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UNIVERSIDADE PAULISTA INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIA CURSO DE ENGENHARIA ALESSANDRA DE ALMEIDA TAWANNE NATHALIA VICENTE RIBEIRO UTILIZAÇÃO DE MÓDULOS PRÉ-FABRICADOS EM LIGHT STEEL FRAMING EM CONSTRUÇÃO DE MÉDIO PORTE BRASÍLIA/DF 2020 ALESSANDRA DE ALMEIDA TAWANNE NATHALIA VICENTE RIBEIRO UTILIZAÇÃO DE MÓDULOS PRÉ-FABRICADOS EM LIGHT STEEL FRAMING EM CONSTRUÇÃO DE MÉDIO PORTE Trabalho de Conclusão de Curso para obtenção do título de Graduação em Engenharia Civil apresentado à Universidade Paulista – UNIP. Orientador: Prof. Me. Luiz Soares Correia BRASÍLIA/DF 2020 ALESSANDRA DE ALMEIDA TAWANNE NATHALIA VICENTE RIBEIRO UTILIZAÇÃO DE MÓDULOS PRÉ-FABRICADOS EM LIGHT STEEL FRAMING EM CONSTRUÇÃO DE MÉDIO PORTE Trabalho de Conclusão de Curso para obtenção do título de Graduação em Engenharia Civil apresentado à Universidade Paulista – UNIP. Aprovador em: BANCA EXAMINADORA _______________________________/____/____ Prof. Me. Luiz Soares Correia Universidade Paulista – UNIP _______________________________/____/____ Nome do professor e especialização Universidade Paulista – UNIP _______________________________/____/____ Nome do professor e especialização Universidade Paulista – UNIP DEDICATÓRIA Dedicamos esse trabalho a todas as pessoas que nos ajudaram de alguma forma a chegar até aqui. A nossa família, que são nossos maiores apoiadores em todas as decisões que tomamos. A faculdade UNIP por nos proporcionar essa experiência maravilhosa e a todo o corpo docente que nos trouxe onde estamos. Agradecemos uma a outra, pois durante esses longos anos de faculdade estivemos sempre juntas, criamos uma amizade que irá sair daqui para a vida toda. E principalmente a Deus, que acima de tudo e todos nos permitiu acordar todos os dias e ir vencendo cada luta, cada trabalho, cada momento da faculdade. É mais rico aquele que se contenta com pouco, pois satisfação é a riqueza da natureza. Sócrates RESUMO Devido consolidação de um mundo mais sustentável, de preservação ambiental, 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. Visto isso, a utilização do Light Steel Framing mostra-se uma solução adequada, apresentando esses valores, inovação e sustentabilidade, em seu processo de industrialização, porém, ainda, tal sistema é pouco trabalhado no Brasil. Neste trabalho será realizado um estudo de um projeto executado em Light Steel Framing com o objetivo de obter o Custo Unitário Básico (CUB) para esse sistema construtivo. Num primeiro momento são apresentados alguns conceitos aplicados a este modelo de construção, os materiais empregados no processo construtivo e, depois dessa base teórica e através do projeto arquitetônico e estrutural. Posteriormente, com todo o levantamento de matéria prima e custos obtidos, é possível obter o CUB por metro quadrado do projeto. Palavras chave: Light Steel Framing, Steel Framing, sustentabilidade, Custo Unitário Básico. ABSTRACT Consolidating the consolidation of a more sustainable world, of environmental preservation, the search for constructive alternatives, but efficient, sustainable and fast, becomes essential when a civil construction is faced with the current challenges of society. In view of this, the use of the Light Steel Framing proves to be an adequate solution, these values, innovation and sustainability, in its industrialization process, however, still, such a system is little worked in Brazil. In this work, a study of a project developed in Light Steel Framing will be carried out in order to obtain the Basic Unit Cost (CUB) for this construction system. At first, there are some necessary requirements for this model of construction, the materials used in the construction process and, afterwards, this theoretical basis and through the architectural and structural design. Subsequently, with all the survey of raw material and costs obtained, it is possible to obtain the CUB per square meter of the project. Keywords: Light Steel Framing, Steel Frame, sustainability, Basic Unit Cost. LISTA DE FOTOGRAFIAS Fotografia 1 – Ponte Serven em Coalbrookdate Bridge, 1779-1781 ...................................... 22 Fotografia 2 – Casa em Sistema Steel Framing ...................................................................... 26 Fotografia 3 – Edificação com fechamento em OSB .............................................................. 34 Fotografia 4 – Telhado Steel Framing ..................................................................................... 38 LISTA DE FIGURAS Figura 1 – Palácio Cristal, Londres, 1851 .............................................................................. 22 Figura 2 – Esquema do Sistema Steel Framing .......................................................................33 Figura 3 – Contra piso armado para construção com Steel Framing...................................... 35 Figura 4 – Laje Mista para construção com Steel Framing ................................................... 35 Figura 5 – Esquema de Laje Mista ........................................................................................ 36 Figura 6 – Laje Seca para construção com Steel Framing .................................................... 36 Figura 7 – Esquema de Laje seca ........................................................................................... 37 Figura 8 – Cobertura em Steel Framing ................................................................................ 39 Figura 9 – Parede Externa ..................................................................................................... 40 Figura 10 – Parede Interna...................................................................................................... 41 Figura 11 – Fixação de um parafuso autobrocante ................................................................ 43 Figura 12 – Fita de aço galvanizado....................................................................................... 44 Figura 13 – Planta baixa pavimento térreo............................................................................. 46 Figura 14 – Planta baixa segundo e terceiro pavimento......................................................... 47 Figura 15 – Modelo da estrutura em Light Steel Framing .................................................... 49 LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS ABEF ABNT CBCA CEF CUB Associação Brasileira de Empresas de Engenharia Associação de Normas Técnicas Centro Brasileiro da Construção em Aço Caixa Econômica Federal Custo Unitário Básico JIT Just-In-Time LSF Light Steel Framing MTE Ministério do Trabalho e Emprego NBR Norma Brasileira OSB Oriented Strand Board PET Poli Tereftalato de Etila PFF PVC Perfis formados a frio Polyvinyl Chloride RAIS Relação Anual de Informações Sociais SCI The Steel Construction Institute SBI The Swedish Institute of Steel Construction SF Steel Framing TPO Thermoplastic PolyOlefin TQM Total Quality Management WF Wood Frame XPS Polímero Super-resistente LISTA DE TABELAS Tabela 01 – Materiais utilizados para acabamentoe fechamento no projeto............................ 48 Tabela 02 – Comparativo de valores de serviço no padrão Alvenaria e LSF........................... 55 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO .................................................................................................... 14 1.1 Objetivos ........................................................................................................ 15 1.1.1 Objetivo Geral ........................................................................................... 15 1.1.2 Objetivo Específico ................................................................................... 15 1.2 Justificativa .................................................................................................... 15 1.3 Hipótese .......................................................................................................... 16 1.4 Método de pesquisa ....................................................................................... 16 1.4.1 Etapas do trabalho ...................................................................................... 17 2 CONSTRUÇÕES MODERNAS ......................................................................... 18 2.1. Outros sistemas construtivos e suas evoluções ........................................... 18 2.1.1. Alvenaria Convencional ............................................................................ 18 2.1.2. Alvenaria Estrutural ................................................................................... 19 2.1.3. Concreto pré-moldado ............................................................................... 19 2.1.4. Concreto PVC ............................................................................................ 19 2.1.5 Container................................................................................................... 20 2.1.6 Wood frame ............................................................................................... 20 2.1.7 Steel Framing .............................................................................................. 21 2.2 A evolução da construção – Aspectos teóricos e evolução do LSF ............. 21 2.3 História do aço .............................................................................................. 21 2.4 Contexto histórico do steel framing ............................................................ 23 2.5 Inserção no território nacional ................................................................... 23 2.6 Normas ABNT NBR ..................................................................................... 25 2.7 Características gerais do steel framing ....................................................... 25 2.8 Sustentabilidade com a utilização do sistema LSF ................................... 30 2.9 Métodos de construção ................................................................................ 31 2.9.1 Método “Stick”: ......................................................................................... 32 2.9.2 Método por painéis: ................................................................................. 32 2.9.3 Construção modular: ................................................................................ 32 2.9.4 Balloon Framing e Platform Framing: ...................................................... 32 2.10 Sistematização ............................................................................................. 33 2.11 Estrutura da edificação .............................................................................. 34 2.12 Lajes impermeabilizadas ............................................................................ 35 2.13 Telhados e coberturas ................................................................................. 37 2.14 Acabamentos e revestimentos .................................................................... 40 2.15 Parafusos ...................................................................................................... 43 2.16 Fitas de aço galvanizado ............................................................................. 43 3 ASPECTOS CONSTRUTIVOS COM USO DE MÓDULO DE LSF EM OBRA DE MÉDIO PORTE ............................................................................................................... 45 3.1 Procedimento de coleta e análise de dados ................................................ 45 3.2 Materiais e equipamentos para a execução do projeto .............................. 45 3.3 Concepção do projeto ................................................................................... 45 3.4 Dimensionamento da estrutura em LSF ..................................................... 47 3.4.1 Projeto estrutural ....................................................................................... 48 3.5 Execução da obra .......................................................................................... 50 3.5.1 Fundação ................................................................................................... 50 3.5.2 Radier ........................................................................................................ 50 3.5.3 Montagem das Estruturas ......................................................................... 51 3.5.4 Telhado ..................................................................................................... 52 3.5.5 Montagem e fechamento em OBS ............................................................ 52 3.5.6 Tubulação Hidrossanitária, Elétrica e Manta Termo Acústica ................. 53 3.5.7 Fechamento Interno com Placa de Gesso ................................................. 53 3.5.8 Acabamento .............................................................................................. 53 3.6 Comparativo de valores ................................................................................ 53 4 RESULTADOS E DISCUSSÃO ......................................................................... 56 5 CONCLUSÃO ...................................................................................................... 58 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ...................................................................... 59 14 1 INTRODUÇÃO A utilização de Steel Framing na construção civil é cada vez mais empregada nos países desenvolvidos, especialmente nos Estados Unidos (EUA) onde as primeiras normatizações foram publicadas na década de 40 nos projetos em LSF. Existem considerações que devem ser tomadas nesse estudo preliminar até a conclusão de todas as modalidades, inclusive as respectivas interferências. Para tornar viável a aplicação desse sistema estrutural é de extrema importância a resolução de todos os conflitos e considerações ainda na fase de projeto, afinal, sendo sistema aonde parte da construção é constituinte pelos métodos pré-moldados e materiais especiais tornando-se extremamente moroso e caro para resolver tais questões na própria obra. Portanto, o projeto estrutural parte de uma concepção geral da estrutura e termina com a documentação que possibilita a sua construção. Entre elas está a previsão do comportamento da estrutura de tal forma que ela possa entender satisfatoriamente às condições de segurança e de utilização para as quais foram concebidas. Neste trabalho é feito um levantamento comparativo acerca das características de produção e produtividade, velocidade construtiva, serviço, impacto ambiental, desperdício, dinamismo térmico e acústico, patologias construtivas entre o sistema convencional em alvenaria e os sistemas construtivos a seco, Steel Frame, a fim de buscar respostas sobre qualsistema construtivo é mais vantajoso para o mercado com relação aos custos, velocidade de construção e qualidade. O trabalho contextualiza a atual circunstância em que se encontra a construção civil no Brasil, com relação ao emprego de tecnologias produtivas e o uso do sistema convencional de construção. Para a proposta deste trabalho foram realizadas pesquisas bibliográficas em livros, artigos científicos, teses e dissertações e também um estudo de caso em um empreendimento de construção convencional na cidade de Planaltina GO, onde foram coletadas informações acerca da obra e levantamento de custos para elaboração de planilhas comparativas entre os sistemas citados. Os resultados encontrados indicam que o sistema convencional não é a melhor opção para se construir atualmente e conclui se que a tendência da construção civil é a industrialização de seus processos construtivos, sendo os sistemas Steel Framing e opções seguras e viáveis econômico, social e ambientalmente. 15 1.1 Objetivos 1.1.1 Objetivo Geral Será reportado a seguir, de forma clara e objetiva, um estudo sobre estruturas metálicas, o que possui de superior e consequentemente inferior, surgimento do aço, a importância de estruturas metálicas em construções, sua influência para o futuro de forma que não haja prejuízo para toda a humanidade. Apresentar e desenvolver os aspectos relacionados a projeto, planejamento, execução e custos de edificações em LSF. 1.1.2 Objetivo Específico O objetivo principal deste trabalho, é demonstrar seus aspectos industriais claramente mais práticos e menos trabalhosos para a construção, vendo que o mesmo acelera de forma significante a construção da obra. Sistematizar as informações a respeito da Construção Modular em LSF com relação a técnicas, materiais, métodos e padrões construtivos disponíveis em catálogos e manuais técnicos. Analisar o processo de desenvolvimento de edificação com um programa de usos pré- definido utilizando módulos pré-fabricados no sistema LSF, sua relação com demais projetos e a logística de construção. Propor soluções técnicas e de projeto para construção modular em LSF com ênfase nas questões relativas a transporte, montagem e fabricação dos módulos. 1.2 Justificativa Trabalhar com o sistema convencional de alvenaria além de ser um meio de produção lenta e por isso incapaz de atender à demanda de construções sozinha, depende de maior quantidade de operários para a sua execução, que muitas vezes é informal ou de baixa qualificação. Ao contrário do que alguns profissionais do setor acreditam sobre a redução de mão de obra no sistema SF e a possibilidade de colaborar para aumentar o desemprego, o sistema reduz de fato a quantidade de mão de obra no canteiro durante a montagem da estrutura, porém gera contratação de mão de obra na fabricação dos componentes e elementos em nas fábricas, com melhores condições de trabalho e perspectiva de continuidade de emprego pela 16 produção em série e menor rotatividade em relação ao trabalho na construção civil tradicional. O sistema ainda estimula a formação de funcionários polivalentes pelo exercício de várias funções no ambiente de trabalho, que podem ser desde a marcação da obra, montagem dos painéis, colocação das placas internas e externas, tratamento das juntas, até execução de forro de gesso, entre outros, reduzindo a fadiga e o estresse pela diversificação das ações físicas e auxiliando na disseminação dos conhecimentos. Atualmente a execução de obras em alvenaria tanto autoportante, estrutural, vedação e em concreto armado, geram um volume considerável de resíduos, ocasionando um desperdício econômico e ambiental. Outro fator relacionado à alvenaria é o tempo gasto na execução, que é superior ao “Light Steel Framing”, o estudo do custo, o tempo da execução da construção é de extrema importância social em tempos de inovação no mercado de materiais 1.3 Hipótese De forma geral em tese, o Steel Framing, mostra que suas qualidades em uma obra será a melhor forma para o desenvolvimento no brasil, qualificando sua mão de obra, induzindo os seus clientes que é uma obra rápida e fácil de ser feita. Levando em consideração que uma obra extraída do SF, terá um custo em algumas vezes um pouco maior que a construção convencional, mas consequentemente diminuindo em outras áreas, como limpeza na construção, diminuição de resíduos, entre outras. 1.4 Método de pesquisa Para dar início, foi feita uma extensa revisão bibliográfica e documental, por meio de manuais técnicos disponíveis, artigos científicos, catálogos, dissertações, abrangendo nosso conhecimento e nos familiarizando mais com o tema abordado. Com relação aos aspectos técnicos relativos à Construção Modular em LSF – Light Steel Framing, a pouca presença de publicações científicas como artigos, dissertações e teses sobre o tema, fez com que a pesquisa realizada fosse baseada principalmente em publicações técnicas nacionais e estrangeiras, destacando-se as do CBCA – Centro Brasileiro da Construção em Aço, SCI – The Steel Construction Institute (Instituto Inglês de Construção em Aço) e do SBI – The Swedish Institute of Steel Construction (Instituto Sueco de Construção em Aço). 17 1.4.1 Etapas do trabalho Este trabalho foi elaborado em 5 (cinco) capítulos, onde mostramos os benefícios e malefícios da utilização do Steel Framing na Construção Civil atual. Foi dividido da seguinte forma: 1. Introdução, onde temos a identificação de todo o trabalho, sendo objetivo geral e específico, justificativa, hipótese e métodos de pesquisa. 2. Referencial teórico onde abordamos um pouco de todo o contexto no mundo do Steel Framing. 3. Metodologia aplicada na prática em uma obra de 3 (três) pavimentos de um prédio comercial. 4. Resultados conseguidos na pesquisa, e comparação de informações adquiridas durante o trabalho. 5. Conclusão dos membros sobre o trabalho. 18 2 CONSTRUÇÕES MODERNAS Para que se possa compreender melhor o que falaremos a respeito desse material, se faz necessário o conhecimento do seu surgimento e desenvolvimento desde a primeira vez que se foi empregado na construção até os dias de hoje, salientamos suas vantagens, desvantagens e tudo o que envolve esse esquema a seco, cheio de novidades incentivadoras para a construção e o ecossistema que vivemos. 2.1. Outros sistemas construtivos e suas evoluções Escolher o melhor sistema construtivo é essencial para se iniciar um projeto, pois é a forma de poder adaptar um espaço com seus interesses e desejos. Normalmente escolhem-se o sistema mais convencional de alvenaria, de mais uso e mais conhecido. Porém, existem outros sistemas, que por sua vez possuem custo benefício mais baratos e menos agressivos ao meio ambiente. “Com o advento da globalização, diversos setores econômicos da sociedade são influenciados a se modernizarem e se reformularem tecnicamente, de forma a atender a demanda do mercado consumidor. Na construção civil isso não é diferente, é preciso buscar novas metodologias que racionalizem processos e que ofereçam vantagens ao construtor, de forma a acelerar a evolução da cadeia produtiva” (TRINDADE, 2013). Existem uma série de sistemas construtivos, listamos aqui alguns mais utilizados Brasil a fora. 2.1.1. Alvenaria Convencional Esse sistema muito comum e mais conhecido tem como método construtivo o desenvolvimento de vigas, pilares, lajes de concreto armado e alvenaria utilizada para a vedação, sem a necessidade de operário diplomados, o que se destaca como benefício e com isso é muito comum a perda de materiais devido ao retrabalho, apesar da grande facilidade de se encontrar tais materiais, gera maiores custos e alterações no decorrer da obra, produzindo grandes quantidades de resíduos e a precisão de mais tempopara conclusão. 19 2.1.2. Alvenaria Estrutural Nesse sistema utiliza a junção entre estrutura e vedação, utilizando barras de aço junto com os blocos estruturais na elevação de mais de 4 (quatro) pavimentos, é muito importante que os projetos estejam muito bem desenvolvidos, prevendo os vãos de acordo com os módulos a serem usados e abrangendo a compatibilização dos projetos hidrossanitários e elétricos devido as limitações desse sistema. Claramente é um sistema com menos desperdício de materiais por necessitar de colaboradores mais qualificados, mais rápida pela facilidade na construção o que gera menor quantidade de serviço e nesse caso ganhando mais economia. 2.1.3. Concreto pré-moldado Diferente do sistema anterior, é um método em duas etapas onde sua estrutura necessita ser deslocada até o local desejado e colocado em posições corretas, pois suas primeiras peças são moldadas em fábrica por um processo industrial, o que economiza espaço no canteiro de obra, solicita da construção de um shaft que são aberturas verticais por onde passarão as tubulações e tem como função permitir e facilitar acesso a colunas de água, tubos de gordura e sabão, instalações elétricas, telefônicas e centros de medições caso necessário, também é construído em grande escala e é mais utilizado para galpões e grandes empresas. Em sua estrutura geralmente aparente, seu fechamento já em terreno de obra configura a segunda etapa, utilizando placas cimentícias ou dry-all. Apesar de sua inflexibilidade permite alcançar grandes vãos e pavimentos superiores a 30 (trinta) metros num curto período de tempo, porém, caso ocorram mudanças, acarretam desperdícios de peças inteiras, mas, poucos resíduos. Necessita de mão de obra e equipamentos específicos e especializados. 2.1.4. Concreto PVC É uma construção modular composta por painéis em PVC que abrange funções como estruturas e acabamentos, contudo seu custo é elevado. Podem ser encontradas de várias cores, porém possuem poucos fornecedores, são fáceis de aplicar qualquer tipo de revestimento mas necessita de mão de obra especializada, são laváveis e já chegam nas medidas exatas para cada função, vêm prontos para os encaixes do esqueleto estrutural, permitindo as instalações elétricas e hidráulicas e só então são preenchidos com concreto para que a estrutura ganhe firmeza, dependendo do projeto é necessário o uso de aço estrutural como reforço. Para construção de 20 um pavimento, uma laje radier é o suficiente, o que desonera em muito a obra. Permite uma construção limpa e organizada, possui bom isolamento térmico e acústico, alterações pós obra e mínimo desperdício de materiais. 2.1.5 Container Esse sistema se baseia em transformar um contentor ou contêiner, de metal, (aço), alumínio, fibra ou madeira, em uma residência. Utilizado normalmente para transporte de cargas que para a utilização marítima. Segundo Juliana Rangel do portal de arquitetura sustentável, “A vida útil do contêiner para o mercado náutico é de aproximadamente 8 anos tendo uma vida real de 100 anos, o que geraria uma média de 92 anos de “inutilidade forçada’”. É resistente a chuva, incêndio e outras intempéries. Reaproveitado em obra, cai nas graças do sistema sustentável, produz uma obra mais limpa por usar poucos materiais complementares como areia, tijolo, cimento, água, ferro e etc, baixo isolamento térmico e acústico, necessita de mantas e tratamentos adequados contra corrosões. Dispõe de um tempo menor de obra relacionado aos outros sistemas, levando em torno de 60 a 90 dias para se concluir, necessitando de mão de obra especializada, apresenta baixo custo e alta mobilidade, podendo ser desmontada e remontada em outro local, necessita de espaço para que os equipamentos específicos manobrem o container, além de conter um legislação adequada e dificuldade de obtenção de financiamento. 2.1.6 Wood frame Formado por perfis de madeira maciça, contraventada e autoclavada. Apesar de não ser vantajoso para uso em regiões muito úmidas, a construção se faz rápida pois as madeiras chegam no tamanho exato para construir, porém é limitado quanto a quantidade de pavimentos, possui alto isolamento térmico e acústico, necessidade de impermeabilização da estrutura e do fechamento caso seja de madeira, pois também pode ser fechado com chapas metálicas. É considerada e uma obra de baixo custo, além de limpa e organizada, pois, seu material pode ser transportado por carro de menor porte, não faz uso de água para a construção, e é de fácil armazenamento. As estruturas elétricas e hidráulicas não de difícil instalação, é limitado quando a alterações e perfurações, a não ser que esteja previsto em projeto estrutural. Mão de obra necessária superespecializada além de manuseio com precisão das ferramentas e materiais. Devo ressaltar que é o único sistema que utiliza material renovável. 21 2.1.7 Steel Framing Sistema construtivo semelhante ao Word Framing, contudo seu material principal são perfis de aço galvanizado ao invés de madeiras. Suas especificações e evoluções virão no decorrer do trabalho. 2.2 A evolução da construção – Aspectos teóricos e evolução do LSF “O Steel Framing é um sistema construtivo racional constituído de perfis leves de aço galvanizado, que formam paredes estruturais e não estruturais depois de receber os painéis de fechamento. ” (TECNE apud HASS E MARTINS, 2011, p.9). O método industrializado usa basicamente produtos padronizados de tecnologia avançada, onde os componentes construtivos são fabricados industrialmente e a matéria prima usada, os procedimentos de fabricação, as características técnicas e acabamentos passam por rigorosos e sistemáticos controles de qualidade (WEBSITE REVISTA TECHNE, 2013). A utilização de Steel Framing na construção civil é cada vez mais empregada nos países desenvolvidos, especialmente nos Estados Unidos onde as primeiras normatizações foram publicadas na década de 40 nos projetos em LSF. O Brasil é considerado um dos maiores produtores mundiais de aço, apesar disso o emprego de estruturas metálicas em edificações tem sido pouco expressivo se comparado ao potencial da indústria manufatureira Brasileira, que a partir da flexibilidade e agilidade construtiva do sistema LSF observa-se um grande potencial a ser explorado nas mais diversas aplicações, dentre as quais podemos citar: casas, edifícios residenciais e comerciais de baixa altura, estabelecimentos de saúde e de ensino, hotéis, habitações de interesse social e no retrofit de edificações. Com o desenvolvimento de produtos siderúrgicos no País ampliou as alternativas de soluções construtivas disponíveis, segundo o Prof. João Kaminski Junior, Doutor em Engenharia Civil, também na área de Estruturas na UFRGS. 2.3 História do aço Os primeiros usos do ferro aconteceram, aproximadamente, 8.000 anos atrás em civilizações tais como as do Egito, da Babilônia e da Índia. Essas civilizações usaram o ferro apenas como adorno nas construções ou com fins militares. O uso do ferro em escala industrial só teve lugar em meados do século XIX, decorrente da Revolução Industrial na Inglaterra, 22 França e Alemanha. A primeira obra importante construída com ferro foi a ponte sobre o rio Severn, em Coalbrokdale, na Inglaterra em 1779 (fotografia 1). Fotografia 1 – Ponte Severn em Coalbrookdate Bridge, 1779-1781. Fonte: UCSB Department Of History Já nas construções de edifícios teve como um marco em sua história a construção do Palácio de Cristal em Londres em 1851 (figura 1). Mas, foi apenas no século XIX que o aço se fortaleceu como material indispensável na construção civil aqui no Brasil. Foi quando surgiu o concreto armado que une em um só material as vantagens do aço e do concreto.Figura 1 – Palácio Cristal, Londres, 1851. Fonte: Google imagens, 2012. Essa inovação da qual já nessa época iniciamos a tirar proveito agregando o concreto ao aço começou a ser crescente nas construções e não demorou a perceberem que se poderiam até mesmo substituir as estruturas de concreto por elas, baseando se no fato de que são mais resistentes e duradouras, além de alcanças grandes vão, pelo fato de ser muito mais leve e ainda obter mais dureza que o bloco cerâmico da alvenaria convencional. 23 2.4 Contexto histórico do Steel Framing Segundo Rodrigues (2006) o Steel Frame ou também conhecido como Light Steel Frame (LSF) se originou de outro sistema construtivo. A história do Framing inicia-se entre 1810, quando nos Estados Unidos começou a conquista do território, em 1860, quando a migração chegou à costa do Oceano Pacífico. Naqueles anos, a população americana se multiplicou por 10 (dez) e para solucionar a demanda por habitações recorreu-se a utilização dos materiais disponíveis no local (madeira), utilizando os conceitos de praticidade, velocidade e produtividade originados na Revolução Industrial (2006, p.10). Entretanto, a madeira tem seus recursos finitos, e seu material é extremamente inflamável. No ano de 1.871, parte da cidade de Chicago foi destruída por um grande incêndio, deixando milhares de desabrigados. Visto isso, se viu a necessidade de se utilizar materiais que pudessem substituir de maneira equivalente a madeira, porém menos inflamável, foi aí que desenvolveram o Light Steel Framing, feitos de perfil de aço galvanizado (ANDERS, 2007). Embora o protótipo ter sido desenvolvido no início do século XX, somente no final do século o LSF recebeu visibilidade nas construções do país, devido grandes tragédias ocorridas, como incêndios naquele século (ANDERS, 2007). Um dos países que também utilizaram em grande escala o Light Steel Framing foi o Japão, sendo de suma importância para reerguer milhões de construções devastadas pelos bombardeios causados pela Segunda Guerra Mundial. Seu sucesso fez com que o método fosse cada vez mais utilizado nos EUA e Canadá (BONDUKI, 2008). Com o aumento da produção de construções em aço, ficou notório que a substituição do aço pela madeira poderia ser mais vantajosa, considerando e estudando cada caso, uma vez que o aço é um material, resistente, impermeável e que também possibilitava estruturas mais leves que as convencionais para a época, sendo assim, sua utilização passou a ser cada vez mais aceita e utilizada mundo a fora. 2.5 Inserção no território nacional Segundo Peterson (apud CASTRO 2007) na construção civil Brasileira ainda é usado em sua maioria, alvenaria como material estrutural, causando desperdício de material e baixa produtividade. Um dos métodos mais antigos e mais utilizados por todos, mas que já mostrou diversas vezes suas vantagens e desvantagens dentro da construção civil. Entretanto, as novas 24 tecnologias devem der empregadas na industrialização dos processos (SANTIAGO; FREITAS; CRASTO, 2012, p. 11). A utilização do sistema LSF no Brasil começou marcadamente na década de 90, quando algumas construtoras começaram a importar kits pré-fabricados em LSF para montagem de casas. Apesar do uso de tais kits sem qualquer adaptação para a realidade brasileira, o processo construtivo industrializado se provou eficiente (CRASTO, 2005). Hoje o Brasil possui uma infraestrutura capaz de produzir todos os insumos necessários para a construção com sistema LSF. Porém, ainda há pouco conhecimento técnico por parte dos profissionais envolvidos na construção civil. O sistema LSF é utilizado no Brasil em sua maioria na construção de habitações unifamiliares de pequeno porte (até dois pavimentos), e médio porte como escolas, hospitais, e edifícios de apartamentos de até 5 (cinco) pavimentos, além de retrofit de edificações existentes. Suas primeiras utilizações foram por empreendimento privado, inicialmente para construções residenciais de alta qualidade, mas na atualidade diversas empresas promovem a execução de suas construções com método, como Mc Donald’s e Ipiranga Produtos de Petróleo, buscando reduzir o prazo da obra e os impactos ambientais (SALES, 2009). Na área habitacional popular foram desenvolvidos alguns conjuntos em São Paulo, Paraná, Rio Grande do Sul, Mato Grosso, Mato Grosso do Sul e Minas Gerais, e a Caixa Econômica Federal, por sua vez, também incentiva o financiamento de habitações em Light Steel Framing no país (BONDUKI, 2008). Koskela, Huovila e Leinonen (2002) afirmam que os três aspectos do Lean Design são baseados tanto na visão tradicional de projeto (conversão) quanto na visão da ES (fluxo e valor). Por exemplo, Ballard e Koskela (1998) apontam que, no gerenciamento de projetos, a visão do fluxo de informações tem como principal objetivo a eliminação dos retrabalhos, estruturação de equipes multidisciplinares e consequentemente menor necessidade de informações para as tarefas seguintes. Os setores envolvidos na produção dos insumos para LSF são hoje os principais responsáveis pela divulgação e pelo desenvolvimento técnico do sistema. Por meio de sua atuação foi aprovado pela Caixa Econômica Federal – principal órgão de financiamento da construção no país – um manual com requisitos mínimos de desempenho para as construções no sistema. Também existem hoje normas brasileiras especificando requisitos mínimos para perfis de aço galvanizado formados a frio e para o dimensionamento de estruturas utilizando esses perfis. A série de manuais técnicos sobre construção em aço publicados pelo Centro 25 Brasileiro da Construção em Aço - CBCA constitui hoje uma das principais fontes de pesquisa nacionais sobre o tema (JARDIM e CAMPOS, 2005). O conteúdo do presente manual é fundamentado em normas técnicas brasileiras e estrangeiras, em especial a ABNT NBR 14762:2010 - Dimensionamento de estruturas de aço constituídas por perfis formados a frio e a ABNT NBR 15253:2014 - Perfis de aço formados a frio, com revestimento metálico, para painéis estruturais reticulados em edificações - Requisitos gerais Light Steel Framing. 2.6 Normas ABNT NBR ABNT NBR 15575-1 – Edifícios habitacionais de até Cinco Pavimentos-Desempenho; ABNT NBR 1476-2 – Dimensionamento de Estrutura de Aço; ABNT NBR 7008/2003 – Chapas e Bobinas de Aço Revestidas com Zinco ou com Liga Zinco-Ferro Pelo Processo Contínuo de Imersão à Quente; ABNT NBR 7393/2007 – Produção de Aço ou Ferro Fundido Revestido de Zinco por Imersão à Quente; ABNT NBR 7400/2003 – Galvanização de Produtos de Aço ou Ferro Fundido por Imersão à Quente. 2.7 Características gerais do Steel Framing O Light Steel Framing é uma expressão usada no mundo todo para explicar um método construtivo que usa o aço galvanizado de pequena espessura formados a frio, que são utilizados para a composição de painéis autoportantes, vigas de piso, estruturas de treliças e demais componentes. Realçam que por se tratar de uma atividade com grande grau de industrialização, o Light Steel Framing é o sistema mais utilizado em países de primeiro mundo, aplicando conceitos de construção industrializada, composto por diversos componentes como fundação, isolamento termoacústico, fechamentos externos e internos, além de ser limpa e eficaz (SALES, 2009, pg. 35). “...inovações, como o Ligth Steel Framing e, devem ser economicamente viáveis e compatíveis com os condicionantes nacionais, para que a construção industrializada possa ser uma solução no panorama brasileiro. ” 26 Excelente para obras em qualquer lugar por se tratar de um material resistente, de fácil aceitação, mais seguro, mais fácil para aplicação de produtos anticorrosivos, se adaptando a qualquer realidade no meio construtivo. O Steel Framing é ummaterial de qualidade superior a alvenaria e sua durabilidade extremamente diferente, trouxe um modo de construção de maneira diferenciada, deixando as tradicionais para trás, agregando vantagens para o construtor e o cliente final. Atendendo a todas as necessidades de uma sociedade moderna. Sua aplicabilidade traz componentes industrializados conseguindo promover o produto final, sem riscos de atrasos na obra, e desvio de materiais durante as etapas de construção. Vindo dos Americanos, esse método construtivo oferece vantagens que favorecem vários fatores, dentre eles o consumidor e o meio em que vive. A maneira como é construída possibilita que as obras não sejam interrompidas devido a chuvas. Seu fator econômico também é vantajoso em relação ao método construtivo tradicional, reduzindo perdas na obra, prazo para execução, que são fatores comuns em outros estilos construtivos, uma vez que o aço é produzido industrialmente. Leveza é outra de suas vantagens, tendo o peso reduzido, o aço que é distribuído uniformemente através das paredes, sendo assim, ocorre um alívio nas fundações que garante a segurança da obra, não permitindo também a propagação do fogo. Revestido em zinco, possui resistência a corrosão, desde que não entre em contato direto com o cimento, onde o mesmo produz reações químicas que fragilizam o aço, causando a corrosão e serve também como barreira física contra cortes, riscos, arranhões, torções e trincos, que é o que geralmente ocorre com a madeira. Fotografia 2 – Casa em LSF Fonte: Google imagens, 2015. Consideramos uma construção de 100m², comercial ou habitacional que se usando o sistema convencional leva até três meses para ser finalizado, podemos enaltecer o sistema Light 27 Steel Frame que por sua vez executa a mesma metragem em um tempo 1/3 menor, agilizando a vida do empreendedor e facilitando um retorno muito mais rápido do investimento. Seu desempenho leva o sistema LSF a um patamar de contentamento pois sua acústica e seu isolamento térmico, obtidos pela combinação dos conjuntos de elementos interligados chega a ser até 3 (três) vezes melhor, mesmo com uma parede de 90mm de espessura, gerando também o custo menor ao uso da energia pois os ambientes permanecem muito mais tempo com a temperatura desejada, o que pode facilitar a escolha desse tipo de sistema construtivo, enquanto a parede de Alvenaria para obter o mesmo resultado precisaria ter 1500mm de espessura. O LSF é versátil a ponto de se poder utilizar em seus revestimentos além do forro revestido de lã, vidro, rocha ou poliéster, agregando a ele um baixo custo de manutenção, execução de obra sem sujeiras e barulhos, reaproveitamento de materiais na própria obra, pois o aço não perde qualidade e resistência. É sistema construtivo que alia rapidez, qualidade e economia, aberto a utilização de um número incontável de revestimentos, super flexível quando a facilidade de reformas e ampliação de ambientes, controlado, durável e reciclável. É um material projetado para suportar elevadas cargas da construção civil e trabalhar em conjunto com outros subsistemas industrializados. A estrutura de perfis de aço galvanizado para Santiago, Freitas e Crasto (2012, p. 16) é parte principal do sistema LSF. Pois, para um conjunto autoportante capaz de resistir aos esforços solicitados pelos elementos da edificação, é necessário que o dimensionamento dos perfis e o projeto estrutural sejam executados por profissional especializado, obedecendo as especificações das normas brasileiras para perfis formados a frio. Assim, (RODRIGUES, 2006, p. 28). também especifica que, “O sistema Light Steel Framing utiliza em sua estrutura os perfis formados a frio, que são obtidos através de conformação continua em conjunto de matrizes rotativas, a partir de bobinas laminadas a frio ou a quente, com revestimento metálico, sendo ambas as operações realizadas com o aço em temperatura ambiente”. Ações como treinamentos de mão de obra técnica, a normatização desse material, serviços com a finalidade de garantir a qualidade e o desempenho dos materiais nesse sistema construtivo facilitara ainda mais a aceitação por parte dos clientes na hora de construir sua moradia, sua empresa, seus empreendimentos comerciais entre outros. Uma mão de obra artesanal como já temos no Brasil, caracteriza-se pela baixa produtividade e o grande desperdício, o Steel Framing veio para o mercado para mudar a 28 concepção de obras, a construção industrializada vem trazendo mais vantagens do que desvantagens, aliado ao custo quase equiparado, a rapidez, com mão de obra especializada, otimização de custos, controlando desperdícios de materiais, padronização, produção seriada e em escala otimizando planejamentos e tempo. Essas construções oferecem grande resistência a terremotos, tempestades e tufões, e boa parte dessa resistência é garantida pelo OSB. (Mesmo que isso não faça diferença aqui no nosso país, é uma amostra do desempenho do sistema). Assim como todas as construções convencionais, o SF possui seus bônus e ônus. Devemos ressaltar que referente a sua leveza, e de acordo com a Anais do 12º Encontro Científico Cultural Interinstitucional - 20147 ISSN 1980-7406 estrutura, aponta dois fatores desvantajosos. Primeiramente, a obra por ser leve, possui um número máximo de andares, não podendo ultrapassar de cinco, o material interno utilizado também deve ser estudado com muita cautela, uma vez que um material muito frágil como revestimento no interior da edificação, a parede e a estrutura pode ser danificada ao pendurar objetos muitos pesados. Outra característica desvantajosa é pelo fato de ser uma maneira inovadora de construção no Brasil, em que ainda não existe muita mão de obra especializada para que a forma ocorra de forma regular. Tendo em consideração o progresso de informações entende-se que o projeto de uma edificação em LSF deva prever e estabelecer quais serão as ações necessárias à sua montagem, bem como informações e considerações a respeito de ferramentas, operários e tempos relativos à montagem de cada elemento em questão. Conforme Ballard et al. (2001), seu propósito fundamental é projetar o sistema de produção, que se estende de um nível global de organização estruturada a partir de decisões a respeito de como o trabalho físico será realizado. Freitas e Crasto (2006) e Mcleod (2009) destacam que o uso de novas tecnologias é a melhor forma de alcançar a racionalização de processos e focar nas expectativas dos clientes. Entre tecnologias disponíveis, a escolha do sistema Light Steel Framing foi fundamentada por características, tais como: sistema internacionalmente conhecido, insumos totalmente industrializados (que possibilitam controle de qualidade), facilidade na obtenção dos perfis de aço no mercado nacional e facilidade de montagem (Freitas; Crasto, 2006; Lean Construction Institute, 2009). Os princípios conceitos listados por Kostela (1992) como básicos na Construção Enxuta em gestão destacam-se: a) Agregar valor à obra: gerir o projeto focando no aumento de valor para os clientes. 29 b) Reduzir variabilidade: pelo fato de ser um produto único, a variabilidade na construção traz menor incerteza ao processo. Diminuir esta variabilidade aumenta a confiabilidade do processo e o controle de qualidade do produto; c) Reduzir não agregantes de valor: ao reduzir as atividades que não agregam valor, racionalizam-se os custos; d) Menor tempo de ciclo (lead time): a diminuição do lead time agiliza a entrega do produto ao cliente, facilita a gestão, aumenta o efeito do aprendizado, torna a produção mais estável e diminui as vulnerabilidades no que tange a mudanças de demanda; e) Simplificação de processos, partes e componentes: ao diminuir o número de passos (ou etapas) em um processo produtivo (ou de construção),tende a ser menor o número de atividades que não agregam valor; f) Maior transparência do processo: o aumento da transparência visa tornar os erros do sistema de produção mais fáceis de serem identificados e corrigidos, ao mesmo tempo em que aumenta a disponibilidade de informações, facilitando a gestão do processo como um todo; Ainda ressaltam que para se obter a mais alta eficiência, os profissionais devem ser bem preparados e os projetos devem ser detalhados e integrados alcançando todas as etapas da construção, a fim de minimizar perdas e prazos, pois o cenário que se tem é de déficit de mão de obra especializada, falhas nas elaborações dos projetos podendo tornar o processo construtivo menos vantajoso e mais oneroso. O processo de industrialização na construção civil, consiste na produção de elementos e peças que constituem o sistema, de forma mais simples e mecanizadas, que se assemelha a produção feita em uma linha de montagem numa indústria tradicional, otimizando os processos e agrupando-os em linhas de processos, dividindo-os em sistemas e subsistemas (LEOPOLDO, 2015). Para Santiago, Freitas e Crasto (2012, p. 21), o emprego de estruturas de aço ponderado por perfis formados a frio, vem mostrando um crescimento esperado, devido a enumeras vantagens que os usos desses perfis apresentam. Ressaltam que as vantagens principais são: a grande multifuncionalidade, como a fabricação de seções bastante variadas e na construção e montagem das estruturas, por se tratar de materiais extremamente leves equiparados a outros perfis. Um aspecto particular do LSF que o torna diferente de outros sistemas construtivos tradicionais são suas composições estruturais, seu acabamento interior e exterior, instalações e isolamento acústico. Apresentando vantagens expressivas como essas acima mencionado: 30 Aceleração na execução da obra, sistema estrutural mais leve, resistência e menor chance de incêndios, durabilidade, e material 100% reciclável. Para Santiago, Freitas e Crasto (2012, p. 12) o Light Steel Framing é um sistema construtivo de concepção racional, que tem como principal característica uma estrutura constituída por perfis de aço galvanizados de pequena espessura formados a frio, que são utilizados para a composição de painéis autoportantes, vigas de piso, estruturas de treliças e demais componentes. É definido como um sistema construtivo seco, pois possibilita a redução do uso da água na execução da obra, sendo esta utilizada só na fundação e assentamento de revestimento cerâmico (SANTIAGO et al., 2012). LSF é o processo pelo qual se compõe 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 à mesma (SANTIAGO et al., 2012). 2.8 Sustentabilidade com a utilização do sistema LSF A importância de novos produtos no cenário competitivo de qualidade baseia-se na possibilidade de criação de um produto com benefício sustentável, por meio do constante aprimoramento do processo de identificação, de atendimento das necessidades, dos desejos e das expectativas dos clientes quanto aos produtos e/ou serviços demandados, e da utilização eficiente de recursos existentes de modo a agregar o máximo de valor possível ao resultado final (BARROS, 2005; MCLEOD, 2009; ROAF; FUENTES; THOMAS, 2009). “Devido à elevação da necessidade por meios mais eficazes, buscaram-se sistemas de construção de pequeno porte, projetos ambientalmente sustentáveis” (ROAF; FUENTES; THOMAS, 2009), que pudessem suprir tais necessidades, possibilitando a criação de um diferencial competitivo para a constituição de uma nova empresa de construção em Caxias do Sul apostando no sistema conhecido internacionalmente como Light Steel Framing. Almejando o desenvolvimento sustentável, foram estabelecidas legislações do Ministério do Meio Ambiente (MMA), como a Resolução CONAMA 65.307 (2002) e pelo Governo Federal a Política Nacional de Resíduos Sólidos (Lei Federal n° 12.305/2010). A regulamentação determina a instituição do Plano de Gerenciamento de Resíduos da Construção Civil, visando a não geração de resíduos, o reaproveitamento, a reciclagem e a correta destinação nos canteiros de obras (SINDUSCON, 2012). 31 Para o controle ambiental os procedimentos referem-se à proteção de corpos d’água, da vegetação lindeira e da segurança viária. A seguir são apresentados os cuidados e providências para proteção do meio ambiente que deve ser observado no decorrer da execução das fundações superficiais. a) deve ser implantada a sinalização de alerta e de segurança de acordo com as normas pertinentes aos serviços; b) deve ser proibido o tráfego dos equipamentos fora do corpo da estrada para evitar danos desnecessários à vegetação e interferências na drenagem natural; c) caso haja necessidade de estradas de serviço fora da faixa de domínio, deve-se proceder o cadastro de acordo com a legislação vigente; d) as áreas destinadas ao estacionamento e manutenção dos veículos devem ser devidamente sinalizadas, localizadas e operadas de forma que os resíduos de lubrificantes ou combustíveis não sejam carreados para os cursos d’água. As áreas devem ser recuperadas ao final das atividades; e) todos os resíduos de materiais utilizados devem ser recolhidos e dada a destinação apropriada; f) o material resultante da escavação deve ser transportado para depósito de material excedente previamente aprovado; Os elementos estruturais do sistema LSF são fabricados em aço galvanizado, que é aquele revestido com zinco ou liga alumínio-zinco pelo processo contínuo de imersão a quente ou por eletrodeposição. As massas mínimas de revestimento são de 150 g/m2 (liga alumínio- zinco) a 180 g/m2 (zinco) para perfis estruturais e de 100 g/m2 para perfis não estruturais (NBR 15253:2005). As espessuras de chapa galvanizadas disponíveis no mercado em grande escala no país são: 0,40 mm, 0,50 mm, 0,65 mm, 0,80 mm, 0,95 mm, 1,25 mm, 1,50 mm e 1,75 mm, além das espessuras de 2,00 mm e 2,25 mm, um pouco menos usuais. Peças que necessitem de chapas com espessuras maiores devem ser confeccionadas e galvanizadas sob encomenda. 2.9 Métodos de construção É um método de construção industrializado rápido, limpo e sustentável, que usa materiais mais leves em sua estrutura. Por exemplo: estruturas de perfis de aço 32 galvanizado entram no lugar do concreto armado. Gesso acartonado (chapas de drywall) e placa cimentícia, no lugar de tijolos, por exemplo. Resumindo, a base de estrutura de uma obra em Steel Framing é composta por fechamento externo (placas OSB e placas cimentícias), isolantes termo acústicos (lã de pet, lã de rocha) e fechamento interno (placas de gesso brancas, ou verdes, caso seja para áreas úmidas). 2.9.1 Método “Stick”: Os Perfis são cortados e montados no local da própria obra, sem que seja necessário um local para a pré-fabricação do sistema, o que torna o transporte das peças e a execução das ligações entre os elementos mais fácil e adaptável as circunstâncias. 2.9.2 Método por painéis: São pré-fabricados fora do canteiro de obras os painéis, lajes, tesouras e materiais de fechamento, o que diminui o tempo de execução da construção, além de garantir rigoroso controle de qualidade, redução de trabalho na obra, bem como maior precisão na execução do sistema construtivo como um todo. 2.9.3 Construção modular: Estruturas completas já são produzidas fora do canteiro de obras, com todos os acabamentos internos executados, como por exemplo, louças, metais, sistema hidráulico e elétrico. 2.9.4 Balloon Framing e Platform Framing: A necessidade de uma maior padronização, qualidade, e escala de produção, acaba tornando inevitável que a industrializaçãochegue também a construção civil, em meio a esse contexto expansionista, e com o avanço da mecanização, é que surgiu em Chicago uma nova forma de construir, chamada de Balloon Framing, criado por George Washington Snow, empresário da madeira da época, que desenvolveu a estrutura, no ano de 1832 (MILLER, 1997). https://www.leroymerlin.com.br/chapa-de-drywall-standard-1,20x1,80m-knauf_87553802 https://www.leroymerlin.com.br/placa-cimenticia-hidrofugada-ntf-2,40x1,20mx16mm-infibra_89325103 https://www.leroymerlin.com.br/steel-frame https://www.leroymerlin.com.br/search?term=isolante%20termo%20acustico 33 Koskela (1992) reconhece que, desde o século XIX, a produção era vista apenas como um processo de conversão de entradas (ou inputs, recursos) e uma saída (ou output, produtos). Como perfil deste conceito, o valor de um produto é associado ao custo dos seus insumos e do processo de mutação, resultando em esforços e provocando a diminuição de custos dos processos envolvidos separadamente. No método Balloon, a estrutura do piso é fixada nas laterais dos montantes e os painéis, como possui grandes dimensões vencem a altura de um pavimento. No Platform, os painéis não exercem função continua estrutural e os pisos e paredes são construídos individualmente por pavimento. 2.10 Sistematização Constituído por perfis leves de aço galvanizado, o sistema basicamente formado por montantes, guias, travamentos e contraventamentos, juntos proporcionam uma excelente rigidez, principalmente quando se leva em consideração o fechamento dos painéis autoportantes (paredes), os quais fornecem uma rigidez ainda maior. Segue em forma ilustrada a sistematização do Steel Framing. Figura 2 - Desenho esquemático do Sistema Steel Framing. Fonte: CBCA, 2004. http://www.cbca-iabr.org.br/upfiles/downloads/apresent/palestra_ABM2.doc 34 Desenho esquemático de residência em Light Steel Framing nomeando cada parte da estrutura para melhor entendimento. FREITAS (2006) define o sistema LSF como sendo um processo pelo qual compõe-se um esqueleto estrutural em aço formado por diversos elementos individuais ligados entre si, passando estes a dar forma à edificação e a resistir às cargas que a solicitam. 2.11 Estrutura da edificação Primeiramente são dispostos os perfis, que são fabricados previamente, numa distância de 40 a 60 cm sobre uma laje, depois de formado o “esqueleto” é colocado as camadas de fechamento por onde passam encanamentos e fiações e uma lã de vidro, rocha ou poliéster para reforçar o isolamento acústico e térmico. Fotografia 3 - Edificação com fechamento em OSB. Fonte: Wikipedia, 2006. 35 Figura 3 - Contra piso armado para construção com Steel Framing. Fonte: Fastcon – Construção Sustentável, 2019. Estrutura metálica leve, revestida com placas de OSB, contra piso armado e o respectivo acabamento. A lã de vidro na laje como isolante acústico, impedindo desconforto ao andar inferior. Depois de acabada, não há diferença na laje em relação ao sistema convencional. Lajes e estruturas do telhado são finalizadas com chapas de fechamento. Na parte externa das paredes são aplicadas chapas cimentícias (feitas de cimento, fibras e agregados), suas dimensões variam de uma obra a outra e sua espessura gira, geralmente, em torno de 10/12 mm. As placas são fixadas no “esqueleto” com auxílio de parafusos. 2.12 Lajes impermeabilizadas Com a aplicação de manta asfáltica para a impermeabilização. Figura 4 – Laje Mista para construção com Steel Framing. Fonte: Fastcon – Construção Sustentável, 2019. 36 Figura 5 – Esquema de Laje Mista. Fonte: Construções de Light Steel Frame, 2006. Nesse tipo, o contrapiso é substituído por uma camada de XPS (polímero super- resistente com alto índice de isolamento térmico). E por fim uma impermeabilização com manta de PVC ou TPO. A laje seca é extremamente leve e com ótimo desempenho térmico Figura 6 – Laje Seca para construção com Steel Framing. Fonte: Fastcon – Construção Sustentável, 2019. 37 Figura 7 – Esquema de Laje seca. Fonte: Artigo, Construções de Ligth Steel Frame, 2006. Para quem pensa em fazer um telhado verde, que é uma tendência da arquitetura sustentável nos últimos anos, tanto a laje seca quanto a laje mista são ótimas opções, pois são bem mais leves que as convencionais. 2.13 Telhados e coberturas São cortados de acordo com as necessidades de cada projeto, evitando o desperdício de material como acontece na construção de telhados de madeira, permite uma instalação mais rápida, as partes são encaixadas umas nas outras, o que requer menos mão de obra, são mais duráveis e a manutenção é de longo prazo. 38 Fotografia 4 – Telhado Steel Framing. Fonte: Construmaxalfa telhados, 2019. A cobertura ou telhado é a parte da construção destinada a proteger a edificação da ação das intempéries. O modelo de Cobertura em Steel Framing proporciona maior versatilidade, possibilita a realização de projetos complexos de cobertura e aceita os mais variados tipos de telha cerâmica, de fibrocimento, metálica, de concreto ou telha asfáltica (shingle). O telhado em Light Steel Frame tem muitas vantagens e benefícios: Durabilidade: como os perfis das estruturas metálicas são feitas em aço galvanizado com zinco, as chances de corrosão e propagação de incêndio são quase nulas, adquirindo alta durabilidade, estabilidade na forma, pois não empena, e ainda não tem risco de cupim, dando maior segurança nos telhados em Steel framing. Agilidade: a construção LSF é feita de forma fácil e ágil pois as estruturas são fabricadas com as peças já cortadas na medida de cada projeto, alcançando desde espaços pequenos a grandes vãos, otimizando a obra e evitando o desperdício de material. Economia: os valores gastos na construção, principalmente telhados, são bem menores quando comparados a estruturas de madeira, levando em consideração o material e a mão de obra utilizada. Sustentabilidade: as construções de telhado possuem características exclusivas de sustentabilidade, pois não utilizam água, areia, madeira, cimento e outros materiais que causam impacto no meio ambiente, tornando-se uma obra limpa e não poluente. 39 Figura 8 – Cobertura em Steel Framing Fonte: Pinterest, 2016. Sistema esquemático de telhado cobertura inclinada estruturada com caibros, ripas, vigas, tesouras, terças, banzo superior, montante, banzo inferior, diagonal. As principais opções de cobertura são: Telha metálica termoacústica; Telhas Shingle; Telhas coloniais; Telhado Verde. 40 2.14 Acabamentos e revestimentos Cada componente exerce uma função específica, visando garantir uma fachada resistente, durável e bonita. Estrutura de aço galvanizado com tratamento anticorrosivo especial, que permite a peça vida útil superior a 100 (cem) anos. Recebe o Painel de tiras prensadas OSB (Oriented Strand Board) de madeira reflorestada, que possui melhor resistência mecânica em relação a uma chapa de madeira comum. Usada como contraventamento da estrutura de aço a membrana especial a barreira de vapor, impede a entrada de umidade, mas permite a transpiração da edificação. A placa cimentícia que é uma massa de cimento reforçada com fibra de vidro, resultando em chapas com grande planicidade e estabilidade dimensional. Sofre menos deformação com a variação de temperatura. Base coat que é uma massa aplicada em toda a extensão da parede, responsável por sua impermeabilização eseu aspecto monolítico e por fim o revestimento convencional. Figura 9 – Parede externa Fonte: Metálica, 2019. Existem diversos materiais e tecnologias que se pode empregar para o revestimento das paredes, pode receber pintura, textura ou qualquer outro tipo de revestimento, tal como pedras, porcelanato ou madeira. Entre as faces da parede, pode se utilizar lã de vidro ou lã de PET como isolante, o que garante alto desempenho termoacústico. Fica com grande capacidade de manter a temperatura interna mais estável, deixando o ambiente mais fresco no verão e mais aconchegante no inverno 41 e diminui a transmissão de sons, tanto do meio externo para o interior da edificação, quanto de um ambiente para outro. Figura 10 - Parede Interna Fonte: Metálica, 2019. Muito semelhante à externa, é chamada de drywall que é feita com gesso acartonado. Para eliminar as emendas no encontro das placas de drywall, é utilizado uma fita microperfurada com massa niveladora, especialmente desenvolvida para esse fim, garantindo uma parede totalmente plana e sem fissuras a longo prazo. Depois do tratamento de juntas, a parede pode receber pintura, textura ou qualquer outro tipo de revestimento, tal como pedras, porcelanato ou madeira. A parede do Sistema Light Steel Framing é muito mais robusta, pois utiliza perfis estruturais e é contraventada. Portanto, é muito mais resistente e flexível em relação à fixação de objetos pesados nas paredes. Existem buchas próprias para essas placas, que suportam até 30 Kg por ponto de fixação. Portanto não confunda a parede de drywall do Steel Framing com as divisórias de drywall. Pois apenas as placas utilizadas como fechamento são as mesmas. Nas placas internas das paredes externas e nas placas das paredes internas e forros são colocadas placas de gesso acartonado (feitas com massa de gesso e agregados), suas dimensões também variam de uma obra a outra e sua espessura é de 12,5 mm, fixadas também com auxílio de parafusos. Após as etapas de fundação, estrutura, impermeabilização e fechamentos, os demais componentes para finalização da obra são os habituais de qualquer construção: pintura, revestimentos cerâmicos e telhado. 42 Conceitualmente, o sistema tem características que facilitam a gestão dos processos dentro dos princípios listados por Kostela (1992) como básicos na Construção Enxuta: Agregação de valor: Gerir o projeto focando no aumento de valor para os clientes. Este princípio deve estar incorporado tanto no projeto do produto (imóvel), quanto na gestão da produção (construção); Redução de variabilidade: Pelo fato de ser um produto único, a variabilidade na construção traz menor incerteza ao processo. Diminuir esta variabilidade aumenta a confiabilidade do processo e o controle de qualidade do produto; Reduzir atividades que não agregam valor: Ao reduzir as atividades que não agregam valor, racionalizam-se os custos; Menor tempo de ciclo (lead time): A diminuição do lead time agiliza a entrega do produto ao cliente, facilita a gestão, aumenta o efeito do aprendizado, torna a produção mais estável e diminui as vulnerabilidades no que tange a mudanças de demanda. Simplificação de processos, partes e componentes: Ao diminuir o número de passos (ou etapas) em um processo produtivo (ou de construção), tende a ser menor o número de atividades que não agregam valor; Maior transparência do processo: O aumento da transparência visa tornar os erros do sistema de produção mais fáceis de serem identificados e corrigidos, ao mesmo tempo em que aumenta a disponibilidade de informações, facilitando a gestão do processo como um todo; Foco no controle global: O sistema deve ser controlado sob uma ótica global (sistêmica), tendo em vista toda a cadeia produtiva como geradora de valor; Revista Gestão Industrial 194. Introduzir melhorias contínuas: Componente fundamental das filosofias TQM e JIT, visa, por meio da gestão participativa dos processos, focar o esforço para a redução de perdas e agregação de valor. Finalmente, o último aspecto importante na escolha pelo sistema Light Steel Framing está no fato deste ser aceito em financiamentos bancários, ainda mais pelo sistema de financiamento da casa própria no país pela Caixa Econômica Federal (CEF), principal agente financiador do setor. 43 2.15 Parafusos Os parafusos servem para ligações entre dois elementos de espessura igual ou superior a 0,85 mm e devem ser autobrocantes, ou seja, ter na ponta do mesmo um tipo de broca com no mínimo 0,164 polegadas (8 mm) e apresentar as seguintes características: - Ser resistentes à corrosão; - Ser fixados com uma distância mínima da borda e entre eixos de 3 (três) vezes o diâmetro do parafuso usado; - Pode ser estrutural ou ter apenas a função de montagem, Ciser (2005); - Em uma só operação se faz o furo e fixa-se com segurança os componentes da estrutura, Ciser (2005); - São fabricados conforme necessidade de instalação, com diversos tipos de cabeça e ponta, Ciser (2005); - Podem ser do tipo autoperfurante (ponta broca) ou autoatarrachante (ponta agulha), Rodrigues (2006); e - Devem penetrar de maneira a deixar, no mínimo, 3 espirais à vista (dentro do perfil). Figura 11 – Fixação de um parafuso autobrocante Fonte: Ciser (2005). Segundo a Steel House (2011), as ferramentas e elementos de segurança constituem os equipamentos que um trabalhador deverá ter para alcançar 100% de eficiência na montagem das estruturas de Light Steel Framing 2.16 Fitas de aço galvanizado As fitas devem ser de aço galvanizado, ter pelo menos 30 mm de largura e 0,95 mm de espessura. Quando necessário o seu emprego as diagonais em fita de aço galvanizado trabalham 44 somente a tração e devem receber protensão durante a sua instalação. A fita de aço é também utilizada em conjunto com o bloqueador para diminuir os comprimentos efetivos de flambagem em relação ao eixo y e de flambagem por torção dos montantes dos painéis de parede. De forma análoga, a fita de aço é usada em conjunto com o bloqueador para o tratamento lateral das vigas do contrapiso, sendo conectada perpendicularmente aos flanges inferiores destas, quando os flanges superiores forem travados por placas ou forma de aço do contrapiso. Figura 12 – Fita de aço galvanizado Fonte: Steel House, 2011. Ainda que o sistema construtivo seja bastante seguro e sem grandes perigos comparados à construção tradicional, devemos ter em mente que quando trabalhamos com metal, existem os seguintes fatores de risco, que devem ser observados pelos trabalhadores da obra, como cortes, calor, partículas de metal, ou fagulhas/faíscas e ruído. 45 3 ASPECTOS CONSTRUTIVOS COM USO DE MÓDULO DE LSF EM OBRA DE MÉDIO PORTE Este capítulo irá detalhar o procedimento de projeto e de montagem para a perfeita utilização dos perfis LSF. Foi elaborado um comparativo a partir de pesquisas aprofundadas em bibliografias existentes sobre o tema Steel Framing e também bibliografias sobre estudos de casos feitos em regiões onde esse método é aplicado. O estudo de caso foi feito em um prédio comercial composto por 2 (dois) pavimentos com um padrão simples de acabamento, localizado em Planaltina GO. 3.1 Procedimento de coleta e análise de dados A coleta de dados foi realizada em todas as etapas da construção, que foi executada no sistema Light Steel Framing. Posteriormente a coleta dos dados cronológicos de acompanhamento da obra, quantitativos de custo dos materiais e mão de obra, foi realizada sua sistematização e análise detalhada dos mesmos. A sistematização visou demonstrar que, embora tenha agregada tecnologia aos materiais utilizados no método Light Steel Framing, que permitem a eficiência e a confiabilidade nestemétodo construtivo, seu custo é equiparado ou pouco maior que os métodos tradicionais de alvenarias autoportantes. Desta maneira, com os dados obtidos e analisados restou a viabilidade técnica econômica do sistema e a agilidade na sua execução, sem questões pejorativas em relação à qualidade superior ao sistema convencional. 3.2 Materiais e equipamentos para a execução do projeto Os programas utilizados para a criação dos projetos foram: - Revit, para a elaboração do projeto arquitetônico e os ajustes das peças estruturais após o projeto extraído do software de cálculo e para a perspectiva tridimensional do projeto; e - Eberik, para o dimensionamento e espaçamento dos perfis metálicos. 3.3 Concepção do projeto Esta etapa foi desenvolvida visando à viabilidade construtiva, desenvolvido exclusivamente para a execução em Light Steel Framing. O planejamento aborda os diversos 46 subsistemas do método construtivo, desde a fundação, estrutura, fechamento interno e externo, isolamento termo acústico. Com base no projeto arquitetônico, divide-se da seguinte maneira: - Térreo: Composto por cinco salas comerciais com banheiro. - Primeiro Pavimento: Composto por oito salas comerciais com banheiro. - Segundo Pavimento: Composto por oito salas comerciais com banheiro. Figura 13 – Planta baixa pavimento térreo Fonte: Acervo pessoal, 2020 47 Figura 14 – Planta baixa segundo e terceiro pavimento Fonte: Acervo pessoal, 2020 O dimensionamento estrutural e das instalações complementares para o sistema convencional foi realizado de acordo com as respectivas normas técnicas, deixando os detalhes dos procedimentos de cálculo omitidos devido a serem bastante conhecidos no meio técnico. 3.4 Dimensionamento da estrutura em LSF O dimensionamento estrutural é uma das principais atividades dentro da área do desenvolvimento de projetos estruturais em Light Steel Framing, calculadas através da ABNT NBR 14762, para o dimensionamento estrutural das barras em aço leve, as quais devem apresentar um resultado maior ou igual as cargas resistentes. Para o dimensionamento da estrutura de perfis de aço houve a necessidade da adaptação do projeto arquitetônico à modulação básica do sistema LSF. . 48 3.4.1 Projeto estrutural Os carregamentos permanentes são constituídos pelo peso de todos os elementos fixos e instalações permanentes aplicados à estrutura. Para minimizar a instabilidade dos perfis, foi considerada a fixação de placas OSB em ambos os lados dos painéis estruturais e laje de forro. A tabela 1 mostra os materiais utilizados no projeto e seus respectivos pesos por metro quadrado. Tabela 1 – Materiais utilizados para acabamento e fechamento no projeto Material Espessura (mm) Cargas (KN/m²) Placa de gesso acartonado 12,50 0,120 Placa cimentícia 10,00 0,130 Placa OSB estrutural 15,00 0,100 Revestimento 10,00 0,190 Lã de vidro 70,00 0,030 Telha cerâmica - 0,520 Fonte: Acervo pessoal, 2020. Por meio da Tabela 1, fez-se, o cálculo das cargas permanentes aplicadas linearmente nos perfis chegando às seguintes cargas permanentes: Laje de forro – 0,14 KN/m (Placas OSB, placa de gesso e isolantes); Telhado – 0,25 KN/m (Placa OSB e telha cerâmica); e Painéis – 0,22 KN/m (Placas OSB, placa de gesso e revestimento). Os carregamentos acidentais são caracterizados por ações que podem atuar eventualmente sobre a estrutura em função do uso do ambiente. De acordo com o manual Steel Framing: Engenharia (2006) foram determinados os seguintes carregamentos acidentais: Laje de forro – 0,50 KN/m² Telhado – 0,25 KN/m² As paredes do projeto arquitetônico foram ajustadas individualmente para o sistema Steel Framing, sendo estas, capazes de distribuir esforços e dar um completo travamento na estrutura. Ambas foram projetadas tendo em vista um completo aproveitamento das placas de 49 revestimento, tanto interno quanto externo, e mantendo um espaçamento uniforme entre os perfis verticais, ou seja, os montantes, podendo ser observados estes detalhamentos nos projetos das paredes em anexos. Por meio de procedimentos e detalhes construtivos descritos pelo manual Steel Framing: Engenharia (2016) e pela NBR 14762:2010, elaborou-se o modelo estrutural da residência, o qual foi considerada a metodologia de montagem Stick Platform. Para efeito de cálculo, considerou-se as placas OSB estruturais responsáveis por atuar como contraventamento nos pontos de conexão com os perfis, minimizando a instabilidade dos mesmos. De acordo com a NBR 14762:2010, o objetivo da análise estrutural é determinar os efeitos das ações aplicadas à estrutura, visando efetuar verificações de estados limites últimos e de serviço. Figura 15 – Modelo da estrutura em Light Steel Framing Fonte: Google imagens, 2017 Para a análise e obtenção dos esforços da estrutura metálica da residência, fez-se o uso de um programa de análise de estruturas de barras, o Eberick. De acordo com instruções do manual Steel Framing: Engenharia (2006) fez-se algumas simplificações no modelo em análise devido a não possibilidade de representação de todos os componentes existentes na estrutura. 50 3.5 Execução da obra A execução de uma obra vai muito além de visitas periódicas ao canteiro para se assegurar que as técnicas e materiais corretos estão sendo empregados. Principalmente quando se tem por objetivo também o gerenciamento/administração do empreendimento. 3.5.1 Fundação Devido ao fato da estrutura em Light Steel Framing ser consideravelmente leve em relação à estrutura convencional, apresentando uma média de 1/3 da carga em relação à alvenaria, foi optado pela utilização do radier como sistema de fundação, por ser o sistema que mais se adapta as propriedades de resistência do solo e ao sistema construtivo em questão. 3.5.2 Radier A fundação é realizada a partir de uma laje de concreto radier, que é uma fundação em superfície contínua, apresentando a disposição de uma laje de concreto armado ou protendido; as cargas são transmitidas ao solo através de uma superfície igual ou superior à da obra feito sobre o terreno já aplainado e endurecido. É indicado para solo com baixa rigidez por ser rasa e isso deverá ser descoberto por analise de solo. As instalações elétricas e hidráulicas que transcorrem por baixo da construção necessitam ser executados antes da concretagem. Para melhor entender o radier com concreto armado, sua estrutura é composta por telas ou malhas de aço cobertas com concreto e o radier com concreto protendido é composta por uma tela com cabos de aço escondido com concreto e antes da cura, com três dias são esticados com macaco hidráulico com intuito de que se aumente a resistência e após sete dias com a secagem completa é retirado realizando a protensão. Para se fazer um radier usa-se com base no projeto estrutural, uma escavação, meio metro a maior que a medida da área da construção a ser feita, com tábuas balizando a área, coloca-se sobre o solo endurecido a manta plástica, asfáltica ou impermeabilizante, usadas para impedir o contato da armação com o solo, a perca de água e que a umidade do solo danifique a fundação. Telas de aço e armaduras já podem ser colocadas para que as instalações elétricas e hidráulicas sejam feitas e devidamente fechadas evitando a entrada do concreto e outros materiais que possam prejudicar as instalações. Essa é a hora de firmar as colunas de aço do 51 arranque, devidamente fixas no centro da coluna e também sem contato com o solo, para dar início a concretagem pastosa e homogênea, e após sete dias deverá estar
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