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CENTRO UNIVERSITÁRIO CESMAC JOÃO VICTOR CARNEIRO LACERDA APLICABILIDADE DOS MANUAIS TÉCNICOS DE ENGENHARIA E ARQUITETURA SOBRE LIGHT STEEL FRAME DO CENTRO BRASILEIRO DA CONSTRUÇÃO EM AÇO (CBCA) MACEIÓ-ALAGOAS 2016/2 JOÃO VICTOR CARNEIRO LACERDA APLICABILIDADE DOS MANUAIS TÉCNICOS DE ENGENHARIA E ARQUITETURA SOBRE LIGHT STEEL FRAME DO CENTRO BRASILEIRO DA CONSTRUÇÃO EM AÇO (CBCA) Trabalho de conclusão de curso apresentado como requisito parcial, para conclusão do curso de Engenharia Civil do Centro Universitário Cesmac, sob a orientação do professor MSc. Nichollas Emmanuel de Melo Nunes. MACEIÓ-ALAGOAS 2016/2 JOÃO VICTOR CARNEIRO LACERDA APLICABILIDADE DOS MANUAIS TÉCNICOS DE ENGENHARIA E ARQUITETURA SOBRE LIGHT STEEL FRAME DO CENTRO BRASILEIRO DA CONSTRUÇÃO EM AÇO (CBCA) Trabalho de conclusão de curso apresentado como requisito parcial, para conclusão do curso de Engenharia Civil do Centro Universitário Cesmac, sob a orientação do professor MSc. Nichollas Emmanuel de Melo Nunes. EM: ___/___/_____ ___________________________________________ ORIENTADOR: MSc. Nichollas Emmanuel de Melo Nunes ___________________________________________ AVALIADOR INTERNO: MSc. Daniel Almeida Tenório ___________________________________________ AVALIADOR EXTERNO: Esp. Roberto Gomes Athayde AGRADECIMENTOS Primeiramente gostaria de agradecer aos meus pais, Andreia Rosane Carneiro Araújo de Almeida e João Batista Bezerra Lacerda, por sempre acreditarem em mim e proporcionarem que nunca me faltasse saúde ou educação. A minha família, com destaques aos meus irmãos, Arthur Carneiro de Miranda e Victoria Carneiro Lacerda, por todos os conselhos dados durante minha vida, e a minha avó, Maria do Rosário Carneiro Araújo, pelas constantes ajudas oferecidas. Aos colegas de faculdades, Matheus Barbosa Moreira Cedrim, Hildamara Caetano Cavalcante, Carlos André Medeiros e Pedro Henrique Vital, pelas ajudas e trocas de conhecimentos oferecidos durante todo o curso. Ao professor e orientador Nichollas Emmanuel, por todo o suporte durante o decorrer deste trabalho, sempre havendo disponibilidade para ajuda. Ao Humberto Kremer Neto pela minha primeira oportunidade no ramo da construção civil, e aos engenheiros Júlio Alexandre e Cristiano Lima que forneceram todo apoio e suporte para completar meu conhecimento, que sem esses conhecimentos não poderia ter concluído este trabalho. RESUMO Este trabalho tem como objetivo apresentar a relevância dos manuais de engenharia e arquitetura do centro brasileiro de construção em aço para os engenheiros, destacando os elementos que compõe todo o sistema, etapas de desenvolvimento da obra, a fabricação dos perfis, a montagem dos mesmos, o dimensionamento e passo a passo da elaboração dos projetos arquitetônico e estrutural do sistema construtivo light steel frame. Para o estudo, foi todo em embasamentos teóricos, mas sem o acompanhamento pratico da montagem do sistema LSF. Este embasamento foi através dos manuais citados acima, das normas brasileiras referentes a construção em aço, e pelo North American Specification for the Design of Cold-Formed Steel Structural Members. O referente estudo foi realizado através da transformação de uma residência unifamiliar do padrão da “minha casa, minha vida” da CAIXA econômica federal. Essa residência foi elaborada no sistema de construção convencional, porém, seus projetos foram alterados, neste trabalho, para que se adaptem ao sistema construtivo LSF, com essas alterações foram aplicados todos os conhecimentos fornecidos pelos manuais e demais embasamentos teóricos utilizados. Após a finalização do projetos foi apresentada todas as dificuldades encontradas para a elaboração dos projetos arquitetônico e estrutural. E com isto, foi possível observar a vantagem de ganho de espaço, redução do consumo de água e redução de peso da estrutura considerável, e que para novos construtores, o manuais se tornam essenciais para aqueles que desejam começar novos projetos, pois neles estão contidos todas as informações necessárias para que se compreenda todo o sistema e subsistemas. Palavras-chave: Construção industrializada. Light steel frame. Centro brasileiro da construção em aço. Manuais técnicos. ABSTRACT This work has objective show the relevance of engineering and architecture manuals of Brazilian center of steel construction for the engineers, highlighting the elements that make up the entire system, the project development stages, manufacturing profiles, assembly of profiles, calculate and steps of elaborations about architectural and structural projets of light steel frame construction. For the study, all the theoretical foundation, but whithout pratical follow mounting the LSF system. The theoretical foundation it was through textbooks before cited, brazilian rules for steel constructions, and North American Specification for the Design of Cold-Formed Steel Structural Members. The referente study was conducted by transforming a single- family residence of the standard of “minha casa, minha vida” from federal economic CAIXA. This residence has been prepared in the conventional construction system, but his designs have changed in this work to fit the building system LSF, with these changes were applied all the knowledge provided by manuals and others theorical texbooks used. After completion of the Project was presented all the difficulties encountered in the elaboration of architectural designs and structural. With this, it observed the advantage of lucre space, reducing water comsumption and considerable weight reduction of structure, and for new builders, the manuals become essential for those who want to start new projects, because them are contained al the necessary information to understand the whole system and subsystems Keywords: industrialized construction, light steel frame, engineering and architecture manuals of Brazilian center of steel construction, technical manual. LISTA DE FIGURAS Figura 1 - Modelo de uma casa sendo construída no método convencional. ........... 12 Figura 2 - Desenho esquemático de uma residência em Light Steel Framing. ........ 14 Figura 3- Componentes de um painel estrutural com abertura................................. 16 Figura 4 – Elementos responsáveis pela estabilização dos paineis. ........................ 17 Figura 5 - Componentes de um painel de entrepiso. ................................................ 17 Figura 6- Elementos de uma coberta do tipo tesoura. .............................................. 18 Figura 7 - Exemplo da transmissão de ondas através do sistema massa-mola- massa. ....................................................................................................................... 21 Figura 8 – Modelo de galpão em LSF. .....................................................................23 Figura 9– Modelo de casa em LSF. .......................................................................... 23 Figura 10– Modelo de casa em LSF. ........................................................................23 Figura 11– Modelo de casa em LSF. ........................................................................23 Figura 12- Como o material, pelo método do “stick” chega à obra. .......................... 24 Figura 13- Caminhão sendo carregado com os painéis já montados. ...................... 25 Figura 14- Esquema de construção tipo “Balloon” e esquema de construção tipo “Platform”................................................................................................................... 26 Figura 15- Corte esquemático de uma fundação em laje radier. .............................. 27 Figura 16- Corte esquemático para mostrar a ancoragem do painel estrutural em uma laje radier. .......................................................................................................... 28 Figura 17 - a) efeito de translação e b) efeito de tombamento. ................................ 29 Figura 18 - Esquema geral de ancoragem química com barra roscada. .................. 29 Figura 19 - Transmissão de cargas e o alinhamento dos elementos ao montante... 31 Figura 20 - Transmissão de cargas é distribuída através da verga. ......................... 32 Figura 21- Três tipos de vergas sendo demonstradas. ............................................ 32 Figura 22 - Fixação da fita de aço na placa de Gusset. ........................................... 33 Figura 23 - Fitas de aço sendo sujeitas a forças de tração e compressão. .............. 34 Figura 24 - Assentamento das placas estruturais com aberturas. ............................ 35 Figura 25 - Fitas metálicas em painéis. .................................................................... 36 Figura 26 - Aberturas em painéis não estruturais. .................................................... 37 Figura 27 - Estrutura de piso úmido em LSF. ........................................................... 38 Figura 28 - Esquema de uma escada em LSF. ........................................................ 40 Figura 29 - Esquema de uma coberta plana úmida. ................................................. 41 Figura 30 - Esquema de uma coberta plana seca. ................................................... 41 Figura 31 – Deformação por instabilidade local e distorcional.................................. 46 Figura 32 – Modelamento de um painel estrutural contendo aberturas, coberta e elemento de contraventamento. ................................................................................ 50 Figura 33 – Representação de vigas biapoiadas e continua, respectivamente. ....... 52 Figura 34 – Linha de ruptura. ................................................................................... 54 Figura 35 – Linha de ruptura. ................................................................................... 55 Figura 36 – Planta baixa da casa de 30 m² em alvenaria ......................................... 72 Figura 37 – Planta baixa da casa de 30 m² em LSF e suas placas. ......................... 72 Figura 38 – Planta baixa com hachuras e projeções para expansões. .................... 73 Figura 39 – Planta baixa com perfis locados. ........................................................... 74 Figura 40 – Vista 3D dos eixos de cada perfil utilizado na casa COHAB/SC ........... 75 Figura 41 – Visualização 3D dos perfis da casa. ...................................................... 77 Figura 42 – Solução adotada para as portas próximas de quinas. ........................... 84 LISTA DE TABELAS Tabela 1 - Revestimento mínimo dos perfis estruturais e não estruturais. ............... 19 Tabela 2 - Designação dos perfis de aço formados a frio para uso em LSF e suas respectivas aplicações. ............................................................................................. 19 Tabela 3 – Valores mínimos da relação D/bw de barras com seção Ue e Ze submetida à compressão centralizada, para não haver necessidade da verificação da instabilidade distorcional. ..................................................................................... 47 Tabela 4 – Valores mínimos da relação D/bw de barras com seção Ue e Ze sob flexão simples em torno do eixo de maior inercia, para não haver necessidade da verificação da instabilidade distorcional. ................................................................... 47 Tabela 5 – Valores para coeficiente kl para seção submetidas a força axial de compressão. .............................................................................................................. 48 Tabela 6 – Valores do coeficiente kl em barras fletidas no eixo de maior inercia. .... 49 Tabela 7 – Esforços a quais cada elemento deverá ser dimensionado. ................... 53 Tabela 8 – Valores de Ct para chapas com ligações parafusadas e perfis com ligações parafusadas, respectivamente. ................................................................... 55 Tabela 9 – Valores máximos da relação largura-espessura para elementos comprimidos .............................................................................................................. 56 Tabela 10 – Parâmetros geométricos para cálculo de βw e βf. ................................ 62 Tabela 11 – Parâmetros geométricos para cálculo de βw e βf. ................................ 63 Tabela 12 – Densidade superficial ............................................................................ 67 Tabela 13 – Tabela de estrutura de coberta ............................................................. 68 Tabela 14 – Vão máximo para as vigas de piso, sem possuir enrijecedor de alma. . 69 Tabela 15 – Montante pé direito 2700 mm, suportando somente telhado e forro. .... 70 Tabela 16 – Tabela de aço ....................................................................................... 81 Tabela 17 – Áreas convencional X LSF .................................................................... 82 Tabela 18 – Orçamento da casa COHAB/SC. .......................................................... 89 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO ....................................................................................................... 11 1.1 Sistema construtivo convencional................................................................... 11 1.2 Sistema construtivo em light steel frame ........................................................ 13 2 LIGHT STEEL FRAME .......................................................................................... 15 2.1 Características do sistema Light Steel Frame ................................................ 16 2.2 Vantagens e desvantagens do light steel frame ............................................. 20 2.3 Métodos construtivos ....................................................................................... 24 2.4 Etapas da construção ....................................................................................... 26 2.4.1 Fundação .........................................................................................................26 2.4.1.1 Laje radier ...................................................................................................... 26 2.4.1.2 Viga baldrame e sapata corrida ..................................................................... 28 2.4.1.3 Fixação na fundação ..................................................................................... 28 2.4.2 Painéis ..............................................................................................................30 2.4.2.1 Painéis estruturais ou autoportante ............................................................... 30 2.4.2.1.1 Contraventamento ...................................................................................... 33 2.4.2.1.2 Diafragma rígido .........................................................................................34 2.4.2.1.3 Travamento horizontal ................................................................................ 35 2.4.2.2 Painéis não estruturais .................................................................................. 36 2.4.2.3 Paredes curvas, arcos e demais formas. ....................................................... 37 2.4.3 Lajes .................................................................................................................37 2.4.3.1 Laje em balanço ............................................................................................ 39 2.4.3.2 Escadas .........................................................................................................39 2.4.4 Cobertura .........................................................................................................40 2.4.4.1 Cobertura plana ............................................................................................. 40 2.4.4.2 Cobertura inclinada ........................................................................................ 41 2.4.5 Fechamento vertical ......................................................................................... 43 2.4.6 Ligações parafusadas ....................................................................................... 43 3 CONCEPÇÃO E DIMENSIONAMENTO ESTRUTURAL, SEGUNDO NBR 14762:2010, NBR 6355:2012 E MANUAL DE ENGENHARIA DO CBCA ............... 45 3.1 Características e padronização ........................................................................ 45 3.1.1 Instabilidade e flambagem ................................................................................ 45 3.2 Método da seção efetiva (MSE) ........................................................................ 47 3.3 Concepção estrutural ........................................................................................ 50 3.4 Calculo de barras sujeitas a tração.................................................................. 53 3.5 Calculo de barras sujeitas a compressão ....................................................... 56 3.6 Calculo de barras sujeitas a flexão .................................................................. 59 3.7 Cálculo de barras sujeitas ao cortante ............................................................ 64 3.8 Cálculo de barras sujeitas ao cortante-momento fletor ................................. 65 3.9 Cálculo do enrugamento da alma .................................................................... 65 3.10 Cálculo de barras sujeitas à flexão composta .............................................. 66 3.11 Calculo do enrugamento-momento fletor ..................................................... 66 4 MODULAÇÃO E MODELAGEM DE UMA CASA DE PADRÃO POPULAR NO SISTEMA CONSTRUTIVO LIGHT STEEL FRAME ................................................. 67 4.1 Sobrecargas ....................................................................................................... 67 4.2 Softwares ...........................................................................................................70 4.3 Modulação .......................................................................................................... 71 4.4 Modelagem ......................................................................................................... 75 5 CONCLUSÃO ........................................................................................................ 82 REFERÊNCIAS......................................................................................................... 86 ANEXO A ...................................................................................................................88 APÊNDICE A ............................................................................................................ 94 APÊNDICE B ............................................................................................................ 95 11 1 INTRODUÇÃO Diante dos avanços tecnológicos na construção civil tem crescido a busca por método construtivo mais eficiente os quais visão aumentar a produtividade, diminuir o desperdício, bem como atender a demanda e por tecnologias sustentáveis. Neste contexto, o aço consegue abranger todas as características citadas. Atualmente, a demanda por processos mais eficientes, que buscam aumentar a produtividade, conter perdas e melhorar a gestão de recursos. Tem sido prioridade das empresas, uma vez que a inovação tecnológica se mostra como uma importante aliada, seja na concepção de novos métodos construtivos, seja na criação de novos produtos empregados na construção. Um destes métodos é a construção em Light Steel Frame (LSF) que utiliza o aço galvanizado em sua estrutura principal de pequena espessura formada a frio, sendo uma construção de alta eficiência. No que diz respeito a velocidade de execução e reduzindo peso quando comparada a outros métodos. Segundo Javaroni e Gonçales (2002, p. 149): Os perfis de aço formados a frio, os perfis de chapa dobrada, dada a grande variedade das formas de seções transversais que podem ser obtidas e da boa relação massa/resistência, alcançaram lugar de destaque entre as estruturas metálicas, principalmente em obras de menor porte que possuem, em geral, pequenos vãos e carregamentos de pequena intensidade. Como estrutura principal, o uso dos perfis de chapa dobrada dá-se em edifícios de pequena altura, residências e galpões em geral. 1.1 Sistema construtivo convencional No Brasil, o sistema de construção tradicional é concreto armado, o qual tem grande aplicação em construções de diversos tipos, desde pequenas residências a edifícios de múltiplos pavimentos (figura 1). Este método utiliza blocos cerâmicos para seu fechamento externo e para fechamento interno pode ser os blocos cerâmicos, gesso, drywall e outros materiais. Este sistema é de maior utilização devido grande facilidade de encontrar mão de obra de baixo custo, entretanto, não é capaz de suprir a demanda de construções no país e solucionar o problema do déficit habitacional por ser um sistema de produção lenta já que o concreto necessita de 28 dias para que seja feita, com segurança, a sua cura. 12 Figura 1 - Modelo de uma casa sendo construída no método convencional. Fonte: Instituo brasileiro de desenvolvimento da arquitetura (IBDA) O concreto armado é constituído pela combinação de concreto e barras de aço, em que ambos os materiais apresentam boa aderência entre si, bem como os coeficientes de dilatação térmica semelhantes. Essa união tem seu grande uso devido ao fato que o concreto possui baixa resistência à tração, sendo função do aço, absorver os esforços de tração e cisalhamento que atuam nos elementos de concreto fazendo com que se complementem. De forma simplificada, a estrutura de concreto armado é composta por elemento que transferem esforços e leva até a fundação (os elementos são as lajes, vigas, pilares e fundações). Por ser um sistema artesanal, todo o seu estrutura é moldada no local tem uma grande perda de tempo e grande desperdício de material além de ser um sistema sujeito a erros humanos devido a mão de obra. Com os problemas ambientais, a construção tradicional está longe de atingir bons padrões, e de acordo com Jhon (2000) já que consumo de agregados naturais varia entre 1 e 8 toneladas/habitante.ano. No Brasil o consumo de agregados naturais só na produção de concreto e argamassas é de 220 milhões de toneladas. Em São Paulo a areia natural, em sua grande maioria, viaja distâncias superiores a 100 km devido à falta destes materiais em sua volta e devido também a um aumento na rigorosidadedo controle ambiental. Na execução de alvenaria de blocos cerâmicos é necessário abrir rasgos na parede para as instalações elétrica e hidráulica gerando uma grande quantidade de entulho e consequentemente desperdício de material. Finalmente a construção civil é a indústria com maior gerador de resíduos. O volume de entulho de construção e demolição gerado é até duas vezes maiores que o volume de lixo sólido urbano, e 13 em cidades brasileiras, a maioria destes resíduos são depositados clandestinamente, em locais que tem obstruído córregos e drenagens, colaborando com enchentes e favorecido a proliferarão de mosquitos e outros vetores. 1.2 Sistema construtivo em light steel frame Apesar de ser uma tecnologia relativamente recente, com sua origem em torno do século XX, historicamente começa antes, com as construções em madeiras feitas pelos colonizadores do território americano. Para atender o rápido crescimento populacional, que ocorria na época, foi necessário utilizar métodos mais rápidos para construções das casas utilizando todos matérias disponíveis na região, no caso foi a madeira. Essas casas de madeiras segundo ConsulSteel apud Santiago, Freitas e Crasto (2012, p.12) “[...] consistiam em estrutura composta de peças em madeira serrada de pequena seção transversal [...]”. A partir daí foi se aperfeiçoando o método e virou o wood frame que se tornaram o método de residências mais comum do Estados Unidos. Em 1993, segundo Santiago, Freita e Crasto (2012), com o avanço da industrialização, foi lançado na feira mundial de chicago o protótipo em light steel frame que utilizava perfis em aço substituindo a madeira. No final da segunda guerra mundial o Japão utilizou o LSF para construção das mais de quatro milhões de casas que foram destruídas devido aos bombardeios, e como o governo restringiu o uso da madeira para a preservação da mata o LSF foi o método mais rápido de construção para suprir este déficit das casas. E na década de 90, nos Estados Unidos, com o aumento do preço da madeira e com a baixa qualidade delas fez com que estimulasse a utilização de perfis em aço e estima que 25% das residências dos Estados Unidos foram feitas em LSF. O LSF é um sistema construtivo que tem como sua principal característica uma estrutura constituída por perfis laminados a frio de aço galvanizado que tem suas utilizações em componentes estruturais e não estruturais. O LSF não se limita só a estrutura, como um sistema destinado a construção de edificação ele é composto por sistemas e subsistemas. Estes subsistemas são cobertura, fechamentos internos e externos, isolamento térmico e acústico, piso para laje, instalações hidráulicas e elétricas, e fundação. Para que este sistema desempenhe todas as suas funções projetadas, todos estes subsistemas devem estar bem relacionados, por isso, as escolhas dos materiais e da mão de obra são 14 fundamentais para velocidade de construção, desempenho do sistema e sua duração. Na Figura 2 pode-se ver todo o sistema e seus subsistemas trabalhando em conjunto. Figura 2 - Desenho esquemático de uma residência em Light Steel Framing. Fonte: CASTRO; FREITAS, 2006, p. 14 Com os manuais os quais se detalham todos os passos necessários para a construção de uma casa nesse modelo, se usará um projeto base de uma casa construída no sistema convencional, através do conhecimento aprendido, transformará a casa para o modelo LSF usando todos seus sistemas e subsistemas. Apresentando o mínimo de alterações possíveis na casa para que se mostre toda a versatilidade do sistema, suas vantagens e como o manual funciona para a elaboração de tais projetos. 15 2 LIGHT STEEL FRAME Este capitulo é baseado no manual de arquitetura do CBCA que foi elaborado por Santiago, Freitas e Crasto (2012) aonde explicará todo o sistema e subsistemas do método construtivo LSF. Basicamente a estrutura em LSF é composta por paredes, pisos e coberturas em estrutura metálicas leves, todos eles juntos possibilitam uma integridade estrutural da edificação, resistindo a todos os esforços que a estrutura possa solicitar. As paredes utilizadas na construção da estrutura possuem o nome de painéis estruturais ou autoportantes e são compostos por aço galvanizado, estes painéis estruturais possuem esta nomenclatura por ter a função de distribuir uniformemente as cargas e transferias para a fundação. As dimensões e os espaçamentos entre perfis são determinados pelo cálculo estrutural, e com isto, faz a modulação do projeto. A modulação, através da padronização dos componentes estruturais, os de fechamentos e revestimento, aperfeiçoa-se custo e mão-de-obra. O fechamento, geralmente, é feito com dois materiais para o fechamento externo e um para o interno, o externo é feito com placas cimentícias ou oriented strand board (OSB) e internamente se utiliza todos os tipos de gesso acartonado. Os pisos, assim como as paredes, utilizam perfis em aço galvanizado dispostos na horizontal, todos esses perfis compõe a viga de piso e com isto serve de estrutura de apoio para os materiais que irão formar a superfície do contrapiso. De acordo com Santiago, Freitas e Crasto (2006, p. 15) “As vigas de pisos estão apoiadas nos montantes de forma a permitir que suas almas estejam em coincidência com as almas dos montantes, dando origem ao conceito de estrutura alinhada ou ‘in-line framing’.” Como poderemos ver mais à frente. Hoje em dia, com as grandes manifestações arquitetônicas, existem vários tipos e modelos de telhados e o LSF pode utilizar quase todos, de coberta reta até as mais elaboradas com telhado verde. Não se difere muito a cobertura da construção tradicional para a em LSF quando a coberta é inclinada, se assemelha muito com a o uso da tesoura de madeira, porém substituindo a madeira por perfis galvanizados. O LSF, com sua grande versatilidade, pode usar diversos tipos de telhas tais como cerâmicas, de aço, cimento reforçado por fios sintéticos ou de concreto e até as telhas shingles que utiliza material betuminoso. 16 2.1 Características do sistema Light Steel Frame Cada peça na estrutura desempenha uma função e têm seu devido nome, para entender os nomes e sua determinada função serão dispostos abaixo os principais elementos que compõe a estrutura do LSF e suas determinadas funções. Os elementos que compões os painéis verticais, como pode ser visto na figura 3, serão visto a seguir junto com a sua função. Montante: Perfil utilizado verticalmente na composição de painéis de parede, possuindo função de distribuir os esforços para a fundação. Guia: Perfil utilizado como base e topo dos painéis de parede fazendo com que os painéis e montantes mantenham-se alinhados. Verga: Perfil utilizado horizontalmente sobre aberturas (portas, janelas, etc.) para suporte da estrutura do entrepiso e/ou do painel do andar superior. Montante auxiliar (king): Montante fixado à ombreira ou utilizado nos limites laterais das aberturas de painéis não estruturais. Montante de composição (cripple): Perfil utilizado verticalmente na composição de painéis de parede, sobre e abaixo das aberturas. Ombreira (jack): perfil utilizado verticalmente para apoio da verga ou de painel de parede sobre abertura. Figura 3- Componentes de um painel estrutural com abertura. Fonte: RODRIGUES; CALDAS, 2016, p. 15 Além destes elementos, faz-se necessário a utilização de fitas de aço galvanizado e bloqueadores, como visto na figura 4, para que se diminua o 17 comprimento de flamagem do perfil, com isto fazendo que eles aguentem maiores cargas sem flambar. Bloqueador: Perfil utilizado horizontalmente no travamento lateral de montantes e vigas. Fita: Fita de aço galvanizado empregado na diagonal como elemento de contraventamento e, em combinação com os bloqueadores, para compor o sistema de travamento lateral dos montantes de painéis e vigas de entrepiso. Figura 4 – Elementos responsáveis pela estabilização dos paineis. Fonte: RODRIGUES; CALDAS, 2016, p. 15 Para a constituição de pisos e lajes neste sistemas, seguem conforme a figura 5, quase sempre, e seus principais componentes são apresentados abaixo. Sanefa: Perfil utilizado para encabeçamento de estruturas e entrepisos. Enrijecedor de apoio: Perfil utilizado verticalmente no apoio de vigas de entrepiso, enrijecendo a alma do perfil. Viga: Perfil utilizado horizontalmente na composição de entrepiso. Figura 5 - Componentes de um painel de entrepiso. Fonte: RODRIGUES, 2006, p. 12 18 Uma das estruturas mais complexas desse sistema é a coberta, onde se utilizará as treliças (figura 6), aonde os principais componentes da estrutura de coberta são apresentados a seguir. Terça: Perfil utilizado para apoio de telhas, placas de revestimento ou painéis de cobertura. Banzo superior: Perfil utilizado na diagonal que dá forma e inclinação a cobertura do telhado. Banzo inferior: Perfil utilizado horizontalmente que dá forma e inclinação ao forro do espaço coberto. Pendurais ou Montante: Perfis utilizados verticalmente e que vinculam o banzo superior com o inferior. Diagonais: Perfis utilizados na diagonal que vinculam o banzo superior e inferior. Figura 6- Elementos de uma coberta do tipo tesoura. Fonte: SANTIAGO; FREITAS; CRASTO, 2006, p. 70 . As seções e suas espessuras dos perfis em LSF são determinadas pelas normas NBR 15253 – Perfis de Aço Formados a Frio, com revestimento Metálico, para Painéis Reticulados em Edificações: Requisitos Gerais e NBR 6355 – Perfis Estruturais de Aço Formados a Frio: Padronização. Os perfis típicos no uso do LSF têm seu revestimento feito através da galvanização. As massas mínimas de revestimento são apresentadas na tabela 1 e essas massas interferem na espessura dos perfis. 19 Tabela 1 - Revestimento mínimo dos perfis estruturais e não estruturais. Fonte: RODRIGUES; CALDAS, 2016, p. 14 (adaptado pelo autor) Vale lembrar que além da espessura de revestimento variar se o perfil será estrutural ou não e também varia com a proximidade do mar. De acordo com a NBR 6355 (2012), os tipos de perfis são empregados no sistema LSF são descritos na tabela 2. Tabela 2 - Designação dos perfis de aço formados a frio para uso em LSF e suas respectivas aplicações. Fonte: SANTIAGO; FREITAS; CRASTO, 2012, p. 23 (adaptado pelo autor) Estes perfis, que segundo a NBR 6355 (2012), possuem espessuras que variam de 0,8 mm até 3,0 mm, passando deste valor já muda a sua classificação, inferiores são considerados drywall um subsistema deste método de construção e conhecido como os painéis não estruturais. a) A massa mínima refere-se ao total nas duas faces (média do ensaio triplo) e sua determinação deve ser conforme a ABNT NBR 7008 e ABNT NBR 15578 Tipo de revestimento Perfis estruturais Massa mínima de revestiment (g/m²) Designação do revestimento conforme normas Zincado por imersão a quente 275 AZ150 (ABNT NBR 7008) 150 AZ150 (ABNT NBR 15578) Aluminio-zinco por imersão a quente Cartola Cr bwXbtXDXtn Ripa Cantoneira de abas iguais U bfXbfXtn Cantoneira Seção transversal Série designação NBR 6355:2012 Utilização U simples U bwXbtXtn Guia Ripa Bloqueador Sanefa U enrijecido Ue bwXbtXDXtn Bloqueador Enrijecedor de alma Montante Verga 20 Segundo a ABNT NBR 15253:2014, admite-se a criação de aberturas nos perfis sem haver necessidade de reforço, desde que sejam devidamente consideradas no dimensionamento e que o maior eixo de perfuração coincida com o eixo longitudinal central da alma do perfil. A distância entre centro de furos seguidos deve ser de no mínimo de 600 mm e a distância entre a extremidade do perfil ao centro de seu primeiro furo deverá ser de 300 mm. 2.2 Vantagens e desvantagens do light steel frame As principais vantagens do LSF é que por ser um sistema todo pré-fabricados e todos seus elementos possuem uma padronização, as suas características e o acabamento passam por todo um processo de controle de qualidade rigoroso que permite uma maior confiança no material adotado. Os perfis do aço tem grande facilidade de obtenção já que os PFF são bastante usados na indústria, no entanto as dobras com os perfis adequados não são tão fáceis de achar, e tem grande facilidade de manuseio, já que são perfis finos e leves. Comparando o LSF com a construção convencional podemos observar que possui uma estrutura muito mais leve, mesmo o aço possuindo um peso especifico maior que o do concreto armado, por ele possui seções muito finas faz com que a estrutura fique mais leve quando comparada com a construção convencional. . Além disto, toda a estrutura tem um conforto térmico muito bom, pois como foi desenvolvida em países aonde a amplitude térmica chega até 50ºC este sistema precisava garantir um ótimo conforto, para que a casa mantenha uma temperatura constante dentro dos painéis são utilizados isolantes térmicos como as lãs (de vidro, rocha, PET ou fibra de Poliéster), o EPS (Poliestireno Expandido), o XPS (Poliestireno extrudado) e o poliuretano, sendo os mais comuns as lãs e o poliuretano. Ainda que no Brasil a amplitude térmica não seja tão elevada, o isolamento térmico confere maior conforto para o usuário e grande economia de energia com climatização, já que com a temperatura agradável e estável dentro da casa não será necessária a utilização de aparelhos para desempenhar tal, e em longo prazo, ajudando tanto financeiramente quanto ao meio ambiente. Assim como o conforto térmico, o acústico também é indispensável para uma edificação. O principal fator que afeta o conforto acústico é a isolação sonora, isto é, a capacidade de um material atenuar a propagação das ondas sonoras, essa isolação pode ser obtida de duas maneiras distintas, utilizando material de alta 21 densidade fazendo com que o peso dificulte a vibração ou através do sistema massa-mola-massa (figura 7) de acordo com De Luca (2012, p. 5): Este é constituído de uma chapa de gesso, por exemplo, (massa), um “colchão” de ar ou um material que amortece e absorve a maior parte da onda sonora, quebrando sua intensidade (mola) e outra chapa de gesso (massa). A eficiência do sistema se deve ao fato de ocorrer uma fricção entre a onda sonora e o novo meio (o ar ou um material fibroso como a lã mineral). Essa fricção converte parte da energia sonora em calor, ou seja, o ar ou a lã mineral faz com que a energia sonora perca intensidade, resultando em aumento da isolação sonora. Figura 7 - Exemplo da transmissão de ondas através do sistema massa- mola-massa. Fonte: DE LUCA. 2012, p. 5 Onde a descontinuidade dos meios é a responsável pela atenuação das ondas sonoras, esse é o princípio utilizado na construção em LSF, em que o isolante acústico é inserido entre as placas de drywall. É um sistema muito mais inteligente, onde a parede pode ser especificada e construída com o desempenho necessário para cada situação, sem o aumento significativo da sua espessuranem do seu peso. Exemplificando, uma parede de 13 cm de alvenaria revestido de argamassa tem um isolamento acústico de 38db e um peso de 195 Kg/m², uma parede de blocos de concreto revestido de argamassa com 13 cm de espessura tem seu isolamento acústico de 38db e um peso de 210 Kg/m², e o de paredes de drywall oco e espessura de 9,5cm tem o isolamento de 38db e o peso de 22 Kg/m², as parede de drywall com lã de vidro possui um isolamento de 45dB e o peso de 23 Kg/m². Como podemos ver o sistema massa-mola-massa tem grandes vantagens contra o de material de alta densidade, tanto na espessura, quanto no peso. A nova norma de desempenho 15575:2013 diz que os valores mínimos de isolamento acústico dependem do ambiente, mas variam entre 30db, 40db ou 45db, no entanto, observe que 30db só é permitido para paredes cegas de salas e cozinhas. Como podemos observar as paredes do sistema LSF, que utiliza apenas uma camada de 50 mm de 22 lã de vidro como isolante acústico, tem uma isolação de 45db (valor aceito para qualquer tipo de parede segundo a norma 15575:2013). Quanto a sua resistência ao fogo, o sistema LSF atende todas as normas da ABNT e do corpo de bombeiro. Para que se tenha uma ideia, segundo a construtora Fastcon aponta, o Corpo de Bombeiros exige que as paredes internas e externas de um edifício, assim como as lajes, tenham tempo requerido de resistência a fogo (TRRF) de 60 minutos. As placas de drywall que são utilizadas no LSF também são resistentes ao fogo e a parede interna formada de duas placas de drywall standard de cada lado com lã de vidro no meio, tem TRRF de 60 minutos. E dependendo do caso, a TRRF mínima seja de 120 minutos, para estes casos existe um tipo de parede drywall, que utiliza de placas de gesso acartonado resistente a fogo (RF), atingindo o valor de 120 minutos. Como já dito anteriormente o LSF é conhecido como construção a seco, ou seja, quase não usa água na construção das residências, utilizando apenas na fundação ou em lajes úmidas, que será melhor explicada mais à frente. A geração de entulho em uma obra de LSF fica em torno de 1% a 2%, de acordo com a Fastcon, enquanto na alvenaria esse número chega facilmente a 25%, logo podemos ver que praticamente a cada 4 casas construídas, são gerados entulhos suficiente para construir uma nova casa. A indústria da construção civil é responsável por 2/3 do resíduo solido gerado no mundo, e além que estes mesmo resíduos nem sempre são depositados em locais apropriados. Uma obra em LSF pode ser executada em 1/3 do tempo de uma obra em alvenaria e está qualidade vem sendo um dos principais motivos para a utilização deste método. LSF é mais rápido porque na fase da fundação, é necessária a cura do concreto, enquanto isso, todos os perfis são produzidos na indústria e quando chega na obra apenas fixa-los em seus devidos locais. Além da estrutura, a maioria de seus materiais também é industrializada, assim ganhando tempo na aplicação, uma comparação é a vedação para uma área de 2,88m² são necessárias apenas duas placas de fechamento ou 78 tijolos sendo assim muito mais rápida a montagem das placas. Outro motivo é que para a instalação elétrica e hidráulica não se precisa quebrar as paredes, pois os painéis podem ser abertos a qualquer momento para esta etapa da obra e com isto diminui gasto com materiais, retrabalho e desperdício dos materiais. 23 O sistema de LSF tem uma grande vantagem que é a grande versatilidade de projetos, desde as mais simples e lineares garagens até as que possuem uma arquitetura bastante elaborada. O sistema pode também ser utilizado em outros tipos de construções tal como armazéns, fábricas, garagens, hangares, as aplicações já existentes são diversas, como pode ser observados das figuras 8 a 11. Figura 8 – Modelo de galpão em LSF. Figura 9– Modelo de casa em LSF. Fonte: Dados da pesquisa Fonte: Dados da pesquisa Figura 10– Modelo de casa em LSF. Figura 11– Modelo de casa em LSF. Fonte: Dados da pesquisa Fonte: Dados da pesquisa Saindo das vantagens e entrando agora nas desvantagens do sistema o maior problema para este material é o preconceito e o medo da substituição das construções tradicionais por um novo método, muitas pessoas por verem perfis finos, acredita que a casa seja frágil, porém é o contrário, as casas de LSF são muito utilizadas onde possuem elevado risco sísmico por possuir um ótimo sistema de contraventamento. Há também uma barreira cultural já que as pessoas dessa construção não podem sair pregando objetos na parede, precisa ler o manual da casa entregue pela construtora, para poder parafusar objetos nos locais certos. No manual, devem constar informações de instalação e quais paredes estão preparadas, as que foram previamente reforçadas para essa finalidade. Nem todos 24 os problemas estão com o comprador da casa, muitas vezes pessoas inexperientes utilizando materiais em locais errados ou sobrecarregando a estrutura causando danos ao proprietário da casa, além que não é fácil encontrar uma mão de obra que seja capaz e especializada para este tipo de construção. Outro grande problema é que nem todas as cidades do Brasil possuem locais para se adquirir os materiais necessários para as construções em LSF, às vezes está dificuldade de encontrar os materiais fazem com que pessoas desistam de tentar construir neste sistema. 2.3 Métodos construtivos Há essencialmente três métodos de construção do LSF, o método “stick”, o método por painéis e o da construção modular. Esses três podem ser construídos como “Balloon Framing” e o “Platform Framing”. O método do “Stick” este método tem de sua principal característica o corte dos perfis na obra, entretanto os perfis já podem vir com as perfurações para a instalação elétrica e hidráulicas. Após a montagem de toda a sua estrutura, inicia-se a montagem dos demais subsistemas, este método é geralmente escolhido quando a montagem previa não seja viável. As principais vantagens do método, compartilhando o mesmo pensamento de Santiago, Freitas e Crasto (2012) são que para o construtor não há nenhuma necessidade de um espaço extra para a montagem previa, como visto na figura 12, pôr os materiais não estarem montados faz com que seja muito mais fácil o transporte do mesmo e mesmo que aumente o trabalho na obra, todas as ligações são de fáceis execuções. Figura 12- Como o material, pelo método do “stick” chega à obra. Fonte: Lambiase & Lambiase indústria metalúrgica ltda. Já o método dos painéis, todos os elementos como painéis estruturais ou não estruturais, tesouras, lajes e contraventamentos são montados fora do canteiro de obra, transportados até o canteiro já montados (figura 13) e quando chega no canteiro são colocados em seus locais. Alguns subsistemas já podem vir, de fábrica, 25 encaixados, no entanto é mais comum os subsistemas serem colocados no canteiro através de técnicas tradicionais como parafuso autobrocante e autoatarrachantes. Este método tem como principais vantagens é o ganho de tempo considerável na hora da montagem in loco, logo, o trabalho na obra será reduzido, as ligações e o sistema como num todo são feitas em locais a parte e, com isto, terá um controle mais rígido sobre todos os elementos. Figura 13- Caminhão sendo carregado com os painéis já montados. Fonte: Portal metálica construção civil. A construção modular é quando toda a estrutura é montada na fábrica com todos os acabamentos prontos tais como revestimento, instalações elétricas e hidráulicas, louças, mobíliasfixas, etc. A maior vantagem deste sistema é qualidade da estrutura, pois haverá um controle de todos os componentes, porém é muito mais difícil o transporte de um modulo completo. Tanto o método do tipo “Stick” quanto o de painéis podem ser feitos na forma de “Balloon Framing” e “Platform Framing”, figura 14, segundo Santiago, Freitas e Crasto (2012, p.25-26): Na construção ‘Balloon’ a estrutura do piso é fixada na lateral dos montantes e os painéis são muito grande e vão além de um pavimento. Na construção ‘Platform’, pisos e paredes são construídos sequencialmente um pavimento a cada vez, e os painéis não são estruturalmente contínuos. As cargas de piso são descarregadas axialmente aos montantes.” 26 Figura 14- Esquema de construção tipo “Balloon” e esquema de construção tipo “Platform” Fonte: FREITAS; CRASTO, 2006, p. 26 2.4 Etapas da construção A partir de agora será mostrado todo o passo a passo da construção em LSF no método do “Platform”, por ser o mais usado hoje em dia no Brasil. Será mostrada a fundação, painéis, laje, coberturas, fechamento vertical externo e interno. 2.4.1 Fundação Pelo LSF ser um sistema que utiliza leve estrutura, ele possui uma vantagem quando se retrata de fundação, pois o seu peso é de uma forma substancial, inferior a obras comuns, fazendo com que se economize na fundação e proporcionando um custo menor. Para uma escolha correta de fundação deve-se levar em consideração a topografia do terreno, o tipo de solo que ali se encontra e o nível do lençol freático. Para o sistema os melhores tipos de fundações são a laje do tipo radier e sapata corrida, é importante lembrar que, como tudo na estrutura, para um bom funcionamento da fundação todos os elementos e subsistemas devem ser feitos e aplicados corretamente. Deve-se verificar o deslocamento de translação e rotação da estrutura pela ação do vento. Por ser um sistema autoportante a fundação precisa estar muito bem nivelada e em esquadros para que se possa ocorrer uma transmissão de ações e uma maior precisão durante a montagem dos elementos. 2.4.1.1 Laje radier 27 A fundação em radier é um tipo de fundação rasa (fundação que se encontra a 3 metros de profundidade ou menos) que funciona como uma laje constituída em concreto armado e as vigas de perímetros (figura 15). E sempre que o local permitir, esta é a fundação mais utilizada para o sistema LSF hoje em dia, o dimensionamento do radier resultará do cálculo estrutural com base no modelo de placa sobre base elástica, conforme a hipótese de Winckler. Segundo Terni, Santiago e Pianheri (2008a, p. 77) “neste caso, o solo é visto como um meio elástico formando infinitas molas que agem sob o inferior da placa, gerando uma reação proporcional ao deslocamento”. Muitos recomendam usar radier apenas quando a soma das áreas das sapatas é grande em relação à projeção da edificação. Entretanto, no caso de edificações residenciais a opção pelo radier para a fundação passa a ser interessante, ainda mais quando há repetições, como é o caso de conjuntos habitacionais que possui um modelo padrão. Figura 15- Corte esquemático de uma fundação em laje radier. Fonte: SANTIAGO; FREITAS; CRASTO, 2012, p. 27 Os detalhes de execução da fundação deve-se tomar cuidado que para se evitar a capilaridade, o nível do contrapiso deve estar no mínimo a 15cm de altura com relação ao solo e para a varanda ao redor da casa prever uma inclinação de pelo menos 5% para que ocorra um escoamento da água. Na Figura 16, o detalhe esquemático de como é feita a ancoragem, que é o meio que a estrutura irá se prender à fundação para permitir que haja transmissão dos esforços e impossibilite qualquer deslocamento indesejável. Seja qual for a opção de fundação, deve-se constar nos cálculos o deslocamento de translação e rotação da estrutura devido a ação do vento, e para que esses efeitos não 28 danifiquem a estrutura, a fixação da estrutura deve ser executada de maneira que fique corretamente ancorada à fundação. Figura 16- Corte esquemático para mostrar a ancoragem do painel estrutural em uma laje radier. Fonte: TERNI; SANTIAGO; PIANHERI, 2008a, p. 78 2.4.1.2 Viga baldrame e sapata corrida Segundo Santiago, Freitas e Crasto (2012, p 27): A sapata corrida é um tipo de fundação indicada para construções com paredes portantes, onde a distribuição de carga é continua ao longo das paredes. Constitui-se de vigas, que podem ser de concreto armado, de blocos de concreto ou alvenaria que são locados sob os painéis estruturais. A sapata corrida pode ser classificada em rígida ou flexível, dependendo das dimensões das abas (a base alargada da sapata corrida). O dimensionamento da armadura leva em consideração essa diferença, devido à variação distinta da tensão normal no solo. Na prática, adota-se geralmente a sapata rígida, que é interessante em solos com boa resistência a aproximadamente 60 cm da superfície. Por não ser o mais usual, terá menos destaque em comparação ao radier neste trabalho, para um conhecimento mais aprofundado consulte o manual de arquitetura do CBCA. 2.4.1.3 Fixação na fundação Depois de a fundação concluída as guias inferiores dos painéis devem ser devidamente fixadas à fundação, pois caso isso não ocorra possa ser que a estrutura sofra uma translação e/ou tombamento. A translação, figura 17 a, é quando o edifício se desloca horizontalmente quando submetido a uma ação do vento, já o 29 tombamento, figura 17 b, é uma elevação da estrutura em que a rotação pode ser ocasionada pela diversidade de corrente de ventos que atingem a edificação. Figura 17 - a) efeito de translação e b) efeito de tombamento. Fonte: SANTIAGO; FREITAS; CRASTO, 2012, p. 28 Para evitar esses efeitos decorrentes dos ventos, toda a superestrutura deve ser corretamente ancorada a fundação. De acordo com ConsulSteel apud Santiago, Freitas e Crasto (2012, p. 28) “A escolha da ancoragem mais eficiente depende do tipo de fundação e das solicitações que ocorrem na estrutura devido as cargas, condições climáticas e ocorrência de abalo sísmicos.”. Os tipos mais utilizados de ancoragem são a química com barra roscada, a expansível com parabolts, fita metálica chumbada à fundação e ancoragem do tipo “J”. A ancoragem química (figura 18) com barra roscada é feita após a concretagem, ela é fixada ao concreto através de uma perfuração preenchida com uma resina química formando uma interface resistente com o concreto, esta resina geralmente é epoxida permitindo uma boa ponte de aderência entre a barra roscada e o concreto, é fixado com uma peça metálica a um montante duplo. Figura 18 - Esquema geral de ancoragem química com barra roscada. Fonte: TERNI; SANTIAGO; PIANHERI, 2008a, P. 79 30 Já na ancoragem provisória é um processo utilizado na montagem da estrutura, onde os painéis são fixados com pistola a pólvora. De acordo com Santiago, Freitas e Crasto (2006, p.28): Esse método e usado para manter o prumo dos painéis enquanto são montados e conectados a outros painéis do pavimento e até que seja feita a ancoragem definitiva. São também utilizados em painéis na o estruturais como fixação e para evitar deslocamentos laterais. Dentre todos esses métodos de ancoragem os mais utilizados é a ancoragem química com barra roscada, por isso foi melhor exposto mas lembrando de que todos esses sistemas de ancoragem são projetados de forma a racionalizar a execução e montagem da estrutura do LSF. Compartilhando da mesma ideia de Terni, Santiago e Pianheri (2008a) a fundação deve-se adequar ao nível de sofisticaçãoda estrutura caso contrário aparecera erros. 2.4.2 Painéis Os painéis no sistema LSF podem ser instalados na vertical, para serem utilizados como paredes, e na horizontal como pisos. Será apresentado o painel vertical que é estrutural, isto é, trabalham como estrutura da edificação, recebendo as cargas e dando estabilidade ao conjunto. Outros painéis podem ser utilizados nas paredes, porém, com a finalidade de vedação, conhecidos como drywall. 2.4.2.1 Painéis estruturais ou autoportante Os painéis estruturais estão sujeito a vários tipos de forças, tais como, vento, abalo sísmico, pelos pisos, painéis coberta, entre outros. Dessas cargas, as que atuam na vertical são originadas pelo próprio peso da estrutura, dos componentes e das sobrecargas (pessoas, moveis, maquinas, água pluvial, etc.), logo a função dos painéis é transmitir todas essas cargas para fundação, e de lá para o solo. Os painéis são compostos por montantes e guia, o montante transferem as cargas verticais através de contato direto de suas seções dando início ao conceito de estrutura alinhada. Todos os elementos dos painéis devem estar alinhados para que as cargas sejam transferidas corretamente, e quando isto não for possível utilizar uma viga que seja capaz de distribuir todas as cargas de maneira uniforme sob o painel. 31 Os montantes normalmente são modulados a cada 400 mm ou 600 mm, isto dependendo da solicitação. Quando um painel estiver submetido a grandes cargas pode se chegar até 200 mm. Os montantes são presos em suas extremidades, tanto superiores quanto inferior, por guias que tem como função fixar o montante com o objetivo de formar um quadro estrutural, como observado na figura 19. De acordo com Santiago, Freitas e Crasto (2012, p.33) “O comprimento das guia determina a largura do painel e o comprimento do montante, sua altura.”. Figura 19 - Transmissão de cargas e o alinhamento dos elementos ao montante. Fonte: SANTIAGO; FREITAS; CRASTO, 2012, p. 32 . O comprimento e o diâmetro, bem como a quantidade de parafusos, são estabelecidos pelo projetista de acordo com as considerações do dimensionamento da união, os parafusos são expostos com mais detalhes no item 2.4.6. Nas aberturas correspondentes às portas e janelas nos painéis estruturais é necessária a utilização vergas para redistribuição das solicitações (figura 20). De acordo com Santiago, Freitas e Crasto (2012, p.33) “[...] a fim de redistribuir o carregamento dos montantes interrompidos aos montantes que delimitam lateralmente o vão, denominados ombreiras.”. 32 Figura 20 - Transmissão de cargas é distribuída através da verga. Fonte: TERNI; SANTIAGO; PIANHERI, 2008b, p. 86 A verga pode ser obtida através de diversas combinações, porém, é basicamente composta por dois perfis do tipo Ue conectadas por parafusos, vendo com mais detalhes na figura 21. Segundo Santiago, Freitas e Crasto (2012, p.34): [...] a guia da verga é conectada às ombreiras, a fim de evitar a rotação da verga, e também permite a fixação dos montantes de composição (cripples). Que não têm função estrutural e estão localizados entre a verga e a abertura, a fim de permitir a fixação das placas de fechamentos. Figura 21- Três tipos de vergas sendo demonstradas. Fonte: TERNI; SANTIAGO; PIANHERI, 2008b, p. 85 As ombreiras, que são os perfis que delimitam o vão, são montadas em mesmo número de cada lado da abertura, e a quantidade de ombreiras, aproximadamente, correspondente à quantidade de montantes interrompidos, se este número for ímpar se acrescenta mais um e com o valor obtido dividido por dois é o número de ombreiras que terão de cada lado. O montante que fica ao lado das ombreiras são os montantes auxiliares e as vergas são presas a estes montantes. O 33 sistema LSF permite aberturas de grandes vãos e, nesse caso, as vergas devem ser compostas por vigas treliçadas. Os acabamentos superiores ou inferiores das aberturas são feitos com perfis U e possui 20 cm maior do que a abertura, pois em cada extremidade haverá um corte há 10 cm da extremidade e será rotacionado a um ângulo de 90º, está aba será utilizada para fixação das guias de abertura. 2.4.2.1.1 Contraventamento Os montantes dos painéis por si só não são capazes de resistir às forças horizontais, tais quais as dos ventos ou dependendo do lugar até sismos. Esses esforços podem causar desestabilidade da estrutura podendo causar deformações ou até mesmo colapsos. Para que se evitem tais desastres à estrutura em LSF precisará ter elementos que transfiram as cargas horizontais diretamente para o solo. Essas transferências podem ser feitas com uma combinação de contraventamentos nos painéis junto com o diafragma rígido feito pelos painéis, transmitindo todas as cargas para a fundação, por isso a ancoragem deve ser previamente estudada. O método de contraventamento mais comum no LSF é uma estrutura metálicas geralmente executadas com fitas de aço galvanizado parafusadas em placas de Gusset (figura 22), presa em montantes duplos e estas fitas possuem geralmente um formato em “X”. A largura, espessura e localização destas fitas são determinadas através do projeto estrutural. Quando não possível a utilização do contaventamento em “X” devido ao projeto arquitetônico, se utiliza em “K” que neste caso não são constituídas de fitas de aço galvanizado e sim perfis Ue que funcionará tanto a tração quanto a compressão e em conjunto com os montantes adjacentes formarão um tipo de treliça vertical. Figura 22 - Fixação da fita de aço na placa de Gusset. Fonte: SANTIAGO; FREITAS; CRASTO, 2012, p. 38 34 Segundo ConsulSteel apud Santiago, Freitas e Crasto (2012, p.38) “A seção da fita deve ser dimensionada para transmitir os esforços de tração resultante da decomposição da carga horizontal atuante (V) na direção da diagonal.”, como visto na figura 23. Figura 23 - Fitas de aço sendo sujeitas a forças de tração e compressão. Fonte: Dados da pesquisa. Recomenda-se que para as fitas de aço trabalhem com eficiência e cumpram com seu papel, o ângulo da fita de ficar entre 30º e 60º para seu melhor desempenho. Quando se há uma abertura no painel como porta ou janela, às vezes se faz necessário adotar ângulos superiores aos de 60º. Essas fitas devem estar tracionadas durante a fixação e devem ser postas dos dois lados dos painéis, a menos que haja um diafragma rígido em um deles, então só colocará na face oposta. 2.4.2.1.2 Diafragma rígido Há a possibilidade de usar material de fechamento externo dos painéis estruturais como uma parede diafragma, esses matérias são placas estruturais que tem a capacidade de absorver os esforços horizontais de vento e sismos até a fundação. O desempenho estrutural do diafragma rígido depende de alguns fatores, tais como: Configuração dos painéis (quantidade e tamanho das aberturas, altura e largura dos painéis). Capacidade de resistência dos montantes dos painéis. Tipo, quantidade e espaçamentos dos parafusos utilizados na fixação dos painéis. Resistência e espessura das placas utilizadas. Para que as placas funcionem perfeitamente como diafragma rígido devem-se ter algumas precações, tais como, para que as placas de borda continuem com as 35 suas propriedades e funcionem como um diafragma rígido deverá possuir uma largura mínima de 1,20 m. De acordo com Freitas e Crasto (2006, p.41) “Não deve haver união de placas consecutivas em coincidência com os vértices de uma abertura.” E quando acontecer isto, as placas devem ser cortadas em formatos de “C”, sendo apresentado nafigura 24. Figura 24 - Assentamento das placas estruturais com aberturas. Fonte: SANTIAGO; FREITAS; CRASTO, 2012, p. 41 Vale lembrar que placas de fechamento externo e placas de função estrutural são diferentes, as de fechamentos externo tem a função de vedação, porém nem todas as placas de fechamento externas podem atuar como diafragma rígido. Logo, quando as placas de fechamentos não possuírem função estrutural a utilização de contraventamento é indispensável. Para mais detalhes construtivos dos diafragmas consultarem o manual de arquitetura do CBCA. 2.4.2.1.3 Travamento horizontal A fim de aumentar a resistência estrutural dos painéis são adicionados a eles fitas metálicas e os bloqueadores. A função deles são evitar que os montantes, quando sujeitos a carregamentos normais de compressão, tenham rotação e diminuir o comprimento de flambagem do mesmo. Seguindo o mesmo raciocínio de Elhajj e Bielat apud Santiago, Freitas e Crasto (2012, p. 43) “A fita de metálica deve ser em aço galvanizado e ter pelo menos 38 mm de largura por 0,84 de espessura.”. Estas fitas são presas em cada extremidade do painel em montantes duplos ou triplo 36 e deve ser locada a metade da altura para painéis de até 2,5 metros e a cada metro para painéis entre 2,75 e 3,00 m (figura 25). Figura 25 - Fitas metálicas em painéis. Fonte: SANTIAGO; FREITAS; CRASTO, 2012, p. 43 Os bloqueadores são formados por peças em formatos Ue e U, possuindo a função de enrijecer os painéis. O perfil U possuindo comprimento de 20 cm maior que a distancias entre os montantes será cortado a 10 cm de cada extremidade para formar a aba que prenderá o bloqueador aos montantes e na peça cortada é encaixado um perfil Ue, este bloqueador será todo parafusado na fita metálica e existira um no final de cada painel e em intervalos de 3,60 m. Outra forma de fazer um bloqueador é prendendo um perfil Ue com cantoneiras aos montantes. 2.4.2.2 Painéis não estruturais Painéis não estruturais são aqueles que suportam apenas o peso próprio dos componentes que nele há, possuindo a função de fechamento externo e separação de ambientes internamente. Para separação de ambientes interno se utiliza de placas de “Drywall”, neste caso os perfis utilizados na estrutura são de menores dimensões e espessuras. As aberturas em painéis não estruturais são mais simples, pelo montante não transferir cargas não há necessidades de vergas e nem de ombreiras (figura 26). 37 Figura 26 - Aberturas em painéis não estruturais. Fonte: SANTIAGO; FREITAS; CRASTO, 2012, p. 47 2.4.2.3 Paredes curvas, arcos e demais formas. Os dois tipos de painéis, estruturais e não estruturais, permitem adquiri as formas curvas, arcos e qualquer forma atípica. De acordo com Scharff apud Santiago, Freitas e Crasto (2012, p.48) “Para a construção de paredes curvas é necessário que as guias superior e inferior do painel tenham a mesma mesa da face externa e a alma cortados a intervalos de aproximadamente 5 cm em todo comprimento do arco.”, sendo assim possível a obtenção do raio desejado, porém, a curva não pode ser muito fechada. Uma fita de aço galvanizado é usada para manter o raio de curvatura e reforçar a guia. 2.4.3 Lajes As lajes em LSF tem uma modulação muito similar com os painéis, pois possuem vigas de piso que, na verdade, são montantes Ue na horizontal, como pode ser visto na figura 4. Estes montantes possuem a mesma dimensão da mesa dos montantes de painéis, porém, a alma pode variar dependendo de diversos fatores. Estes perfis devem estar a uma distância entre eles e entre os apoios de uma forma suficiente de que a flecha não ultrapasse a flecha máxima determinada por norma. Lembrando que todas as lajes utilizam os travamentos horizontais presentes no item 2.4.2.1.3. Nas vigas de piso já vem com furos, estes furos são conhecidos como “punch”, e segundo a NBR 15253:2014 existe a possibilidade de fazer outros furos, desde que seja devidamente calculado. 38 Outros elementos importantes para a estruturação da laje de piso são as sanfeas (perfil U preso na extremidade das vigas de piso), enrijecedor de alma (perfil Ue que serve para aumentar a resistência e evitar o enrugamento), viga caixa de borda (união entre perfis U e Ue) e viga composta (união entre perfis U e Ue afim de aumentar a resistência). Quando a estrutura das vigas de piso não coincidirem com a o alinhamento dos montantes superiores e inferiores para que as cargas sejam transmitidas linearmente para a fundação deve-se utilizar uma viga composta abaixo da sanefa para que todos os esforços que chegarem nelas seja distribuído linearmente para todos os montantes pertencentes ao painel inferior de forma igual. Depois da estrutura de piso estiver toda armada existem dois tipos de lajes que podem ser utilizadas no modelo LSF e são as úmidas e as secas. As úmidas possuem esse nome por utilizar concreto para o piso, e é estruturada da seguinte forma essa laje como podemos ver num modelo disponibilizado no site da construtora fastcon (figura27). Figura 27 - Estrutura de piso úmido em LSF. Fonte: Construtora Fastcon Possui a estrutura como já foi citado acima e com fitas de aço, isolamento termo acústico feito através de lã envolvidas com uma membrana hidrófuga para evitar a umidade da concretagem, porém não é o único a ser usado. Utiliza-se como forma para a concretagem que será feita posteriormente, forma de aço, OSB ou placa cimentícia. Após a colocação de a forma utilizar de 4 a 6 cm de concreto por cima para forma o contrapiso e para se evitar as fissuras decorrentes da retração do concreto se utiliza uma armadura antes da concretagem. Já o piso seco utiliza placas rígidas aparafusada nas vigas de piso como contrapiso e desempenham também a função de diafragma rígido. A placa mais 39 utilizada neste método é a OSB com 18 mm de espessura por ser leve e fácil instalação, porém em áreas molhadas se recomenta a utilização de placas cimentícias, pois tem uma resistência a umidade mais elevada. Assim como na laje úmida se utiliza lã de vidro envolvida com polietileno. A maior vantagem da utilização da laje seca é a drástica diminuição do peso e a velocidade de execução que não vai precisar esperar a cura do concreto. 2.4.3.1 Laje em balanço As lajes em LSF podem ser utilizadas para a criação de laje em balaço, existem dois casos que podem ser feitos para conseguir a criação da laje em balanço, o primeiro caso é quando as vigas da laje em balanço possuem o mesmo sentido da laje de piso formando um prolongamento da estrutura da laje de piso e para este caso o balanço máximo alcançado é a metade do comprimento da viga de piso a qual da continuidade. No segundo caso é quando há uma descontinuidade no sentido das vigas, sendo assim necessario uma nova estrutura que suportará a laje que estará em balanço, assim como no outro caso o comprimento do balanço é de apenas a metade da viga que entra na construção e estar entre apoios, esses apoios podem ser uma viga de piso reforçada. Para que haja uma diferença de nivel da area do balanço quando laje umida mudar a espessura do contrapiso e para laje seca diminuir a alma dos perfis, porém, deve ser devidamente calculado. 2.4.3.2 Escadas As escadas em LSF são constituídas por perfis U e Ue, geralmente, iguais aos que são usados nos painéis, o espelho e o degrau utiliza-se painéis rígidos tais como OSB, placas cimetícias entre outros, com estes aparafusados na estrutura. Existem três métodos mais utilizados de escadas que são: viga caixa inclinada, painel com inclinação e painéis escalonadosmais painéis de degrau. Dentre estes o mais recomendado foi painel escalonado com painel de degrau, o painéis horizontais são constituídos por dois perfis U e dois perfis Ue que se apoiam nos painéis verticais cujo o montante atinge a altura de cada degrau de modo que se atinja o escalonamento necessário para a formação da escada (figura 28). Este é o único método que permiti utilizar um piso úmido na constituição da escada. 40 Figura 28 - Esquema de uma escada em LSF. Fonte: TERNI; SANTIAGO; PIANHERI, 2008b, p. 87 2.4.4 Cobertura Do mesmo jeito que ocorre com as outras etapas das construções tradicionais, o LSF com sua grande versatilidade consegue realizar uma grande versatilidade de projetos. A estrutura do telhado deve suportar além de seu peso próprio e de seus componentes, peso do revestimento, forros suspensos, materiais de isolamento, carga de ventos, entre outras forças que influenciem. Dentre diversos tipos de cobertas que existem no LSF, as mais comuns e utilizadas são as planas, tanto de cobertura plana como as de treliça reta, e as inclinadas que existe diversos tipos. 2.4.4.1 Cobertura plana A coberta plana se assemelha muito as lajes de piso, pois possuem uma estrutura muito parecida. A coberta plana úmida tem como estrutura vigas de piso e todos outros componentes utilizados nas lajes, o isolamento termo acústico entre as vigas, uma forma perdida de OSB ou placa cimentícia, contrapiso armado e para impermeabilização manta asfáltica e para fazer o caimento da água faz uma variação na altura do contrapiso (figura 29). 41 Figura 29 - Esquema de uma coberta plana úmida. Fonte: Construtora fastcon. Para se fizer uma coberta plana seca a estrutura é igual a utilizada para a da úmida, o OSB continua como um tipo de forma perdida, porém, e utiliza XPS que é um polímero de alta resistência e ótimo isolamento termo acústico, logo não se faz necessária a utilização de lãs para cumprir esse objetivo. E por último se utiliza uma manta de PVC (policloreto de polivinila) ou TPO (termoplástico de poliolefina), visto na figura 30. As lajes secas são uma inovação fantástica, por reduzir consideravelmente o peso da coberta e obtém um excelente isolamento. Figura 30 - Esquema de uma coberta plana seca. Fonte: Construtora fastcon. Para a obtenção de maiores vãos sem apoios intermediários, a exemplo de galpões, utilizam-se treliças planas para conseguir tais feitos. O tipo de treliça plana a ser utilizado na estrutura e determinado através do cálculo estrutural. 2.4.4.2 Cobertura inclinada As coberta inclinadas no sistema LSF tem sua estrutura muito semelhante a coberta em madeira do sistema convencional, pois ambas partiram do mesmo método “wood framing”, para que o sistema de transmissão de cargas continue em in-line framing a alma os perfis que compõe a tesoura devem estar devidamente 42 alinhada com a alma dos montantes para que se possibilite a transmissão de cargas das cargas axiais. Quando não possível à transmissão dessa forma, utiliza-se a viga composta para se distribuir a carga uniformemente entre os montantes. As cobertas inclinadas podem ser feitas através de caibros, tesouras e treliças. Diversos tipos de telhas podem ser empregados na coberta, entretanto, as telhas shingles tem tido grande destaque, pois possui um peso muito baixo, logo, trabalhará bem em conjunto com a estrutura em LSF. A estrutura em caibros é utilizada quando o vão entre os apoios permite e deseja-se utilizar menor quantidade de aço que a tesoura, a estrutura de caibro é feita quando se utiliza um caibro, que possui perfil Ue, ligado ao painel estrutural e com a devida inclinação para se alcançar a cumeeira e para o outro lado repete-se o mesmo processo. Às vezes, devido aos grandes vãos, o peso da coberta faz com que os painéis se inclinem e para evitar tais efeitos, se utiliza vigas de tetos que uni os caibros de todas as extremidades e por escoras ligando a coberta a painéis estruturais. Para manter a estabilidade da estrutura devido a ações dos ventos emprega- se contraventamentos para manter a estabilidade da coberta, essa estabilidade é conseguida através de perfis U, Ue e fitas de aço fixados na perpendicular, bloqueadores ou fitas posicionados na viga de teto, através de placas estruturais que atuem como diafragma rígido. A coberta através de tesouras é uma ótima solução por adquirir grandes vãos sem apoios intermediários, e já vem substituindo as de madeiras, pois são imunes a pragas. Existem diversos tipos de cobertas em tesouras, as mais comuns segundo Moliterno apud Santiago, Freitas e Crasto (2012) são as Howe, Pratt, Fink, Scharf e Belga. Os elementos que compõe as tesouras já foram apresentados no item 2.1 deste trabalho. As ligações dos componentes podem ser feitas de duas formas, através de placas de Gusset que liga os nós da tesoura ou através de planos sobre planos onde à mesa dos perfis são cortadas para que a alma seja fixada nos banzos. Para a utilização de beirais faz-se necessário à utilização de painel de beiral que se pode ser fixado de duas maneiras, de acordo com Santiago, Freitas e Crasto (2012, p.72) “1. O painel do beiral pode se apoiar sobre o oitão, fixando-se na primeira tesoura, situação mais recomendada ou; 2. O painel de beiral pode ser fixado no painel de oitão ficando em balanço.” 43 A estabilidade destas cobertas é dada através do contraventamento lateral, perfil U ou Ue, que serve para transmitir a ação dos ventos para as tesouras e para os contraventamentos verticais, além de reduzir o comprimento de flambagem dos banzos superiores e inferiores. O contraventamento vertical, segundo Santiago, Freitas e Crasto (2012, p.74) é “Estrutura plana vertical formada por perfis Ue cruzados dispostos perpendicularmenteao plano das tesouras, travando-as e impedindo sua rotação e deslocamento, principalmente contra a ação do vento.” 2.4.5 Fechamento vertical No sistema LSF o fechamento vertical é dividido em externo e interno, contudo, ambos têm que ter um conceito compatível com o sistema que é a leveza, mas o sistema se adequa a fechamento com alvenaria também, porém, foge do conceito de ganho de tempo. Para a compatibilidade com toda a estrutura pré- fabricada, opina-se por materiais pré-fabricados e com isso a maioria das placas de vedação vem com tamanho de 1200 mm para ser múltiplo das distancias entre montantes. Até os materiais utilizados para o fechamento e todo o seu acabamento, são aqueles que propiciam uma obra “seca” visando à sustentabilidade. A estrutura de ZAR por si só já tem uma grande resistência à umidade, mesmo com essa resistência se utiliza uma membrana que permite a saída de vapor, porém, a umidade não pode chegar na estrutura que ali fica isolada. Após a membrana se utiliza a placa de vedação que de acordo a utilizada receberá cuidados para evitar patologias e por último o revestimento final que varia de obra a obra. As placas de vedações mais utilizadas são as placas cimentícias, OSB e gesso acartonado, todas essas placas podem ser utilizadas como vedação, tanto externa quanto interna, porém, deve-se avaliar o custo x benefício da utilização de determinada placa para o local desejado para que não se gaste demais sem haver precisão. 2.4.6 Ligações parafusadas Em muitos casos não se dão a devida atenção aos parafusos e isto pode levar a sua estrutura a sofrer danos, para que isto não ocorra, o devido tipo de 44 ligação a ser escolhido depende do carregamento nele aplicado, tipo e espessura do material aplicado, características do material, ferramentas
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