ter um futuro promissor em um cenário que busca o desenvolvimento das técnicas já empregadas e que apresenta necessidade de atender a demanda crescente e o déficit habitacional já existente na sociedade.
O momento desafiador pelo qual passa a macroeconomia brasileira também traz uma série de boas oportunidades para o setor de LSF e Drywall ampliar sua atuação, uma vez que emerge a necessidade de as empresas e as obras incorporarem inovações tecnológicas e soluções industrializadas para poderem aumentar sua eficiência, produtividade e lucratividade.(CENTRO BRASILEIRO DA CONSTRUÇÃO EM AÇO; INSTITUTO DE METAIS NÃO FERROSOS, 2016).
A alvenaria estrutural também ganhou destaque no final do século XX como uma solução alternativa às construções em concreto armado que se mostravam onerosas e apresentavam grande desperdício. Através do desenvolvimento das técnicas e materiais empregados nas últimas décadas passou a ser um sistema racionalizado e de execução mais
rápida não perdendo características de resistência e conforto proporcionados. Apresenta um mercado crescente e aplicação em diversos tipos de obras, principalmente em conjuntos habitacionais devido ao seu custo-benefício, entretanto não deixando de apresentar os mesmos pontos positivos em relação às obras residenciais que não às fabricadas em série.
Logo, este trabalho visa discutir sobre uma tecnologia relativamente nova no panorama nacional, apresentando suas principais características, assim como as vantagens do sistema com o objetivo de analisar sua viabilidade para aplicação residencial em Santa Catarina, através de uma comparação orçamentária com o sistema construtivo em Alvenaria Estrutural que já é mais difundido e conhecido pela população. Esta análise levará em consideração os custos diretos de cada construção, verificando a competitividade do LSF com um dos principais métodos construtivos do país e buscando argumentos para validar a aplicação neste estado do sistema que já é uma tendência no mundo.
1.3 PROBLEMA DA PESQUISA
Por se tratar de um sistema considerado novo o Light Steel Framing conta com pouca literatura e conteúdo técnico disponível no Brasil o que dificulta a difusão do sistema na sociedade. Uma forma de provocar o interesse quanto a busca de informação sobre algo inovador é realizar uma comparação com um respectivo mais conhecido, neste caso, o Light Steel Framing com o sistema construtivo em Alvenaria Estrutural, e em se tratando de comparação entre sistemas construtivos é possível destacar que os fatores econômicos são fundamentais e bastante representativos na pesquisa.
Desta forma pretende-se na pesquisa responder a seguinte questão: Analisando os dois sistemas construtivos Light Steel Framing e Alvenaria Estrutural, suas características e particularidades, qual a diferença de custos diretos que apresenta uma residência de pequeno porte se executada com ambos os sistemas?
1.4 LIMITAÇÕES DA PESQUISA
Pela falta de literatura técnica sobre o Light Steel Framing no Brasil, as informações sobre o sistema foram obtidas basicamente dos manuais da construção em aço desenvolvidos pelo Centro Brasileiro da Construção em Aço (CBCA).
O orçamento foi realizado considerando os custos diretos com material e mão de obra para os dois sistemas em estudo, não foram analisados os custos indiretos da obra, além
disso, somente para as etapas da construção que apresentam diferenças significativas no custo como: a superestrutura, cobertura, revestimento, forro e pintura, de acordo com outros estudos e pesquisas utilizados como referência.
1.5 TIPO DE PESQUISA
A pesquisa deste trabalho pode ser definida como: qualitativa, exploratória, bibliográfica e documental.
Quanto ao método de abordagem, as pesquisas podem ser classificadas como quantitativa ou qualitativa. Segundo Motta et. al. (2013),
Na pesquisa quantitativa, o pesquisador está preocupado em encontrar o melhor teste estatístico para validar sua hipótese, enquanto que, na qualitativa, ele apresenta as questões de pesquisa, procura estabelecer estratégias, no âmbito da pesquisa exploratória, para poder sistematizar as ideias e, assim, construir suas categorias de análise.
Assim, esta pesquisa pode ser classificada como qualitativa, onde a comparação entre o Light Steel Framing e Alvenaria Estrutural parte da apresentação das principais características destes sistemas, mostrando as diferenças de materiais e dos processos adotados em cada um deles de forma a proporcionar familiaridade com o assunto, e então, a partir desta base teórica é levantada uma questão muito relevante ao estudo comparativo de sistemas construtivos que é a análise da diferença dos custos diretos para um projeto executado em cada um destes sistemas.
Quanto ao objetivo, a pesquisa é exploratória, uma vez que procura proporcionar maior familiaridade com o objeto de estudo (MOTTA, 2013), neste caso, apresentando as principais características de cada sistema construtivo estudado.
Quanto aos procedimentos a pesquisa é bibliográfica e documental (MOTTA, 2013). Bibliográfica, pois os conceitos e conteúdo da revisão foram obtidos de fontes como: manuais, livros, dissertações, trabalhos de conclusão de cursos, artigos, meios eletrônicos, etc. E documental, através da consulta em tabelas oficiais de composição de preços, utilizadas para elaboração do orçamento na pesquisa.
1.6 ESTRUTURA DO TRABALHO
Através dessa metodologia de pesquisa apresentada, o trabalho é estruturado em 5 capítulos principais:
No primeiro capítulo é apresentada a introdução sobre o tema, os objetivos esperados do trabalho e a justificativa de escolha deste tema. Os assuntos são abordados de forma geral, mas permitem estabelecer uma relação entre os conceitos propostos.
O segundo capítulo compreende a revisão bibliográfica onde os assuntos são debatidos de forma mais específica e detalhada com base em livros, publicações, trabalhos de conclusão de curso, dissertações, entre outros. Este capítulo pode ser dividido em 4 subcapítulos principais. O primeiro apresenta os conceitos de racionalização, industrialização e sustentabilidade que estão presentes em ambos os sistemas comparados. Nos subcapítulos 2 e 3, são apresentados os principais componentes, processos construtivos, vantagens e desvantagens dos sistemas construtivos Light Steel Framing e Alvenaria Estrutural respectivamente. No último subcapítulo são abordadas algumas considerações sobre a importância do orçamento em uma obra, sua forma de representação e sua participação na análise comparativa.
O terceiro capítulo compreende a etapa de metodologia e desenvolvimento do trabalho onde são apresentadas as atividades e etapas necessárias para a realização da orçamentação. Compreende informações sobre o projeto, levantamento de dados, levantamento de custos e montagem de tabelas e gráficos para representação do orçamento.
O quarto capítulo é reservado para as conclusões alcançadas pelo estudo comparativo onde são analisados os resultados obtidos, apontado a melhor alternativa dentre os sistemas avaliados e concluído sobre a utilização do sistema construtivo em LSF na construção civil.
O último capítulo é voltado às sugestões para trabalhos futuros relacionados aos assuntos abordados neste trabalho.
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1 RACIONALIZAÇÃO, INDUSTRIALIZAÇÃO E SUSTENTABILIDADE NA
CONSTRUÇÃO CIVIL
Os conceitos de industrialização e racionalização entraram em debate nas últimas décadas quando fatores como o déficit habitacional e a busca por formas de construir de maneira mais rápida, com maior controle das etapas e dos materiais durante o processo construtivo, mais organização e menor desperdício de materiais, passaram a ser preocupação da sociedade e de empresas que buscam espaço e competitividade no mercado.
Conforme Liechtenstein (1987 apud VILLAR, 2005, p.9), “Entende-se a racionalização como um processo dinâmico que se desenvolve e se aperfeiçoa sistematicamente e que tem por objetivo a otimização na utilização dos recursos humanos, materiais e organizacionais que intervém na construção”. Além disso, para Ribeiro (2002), a racionalização visa substituir as práticas convencionais eliminando o empirismo das decisões. Portanto racionalizar a construção é aumentar sua eficiência, diminuir custos e prazos ao passo que se aumenta a qualidade. Baseia-se em desenvolver fundamentos lógicos e técnicos que permitam aprimorar os processos de construção definindo um planejamento completo para todas as etapas de um projeto. Segundo Sabbatini (1989 apud MOURA; SÁ, 2013, p.70) “Racionalizar é eliminar desperdícios”.
De maneira geral, a indústria da construção civil apresenta resistência para modernização dos processos construtivos utilizados e quando comparado com o avanço tecnológico e desenvolvimento de outros setores da sociedade nota-se que a forma de construir convencional não é mais capaz de atender as demandas e resolver os problemas da construção relacionados à produtividade e ao meio ambiente. Neste sentido a industrialização na construção civil surgiu para aprimorar estas técnicas e atender estas necessidades.
Segundo Franco (1992, apud VILLAR, 2005, p. 16-17), a industrialização na construção civil pode ser definida como:
Processo evolutivo que, através das ações organizacionais e da implementação de inovações tecnológicas, métodos de trabalho, e de técnicas de planejamento e controle, tem como objetivo incrementar a produtividade e o nível de produção, e aprimorar o desempenho da atividade construtiva.
Já Ribeiro (2002, p.9) define industrialização demonstrando a participação dos processos industriais utilizados e que colaboram no alcance dos benefícios proporcionados por este processo.
A construção industrializada se caracteriza, essencialmente, por procedimentos baseados em componentes de fábrica, ou componentes construtivos funcionais, produzidos em série, com o fim de tornar mais rápido o processo construtivo e reduzindo ao máximo as operações no canteiro de obras.
Nota-se, portanto que a industrialização está atrelada a racionalização em aspectos como organização, planejamento e controle da produção, desde a concepção do projeto como também na execução da obra.
As mudanças geradas na forma de projetar e de construir utilizando os processos de industrialização e racionalização acabam por estabelecer uma relação com os conceitos de sustentabilidade, um assunto muito discutido no contexto atual e que busca pelo desenvolvimento da sociedade de forma sustentável, levando em consideração a utilização de forma responsável e cautelosa dos recursos naturais e a menor geração de resíduos.
A construção civil é uma das indústrias que mais crescem no mundo e este crescimento muitas vezes acontece de forma desordenada consumindo muitos recursos naturais e gerando muito entulho. No Brasil, a geração de resíduos da construção civil (RCC), “varia de 50 a 70% da massa de resíduos sólidos urbanos, sobrecarrega os serviços municipais de limpeza pública e drena, continuamente, escassos recursos públicos destinados a pagar a conta da coleta” (BRASIL,2005).
A racionalização e a industrialização, através do desenvolvimento de projetos e utilização de tecnologias que contribuam para não geração de resíduos, bem como a seleção de materiais e inovação dos métodos construtivos, são essenciais para a redução dos desperdícios e perdas no canteiro, além de aumentar a eficiência da produção na busca pela construção sustentável (MOURA;SÁ, 2013, p.76).
O desenvolvimento tecnológico e a utilização de sistemas construtivos diferentes da forma habitual de construir no Brasil, com características mais atuais e que apresentam os conceitos apresentados ainda é pequeno, porém, crescente. Como descreve Ribeiro (2002, p.14), “A natureza e o grau de industrialização de um país são reflexos das condições econômicas e dos parâmetros, quantidade de mão de obra qualificada e relação do preço dos produtos com a mão de obra”. Segundo o autor, o desenvolvimento é um investimento que pode ser ariscado assim como trazer benefícios futuros.
Os dois sistemas estudados neste trabalho, tanto a Alvenaria Estrutural como o
Light Steel Framing, surgiram como soluções mais eficientes para os problemas aos quais a
construção convencional não estava resolvendo. A forma de projetar através da modulação e a utilização de componentes industrializados, além da maior produtividade e menor desperdício de ambos os sistemas vão de encontro com as propostas apresentadas e, por isso, apresentam grandes perspectivas para o futuro.
2.2 LIGHT STEEL FRAMING
Segundo Santiago, Freitas e Crasto (2012, p.12) o Light Steel Framing (LSF) “é um sistema construtivo de concepção racional, que tem como principal característica uma estrutura constituída por perfis formados a frio de aço galvanizado”. A utilização de aço como alternativa estrutural em edificações vem ganhando espaço no mercado devido sua origem industrializada com maior controle de qualidade e também pela rapidez de execução proporcionada.
Ainda segundo o autor, uma edificação em LSF pode ser entendida como um esqueleto estrutural em aço formado por diversos elementos individuais ligados entre si, passando estes a funcionar em conjunto para resistir às cargas que solicitam a edificação e dando forma a mesma.
Por ser um sistema pouco conhecido e pouco discutido no cotidiano local, este tópico tem o objetivo de apresentar as suas características mais detalhadamente demonstrando seus principais componentes e seu processo construtivo.
2.2.1 Origens do Sistema
O histórico do sistema em LSF remonta ainda no século XIX quando colonizadores americanos devido ao alto crescimento populacional viram na utilização de madeira serrada uma solução rápida e eficaz para se construir, assim, o sistema conhecido como “Wood Frame” tornou-se padrão no processo construtivo das casas americanas (SANTIAGO; FREITAS; CRASTO, 2012).
Com o desenvolvimento da indústria do aço nos EUA durante a segunda revolução industrial, em 1933, aconteceu à primeira proposta de substituição da madeira por perfis de aço na estrutura das edificações. Após a Segunda Guerra Mundial a utilização deste material passou a ganhar o espaço nos EUA devido aos avanços obtidos na indústria, e a
qualidade alcançada nos perfis, que já começava a sobrepor a madeira. Outro país que também aderiu a este sistema após a Segunda Guerra Mundial foi o Japão que na época apresentava um imenso déficit habitacional causado pelos conflitos da guerra e necessitava uma forma de construir rápida e resistente, esta demanda acabou por estimular o desenvolvimento das indústrias ligadas à construção com perfis leves de aço no país. A partir da década de 80 e 90, o custo dos perfis metálicos passou a ser competitivo para obras residenciais, o que fez com que o sistema LSF acabasse ganhando mais mercado nestes países (SANTIAGO; FREITAS; CRASTO, 2012).
No Brasil, o LSF ainda é considerado inovador, o mercado nacional, apesar de possuir uma das maiores indústrias de aço do mundo e já ser capaz de produzir todos os materiais e componentes necessários no próprio país, não é conhecido por um setor de construção civil industrializado, mas sim artesanal. Segundo uma pesquisa de 2015 realizada pelo Centro Brasileiro da Construção em Aço (CBCA) e o Instituto de Metais Não Ferrosos (ICZ) sobre empresas fabricantes dos perfis para LSF, o crescimento do setor ocorreu ano a ano em áreas como: quantidade de empresas, produção de perfis, número de funcionários e faturamento anual, a pesquisa ainda apontou um crescimento previsto pela maior parte das empresas de 5 e 10% para o ano seguinte.
2.2.2 Características do Sistema
As principais características que definem uma construção em Light Steel Framing quanto sua forma de construir e projetar são: a estrutura, que utiliza painéis estruturais e por isso é conhecida como “estrutura painelizada”; a modulação dos diversos materiais aplicados na edificação, e a estrutura alinhada (in-line framing), onde os elementos estruturais devem estar coincidindo para que a transferência de cargas tenha caráter predominantemente axial (SANTIAGO; FREITAS e CRASTO, 2012).
Os perfis utilizados e placas de fechamento apresentam dimensões padronizadas e por isso um projeto eficiente em LSF deve seguir uma modulação, otimizando e diminuindo os custos e o desperdício na construção. Apesar disso, se dimensionado corretamente, o sistema não apresenta restrições arquitetônicas ao projeto, e após de pronta, a construção é muito parecida com a convencional. Uma das principais premissas para se projetar em LSF é desenvolver um bom planejamento, com muitos detalhes e que possibilite o controle de materiais e da execução de obra tirando o máximo de proveito do sistema.
Segundo Santiago, Freitas e Crasto (2012, p.14), “a estrutura em LSF é composta de paredes, pisos e cobertura. Reunidos, eles possibilitam a integridade estrutural da edificação, resistindo aos esforços que solicitam a estrutura”. Estes elementos, apesar de comum em qualquer edificação, possuem aspectos diferentes neste sistema.
O Light Steel Framing também é conhecido por ser um “sistema de construção a seco”, onde os elementos estruturais utilizados são pré-fabricados em ambiente industrial, e, portanto, é dispensada a utilização de água no canteiro de obras, com exceção da etapa de construção das fundações e do tipo de revestimento aplicado.
A Figura 1 demonstra o esquema de uma construção típica em Light Steel Framing, e os elementos que formam a estrutura.
Figura 1 - Desenho Esquemático de uma Estrutura em Light Steel Framing.
2.2.3 Aplicações
Com o avanço no mercado de fabricação de perfis e materiais de fechamento, já é possível construir integralmente em LSF com produtos nacionais. Conforme a edição sobre aplicações do sistema construtivo em Light Steel Frame, a revista Arquitetura e Aço do
Centro Brasileiro Da Construção Em Aço (2016) afirma que o sistema vem ganhando espaço no mercado brasileiro, com diversas aplicações.
Com obras rápidas, limpas, de baixo impacto no entorno e redução de custos com fundações, canteiros, mão-de-obra e desperdícios, o LSF possibilita uma variedade de aplicações, oferecendo soluções de qualidade para projetos de casas, prédios até cinco pavimentos, fachadas, galpões, dentre outros, e até mesmo em obras de infraestrutura (CENTRO BRASILEIRO DA CONSTRUÇÃO EM AÇO, 2016).
Na Figura 2, é possível observar a construção de uma residência neste sistema: ao lado esquerdo, a construção já finalizada e ao lado direito ainda na etapa de estrutura.
Figura 2 – Residência em Light Steel Framing, Campinas/SP.
Fonte: http://www.360construtora.com.br/casa-steel-frame-campinas/.
A Figura 3 apresenta uma edificação pública executada no sistema em Steel
Frame e da mesma forma é possível verificar a estrutura já acabada (lado esquerdo) e a
Figura 3 - Unidades Municipais de Educação Infantil (UMEIs), Belo Horizonte/MG.
Fonte: Revista Arquitetura e Aço (2016, p.18).
A Figura 4 apresenta a construção de um instituto educacional, em São Paulo, também executado com a estrutura em Light Steel Framing.
Figura 4 - Instituto Dona Ana Rosa, São Paulo/SP.
Fonte: Revista Arquitetura e Aço (2016, p.10).
Já na Figura 5 é possível observar um edifício executado em Light Steel Framing mostrando mais uma possibilidade deste sistema.
Figura 5 - Resort Cana Brava, edifício com 4 pavimentos em LSF, Ilhéus/BA.
Por último, na Figura 6 é demonstrada a estrutura do Rio Media Center no Rio de Janeiro que também foi executado utilizando o sistema em Light Steel Framing.
Figura 6 - Rio Media Center, Rio de Janeiro/RJ.
Fonte: http://www.riomediacenter.rio/sobre-o-rmc/.
2.2.4 Perfis de Aço Formados a Frio
Conforme Santiago, Freitas e Crasto (2012), as estruturas de aço são compostas por dois grupos diferentes de elementos estruturais, os perfis laminados e soldados, e os perfis formados a frio (PFF). O Light Steel Framing é constituído por perfis formados a frio e, portanto, a explicação vai se conter neste tipo de elemento.
Ainda para os autores, os perfis PFF utilizados no LSF devem ser formados através de bobinas de aço Zincado de Alta Resistência (ZAR) com resistência ao escoamento mínima de 230 MPa e espessura mínima de 0,8 mm até 3 mm de acordo com a norma NBR 15253:2014. Segundo Rodrigues e Caldas (2016), a fabricação destes perfis é obtida pelo dobramento em prensa dobradeira ou por meio de conformação contínua em conjunto de matrizes rotativas através de bobinas laminadas a quente ou a frio sendo que todo o processo é realizado em temperatura ambiente. O revestimento de zinco ou liga alumínio-zinco é realizado através de um processo contínuo de imersão a quente ou por eletrodeposição, conhecido como processo de galvanização, visando criar uma proteção contra a corrosão dos perfis
Os perfis mais utilizados em estruturas de Light Steel Frame apresentam seção do tipo: “C” ou “U” enrijecido (Ue) com alma variável de 90 a 300 mm, e “U” simples com dimensões um pouco maiores para permitir o encaixe dos perfis Ue, este é comercializado com as dimensões 90, 140 e 200 mm (SANTIAGO; FREITAS; CRASTO, 2012). Em seu
manual, Rodrigues e Caldas (2016) apresentam alguns dos principais elementos utilizados no sistema LSF e sua definição, sendo:
• Bloqueador: Utilizado como travamento horizontal de montantes e vigas; • Cantoneira: Perfil utilizado para fazer conexões de elementos;
• Fita de aço Galvanizado: Utilizada como contraventamento de painéis de parede, piso e cobertura, também como travamento horizontal de vigas de piso ou cobertura, e quando combinada com os bloqueadores e utilizadas na horizontal, diminuem a altura de flambagem dos montantes;
• Guia: Utilizada na base e topo dos montantes formando os painéis;
• Montante: Perfil vertical que compõe os painéis estruturais formando as paredes; • Ombreira: Perfil vertical usado como apoio das vergas nas aberturas;
• Ripa: Perfil utilizado para apoio das telhas na cobertura;
• Sanefa: Perfil responsável por ligar as extremidades das vigas de piso; • Viga: Perfis utilizados horizontalmente formando as lajes;
• Verga: Perfil estrutural utilizado na parte superior de aberturas como janelas e portas. O tipo de perfil utilizado em cada elemento pode variar. Conforme a NBR 15253 (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, 2014), as secções e suas aplicações mais usuais são representadas no quadro 1.
Quadro 1 - Designações dos perfis de aço formados a frio para uso em Light Steel Framing e suas respectivas aplicações.
Fonte: NBR 15253 (ABNT, 2005 apud Manual Steel Framing: Arquitetura, 2012, p.23).
2.2.5 Métodos de Construção
Segundo Santiago, Freitas e Crasto (2012), em suma, os principais métodos para a construção em Light Steel Framing são: o método “stick”, método por painéis, construção modular e, “Balloon Framing”/“Platform Framing”.
Para os autores, método stick é caracterizado pelo corte dos perfis assim como a montagem de painéis, lajes, colunas, contraventamentos e tesouras de telhados realizados no canteiro de obras, desta forma, o processo se torna mais lento e necessita de mão de obra mais especializada. É utilizado principalmente em locais onde não há possibilidade de pré-fabricação dos perfis.
No método por painéis os elementos estruturais e não-estruturais são pré-fabricados sendo necessário somente a conexão destes no local da obra, assim há um aumento da produtividade, e além disso, como os painéis são pré-fabricados nas indústrias eles
recebem maior controle na produção apresentando medidas mais precisas e maior qualidade final no produto (SANTIAGO; FREITAS; CRASTO, 2012).
Ainda para os autores, a construção modular é conhecida por unidades completamente pré-fabricadas com ambientes prontos, incluindo acabamento interno e mobiliário fixos. Estes módulos podem ser estocados nas fábricas lado a lado ou um sobre o outro e sua movimentação é realizada por guindastes.
O “Balloom Framing” e “Platform Framing” são formas de montagem que podem ser realizadas a partir da estrutura obtida nos métodos stick e método por painéis. Na construção “Balloon”, os pisos são fixados nas laterais dos montantes e os painéis podem ser maiores que o comum podendo atingir a altura total da edificação, neste método a carga é distribuída de forma excêntrica para a laje intermediária. A forma “Platform Framing” é a mais utilizada atualmente e é a qual este trabalho se baseará para demonstrar as etapas e elementos constituintes do sistema, ela consiste em construir de forma sequencial pisos e paredes um pavimento de cada vez, as lajes dividem os painéis e apoiam suas vigas sobre os montantes dos painéis, desta forma a distribuição de cargas ocorre em relação a um eixo principal (SANTIAGO; FREITAS; CRASTO, 2012).
Na Figura 7 é possível identificar a construção do tipo “Balloon”, ao lado esquerdo, onde existe um montante único para toda a altura da edificação, e, ao lado direito a forma de montagem por “Platform”, cuja a execução é feita em etapas.
Figura 7 - Esquema de Construção nos tipos "Balloon" e "Platform".
2.2.6 Fundações
Por se tratar de uma estrutura constituída de perfis leves de aço galvanizado o peso próprio é relativamente baixo se comparado às técnicas construtivas mais usuais, e, portanto, as fundações podem ser mais simples. Como a carga da estrutura é distribuída ao longo dos painéis estruturais que formam as paredes, as fundações contínuas são as mais apropriadas para receberem estes carregamentos (SANTIAGO; FREITAS; CRASTO, 2012).
Ainda para Santiago, Freitas e Crasto (2012), dentre as soluções para fundações sob cargas contínuas pode-se destacar: o radier e a sapata corrida. A escolha do tipo adequado parte do estudo do solo através de sondagens, da topografia e do nível do lençol freático no terreno. As fundações são executadas da mesma forma dos outros sistemas construtivos convencionais e deve-se, assim como em qualquer outra fundação, ter cuidado com a impermeabilização tomando precauções para evitar futuras infiltrações e presença de umidade na estrutura.
Figura 8 - Corte Detalhado de uma Fundação Radier e Estrutura em LSF.
Fonte: Manual Steel Framing: Arquitetura (2012, p.27).
2.2.6.1 Ancoragem
Os esforços horizontais gerados pela ação do vento podem causar movimentos de rotação e translação na estrutura uma vez que esta é considerada “leve” e, portanto, mais susceptível a esses movimentos, assim, se faz necessário empregar elementos para fixar os
painéis estruturais na fundação e impedir o deslocamento dos mesmos. Estes elementos são chamados de ancoragem (SANTIAGO; FREITAS; CRASTO, 2012).
Existem vários tipos de ancoragem disponíveis e que podem ser aplicados em estruturas de LSF, os mais empregados são: ancoragem química com barra roscada (Figura 9) e a ancoragem expansível com Parabolts. Segundo o Construcción con Acero Liviano - Manual de Procedimiento ConsulSteel (2002 apud SANTIAGO; FREITAS e CRASTO, 2012, p.28), “A escolha da ancoragem mais eficiente depende do tipo de fundação e das solicitações que ocorrem na estrutura devido às cargas, condições climáticas e ocorrência de abalos sísmicos. ”
No processo de montagem dos painéis do térreo se utiliza uma ancoragem provisória através de pinos fixados na fundação utilizando uma pistola a pólvora, o objetivo da ancoragem provisória é facilitar a montagem mantendo os painéis no prumo, também é utilizada em painéis não estruturais para evitar deslocamentos indesejados (SANTIAGO; FREITAS; CRASTO, 2012).
Figura 9 - Esquema de Laje Radier com Ancoragem Química.
Fonte: Manual Steel Framing: Arquitetura (2012, p.28).
2.2.7 Painéis
De acordo com Santiago, Freitas e Crasto (2012), os painéis do sistema Light
Steel Framing podem desempenhar duas diferentes funções: quando painéis estruturais, além
edificação transferindo carga para a fundação, em outros casos não desempenham papel estrutural e tem função unicamente de elemento de vedação ou fechamento de áreas.
Para os autores, quando o painel exerce função estrutural, seu objetivo é transferir as cargas horizontais provenientes da força do vento ou sismos e cargas verticais provenientes do peso próprio dos elementos estruturais da edificação assim como sua carga de uso, para a fundação. Para evitar excentricidades das cargas os painéis de dois pavimentos diferentes devem ser dispostos de forma que seus montantes fiquem alinhados e a carga seja transferida verticalmente pelo contato entre a alma dos dois perfis, esse é o conceito de estrutural alinhada (Figura 10).
Figura 10 - Esquema de Transferência de Cargas à Fundação.
Fonte: Manual Steel Framing: Arquitetura (2012, p.32).
Os painéis estruturais (Figura 11) são formados por perfis Ue dispostos na vertical chamados de montantes e por perfis U dispostos horizontalmente na base e no topo dos montantes denominados guias inferiores e superiores, respectivamente. A modulação é a distância em que são espaçados os montantes, podendo variar de 400 a 600 mm ou ainda, quando houver cargas atuantes muito elevadas, como caixas d’água, espaçados em 200 mm (SANTIAGO; FREITAS; CRASTO, 2012).
Figura 11 - Painel Típico do Sistema LSF.
Fonte: Manual Steel Framing: Arquitetura (2012, p.33).
Santiago, Freitas e Crasto (2012), dizem que enquanto a função dos montantes é transferir as cargas para a fundação, vigas ou outros painéis, as guias funcionam como elementos para fixar os montantes e formar os quadros/painéis, essa ligação entre perfis é realizada com parafusos auto perfurantes e auto atarraxantes dimensionados conforme projeto. As aberturas em painéis estruturais requerem a utilização vergas e ombreiras para redistribuir as cargas, uma vez que, a abertura irá interromper um ou mais montantes provenientes dos painéis (Figura 12). A verga pode apresentar várias composições dependendo do projeto, mas geralmente é composta por dois perfis Ue conectadas por uma peça parafusada nas extremidades e também nas ombreiras que servem como apoio e evitam o movimento de rotação (SANTIAGO; FREITAS; CRASTO, 2012). Segundo Construcción con Acero Liviano - Manual de Procedimiento ConsulSteel (2002 apud SANTIAGO; FREITAS e CRASTO, 2012), a quantidade de ombreiras a ser colocada de cada lado da abertura será o número de montantes interrompidos pela verga dividido por 2.
Figura 12 - Esquema da Transferência de Cargas em um Painel Estrutural com Abertura.
Fonte: Manual Steel Framing: Arquitetura (2012, p.34).
Os painéis não estruturais podem formar divisórias internas ou fechamento de alguma área externa, porém não desempenham função estrutural e devem resistir somente ao peso próprio. Para ambientes internos é possível utilizar paredes de gesso acartonado, já para áreas externas é recomendado utilizar os perfis de painel estrutural devido ao peso do fechamento com placas OSB ou cimentícias por exemplo (SANTIAGO; FREITAS; CRASTO, 2012).
2.2.7.1 Estabilização da Estrutura
Os montantes, apesar de resistirem muito bem aos esforços verticais atuantes, quando isolados não são capazes de resistir aos esforços horizontais como os gerados pelo vento. Assim se faz necessário adotar elementos que aumentem a estabilidade e rigidez da estrutura e evite problemas causados por estes esforços como a deformação ou até colapso da estrutura em casos mais graves. Para Santiago, Freitas e Crasto (2012), as soluções mais utilizadas em estruturas de LSF são os contraventamentos ou o fechamento com função de diafragma rígido. Estas soluções serão descritas abaixo de acordo com as informações do manual elaborado por estes autores.
O contraventamento mais comum em LSF é aquele em formato de “X” (Figura 13), utilizando fitas metálicas de aço galvanizado fixadas em placas de aço Gusset que então são parafusadas em montantes duplos do painel, este deve estar ancorado a fim de absorver o esforço proveniente do contraventamento. Conforme ConsulSteel (2002 apud SANTIAGO, FREITAS e CRASTO, 2012, p.38) “Preferencialmente, para o melhor desempenho, a inclinação das diagonais deverá estar compreendida entre 30° e 60°. ”
Figura 13 - Contraventamento em "X" com Fita Metálica.
Fonte: http://www.imobiliariaemgramado.com.br/blog/conheca-os-metodos-de-construcao-a-seco-wood-frame-e-steel-frame/.
A limitação do contraventamento em X acontece principalmente em projetos com muitas aberturas ou aberturas muito grandes, onde o espaço livre para colocação das fitas fica muito limitado e a única possibilidade de instalação é aumentando o ângulo do posicionamento das fitas, em outros casos, é impossível o uso deste modelo de contraventamento. Uma solução adotada nestes casos é o modelo de contraventamento em “K”, onde no lugar de fitas metálica são utilizados perfis Ue fixados entre os montantes formando uma espécie de treliça na vertical.
O diafragma rígido utiliza o próprio material de fechamento para proporcionar rigidez na estrutura absorvendo os esforços horizontais atuantes. Um dos materiais utilizados para este propósito em edificações desde que não muito altas são as placas Oriented Strand Board (OSB), um painel formado por tiras de madeira unidas por resinas e prensadas em camadas onde em cada tira é orientada de forma perpendicular em relação à camada anterior. O painel é tratado para resistir a intempéries e ataque de insetos como cupins por exemplo.
Outra forma de aumentar a rigidez da estrutura e diminuir as deformações é a utilização de travamentos horizontais através de fitas metálicas ou perfis U e Ue, que são
dispostos na direção horizontal entre os montantes dos painéis, diminuindo a altura considerada na verificação de flambagem dos perfis.
2.2.8 Lajes
As lajes em LSF constituem elementos muito semelhantes aos painéis, são formadas por perfis de aço galvanizado de seção Ue, chamados de vigas de piso, espaçados conforme modulação do projeto a fim de que as cargas provenientes do carregamento e peso próprio da laje sejam transferidas para os painéis seguindo o conceito de estrutura alinhada.
Na Figura 14 é representada uma planta das lajes executadas em LSF, mostrando os perfis utilizados, vãos, balanços e travamento horizontal com fitas metálicas.
Figura 14 - Laje de Light Steel Framing em Planta.
Fonte: Manual Steel Framing: Arquitetura (2012, p.54).
Sobre as vigas de piso é realizado o contrapiso da edificação. A forma de construção do contrapiso é que irá definir a tipologia da laje entre laje úmida ou laje seca.
A laje úmida (Figura 15) é caracterizada assim, segundo Santiago, Freitas e Crasto (2012, p.54), “quando se utiliza uma chapa metálica ondulada aparafusada às vigas e preenchida com concreto que serve de base para o contrapiso”. Para garantir conforto térmico
e acústico da edificação, uma camada de lã de vidro compacta é disposta entre a chapa metálica e o concreto. Como acabamento final, o contrapiso pode receber qualquer tipo de revestimento disponível e definido em projeto.
Figura 15- Desenho Esquemático da Laje Úmida.
Fonte: Manual Steel Framing: Arquitetura (2012, p.55).
Já a laje seca (Figura 16), para os autores, é caracterizada pela não utilização de água em sua composição e por ser uma estrutura mais leve e rápida. Geralmente são utilizadas placas de OSB estruturais ou placas cimentícias dependendo do local de aplicação. A espessura das placas é definida pelo carregamento sobre a laje a fim de evitar deformações, e assim como na laje úmida, também são adotados elementos isolantes de efeitos térmico-acústicos, neste caso, é utilizado lã de vidro entre as vigas e uma manta de polietileno expandido entre o contrapiso e a estrutura.
Figura 16- Desenho Esquemático da Laje Seca.
Fonte: Manual Steel Framing: Arquitetura (2012, p.56).
A estrutura de vigas de piso também recebe travamentos horizontais para enrijecer a estrutura evitando a flambagem e vibração das vigas. Este travamento pode ser realizado por bloqueadores ou fitas metálicas posicionadas horizontalmente nas vigas e fixados através de parafusos ou outros perfis que permitam esta junção (SANTIAGO; FREITAS; CRASTO, 2012).
2.2.9 Coberturas
Quanto às possibilidades de projeto, o Light Steel Framing é versátil e pode constituir desde coberturas planas a telhados com diversas inclinações e encontro de águas. Conforme Santiago, Freitas e Crasto (2012, p.64), “A escolha depende de diversos fatores como tamanho do vão a cobrir, carregamentos, opções estética, econômicas, etc.”. Os autores ainda descrevem como são executados alguns tipos mais comuns conforme o texto a seguir.
As coberturas planas são construídas da mesma forma das lajes úmidas, porém com uma inclinação mínima para o escoamento da água. Conforme a distância entre apoios, é definido o tamanho ou composição de perfis do tipo U e Ue, caso os vãos a serem vencidos sejam muito grandes as vigas são substituídas por treliças formadas também através destes perfis.
As coberturas inclinadas são resolvidas da mesma forma que a construção convencional, através da utilização de vigas, terças, caibros e tesouras, porém, substituindo a madeira por perfis de aço. É importante que as almas dos perfis, tanto das tesouras como dos
caibros estejam alinhados com a dos montantes a fim de garantir a transferência somente de esforços axiais na estrutura.
Os telhados podem ser executados somente com caibros e vigas, economizando aço quando comparado a uma tesoura. Formados por perfis U e Ue ou ainda perfis duplos conforme vão e carregamento. Os caibros são apoiados no montante dos painéis estruturais e conforme inclinações projetadas encontram-se na cumeeira, caso necessário utiliza-se também vigas de teto, aumentando a rigidez e impedindo deformações nos painéis geradas pelo carregamento do telhado. Em coberturas também se deve realizar contraventamento através de perfis U e Ue ou fitas de aço galvanizado, tanto nos caibros como vigas de teto, ou ainda placas estruturais atuando como diafragma rígido.
Outra opção de construção é utilizando tesouras, estas podem apresentar diversos formatos e ser montadas no local ou adquiridas pré-moldadas facilitando a execução. Assim como as demais estruturas, são compostas por perfis U e Ue conectados formando os banzos superior e inferior, montantes, diagonais, enrijecedores e contraventamentos.
É possível a aplicação de qualquer tipo de telha em coberturas de LSF uma vez que se tenham os elementos necessários para aplicação. Telhas cerâmicas e shingle, por exemplo, necessitam de um elemento ou substrato de apoio, para as primeiras, são empregados perfis do tipo cartola que funcionam como ripas, já para o shingle utiliza-se placas de OSB devidamente impermeabilizadas (Figura 17). Telhas metálicas podem ser aplicadas somente com os caibros sem necessidade de outros elementos em cobertura de vigas e caibros, já em telhados com tesouras é fixada nos perfis de contraventamento lateral do banzo superior.
Figura 17 - Cobertura com Substrato em Oriented Strand Board (OSB).
2.2.10 Fechamento Vertical
Para Santiago, Freitas e Crasto (2012), fechamento são componentes posicionados e fixados na parte externa da estrutura, o conjunto dos painéis com o material de fechamento forma a vedação interna e externa da edificação. Outro fator importante abordado pelos autores é a possibilidade que o sistema em Light Steel Frame proporciona quanto à utilização de elementos de fechamento mais industrializados capazes de incorporar ainda mais o conceito de racionalização do sistema.
Segundo os autores, as placas comumente utilizadas como fechamento são as placas de OSB (Oriented Strand Board), as placas cimentícias e também o Drywall no caso de fechamentos internos.
• Oriented Strand Board (OSB)
As placas de OSB (Figura 18) possuem diversas aplicações no LSF como em pisos, forros, substrato para a cobertura do telhado e também neste caso, como fechamento de paredes externas e internas. Devido ao seu baixo peso próprio podem ser movimentadas manualmente facilitando o processo de montagem. A resistência mecânica, e resistência a impactos das placas permitem que elas sejam utilizadas com função estrutural, formando um diafragma rígido em pisos e painéis estruturais (SANTIAGO; FREITAS e CRASTO, 2012). Figura 18 - Fechamento Externo com Placas de OSB.
A espessura das placas de OSB varia conforme sua aplicação (Quadro 2), a fixação é realizada por meio de parafusos auto brocantes e auto atarraxantes que devem obedecer a um distanciamento mínimo para fixação que é definido em 15 mm quando fixados na extremidade das placas e 30 mm quando fixados no interior da placa no encontro dos montantes, também se deve deixar um espaçamento mínimo de 3 mm entre as placas devido a dilatação do material (SANTIAGO; FREITAS e CRASTO, 2012).
Quadro 2 - Dimensões, peso e aplicações das placas OSB.
Espessura (mm) Dimensão (mm) Peso por placa (Kg) Aplicação
9,5 1,20 x 2,40 17,5 Paredes e telhados com perfis espaçados, a no máximo, 40 cm. 9,5 1,20 x 3,00 21,9 Paredes e telhados com perfis espaçados, a no máximo, 40 cm. 11,1 1,20 x 2,40 20,4 Paredes e telhados com perfis espaçados, a no máximo, 60 cm. 11,1 1,20 x 3,00 25,6 Paredes e telhados com perfis espaçados, a no máximo, 60 cm. 15,1 1,20 x 2,40 27,8 espaçados a, no máximo, 80 cm. Pisos e lajes secas com perfis Paredes com perfis espaçados, a no máximo, 60 cm. Telhados
espaçados, a no máximo, 40 cm.
18,3 1,20 x 2,40 33,7 Pisos e lajes secas com perfis espaçados, a no máximo, 60 cm. Fonte: Adaptado de Louisiana Pacific Corporation (LP) Brasil.
Apesar de apresentarem resistência contra umidade, as placas de OSB quando utilizadas em ambientes externos necessitam de um acabamento impermeável para proteção, uma solução, apresentada pelos autores, é aplicação de uma membrana de polietileno de alta densidade grampeada nas placas OSB capazes de garantir estanqueidade das paredes. Outro cuidado que se deve ter com os painéis é para que não haja contato direto destes com o solo ou fundação, devendo ser aplicada uma fita seladora em sua base.
• Placas Cimentícias
As placas cimentícias (Figura 19), conforme Santiago, Freitas e Crasto (2012) são compostas por cimento Portland, fibras de celulose ou sintéticas e agregados. Devido sua característica mais resistente à umidade sua aplicação é apropriada para áreas úmidas e que sofrem a ação de intempéries. Outras características incluem elevada resistência a impactos, incombustibilidade, baixo peso-próprio e possibilidade de uma execução de montagem rápida.
Figura 19 - Aplicação de Placa Cimentícia em Estrutura de LSF.
Fonte: http://www.cemear.com.br/produtos/steel-frame/.
De acordo com os autores, as placas são comercializadas com largura de 1,2 metros e a espessura varia de acordo com sua função e aplicação (Quadro 3), a montagem é realizada com parafusos auto atarraxantes próprios. A placa é compatível com diversos tipos de acabamentos e é recomendável a aplicação de uma demão de selador de base acrílica em paredes externas expostas às intempéries, além de prever um sistema de impermeabilização nas junções da parede com o piso em ambientes úmidos como cozinha e banheiros por exemplo. Assim como nas placas de OSB, também é necessário deixar o espaçamento mínimo de 3 mm entre as placas devido a dilatação térmica.
Quadro 3 - Dimensões, peso e aplicações das placas cimentícias.
Fonte: Catálogo Placa Cimentícia, Brasilit (2016). Disponível em: http://www.brasilit.com.br/produtos/placa-cimenticia.
• Placas de gesso acartonado
Outro material de fechamento muito utilizado em estruturas de Light Steel Frame é o Drywall ou placas de gesso acartonado, porém devido suas características é somente utilizado para fechamento de ambientes internos. São elementos leves e caso se utilize o sistema de Drywall sua aplicação é muito semelhante à estrutura em LSF, utilizando perfis U e Ue e parafusos.
No Brasil, são comercializados três tipos de placas de gesso acartonado: a Placa Standard (ST), destinada a utilização em áreas secas; a Placa Resistente a Umidade (RU), apropriada para ambientes expostos a umidade como banheiros por exemplo; e por último a Placa Resistente ao Fogo (RF) para utilização em locais secos que requerem este tipo de proteção (SANTIAGO; FREITAS e CRASTO, 2012).
• Isolamento Térmico-Acústico
Uma das principais vantagens do Light Steel Framing é o desempenho térmico-acústico proporcionado. “O isolamento termo-térmico-acústico é uma forma de controlar a qualidade do conforto dentro de um ambiente de modo que as condições externas não influenciem as internas, barrando a transmissão de sons e evitando as perdas ou ganhos de calor para meio externo ou contiguo” (SANTIAGO; FREITAS e CRASTO, 2012, p.89).
No LSF, as paredes são ocas formando um colchão de ar entre os perfis e placas de fechamento o que já garante um bom desempenho térmico-acústico, porém é possível aumentar o grau isolamento com a utilização de materiais isolantes dispostos entre estes espaços (CAMPOS, 2014). A lã de vidro é o isolante comumente utilizado em estruturas de LSF no mundo todo, é formada por um material fibroso com boa absorção acústica e, além disso, possui boa resistência térmica devido ao confinamento de ar em suas tramas dificultando a transferência de calor entre os elementos e por consequência entre ambientes, o desempenho do isolamento dependerá da quantidade de camadas e espessura adotada deste material (SANTIAGO; FREITAS e CRASTO, 2012).
• Barreira impermeável à água e permeável ao vapor
Segundo Campos (2014), a barreira é um material de polietileno de alta densidade que dificulta a passagem de água ao mesmo tempo em que permite a passagem de vapor
