PLATAFORMAS DE PERIFERIA COM CABOS, INOVAÇÃO
PARA MOBILIDADE E AMORTECIMENTO DE IMPACTO
GOMES, Marcelo Oliveira; BANDEIRA, Alex Alves; CARVALHO, Ricardo Fernandes; FERREIRA, Emerson de
Andrade Marques
Escola Politécnica da Universidade Federal da Bahia e-mails: [email protected], [email protected],
[email protected], [email protected]. RESUMO
O presente trabalho apresenta um modelo inovador de Plataforma de proteção contra queda de material na construção civil que comparado com modelos tradicionais envolve menor risco na atividade de montagem, são mais leves, possuem menos componentes, além de resultar em maior facilidade na desmontagem e na remontagem. Colabora com a inovação do Cantechis.
Palavras-chave: Inovação, Plataforma, Construção Civil, ANSYS.
ABSTRACT
The basic aim of this work is to present an innovative fall protection platform of civil construction material compared to the traditional models, that involves less risk in the activity of Mount, lighter, less components and result in greater ease of disassembly and reassembly. It collaborates with the Cantechis innovation.
Keywords: Innovation, Platform, Civil Construction, ANSYS.
1 INTRODUÇÃO
O número de acidentes no setor da construção civil é um dos maiores do país. Só perde para os acidentes no setor industrial. Segundo os dados estatísticos encontrados no site do Departamento Intersindical de Estudos e Pesquisas de Saúde e dos Ambientes de Trabalho, DIESAT(2009), o número total de acidentes no setor da indústria foi de 77.780.
Deste número, o setor da construção civil é o líder com 54.142 acidentes, tendo 19.131 ocorrido na construção de edifícios.
O elevado número de acidentes indica que ainda há um descumprimento das normas pelas empresas do setor. Seja por falta de treinamento dos seus operários, seja pela maneira incorreta de utilização e instalação de equipamentos especificados pela norma, colocando em risco os trabalhadores.
A NR 18 - Condições e meio ambiente de trabalho na indústria da construção (M.T.E., 2013), estabelece diretrizes de ordem administrativa, de planejamento e de organização, que objetivam a implementação de medidas de controle e sistemas preventivos de segurança nos processos, nas condições e no meio ambiente de trabalho na Indústria da Construção.
O presente trabalho avalia o projeto das plataformas de proteção usadas atualmente e um novo sistema de plataforma com uma proposta inovadora.
Diante deste desafio, é proposta uma nova forma de plataforma de proteção, com um dispositivo inovador que proporciona segurança e economia de recursos.
Para alcançar esse objetivo, a metodologia utilizada consistiu na comparação entre dois modelos de plataforma de proteção. O primeiro utilizado na maioria dos edifícios em construção e o segundo, o protótipo proposto neste trabalho, que foi modelado e analisado no software ANSYS, através do método de análise por elementos finitos.
O objetivo é avaliar o modelo da plataforma de proteção contra quedas, conforme as exigências da NR18, quanto à segurança, além da eficácia, facilidade de montagem e desmontagem, e agilidade no transporte e estocagem.
2 TIPOLOGIA PROPOPOSTA PARA AS PLATAFORMAS
O modelo de solução inovadora proposto por Silva et al. (2007) consiste em um sistema de plataforma com dois suportes metálicos de aço, espaçados de 1,40 m de largura, com 3 folhas de madeira compensada apoiadas sobre os suportes, fixadas conforme a Figura 1. Os suportes metálicos são presos na laje através de braçadeiras fixadas na mesma durante a fase de concretagem, Figura 2. No ponto de início da inclinação da estrutura metálica, existem argolas que têm a função de prender os cabos de aço que serão presos nas braçadeiras localizadas na laje superior.
Figura 1 - Vista Superior das Chapas de Compensado sobre a Estrutura
Fonte: Silva et al. (2007)
A Figura 2 ilustra mais detalhadamente a plataforma de proteção já fixada na laje.
Figura 2 - Estrutura Fixada na Laje Inferior e Superior
Fonte: Autores (2013).
Nesta figura pode-se observar a estrutura metálica apoiada na laje inferior e presa pelos cabos nos pontos de fixação da laje superior. As linhas vermelhas tracejadas estão marcadas nos possíveis pontos de aplicação das forças de impacto. Essas forças são causadas por quedas de entulhos da construção, ferramentas e até operários que podem cair das lajes superiores.
O objetivo das plataformas de proteção, não é de aparar a queda de operários, mas como é algo que eventualmente pode ocorrer, precisa-se prever no projeto da plataforma. Na avaliação do comportamento estrutural, foi considerada a
queda de massa igual a 110 Kg a uma altura de 12,00 m em relação à plataforma fixada.
Além do comportamento mecânico, características geométricas e funcionais quanto à instalação, montagem, desmontagem e resistência foram avaliadas e comparadas em relação às plataformas convencionais.
2.1 Plataforma de proteção - Convencional
Esse tipo de plataforma de proteção é um tipo de plataforma, específica para aparar materiais em queda livre, montado diretamente na laje, por intermédio de estrutura, como pode ser visto nas Figura 3 e Figura 4.
Figura 3 - Plataforma de Proteção
Fonte: PCMAT-GIANFRANCO PAMPALON (2007)
As dimensões apresentadas nesta figura correspondem ao padrão especificado pela NR18. O sistema de fixação está detalhado na Figura 4 abaixo.
Figura 4 - Sistema de fixação da Bandeja
Fonte: PCMAT-GIANFRANCO PAMPALON (2007)
Como se pode observar, este tipo de plataforma de proteção não oferece muita resistência às forças de impacto, de cargas em queda livre.
Conforme dados disponíveis (Andmax, 2013), a referida plataforma foi considerada como convencional, por que
corresponde aos modelos usuais em canteiros, com os seguintes dados técnicos:
Equipamento fabricado com chapa perfil “U” em aço carbono, com 2,65 mm de espessura na parede, soldado por processo Mig cobreado 0,8 mm e pintado por imersão com esmalte sintético anti-corrosivo;
Peso estimado dos equipamentos para a Bandeja citada acima, de 14,50 Kg. Na pior situação foi considerado 100 kg/m² de sobrecarga de homens e ferramentas sobre a plataforma;
Considerada como uma plataforma com dimensões 1,20 x 2,50 m, com aplicação de uma carga concentrada correspondente a 300 Kg, distribuida pelo número de suportes, foi calculada como tendo uma carga distribuida por cada suporte de 157,25 Kg, que é menor que os 250,00 Kg admissível pela peça referente ao suporte de proteção, oferecendo condição favorável e admissível para a estrutura.
Nessa plataforma, a base de proteção é formada por tábuas unidas ao suporte por madeiras e pregos. A instalação desse sistema de plataforma de proteção ocupa muitos trabalhadores e requer alguns dias de trabalho, conforme o tamanho do perimetro que é necessário. Além disso, o risco de acidentes é muito alto com podemos ver na Figura 5, pois mesmo que se use os EPIs (Equipamentos de Proteção Individual), os trabalhadores ficam expostos às condições severas de trabalho devido a altura em que estão. O mesmo se repete no momento de desmontar e levar as bandejas de proteção para os andares superiores. É importante lembrar também que o desperdício causado pelo corte das madeiras é muito grande.
Fonte: Autores
2.2 Proposta de inovação em plataformas
O processo de montagem é simples e prático. Não gasta muito tempo e não coloca os operários em risco, porque sua montagem é feita sobre a laje em que se pretende instalar. As suas peças já são todas projetadas para serem montadas, com redução de perdas do corte da chapa de compensado, que servirá de base para a superfície inclinada, pois a “sobra” será reutilizada no preenchimento da lacuna deixada pelas duas placas de compensado fixadas através de encaixe.
Após a montagem da estrutura da plataforma e fixação das chapas de compensado, são presas as pontas dos dois cabos de aço nos ferros fixados durante a concretagem da laje. Feito isso, são presos os cabos na seção de início da inclinação do suporte, para posterior içamento por guindaste ou por operários, pela laje superior até que tenha condições de encaixa-la nas braçadeiras fixadas durante a concretagem da laje.
Dessa forma, o sistema modular de plataforma de proteção estará fixado, com a vantagem de não necessitar ser desmontado para ser transferido para a laje superior. É necessário apenas folgar a fixação dos cabos de aço da laje superior e prender na posterior e repetir todo o processo de encaixe na próxima laje.
Esse tipo de plataforma torna-se bastante dinâmica, na medida em que só precisa ser montada uma única vez, e o seu conjunto modular é de fácil armazenagem.
A proposta de inovação resulta tambem num sistema mais leve, com menor consumo de materiais em função do sistema estrutural adotado. A Figura 6 Apresenta o momento de içamento do módulo para uma nova posição na construção, utilizando uma minigrua e pouca mão de obra.
Figura 6 – Içamento da módulo da plataforma
Fonte: Autores.
O suporte utilizado consiste em um sistema em perfis metálicos em “I” e ripas de madeira com as dimensões conforme indicadas na Error! Reference source not found.. O suporte é montado ainda sobre a laje e são encaixadas as chapas de madeira compensada conforme ilustra a Error! Reference source not found.. Depois de fixados os cabos de aço, o sistema já está pronto.
Figura 7 - Estrutura da plataforma sem as chapas de compensado
Fonte: Autores.
Na Figura 8 é apresentado o esquema utilizado para a análise estrutural, sem as chapas de compensado, o que facilita identificar os tipos de elementos usados e as dimensões dos perfis.
Figura 8 – Projeção de operário na plataforma de proteção
Fonte: Autores [ANSYS (2013)]
Este protótipo foi modelado no ambiente gráfico do ANSYS, que é um programa de engenharia que permite fazer simulações de modelos numéricos com todas as propriedades e solicitações de cargas a que uma estrutura é submetida. Para a análise numérica é utilizado o Método dos Elementos Finitos. Estudos sobre modelagens numéricas utilizando o Método dos Elementos Finitos e Contato Mecânico podem ser vistos em detalhes em (Bandeira et al. 2001), (Bandeira et al. 2006), (Bathe 1996), (Bertsekas 1995) e (Curnier 1984). A modelagem numérica no programa ANSYS, foi utilizado o elemento finito BEAM188 para os perfis “I” e Retangular. Para a chapa de compensado, foi utilizado o elemento finito SHELL181 e para a criação dos cabos de aço o elemento finito LINK180. As restrições no modelo estrutural localizadas no suporte que fica apoiado sobre a laje e no cabo da laje superior.
Os efeitos de impacto sobre a plataforma foram avaliados considerando o coeficiente de impacto calculado em 15 resultando numa carga equivamente de 32800 N/m². Foram utilizados critérios de resistência para atender as tensões admissíveis dos materiais. Foi aplicada a relação bi linear, simulando um modelo elástico com plasticidade perfeita.
O Quadro 1 apresenta os dados dos componentes do protótipo por bandeja modular de largura 2,20 X 3,00 m.
Quadro 1 - Componentes
Quantidade Componentes do Protótipo 7,60 m Barra de perfil em “I”
17,60 m Barrote retangular de seção 0,05 X 0,02 m 3 unidades Chapa resinada cola branca 2,20 x 1,10 metros,
10 mm de espessura.
20,00 m Cabo de Aço com ø=6,40 mm, ≈ ¼” (ref.18X7).
Os resultados da análise estão apresentados na forma de deslocamentos verticais ampliados em 15 vezes, Figura 9. Observa-se que na posição onde ocorre o choque do corpo humano há um deslocamento vertical de aproximadamente 4,1 cm. Próximo à borda da plataforma, ocorre um deslocamento estimada de 1,3 cm. A bandeja inclinada, no momento do impacto, tende a fechar, ou seja, aumenta seu ângulo de inclinação. A distribuição dos deslocamentos são apresentados em detalhe na Figura 9.
Figura 9 – Deslocamento vertical da plataforma de proteção
Fonte: Autores.
Na Figura 10 estão apresentados os resultados de tensões principais máximas. Observa-se que a maior tensão atuante na placa de madeira é de aproximadamente 26.8 Mpa.
Figura 10 – Tensão principal nas chapas da plataforma de proteção MN MX X Y Z -617146
.243E+07 .547E+07 .851E+07 .116E+08 .146E+08 .176E+08 .207E+08 .237E+08 .268E+08
JUN 10 2013 20:22:44 NODAL SOLUTION STEP=1 SUB =99 TIME=.99 S1 (AVG) DMX =.041069 SMN =-617146 SMX =.268E+08 Fonte: Autores.
3 CONCLUSÕES OU CONSIDERAÇÕES FINAIS
A solução modular das badejas permite maior eficiência dos trabalhos de montagem, desmontagem e transporte nos canteiros por reduzir a quantidade de componentes. A proposta inovadora, modular, permite ainda a redução de consumos de materiais, abrindo a possibilidade de redução de custo.
A solução mais leve e mais flexível demanda análise de comportamento estrutural mais apurado. Neste trabalho, demonstra-se que a estrutura proposta apresenta comportamento mecânico para cargas estáticas ou quase-estáticas adequado, o comportamento sob cargas dinâmicas também se mostra adequado e, demonstra que este é um sistema de grande deformabilidade, absorvendo grandes quantidades de energia.
O comportamento deformável e com elevada capacidade de absorção de energia indica potencial para a utilização da solução proposta como elemento salva-vida, necessitando para tanto a avaliação do comportamento mecânico das plataformas sob elevado impacto.
REFERÊNCIAS
Andmax. Sítio eletrônico. www.andmax.com.br. Acesso em 06/06/2013
Bandeira, A. A., Pimenta, P. d. M. & Wriggers, P., 2006. A 3D study of the contact interface behavior using
elastic-plastic constitutive equations. Lecture Notes In Applied And Computational Mechanics, Volume 27, pp. 313-324.
Bandeira, A. A., Wriggers, P. & Pimenta, P. d. M., 2001. Homogenization Methods Leading to Interface Laws of Contact Mechanics – A Finite Element Approach for Large 3D Deformation using Augmented Lagrangian Method. London, England, s.n.
Bathe, K.-J., 1996. Finite Element Procedures. First ed. New Jersey: Prentice-Hall, Englewood Cliffs.
Bertsekas, D. P., 1995. Nonlinear programming. Belmont: Athena Scientific.
Curnier, A., 1984. A Theory of Friction. International Journal for Solids Structures, pp. 637-647.
Diesat . Anuário Estatístico de Acidentes do Trabalho. São Paulo, 2009. Disponível em
http://diesat.org.br/arquivos/anuario_2009.pdf. , acessado em 10/09/2013.
M.T.E.. NR 18 - Condições e meio ambiente de trabalho na indústria da construção. 2013. Disponível em:
http://portal.mte.gov.br/legislacao/norma-regulamentadora-n-18-1.htm, acessado em 10/09/2013.
SILVA, R. C. ; CÂMARA, G. A. B. ; NASCIMENTO, L. M. B. ; OLIVEIRA, V. M. B. ; ROCHA, João Augusto de Lima ; FERREIRA, Emerson de A M ; CARVALHO, R. F. . Plataforma de proteção contra queda de material na construção civil. Patente: Modelo de Utilidade. Número do registro: MU87020 INPI. Brasil, 2007.
AGRADECIMENTOS
Os autores agradecem ao Programa Permanecer / UFBA pela bolsa concedida ao aluno Marcelo Oliveira Gomes e a FINEP pelo apoio financeiro ao projeto CANTEHIS.
