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FACULDADE ESTÁCIO DE CURITIBA TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO CURSO DE ENGENHARIA CIVIL ANDRINE MARIANA VARELA DA CRUZ CONSTRUÇÃO ENERGITÉRMICA SUSTENTÁVEL: UM ESTUDO COMO ALTERNATIVA AO MODELO DE CONSTRUÇÃO CONVENCIONAL NO BRASIL CURITIBA 2022 ANDRINE MARIANA VARELA DA CRUZ CONSTRUÇÃO ENERGITÉRMICA SUSTENTÁVEL: UM ESTUDO COMO ALTERNATIVA AO MODELO DE CONSTRUÇÃO CONVENCIONAL NO BRASIL Trabalho de Conclusão de Curso apresentado como requisito parcial para obtenção do grau de Bacharel no curso de Engenharia Civil da Faculdade Estácio de Curitiba. Orientador: Prof. Dr. Adriano Augusto de Miranda CURITIBA 2022 AGRADECIMENTO A concretização de um projeto com esta natureza, se deve antes a todos aqueles que de forma direta ou indireta se envolveram na minha jornada, que foi longa e de muita perseverança. Porém, sempre acompanhada de grandes pessoas que me incentivaram e me apoiaram e não me deixaram desistir. Agraço a todos os colegas do curso de Engenharia Civil, que estiveram juntos, apoiando, compartilhando experiencias e tornando a realização desse sonho possível. Minha eterna gratidão, em especial, a: Lucas Vilas Boas, Jaqueline B Carvalho, Jackeline Saito, Jéssica Correa, Jucinéia AP Nunes, Paulo Sérgio Primo, e in memoriam ao nosso colega Renato José Czerniak Junior, que infelizmente foi uma das vítimas de Covid, no ano de 2021, e que (com toda certeza), estaria se formando com a nossa turma. Obrigada a minha mãe Mariza Varela, por me incentivar desde muito cedo, no caminho da educação, leitura e aprendizado. Por ter me criado sozinha mesmo com todas as adversidades. Obrigada a Claudia Marys Trentini, pela ajuda e revisão nesse trabalho, por todo companheirismo, incentivo e zelo, pela enorme paciência nesses longos anos de faculdade... e ao Theozinho Trentini, por me alegrar em qualquer momento. Aos meus grandes amigos de vida, que são uma verdadeira família. Aos meus colegas de empresa, da Claro Brasil, por todo apoio. Um grande agradecimento a todos docentes do curso de Engenharia Civil pelos ensinamentos nesta etapa de nossas vidas. Enfim, agradeço a todos que de alguma forma auxiliaram na realização dessa grande conquista "Os sonhos não determinam o lugar em que você vai estar, mas produzem a força necessária para tirá-lo do lugar em que está". Augusto Cury, 2013. RESUMO Os novos modelos de tecnologias em construção civil, devem ser estudados, considerando os problemas atuais no meio ambiente, como a falta de matéria-prima, desperdícios de recursos hídricos, geração de resíduos sólidos e construções demoradas. O presente trabalho aborda os detalhes construtivos do modelo de construção energitérmica sustentável- CES, que compreende os sistemas construtivos de Wood frame e Steel frame, para alternativa ao modelo tradicional no Brasil, de estrutura de concreto armado e a alvenaria de blocos cerâmicos. Essa pesquisa apresenta as etapas construtivas, características, e vantagens e desvantagens do modelo apresentado. Busca-se no decorrer desse contribuir na divulgação das opções na construção civil, mais sustentáveis, rápidas e com rápido retorno financeiro. Palavras-chave: Construção Civil, Construção a Seco, Construções Sustentáveis, Construções energitérmicas ABSTRACT The new models of civil constructions should be studied, considering the current problems in environment, such as the lack of water resources, the solid waste generation and the lengthy constructions. This present work propose details of the sustainable energy construction model - CES, which comprehend the Wood frame and Steel frame construction systems as an alternative method of traditional Brazilian model, reinforced concrete structure and masonry of ceramic blocks. This research presents constructives stages, characteristics, advantages and disadvantages of the model proposed. In the course of this study, it is also sought to contribute in disclosure of the options in civil constructions that is more sustaintable, faster and with quick financials returns. Keywords: Civil Construction, Dry Construction, Sustainable Constructions, Thermal Energy Constructions LISTA DE ILUSTRAÇÕES LISTA DE FIGURAS Figura 1 - Benefícios da Eficiência Energética ......................................................... 18 Figura 2 - Exemplo de fundação LSF ....................................................................... 21 Figura 3 - Construção de Hospital na China ............................................................. 22 Figura 4 - Construção de Hospital em Nova Iguaçu ................................................. 23 Figura 5 - Exemplo de construção em estrutura de madeira .................................... 26 Figura 6 - Prédio em Wood frame da Tecverde em Araucária ................................. 27 Figura 7 - Composição de Paredes em Wood frame ................................................ 30 Figura 8 - Membrana Hidrófuga ................................................................................ 31 Figura 9 - Esquema estrutural em Wood frame ........................................................ 32 Figura 10 - Esquema Hidráulico e Elétrico ............................................................... 32 Figura 11 - Esquema Telhado .................................................................................. 33 Figura 12 - Exemplo de Telhado em Wood Frame ................................................... 33 Figura 13 - Acabamento de Telhado em Wood Frame ............................................. 34 Figura 14 - Esquema estrutural em Wood Frame ..................................................... 39 Figura 15 - Esquema de transferência de cargas à fundação .................................. 41 Figura 16 - Esquema de contraventamento de aço galvanizado .............................. 44 Figura 17 - Exemplo de construção pelo Método “Stick” .......................................... 45 Figura 18 - Exemplo de construção por painéis ....................................................... 46 Figura 19 - Método construtivo off-site ..................................................................... 47 Figura 20 - Exemplo de off-site ................................................................................. 48 Figura 21 - Esquema de distribuição de cargas. ...................................................... 50 Figura 22 - Esquema estrutural Balloon e Platform frame ........................................ 50 Figura 23 - Perfis metálicos ...................................................................................... 51 Figura 24 - Exemplo de Projeto com Revit ............................................................... 52 LISTA DE TABELAS Tabela 1- Vantagens CES ........................................................................................ 19 Tabela 2 - Comparativo entre Madeira, aço e concreto ............................................ 24 Tabela 3 - Propriedades e caracterização dos aços ................................................. 36 Tabela 4 - Vantagens e desvantagens do Steel Frame ............................................ 38 Tabela 5 - Designações e aplicações dos perfis de aço em LSF .............................. 43 LISTA DE QUADROS Quadro 1 - Vantagens e desvantagens do Wood frame ........................................... 28 Quadro 2 - Características do Método “Stick” ........................................................... 45 Quadro 3 - Característicasdo Método por painéis ................................................... 46 Quadro 4 - Característica da Construção Modular ................................................... 49 LISTA DE SIGLAS BIM Building Information Modeling CBSC Conselho Brasileiro de Construção Sustentável CES Construção Energitérmica Sustentável IEA International Energy Agency LWF Light Wood Frame RCC Resíduos de Construção Civil WF Wood Frame OSB Oriented Strand Board SEforAll Sustainable Energy for All SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO .................................................................................................... 14 1.1 OBJETIVO GERAL .......................................................................................... 15 1.1.1 Objetivos Específicos ................................................................................. 15 1.2 JUSTIFICATIVA ............................................................................................... 15 1.3 METODOLOGIA ............................................................................................... 16 2 CONSTRUÇÃO ENERGITÉRMICA SUSTENTÁVEL ........................................... 17 2.1 WOOD FRAME ................................................................................................ 24 2.1.1 Definição do Wood Frame .......................................................................... 24 2.1.2 Método Construtivo .................................................................................... 29 2.2 STEEL FRAME ................................................................................................ 35 2.2.1 Definição do Steel Frame ........................................................................... 35 2.2.2 Método Construtivo .................................................................................... 41 2.2.2.1 Método “stick” .......................................................................................... 44 2.2.2.2 Método por painéis .................................................................................. 46 2.2.2.4 Construção Modular (off-site) .................................................................. 47 2.2.2.5 Platform Framing e Balloon Framing ....................................................... 49 2.2.2.6 Guias ....................................................................................................... 51 2.3 CONSTRUÇÃO 4.0 .......................................................................................... 52 5 CONSIDERAÇÕES FINAIS ................................................................................... 54 SUGESTÕES PARA PESQUISAS FUTURAS ......................................................... 54 REFERENCIAS ........................................................................................................ 54 14 1 INTRODUÇÃO Este estudo tem como tema principal a aplicabilidade dos modelos de Construção Energitérmica Sustentável (CES) no Brasil, num país tão caracterizado pelos sistemas construtivos artesanais como na utilização de estrutura de concreto armado e a alvenaria de blocos cerâmicos. A construção civil é um dos principais setores para o desenvolvimento e crescimento de uma nação. Porém, está atrelada a grandes impactos ambientais, com a grande utilização de recursos naturais e na produção desenfreada de Resíduos de Construção Civil (RCC). Visando uma alternativa ao panorama atual, temos a tecnologia CES, que já vem sendo amplamente utilizada em países desenvolvidos e que se destaca pelo uso mínimo da água na execução da obra (construção a seco), sendo mais sustentável pelo seu desempenho térmico nas construções aliada a economia de energia e água, em todas as fases, além do seu tempo de construção mais rápido. A cada dia mais é preciso de técnicas construtivas que tenham a capacidade de unir sustentabilidade, qualidade, rapidez e economia para produção em massa. Com o coronavírus e seus impactos, esse modelo apresentou os benefícios na utilização no país, com equipes mais enxutas, tempo de obra reduzido e com a agilidade na entrega num momento tão crítico, como exemplo nas construções dos hospitais. Com o intuito de mitigar os danos que a construção civil gera ao meio ambiente e demonstrar as opções por uma construção mais rápidas e com menos gastos, este trabalho visa contribuir na divulgação de conhecimento sobre os modelos de CES, que compreende os sistemas construtivos de Steel frame e Wood frame. Demostrando assim os componentes desse modelo, características, etapas construtivas, vantagens e desvantagens. 15 1.1 OBJETIVO GERAL Esse trabalho tem como objetivo explanar os modelos de Construção Energitérmica Sustentável (CES), como alternativa aos modelos de Construção de alvenaria convencional no Brasil 1.1.1 Objetivos Específicos • Expor o sistema de CES; • Evidenciar as vantagens e desvantagens dos modelos apresentados; • Apontar dados com a comprovação da relevância e eficiência na construção civil; • Descrever sucintamente sobre a estrutura das construções sustentáveis e as suas aplicações. 1.2 JUSTIFICATIVA Sendo a construção civil, umas das áreas dos setores de mercado que mais consome os recursos naturais, é imperiosa a preocupação com a sustentabilidade, buscando redução de resíduos, poluentes, no desperdício de energia e água, alinhada com a responsabilidade social que integra a base para a sobrevivência do nosso planeta. Sendo assim, novos sistemas construtivos vêm ganhando espaço pela facilidade de construção, a rapidez na mão de obra, resistência ao suportar as intempéries ambientais de cada região, a competitividade no mercado da construção civil e o principalmente para as questões sustentáveis. No entanto, a resistência para uso desse tipo de construção no Brasil é alta. O objetivo deste trabalho é apresentar as vantagens e desvantagens das características do sistema construtivo CES, abordando as principais responsabilidades sustentáveis e as técnicas usadas. Para a execução deste trabalho foi utilizada como metodologia a pesquisa bibliográfica sistemática. 16 1.3 METODOLOGIA Segundo Fellows e Liu (2015), para realizar uma pesquisa é necessário o conhecimento da sua aplicação, sendo ela pura ou aplicada. E na construção civil, é indicado uma combinação das duas, nas pesquisas. Para o desenvolvimento da pesquisa bibliográfica, foram utilizados livros e materiais disponibilizados na rede mundial de computadores, bem como modelos de construções existentes (normas, artigos e exemplos). 17 2 CONSTRUÇÃO ENERGITÉRMICA SUSTENTÁVEL Para o meio ambiente, a mudança no padrão de utilização de recursos naturais é urgente, sendo necessário mudanças nos modelos de construção do mundo todo, mas sobretudo em países como o Brasil, que vive ainda em atraso em seu processo dentro da área de construção civil e sem manejo sustentável na utilização de matéria-prima. O Conselho Brasileiro de Construção Sustentável (CBCS), define da seguinte forma: [...]Muitos dos problemas ambientais da cadeia de materiais de construção estão associados à elevada quantidade de recursos envolvidos, que implica na geração de uma grande massa de resíduos ao longo da cadeia produtiva. A minimização do consumo de recursos naturais é, portanto, prioridade. Ela envolve um conjunto de ações, incluindo: (a) maximização da vida útil de componentes e edifícios; (b) estratégias para reduzir perdas da construção; (c) melhoria do processo de gestão e aumento da reciclagem dos resíduos, essa fortemente integrada à Política Nacional de Resíduos.O CES, compreende os sistemas construtivos de perfis leves de madeira (Wood Frame) e aço (Steel Frame), sendo amplamente utilizado em países desenvolvidos como os Estados Unidos e o Canadá, onde mais de 90% das casas são construídas nesses modelos (LPBRASIL, 2019). O CES faz parte do termo de construção a seco, que se caracteriza pela mínima utilização da água na execução da obra. Segundo o CBCS (2014) no setor do ambiente construído e da construção civil, o consumo de energia acontece em quatro principais áreas, sendo elas: 1. extração, fabricação, produção e transporte de materiais de construção; 2. construção, energia no canteiro de obras; 3. operação de edificações e o ambiente urbano; 4. demolição e fim de vida. O uso racional de energia implica também em outros benefícios; a IEA (Agência Internacional de Energia), identifica 15 áreas principais afetadas, que podem ser vistas na Figura 1 (IEA, 2014). A iniciativa internacional "Energia sustentável para todos” – SeforAll, cita a necessidade de dobrar a taxa de melhoria de eficiência energética (SE4ALL, 2013). Tanto o IEA, que é uma organização 18 orientadora de assuntos energéticos, quanto SE4All, que tem com o objetivo de reunir lideranças de alto nível de todos os setores da sociedade para promover o acesso universal aos serviços modernos de energia e desta forma criar um mundo mais próspero, saudável e limpo, ambas identificam o maior potencial setorial na área de edificações, com a melhoria da eficiência energética (CBCS, 2014). Figura 1: Benefícios da Eficiência Energética Fonte: IEA (2014) Desta forma, as áreas de energia e materiais estão interligadas, pois ambas tratam da análise de ciclo de vida e da energia embutida nos materiais utilizados na construção civil. A cada dia mais é preciso de técnicas construtivas que tenham a capacidade de unir sustentabilidade, qualidade, rapidez e economia para produção em massa. Sistemas construtivos a seco são alternativas capazes de atingir esses objetivos. Além disso, também oferecem diversos benefícios quando comparados aos sistemas tradicionais. Segundo LAER (2013) esse método de construção pode 19 oferecer qualidade superior ao método convencional de alvenaria, apresentando vantagens, conforme listado na tabela a seguir: Tabela 1 – Vantagens CES Vantagens Descrição Custo até 30% menor Redução devido ao prazo de execução menor, à racionalização da mão de obra e de materiais, a maior produtividade, maior fidelidade orçamentária, ao menor custo de fundação, por ser uma construção leve e com sistema de distribuição de cargas uniforme, e à redução dos custos indiretos. Retorno mais rápido do investimento Em função da maior velocidade na execução da obra, o sistema traz um ganho adicional pela ocupação antecipada do imóvel e pela rapidez no retorno do capital investido. Menor prazo de execução: redução de até 60% no tempo da obra em comparação aos processos convencionais. Racionalização de materiais e mão de obra É um sistema construtivo industrializado, reduzindo significativamente o desperdício de materiais com índices abaixo de 1%. Como parâmetro, o sistema convencional tem perdas de até 15%. Fidelidade orçamentária Por ser um sistema inteligente, o orçamento previsto é igual ao realizado. Versatilidade Extremamente flexível, a construção CES aceita qualquer tipo de acabamento exterior e interior, permitindo diversos estilos arquitetônicos. É indicada para edificações comerciais ou residenciais de até cinco pavimentos. Organização do canteiro de obras Como a estrutura pode ser industrializada, a presença de grandes depósitos de areia, brita, cimento, madeiras e ferragens são eliminados do canteiro. O ambiente limpo, com menor geração de resíduos, oferece melhores condições de segurança ao trabalhador, contribuindo para a redução de acidentes na obra. Durabilidade e garantia Produtos de alta tecnologia com garantias estendidas de até 30 anos. Edificações executadas no Sistema CES duram várias gerações, assim como no sistema convencional em alvenaria. Resistência Sistema constituído de perfis com contraventos e placas OSB (Oriented Strand Board) confere resistência superior aos sistemas convencionais, resistindo a ventos de até 300 km/h. Desempenho Confere à edificação um ótimo desempenho térmico e acústico, além de cumprir todas as exigências da NBR 15575, que regula a construção de edifícios habitacionais de até cinco pavimentos. Manutenção Maior facilidade e praticidade, evitando os tradicionais “quebra- quebras”, além da redução de custos de manutenção em 1/3 quando comparado aos sistemas convencionais, devido à garantia e à durabilidade dos materiais empregados. Maior área útil As seções das paredes e estruturas são mais esbeltas do que as equivalentes em alvenaria, ampliando o espaço interno em até 4% da área útil da edificação. Baixa emissão de CO2 O CES emite aproximadamente cinco vezes menos CO2, quando comparado aos processos construtivos convencionais 20 Preservação do meio ambiente Redução do consumo de energia na construção em comparação aos sistemas tradicionais. Posteriormente, traz também a redução no consumo com equipamentos de condicionamento do ar, uma vez que a construção tem melhor qualidade térmica. Fonte: LAER, 2013 (Adaptado Autor) Comparado ao sistema CES, o sistema construtivo de alvenaria pode ser classificado como um sistema artesanal, uma vez que todo o seu processo é realizado “in loco”, tornando a entrega mais demorada e com a da mão de obra por muitas vezes despreparada, ocasionando grandes desperdício de materiais e com possíveis patologias na estrutura (HASS; MARTINS, 2011). Outro benefício é que os produtos oferecem uma qualidade ainda maior em relação à alvenaria comum, principalmente quando falamos de isolamento térmico e acústico. A estrutura é composta por perfis leves de aço (Steel Frame) ou por perfis de madeira (Wood Frame). Os perfis em conjunto com as placas estruturais formam painéis estruturais (diafragma) capazes de resistir às cargas verticais (telhados e pavimentos), perpendiculares (ventos) e de corte (sismos) e transmitir as cargas até a fundação (LPBRASIL, 2021). Segundo a LP Building Products (2011), podem ser construídos com qualquer tipo de fundação, e por ser uma estrutura leve e com distribuição uniforme de cargas, permite a utilização de fundações mais rasas como o radier (Figura 2) e a sapata corrida, o que gera ao proprietário economia de concreto, ferragens e do custo de mão de obra pela facilidade e menor tempo para construção dessas fundações, especialmente em comparação com a alvenaria tradicional. Exemplo de fundação em WF (LPBRASIL, 2021): • Radier, fundação rasa, constituída por uma laje, que absorve todas as cargas e as distribui uniformemente sobre o solo • Sapata corrida: fundação rasa, constituída por vigas, que absorve as cargas e as distribui linearmente sobre o solo. 21 Figura 2: Exemplo de fundação LSF Fonte: Atos arquitetura (2022) Para se utilizar este método construtivo, vários paradigmas devem ser quebrados, sendo o principal deles, a mudança de cultura. Infelizmente no Brasil o acesso a métodos diferentes, ao de alvenaria, é difícil devido ao custo mais alto e dificuldade de mão de obra especializada. Esse desafio cabe ao profissional da construção com a intensificação de seus estudos, a fim de contribuir para a difusão do conhecimento de outros métodos construtivos a outros profissionais da área e desenvolvimento de novas tecnologias no setor. SABBATINI (1989) considera que “incrementar a produtividade operacional e evoluir tecnologicamente no setor de construção de edifícios são ações intrínsecas dependentes do desenvolvimento dos meios de produção,o que vale dizer, da criação de novos métodos, processos e sistemas construtivos e do aperfeiçoamento dos já existentes”. Em 2020, com o coronavírus e seus impactos, o setor construtivo teve que interromper processos, que não estavam previstos, impactando negativamente nas vendas e consequentemente no setor. A partir desse cenário temos o sistema CES com benefícios são claros como o tempo de obra reduzido, equipes enxutas e sem aglomerações, menos desperdício de recursos e uma maior precisão e produtividade no momento da construção. Esse modelo serviu como uma espécie de solução para tais problemas, afinal, possibilitou a atuação industrial, com a produção 22 dos materiais padronizados e em larga escala, o que facilitou todo o processo da construção (Bistene, 2021). A China surpreendeu o mundo inteiro ao erguer um hospital em apenas 10 dias e projetado em 24 horas, usando a tecnologia BIM (Modelagem de Informação da Construção). Localizado na cidade de Wuhan, marco-zero do coronavírus, o hospital tem 25 mil m² e capacidade para atender até 1.000 pacientes, conforme Figura 3. Esse marco só foi possível graças à agilidade proporcionada pela técnica da construção modular. No fim, essa obra fez com que o mundo todo abrisse os olhos para a construção modular e passasse a adotar essa técnica na criação de hospitais de campanha (CMCMODULAR, 2020). Figura 3: Construção de Hospital em 10 dias na China Fonte: Adaptado (BBC, 2020) No Brasil, durante a pandemia foi entregue maior hospital modular da América do Sul, com capacidade para 300 leitos, em Nova Iguaçu no Rio de Janeiro. O método construtivo adotado para o hospital teve paredes autoportantes em aço, sistema de construção a seco e que permitiu, ainda, na rápida montagem e desmontagem das estruturas, e posteriormente sendo reutilizadas, conforme necessidade, na construção de outras unidades hospitalares (REVISTAOE, 2020). A obra foi produzida em aço galvanizado (cerca de 1.000 toneladas), com revestimento de drywall e placa cimentícia. O sistema usado dispensa o uso de 23 cimento e argamassa em sua composição, o desperdício de material e de custos extras com mão de obra, conforme Figura 4. A estrutura é toda parafusada, o que agiliza a montagem e desmontagem do equipamento. A versatilidade desse modelo construtivo permite que ele seja usado em todo tipo de obra (ICZ, 2022). Figura 4: Construção de Hospital em Nova Iguaçu Fonte: Adaptado (RevistaOE, 2022) A redução do tempo de obra é uma das principais vantagens de um sistema CES. A produção dos componentes, de forma industrial, e elementos fora do canteiro de obra, acelera o processo de produção e a fase de execução dos serviços em geral, eliminando o tempo de espera entre a abertura de frentes de trabalho, diferentemente da fase de execução de forma convencional. As peças geralmente são moduladas aumentando a velocidade de produção na obra devido à repetição dos serviços. As entregas dos componentes e elementos na obra são programadas de acordo com o planejamento e, com maior controle do tempo na execução, evita- se o acúmulo de insumos, tanto no canteiro de obras, quanto nas fábricas. O transporte e a entrega desses insumos são acompanhados pela equipe de montagem dos componentes, elementos ou sistema, podendo ser eliminado o tempo de descarregamento e transporte para o local de aplicação (Tecverde, 2016). Dessa forma, pode-se considerar que o uso de sistemas construtivos 24 sustentável permite produzir em maior quantidade, com melhor qualidade, melhor controle e demonstração do desempenho ambiental e em um tempo menor comparativamente a sistemas construtivos convencionais. 2.1 WOOD FRAME 2.1.1 Definição do Wood Frame O sistema de construções Wood frame (estrutura de madeira), apesar de não ser muito conhecido no Brasil, foi criado no final do século, XIX nos Estados Unidos e está diretamente relacionado á industrialização da construção civil, em que os perfis de madeira ficaram mais elaborados e tornaram as construções mais rápidas, eficientes, seguras, sustentáveis e econômicas (ALEA, 2022). Esse tipo de tecnologia faz parte do sistema CES, e é estruturado em perfis de madeira reflorestada e tratada. A madeira é um material de construção renovável, com baixo consumo energético em sua produção, responsável pela retirada de grande parte de dióxido de carbono (CO2) do ar e quando bem utilizada é um material competitivo com outras construções. Segundo DEMARZO (2017), a madeira quando comparada com o aço e concreto, atinge níveis superiores no ponto de vista ambiental. Na Tabela 1 é possível comparar a utilização da madeira, na construção civil, com outros materiais: Tabela 2– Comparativo entre Madeira, aço e concreto Fonte: DEMARZO, 2017 O termo, energitérmica, para o Wood frame é pelo seu desempenho térmico da edificação, bem como na economia de energia – seja durante o processo construtivo ou após com a utilização do imóvel, que com a utilização de placa OSB 25 (Oriented Strand Board) utilizada na produção das paredes em que emite menos de 1% de desperdícios, com baixo consumo de água e emissão de CO2 (Tecverde, 2022). A utilização, como material construtivo competitivo econômica e ecologicamente, se baseia nas modernas técnicas de reflorestamento, aliadas ao desenvolvimento de produtos industrializados de madeira, com o mínimo de perdas (PFEIL, 2003, apud PAESE, 2012). O Brasil é um dos maiores produtores de madeira no mundo, com a maior floresta tropical, segundo a Sociedade Brasileira de Silvicultura (2022), com a produção silvicultura, com o manejo e técnicas para a preservação, com o manejo de eucaliptos e pinus, de qualidade reconhecida internacionalmente (KRUGER; LAROCA, 2009) e com grandes possibilidades de ampliação da aplicação dessa matéria-prima na construção civil. O pinus é a madeira mais utilizada no Wood frame e por ser conífera é mais leve, não apresenta cerne e seu lenho é totalmente permeável, o que não ocorre com a maioria das madeiras nativas brasileiras e com o eucalipto que são folhosas. O tratamento mais recomendado para Wood frame é aquele feito em autoclave com produtos hidrossolúveis, sendo que estes tornam a madeira imune ao ataque de fungos e cupins (MARTGALLI, 2021). Por apresentar uma grande área de florestas plantadas de pinus principalmente nas regiões centro-oeste, sudeste e sul, o país é visto como um mercado promissor para a utilização desse sistema construtivo. Entretanto, ele é pouco empregado, seja pela falta de conhecimento técnico, preconceito em relação a utilização da madeira como material de construção ou até mesmo por falta de uma normalização (CALIL JUNIOR; MOLINA, 2010). No Brasil, esse assunto ainda é recente, e não existe uma norma específica para aplicação e instalação do Wood Frame, porém a ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas) já possui uma norma que pode ser utilizada como base para critérios gerais de dimensionamento estrutural, a ABNT NBR 7190:1997 – Projeto de Estruturas de Madeira, conforme exemplo de modelo de construção da Figura 5. 26 Figura 5 – Exemplo de construção em estrutura de madeira Fonte: Construindo Decor, 2016 O sistema Wood frame, é um método muito parecido com o sistema Steel frame, pois possuem as mesmas etapas construtivas, mas tem como diferencial a utilização de paredes de madeiras de reflorestamento, com perfis estruturais e placas em OSB (Painel de tiras de madeira Orientadas) para o fechamento das paredes, conforme exposto por (SILVA 2010; CALIL JUNIOR; MOLINA,2010). Esse modelo de construções começou a aparecer em 2009, no Brasil, e teve o seu primeiro grande empreendimento em 2016, com o primeiro prédio construídoem madeira na cidade de Araucária, no Paraná, pela empresa Tecverde (TECVERDE, 2016), conforme pode-se observar na Figura 6. A empresa estima que a produção e montagem dos painéis permita uma construção de 45m², a ser finalizada em apenas duas horas. Para a construção de prédio, será possível entregar a obra completa em poucas semanas. E também destaca que a estrutura, embora de madeira, conta com alicerces tradicionais de concreto, e paredes com camadas que envolvem materiais de isolamento acústico e placas de gesso resistentes ao fogo (Tecverde, 2016). 27 Figura 6 - Prédio em Wood frame da Tecverde em Araucária Fonte: Gazeta do Povo, 2016 O case da empresa Tecverde “Construção industrializada em Wood Frame”, para a construção de um prédio de quatro pavimentos em 6 dias” é mais um grande exemplo de ganho de produtividade, redução do impacto ambiental e aumento do nível de qualificação na construção civil. Esse modelo foi o principal contribuinte da produtividade, contando com soluções implementadas em fábrica, tais como: paredes e entrepisos com instalações, elétricas, hidros-sanitárias e esquadrias embutidas; produção de treliças e chapeamento de gesso e placa cimentícia. Além das soluções fabris, o sistema também tornou possível içar em apenas uma vez a estrutura do telhado/cobertura do bloco (Tecverde, 2016). A norma que, atualmente, rege o sistema construtivo em Wood frame, assim como os demais modelos utilizados na construção civil brasileira é a NBR 15575, que foi um marco na construção do país, com objetivo de atender as edificações brasileiras (ABNT, 2013). Segundo Molina e Calil (2010), esse sistema permite a utilização em conjunto com diversos matérias, permitindo uma rapidez na construção e controles dos gastos já na fase inicial, por ser industrializado. O nome Construção Industrializada vem da pré-fabricação, em indústrias especializadas de alta tecnologia ou no próprio canteiro, de componentes da obra dividida em módulos (BERRIEL, 2009; MORAIS; LIMA, 2009). 28 O Quadro 1, mostra as principais vantagens e desvantagens na utilização de madeira nas obras, em gerais: VANTAGENS DESVANTAGENS Obra seca e limpa, gerando menos resíduos Mão de Obra especializada Pré-Construção em ambiente industrializado, reduzindo tempo de obra Altura das edificações de no máximo 5 pavimentos Utiliza madeira de reflorestamento, única madeira renovável na construção civil Resistência do mercado Sustentabilidade, rapidez, durabilidade e eficiência nas construções Poucas fábricas especializadas Flexibilidade de projeto Não se elimina a necessidade de concreto armado na edificação, seja para compor contrapiso térreo, ou ainda para sapatas, blocos ou laje mista. Conforto e Resistência Na utilização das placas OBS, por possuírem superfícies rugosas, faz com que uma maior correção de acabamento seja exigida, afim de fazer com que a superfície fique lisa. Com sistemas de isolamento térmico e acústico adequados, confere desempenho muito satisfatório ao usuário. O custo da obra, sendo que, por se tratar de uma técnica relativamente “nova” no Brasil, não é qualquer pessoa que saberá empregá-la, ou seja, será necessário a contratação de uma equipe especializada para a execução do projeto. Com sistemas de isolamento térmico e acústico adequados, confere desempenho muito satisfatório ao usuário. Por não se tratar de um material comumente utilizado no Brasil, é notório a falta de um entendimento maior por parte dos moradores com relação a estrutura e com os cuidados que eles devem tomar, pois não deve ser molhada em excesso Quadro 1 – Vantagens e desvantagens do Wood frame Fonte: Adaptado (TOTAL CONTRUÇÃO, 2019) Diferentemente de uma estrutura de concreto, as cargas de uma estrutura nesse sistema não são concentradas em pontos específicos como pilares, ao invés disso elas ficam distribuídas sobre todas as paredes, ou seja, toda a estrutura aqui ajuda na resistência final. Em casos de ocorrência de terremotos, por exemplo, este tipo de estrutura consegue lidar muito melhor do que construções mais rígidas (TOTAL CONTRUÇÃO, 2019). As etapas construtivas em Wood Frame são dividas da seguinte maneira: fundação, estrutura (parede), instalações hidráulicas e elétricas, cobertura e revestimento, conforme serão descritas no subitem a seguir. 29 2.1.2 Método Construtivo No Brasil, a solução mais empregada para fundação em WF é do tipo "radier". A sapata corrida também pode ser utilizada, uma vez que a estrutura desse sistema é bastante leve, e tem carga distribuída ao longo das paredes (TECHNE, 2022). O radier, conforme a NBR 6122:2010 é uma fundação do tipo rasa, que funciona como uma laje e normalmente é de concreto armado ou protendido. O radier recebe os esforços advindos da estrutura, e estes esforços são distribuídos em toda área de contato solo-radier (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, 2010). As paredes no Wood Frame são autoportantes, dividem a carga igualmente, são compostas de perfis de madeira, conjunto com placas estruturais (OSB), pregos do tipo ardox ou tipo anelado galvanizados a fogo. Os perfis de madeira são usualmente oriundos da madeira pínus tratada, o tratamento desta é de autoclave, que consiste em um moderno processo industrial de tratamento de madeira, que incorpora tecnologia desenvolvida nos campos da mecânica e da química (MOLINA, 2010). Esse método de construção se diferencia do convencional, pois dispensa o uso de cimento, tijolos e armações e ferragens. A casa é planejada antes em fábrica, usando materiais pré-definidos e assim diminuindo os desperdícios, tornando uma obra limpa, seca e rápida (FLORESTI, 2022). Para o dimensionamento das peças estruturais individuais, recomenda-se seguir as orientações da NBR 7190/1997 (Projeto de estruturas de madeira). A primeira etapa de uma construção é a instalação da estrutura de madeira, que será responsável por toda sustentação da obra. Conforme Figura 7, as camadas da parede, contam conforme listado abaixo (FLORESTI, 2022): • Madeira estrutural - Madeira em autoclave pelo sistema de vácuo e pressão, que evita a proliferação de fungos e o apodrecimento da madeira por mais tempo, responsável pela resistência da estrutura. • Isolamento térmico acústico: Composto com lã de rocha (proteção ao calor, ao ruído e ao fogo), lã de vidro (manter a não propagação do fogo durante uma situação de incêndio) e isopor- EPS (isolamento térmico e acústico) • OSB: Chapas de gesso com papel cartão em suas faces. Utilizado na vedação das paredes internas e tetos. Algumas vantagens oferecidas pelo 30 drywall é a maior precisão e qualidade de acabamentos, agilidade de aplicação e com um menor tempo de finalização da parede. • Membrana hidrófuga: Impede a entrada de vapor de água • Revestimentos – Com diversas possibilidades. Figura 7 – Composição de Paredes em Wood frame Fonte: Floresti (2022) Na composição das paredes a membrana hidrófuga, é utilizada para evitar a entrada de poeira, vento e água do exterior, permitindo também a eliminação do vapor d'água gerado no interior da casa, protegendo a estrutura de madeira do apodrecimento por fungos devido à má ventilação. Há alguns tipos de instalações das membranas, pode ser inserida verticalmente, horizontalmente ou por ângulo. Além de ser aplicada facilmente nos projetos. Hoje no Brasil são usados dois tipos de membrana, a convencional que é comercializada em rolos e também uma membrana líquida que deve ser aplicada sempre sobre o OSB (Tecnoframe, 2019). Nas placas, para evitar que apresentem deformação em sua espessura devido à intrusão de umidade, o que fragiliza as fixações perimetrais, os produtos devem vir com as bordas vedadas na fábrica. Além de que, todas as juntas devem 31 usarvedações elásticas pintáveis para evitar a entrada de umidade ou o acúmulo de água (LPBRASIL, 2022). Figura 8 – Membrana Hidrófuga Fonte: LPBRASIL (2022) A membrana hidrófuga, em concordância com Silva (2017), Calil Jr. e Molina (2010), além da função de proteger o sistema das intempéries e da umidade em geral, são utilizadas em áreas expostas a água, como banheiro e cozinha, podendo ser aplicado sobre a membrana placas cimentícias com selador acrílico antifungo e pintura de resina acrílica pura, ou ainda placas de gesso acartonado resistente à umidade, revestidas com azulejo e que para garantir a estanqueidade da cobertura, deve-se utilizar manta de subcobertura O sistema Wood Frame, é um método muito parecido com o sistema Steel frame, pois possuem as mesmas etapas construtivas, mas tem como diferencial a utilização de paredes de madeiras de reflorestamento, com perfis estruturais e placas em OSB (Painel de tiras de madeira Orientadas) para o fechamento das paredes, conforme exposto por (SILVA 2010; CALIL JUNIOR; MOLINA,2010). A Figura 9, exemplifica algumas das etapas do método construtivo, como a fundação, estrutura das paredes, laje e a cobertura. 32 Figura 9 – Esquema estrutural em Wood frame Fonte: Adaptado (Casema, 2022) As tubulações elétrica e hidráulica utilizados, podem ser os mesmos de uma construção convencional. A vantagem é que, as paredes funcionam como secções visíveis, facilitando a execução e manutenção das instalações, conforme Figura 10. Figura 10 – Esquema Hidráulico e Elétrico Fonte: Bolsoni, 2022 Nesse modelo construtivo, o telhado, pode ser utilizar o sistema de cobertura shingle, com forro em drywall e isolamento térmico em vez do tradicional sistema com laje em concreto (Figura 11). Essa alternativa, além de trazer grande economia, 33 proporciona melhor desempenho térmico e acústico. Uma cobertura 100% estanque e com beleza incomparável, como exemplo na Figura 11 e Figura 12. Figura 11 – Esquema Telhado Fonte: Bolsoni, 2022 Figura 12 – Exemplo de Telhado em Wood Frame Fonte: Vivadecora, 2019 Como descrito por Duart et al. (2013), a finalização do acabamento é com madeira, rebocos ou vinyl siding, esse último sistema muito utilizado, e é composto por tábuas plásticas sobrepostas. De acordo com a LP Building Products (2017), as 34 vantagens de usar esse tipo de acabamento são a beleza, facilidade de instalação, economia, facilidade de manutenção, versatilidade, ou seja, adapta-se a qualquer projeto arquitetônico, durabilidade e resistência elevada já que resiste à ação de intempéries, raios UV, poluição e maresia, evitando assim que quebrem ou rachem. Um outro tipo de acabamento apresentado por LP Building Products (2017) é o smartside. Onde o revestimento é utilizado para uso externo e interno e sua aparência é de madeira natural, possui proteção contra cupins e garantia de 20 anos. Este material está disponível em três formatos conforme demonstrado na Figura 13. Figura 13 - Acabamento de Telhado em Wood Frame Fonte: LPBRASIL (2022) 35 2.2 STEEL FRAME 2.2.1 Definição do Steel Frame O sistema construtivo Light Steel Framing – LSF, faz parte do sistema CES (Construção Energitérmica Sustentável) e é uma denominação empregada internacionalmente para definir o material construtivo que utiliza o aço galvanizado como principal elemento estrutural, gerando elementos de baixo peso (MAGALHÃES, 2013). O Light Steel Framing (LSF) é a evolução das construções em Wood Framing, sendo elas eram muito comuns nos Estados Unidos durante o século XIX. Neste mesmo período onde era utilizado somente o Wood Framing, alguns métodos construtivos foram estudados para que aumentassem a produtividade, a velocidade da construção e a racionalização do projeto, assim o Steel Frame se tornou a opção que mais se adequou aos princípios (Espaço Smart, 2021). Já em 1933, com o crescente desenvolvimento da indústria do aço, um protótipo do modelo que foi apresentado na Feira Mundial de Chicago (EUA), ela era totalmente emoldurada em aço. Em 1980 os perfis leves de aço passaram a ser muito utilizados nos EUA, devido à instabilidade de preço e qualidade da madeira. E, no Japão, após o término da 2ª Guerra Mundial, começaram a surgir as casas em Steel Frame, o sistema foi a alternativa para a reconstrução das moradias que foram destruídas pelos bombardeios e como as casas antes da guerra eram de madeira, o fogo se espalhou rapidamente, assim o governo japonês restringiu o uso de construções em madeira, incentivando a substituição pelas construções com perfis de aço que não eram inflamáveis (Espaço Smart, 2021). Segundo a empresa MEGAÇO (2020) esse modelo chegou no Brasil na década de 90. Mas ainda passa por aceitação no mercado consumidor. No entanto, recebe grande expectativa e impulso das empresas brasileiras, que se esforçam para fazer com que o material dê certo, uma vez que no país, a cultura do tijolo e cimento ainda possuem raízes profundas, porém, os componentes do material são todos fabricados aqui mesmo e possuem garantia de qualidade, gerando até mesmo concorrência entre empresas. 36 Com uma grande e diversificada variedade, os aços se diferenciam pelo tamanho, forma e uniformidade dos grãos que o compõem e por sua composição química. Sendo que esta pode ser alterada em função do interesse de sua aplicação final, obtendo-se através da adição de determinados elementos químicos, aços com diferentes graus de resistência mecânica, ductilidade, soldabilidade, resistência à corrosão, entre outros. De maneira geral, os aços possuem excelentes propriedades mecânicas: resistem bem à tração, à flexão, à compressão, e como é um material homogêneo, pode ser estampado, laminado, forjado, estriado e suas propriedades podem ainda ser modificadas por tratamentos químicos ou térmicos (FERRAZ, 2003). A Tabela 3 apresenta algumas propriedades dos aços e a caracterização de cada uma destas propriedades. Um fator importante a ser observado no emprego do aço é a corrosão, alteração físico-química sofrida devido à sua reação com o meio, estas alterações transformam o aço em compostos químicos semelhantes ao minério de ferro, fazendo com que o material perca características essenciais como resistência mecânica, elasticidade, ductilidade, entre outras, além da redução da seção resistente (TEOBALDO, 2004). Tabela 3 – Propriedades e caracterização dos aços Propriedade Característica Ductilidade É a capacidade do material de se deformar plasticamente sem se romper e é definida pela extensão do patamar de escoamento. Nas estruturas metálicas, esta característica é de extrema importância pelo fato de permitir a redistribuição de tensões locais elevadas. Desse modo, as peças de aço sofrem grandes deformações antes de se romper, constituindo um aviso da presença de tais tensões. Além disso, a ductilidade é uma propriedade que torna o aço resistente a choques bruscos Tenacidade É a capacidade do material de absorver energia quando submetido à carga de impacto. É a energia total, elástica e plástica, absorvida pelo material por unidade de volume até a sua ruptura, representando a área total do diagrama tensão de formação. Logo, um material dúctil com a mesma resistência de um material frágil possui uma maior tenacidade, já que requer maior quantidade de energia para ser rompido. Elasticidade É a capacidade do material de voltar à forma original após sucessivos ciclos de carregamento e descarregamento. O aço sofre deformações devido ao efeito de tensões de tração ou de compressão. Tais deformações podem ser elásticas ou plásticas, devido à natureza cristalina dos metais através de planos de escorregamento ou de menor resistência no interior do reticulado. Os aços estruturaispossuem um módulo de elasticidade da ordem de 205000 MPa, a uma temperatura de 20°C Plasticidade É uma deformação definitiva provocada pelo efeito de tensões iguais ou superiores ao limite de escoamento do aço. Deve-se impedir que a tensão correspondente ao limite de escoamento seja atingida nas seções transversais das barras, como forma de limitar a sua deformação. Fonte: Bandeira, 2008; Teobaldo, 2004 37 A construção industrializada, proposta pelos sistemas de estruturas leves em aço, é uma das alternativas capazes de modificar o cenário econômico da construção civil no Brasil. O aumento da concorrência, e soluções de entrega mais rápidas, tornou necessária a adaptação ao mercado com produtos cada vez mais exigidos em qualidade e menores custos (SILVA, 2003). Um dos motivos para o sistema ter demorado a se difundir no país, assim como o Wood Frame, além da falta de informação do público, foi a falta de profissionais aptos a trabalhar com esta nova técnica construtiva, alto custo da matéria prima (importada a época), além do baixo custo relativo da mão de obra do sistema convencional, desestimulando a industrialização do setor (MAGALHÃES, 2013). A industrialização no setor, segundo Silva (2003), é responsável por elevar o controle de qualidade e gerenciamento em obras, com a simplificação das etapas de execução, diminuição de problemas de interface por meio da prevenção em especificações de projeto, significativa redução de desperdícios em comparação à construção tradicional. Bem como, o rigoroso controle dos produtos na indústria durante o processo de fabricação são alguns dos fatores que caracterizam a construção em aço como eficiente, produtiva e de altíssima qualidade. A Tabela 4, mostra as principais vantagens e desvantagens na utilização de aço nas obras, em gerais. 38 Tabela 4 – Vantagens e desvantagens do Steel frame VANTAGENS DESVANTAGENS Obra seca e limpa, gerando menos resíduos Mão de Obra especializada Pré-Construção em ambiente industrializado, reduzindo tempo de obra Altura das edificações de no máximo 5 pavimentos, para maiores alturas, é necessário misturar o sistema com outros métodos. Em função do aço que é distribuído uniformemente através das paredes, ocorre um alivio nas fundações que garante a segurança da obra, como também, não permite a propagação do fogo, não sofre ataque de cupins por conta de suas propriedades naturais Resistência do mercado Sua resistência à corrosão é resultado do revestimento de zinco, que protege e serve como barreira física contra cortes, riscos, arranhões, torções e trincos, que é o que geralmente ocorre com a madeira. Poucas fábricas especializadas Flexibilidade de projeto Usando um material frágil como revestimento no interior da edificação, a parede e a estrutura podem ser danificadas ao pendurar objetos muitos pesados Conforto e Resistência Na utilização das placas OBS, por possuírem superfícies rugosas, faz com que uma maior correção de acabamento seja exigida, afim de fazer com que a superfície fique lisa. Com sistemas de isolamento térmico e acústico adequados, confere desempenho muito satisfatório ao usuário. O custo da obra, sendo que, por se tratar de uma técnica relativamente “nova” no Brasil, não é qualquer pessoa que saberá empregá-la, ou seja, será necessário a contratação de uma equipe especializada para a execução do projeto. Os custos de energia para o aquecimento ou refrigeração do imóvel são muito inferiores comparados ao sistema convencional, ou seja, a casa permanecera mais tempo na mesma temperatura que se deseja, pagando-se um valor menor na conta de luz Existe no mercado, empresas que utilizam perfis fora de norma. Ou seja, sem os requisitos mínimos de espessura e zincagem (proteção contra ferrugem) necessário O baixo custo da manutenção se dá com a facilidade de intervir nos sistemas, propiciando agilidade e baixo custo na execução dos serviços, não gerando sujeira e barulho. Estes são motivos responsáveis por adiamentos de reformas de casas convencionais. O aço sendo o único material que possui a vantagem de ser reaproveitado inúmeras vezes e não perdendo suas principais funcionalidades, qualidades e resistência. O aço vem subindo constantemente desde o início de 2020. Isso fez com que o Steel Frame ficasse um pouco mais custoso que sistemas de alvenaria tradicional. Fonte: Adaptado (Blog do Light Steel Frame, 2021) A fundação do SF, a exemplo do WF, mais utilizada é a radier. Que é um tipo de fundação superficial onde toda a carga da edificação é transferida para uma laje de concreto maciço que atinge toda área da construção diretamente em contato com 39 o solo e que por ser uma fundação direta, pode ser utilizado em variados tipos de solos. Desde que seja feita uma análise conjunta do cálculo estrutural com o estudo de capacidade do solo. Em média a construção com em Steel Frame pesa 250Kg/m² contra 1.250Kg/m² da Convencional (alvenaria). O radier apresenta vantagens como baixo custo comparado a outros tipos de fundações superficiais ou rasas, economizando em materiais (madeira, aço e concreto) e rapidez na execução (Angullar, 2022). Segundo SANTIAGO (2008) o LSF, é um sistema construtivo de concepção racionalizada. Tem como característica a estrutura constituída por perfis de aço galvanizados formados a frio, que formam um enquadramento estrutural capaz de suportar os carregamentos solicitantes da edificação, e por vários componentes e subsistemas que juntos possibilitam uma construção industrial com muita produtividade. Os perfis de aço galvanizado são utilizados na fabricação de painéis estruturais ou não estruturais, vigas de piso, vigas secundárias, estrutura de telhados e entre outros (Figura 14). Figura 14 - Esquema estrutural em Wood Frame Fonte: Santiago (2008) 40 A execução da fundação, com as esperas em aço devidamente dispostas, recebe-se os perfis da estrutura (esqueleto em aço) e os elementos de fechamento para a sua montagem. Segundo Crasto; Santiago (2012), os principais elementos utilizados no LSF e sua definição são listados a seguir: 1. Bloqueador: Utilizado como travamento horizontal de montantes e vigas; 2. Cantoneira: perfil utilizado para fazer conexões de elementos; 3. 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; 4. Guia: Utilizada na base e topo dos montantes formando os painéis; 5. Montante: Perfil vertical que compõe os painéis estruturais formando as paredes; 6. Ombreira: Perfil vertical usado como apoio das vergas nas aberturas; 7. Ripa: Perfil utilizado para apoio das telhas na cobertura; 8. Sanefa: Perfil responsável por ligas as extremidades das vigas de piso; 9. Viga: Perfis utilizados horizontalmente formando as lajes; 10. Verga: Perfil estrutural utilizado na parte superior de aberturas como janelas e portas; Segundo, destaca Rodrigues (2006), a principal característica desse esquema, é subdividir a estrutura em uma grande quantidade de elementos estruturais, fazendo assim com que cada elemento resista a uma pequena parcela da carga total aplicada. Isso possibilita a utilização de perfis mais esbeltos, leves e fáceis de manipular. Porém, o sistema não se resume apenas à sua estrutura, ele é formado por vários componentes e subsistemas, que, além do estrutural, engloba também os subsistemas de fundação, de isolamento termoacústico, de fechamento interno e externo além das instalações elétricas e hidráulicas (SANTIAGO, 2008, p.12). 41 2.2.2 Método Construtivo Os perfispara o LSF podem ser encontrados com alturas e dimensões diferentes e elementos com seções diferenciadas. São perfis de aço galvanizado, formados a frio, conforme é explicado por Santiago, Freitas e Crasto (2012): Processo pelo qual compõe-se um esqueleto estrutural do aço formado por diversos elementos individuais ligados entre si, passando estes a funcionar em conjuntos para resistir às cargas que solicitam a edificação e dando forma à mesma. (SANTIAGO; FREITAS; CRASTO, 2012, s/p). Os painéis do método construtivo têm dupla função: suporte para vedação e estrutural. Quando atendem a função estrutural, estes transferem os esforços horizontais (ventos e sismos) e os verticais (peso próprio da estrutura e carga de uso) de forma direta para a fundação. O alinhamento dos montantes de cada painel é de extrema importância para evitar excentricidades das cargas, caso existam mais de um pavimento diferente. Quando a estrutura está em perfeito alinhamento, os esforços são transferidos na vertical pelo contato entre a alma dos perfis, onde de fato deve ocorrer este evento (MASO, 2017). A Figura 15 mostra o esquema de transferência destas cargas: Figura 15 - Esquema de transferência de cargas à fundação Fonte: Manual Steel Framing: Arquitetura (2012) 42 Com relação as recomendações, segundo a ABNT NBR 15253:2014, no LSF, o aço é utilizado como sistema estrutural por meio de perfis formados a frio e parafusados entre si. O processo de fabricação é mecânico, em que o metal é moldado à temperatura ambiente a partir de bobinas de aço Zincado de Alta Resistência (ZAR) com resistência ao escoamento (fy) maior do que 230 MPa para perfis com função estrutural. Os perfis são produzidos por perfilagem a partir de bobinas de aço revestidas com zinco ou liga alumínio-zinco pelo processo contínuo de imersão a quente ou por eletrodeposição A espessura da chapa varia de 0,80 até 3,0 mm, conforme a ABNT NBR-15253:2014. As seções mais comuns nas edificações em LSF são as com formato em “C” ou “U” enrijecido (Ue) para montantes e vigas, e em “U” simples, que é usado como guia na base e no topo dos painéis (BRASILIT, 2014). Os perfis usualmente utilizados para a formação dos painéis autoportantes, painéis de fechamento, vigas de piso e coberta estão apresentados na Tabela 5 (NBR 15253, 2014). 43 Tabela 5 – Designações e aplicações dos perfis de aço em LSF Fonte: NBR 15253:2014 Conforme afirma Crasto (2005), as tiras e fitas possuem variedade nas larguras. São usadas para a estabilização dos painéis e a formação de ligações. Já as cantoneiras são usadas em conexões onde o perfil Ue não é adequado e o cartola é empregado como ripas de telhados. A diferença do perfil guia (U) do perfil montante (Ue) está na ausência de borda (D) no primeiro, o que permite o devido encaixe dos perfis. No caso das guias, as mesmas não devem transmitir e absorver os esforços da estrutura, função que os montantes, vidas e pilares devem desempenhar. Sobre o limite de escoamento dos perfis de aço utilizados na estrutura do LSF, deve ser maior ou igual a 230 MPa (BORTOLOTTO, 2015). 44 A estabilidade global em LSF é, geralmente, proporcionada pelo contraventamento de fitas de aço galvanizado dispostas em diagonais na forma de “X”, “K”, “V” ou “/\”, ou pelas chapas em OSB (CRASTO, 2005; RODRIGUES; CALDAS, 2016), conforme Figura 17. Apesar de resistirem de forma satisfatória aos esforços verticais atuantes na estrutura, os montantes quando isolados não resistem a esforços horizontais gerados, como por exemplo, pelo vento. Para aumentar a estabilidade estrutural, é necessário adotar elementos que contribuam para isso. É o caso dos contraventamentos, sendo o mais comum o em formato de “X” (MASO, 2017). Figura 16 - Esquema de contraventamento de aço galvanizado Fonte: Daudt (2020) 2.2.2.1 Método “stick” Esse método é utilizado quando a pré-fabricação ou o transporte das peças não é viável, com isso as atividades no canteiro de obra são maiores, consequentemente, o controle de qualidade e a precisão são menores. Ainda, de acordo com Santiago (2012) nesse método os perfis são trabalhados no local da 45 obra, logo após os painéis, lajes, contraventamentos e estrutura da cobertura são montados no próprio canteiro. Santiago (2012) apresenta no Manual Light Steel Framing- LSF, para arquitetura três métodos de construção, que são caracterizados no Quadro 2, e exemplificado na Figura 17. MÉTODO DEFINIÇÃO CARACTERÍSTICAS "STICK" Os perfis são cortados no canteiro da obra, e painéis, lajes, colunas, contraventamentos e tesouras de telhados são montados no local • Não há a necessidade de o construtor possuir um local para a pré-fabricação do sistema; • Facilidade de transporte das peças até o canteiro; • As ligações dos elementos são de fácil execução, apesar do aumento de atividades na obra. Quadro 2 – Características do Método “stick Fonte: Santiago (2012) (Adaptado pelo Autor). Figura 17 – Exemplo de construção pelo Método “Stick” Fonte: Daudt (2020) 46 2.2.2.2 Método por painéis De acordo com Gatti (2016), 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, que são caracterizados no Quadro 3, e exemplificado na Figura 18. MÉTODO DEFINIÇÃO CARACTERÍSTICAS POR PAINÉIS Painéis estruturais ou não estruturais, contraventamentos, lajes e tesouras de telhado podem ser pré-fabricados fora do canteiro e montados no local. Os painéis e subsistemas são conectados no local usando as técnicas convencionais • Velocidade de montagem; • Alto controle de qualidade na produção dos sistemas; • Minimização do trabalho na obra; • Aumento da precisão dimensional devido às condições mais propícias de montagem dos sistemas na fábrica. Quadro 3 - Características do Método por painéis Fonte: Santiago, 2012 (Adaptado pelo Autor). Figura 18 – Exemplo de construção por painéis Fonte: Tecverde (2022) 47 2.2.2.4 Construção Modular (off-site) A construção modular ou também conhecida off-site, ou “fora do local de construção”, em tradução adaptada, é um tipo de edificação moderna executada em ambientes externos à obra, como fábricas (Figura 19), sendo posteriormente instalada no canteiro. Dessa forma, as edificações são transportadas e chegam prontas ao local da obra (Figura 20). Esta metodologia é uma das principais tendências da indústria da construção civil porque reduz o tempo de edificação (controlando melhor o cronograma) e o desperdício de materiais e ainda gera economia no orçamento total da construção (Portal Steel Frame, 2021). Figura 19 – Método construtivo off-site Fonte: Blog da Engenharia (2021) Considerando que a construção tradicional pode ser um processo mais fluido, em que mudanças de projeto são introduzidas mesmo após o início da construção (muitas vezes causando atrasos), a construção modular exige que os profissionais do projeto colaborem e concluam seu trabalho antecipadamente. É durante este processo que a construção modular - principalmente a construção modular permanente - geralmente depende do BIM avançado para avaliar o desempenho energético e identificar as medidas de eficiência mais econômicas. Os projetos são então entregues ao fabricante para a pré-fabricação e construção industrializada (CAO, 2021). 48 Figura 20 – Exemplo de off-site Fonte: Blog da Engenharia (2021) Esse modelo traz dinamismo e inovação para projetos de tamanhos enecessidades diferentes, é possível aplicá-la em maior ou menor grau. Grandes projetos, como habitações, podem ser fabricados fora do canteiro de obras assim como pequenos cômodos. Tudo depende da necessidade do empreendedor. Muitas construções podem, inclusive, ser verticais, suportando mais de 30 andares de altura, dando mais opções aos projetos. Este tipo de construção é realizado paralelamente com a infraestrutura, possibilitando a preservação do terreno e da vegetação e facilitando a relocação de imóveis. Tudo sempre com mais rapidez, baixo custo e menos impacto (Portal Steel Frame, 2021), conforme exemplificado no Quadro 4. 49 MÉTODO DEFINIÇÃO CARACTERÍSTICAS CONSTRUÇÃO MODULAR Construções modulares são unidades completamente pré- fabricadas e podem ser entregues no local da obra com todos os acabamentos É acompanhado ao painel todos os acabamentos necessários, como revestimentos, louças sanitárias, bancadas, mobiliários fixos, metais, instalações elétricas e hidráulicas, etc. Quadro 4 – Característica da Construção Modular Fonte: Santiago (2012) (Adaptado pelo Autor). 2.2.2.5 Platform Framing e Balloon Framing O sistema de Platform Framming ou então sistema de plataforma foi originado em meados de 1930 derivado do Balloon Framming, porém se diferenciando pelo fato de que esse utiliza os pavimentos como plataformas para construções dos demais pavimentos. Este novo método reduziria materiais e custos significantemente utilizando madeiras menores para o Framming (SANTIAGO, 2012). 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, 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, 2012). Na Figura 21 e Figura 22, 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. 50 Figura 21 – Esquema de distribuição de cargas. Fonte: CRASTO (2012) Figura 22 - Esquema estrutural balloon e platform frame Fonte: CRASTO (2012) 51 2.2.2.6 Guias As guias em perfis U ou perfis Ue no sistema de encaixes estampados devem ser usadas na horizontal para formar a base e o topo dos painéis de parede, de piso e de cobertura. São também utilizadas - combinadas ou não com as fitas - para o travamento lateral de vigas e de montantes, e montagem das vergas CBCA (2012). A Figura 23 mostra uma construção em SF, sendo possível visualizar os perfis metálicos que formam a estrutura da obra, estando ainda sem os painéis, telhados e demais componentes. Figura 23 - Perfis metálicos Fonte: Adaptado (Santiago, 2008) Apesar de resistirem de forma satisfatória aos esforços verticais atuantes na estrutura, os montantes quando isolados não resistem a esforços horizontais gerados, como por exemplo, pelo vento. Para aumentar a estabilidade estrutural, é necessário adotar elementos que contribuam para isso. É o caso dos contraventamentos, sendo o mais comum o em formato de “X” (MASO, 2017). 52 2.3 CONSTRUÇÃO 4.0 O Construção civil 4.0 é um termo que está em alta no mercado, porém até pouco tempo atrás, a construção civil era, ainda mais, analógica e tradicionalista em seus processos. O setor demorou a perceber a necessidade da inovação e também a começar a adotar práticas para inseri-la em seus contextos. Entre as consequências desse atraso, estão a deficiência em produtividade e a pouca eficiência e previsibilidade em processos, que leva a desperdícios de tempo e dinheiro na execução das obras (Prevision, 2020). Cada etapa da obra costuma envolver muitas equipes e gerar muitos dados, e nem sempre é fácil ter previsibilidade e controle sobre todo o processo. Mas, com o apoio da tecnologia e integração de softwares de gestão e planejamento, como o BIM, drones, metaverso, Internet das Coisas (IoT) impressora 3D, Inteligência Artificial entre outros torna-se simples centralizar, integrar, utilizar e acessar sempre que necessário as informações, criando gráficos e dashboards para facilitar o controle de todo o empreendimento, conforme exemplo na Figura 24. Figura 24 – Exemplo de Projeto com Revit Fonte: Carolina Araujo (2022) 53 Entre os obstáculos para a adoção de novos modelos de construção no Brasil, como na construção “4.0” destacam-se (Autodoc, 2020): 1. Modelos tradicionais bem consolidados, resultam em resistência à implantação a novos modelos. Isso se deve também, a conflitos de interesses no mercado; 2. Apesar do gasto com matéria-prima e mão de obra nas construções modulares ser menor do que nas convencionais, os custos com tributos no país favorecem a implantação da construção tradicional, e tornam a modular inviável; 3. A logística e a infraestrutura do país são insuficientes para a adoção em todo o território nacional; 4. O fornecimento de materiais é pouco cooperativo, faltam equipamentos e ocorre dependência por produtos importados; 5. A construção modular está alinhada com o uso do BIM, que ainda é pouco difundido no país. 54 5 CONSIDERAÇÕES FINAIS Pela pesquisa realizada, foi observado a importância de se difundir o tema de Construção Energitérmica Sustentável que bem executado e planejado na obra, aliado a economia de recursos em todas as etapas, proporciona inúmeros benefícios ambientais e sociais. Conforme estudo, foi identificado que o sistema construtivo em Wood frame não trata apenas da construção de casas de madeira, mas sim de casas construídas com alta tecnologia, fabricadas com controle de qualidade, velocidade, flexibilidade, conforto termoacústico, sustentabilidade e adequado custo-benefício. No quesito meio ambiente o Wood Frame recebe destaque, pois utiliza a madeira como principal matéria-prima, a única renovável no setor da construção civil. Evidenciou-se que a construção em Steel frame oferece inúmeros benefícios, como a redução na sobrecarga estrutural, com uma elevada resistência, a redução do cronograma, menor geração de resíduos, o alto grau de industrialização, além da durabilidade da estrutura, o que torna o método atrativo para a construção civil. Foi demonstrado que o uso crescente de edificações modulares industrializadas é uma resposta inteligente à necessidade, como por exemplo, em que alguns hospitais foram construídos em diferentes partes do mundo e mostrou como a construção modular é um recurso importante para reduzir desperdícios e dar agilidade ao setor. Os sistemas abordados apresentam vantagens e desvantagens em sua utilização. Contudo, é oportuno e relevante ampliar os trabalhos sobre a sustentabilidade das construções, sendo necessário desenvolver um método de avaliação desses sistemas para apoio na tomada de decisões. https://brasil.elpais.com/icon_design/2020-02-03/como-a-china-conseguiu-erguer-o-hospital-do-coronavirus-de-wuhan-em-10-dias.html 55 SUGESTÕES PARA PESQUISAS FUTURAS Como sugestões para pesquisas futuras em CES, foram identificadas algumas possíveis extensões: • Comparar os preços das soluções apresentadas; desde a estrutura até a entrega da obra; • Gerar lista de materiais,quantitativos e orçamento de cada modelo apresentado; • Utilização do CES, na Industria de construção 4.0, com inovação e desenvolvimento de novos projetos e produtos, incorporando soluções como robótica, inteligência artificial, BIM, e análise de dados de forma integrada, para o aumento considerável da eficiência e a produção do setor; • Avaliação pós-ocupação de edificações que empregam o sistema para análise e identificação de patologias construtivas e coleta de impressões dos usuários. 56 REFERÊNCIAS ABNT ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 15.575-1: Edificações habitacionais Desempenho. Parte 1: Requisitos gerais. Rio de Janeiro, 2013. ALEA BLOG. Disponível em: <https://www.casasalea.com/blog/metodo-construtivo/o-que-e-Wood-frame/>. Acesso em 25/09/2022. ANGULLAR, 2022. Steel Frame – Fundação radier e suas vantagens na construção. Disponível em: https://www.angullar.com.br/fundacaoradier. Acesso em 25/10/2022. Augusto Cury, 2003. "Pais brilhantes, professores fascinantes". AUTODOC, 2022. Construção Modular. Disponível em: https://site.autodoc.com.br/conteudos/construcao-modular-o-que-e-quais-sao-os- seus-beneficios-e-como-esta-sua-utilizacao-pelo-mundo/. Acesso em 01/11/22. BBC News Brasil: Coronavírus: em imagens, a construção de hospital na China em 10 dias, 2020. Disponível em: <https://www.bbc.com/portuguese/internacional- 51354870>. Acesso em 15/10/22022. BERRIEL, A. Arquitetura de madeira: reflexões e diretrizes de projeto para concepção de sistemas e elementos construtivos. 2009. Tese (Doutorado). 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