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Ariovaldo Fernandes de Almeida (Ari) - Engenheiro Civil - PUC - GO; - Especialista em Estruturas Metálicas - CBCA/ABCEM; - Mestre em Engenharia Civil - UFG; - MBA executivo em Liderança e Gestão Empresarial – IPOG; - Doutorando em estruturas metálicas – UnB; - Ex-Professor convidado das disciplinas de Estruturas Metálicas e Estruturas de Madeiras dos cursos de Engenharia Civil e Arquitetura e Urbanismo da UEG; - Ex - Professor convidado da disciplina de Materiais de construção civil do Curso de Engenharia Civil da PUC - GO; - Professor titular do Curso de MBA em Gerenciamento de Obras e do Curso de Estruturas e Fundações do IPOG; - Professor efetivo das disciplinas de Resistência do materiais, Estruturas metálicas e Estruturas de madeiras da UFG; - Professor do Curso de Especialização em Estruturas de Concreto da UFG; - Fundador e Proprietário da empresa METAL ENGE ESTRUTURAS METÁLICAS; - Vinte e três anos de experiência em construções metálicas; Medalha do Mérito Legislativo Pedro Ludovico Teixeira – 2007 Assembleia Legislativa do Estado de Goiás Medalha do Mérito Legislativo Pedro Ludovico Teixeira – 2007 Assembleia Legislativa do Estado de Goiás Título de Comendador “Joaquim Câmara Filho – Goiânia 80 Anos” Câmara Municipal de Goiânia OBJETIVOS GERAL Proporcionar visão geral da construção em aço e boas práticas para o planejamento e execução de estruturas metálicas. ESPECÍFICOS Proporcionar a desmistificação das obras em aço; Promover análise das etapas de uma edificação em estrutura metálica; Promover discussão sobre as boas práticas de projeto em estrutura metálica; Proporcionar análise de viabilidade de estrutura metálica em comparação a de concreto Vantagens da Construção em Aço Menor tempo de execução: A estrutura metálica é projetada para fabricação industrial e seriada, de preferência, levando a um menor tempo de fabricação e montagem. Maior confiabilidade: Devido ao fato do material ser único e homogêneo, com limites de escoamento e ruptura e módulo de elasticidade bem definidos, além de ser uma estrutura fabricada e montada por profissionais qualificados. Maior limpeza de obra: Devido à ausência de entulhos, como escoramento e fôrmas. Maior facilidade de transporte e manuseio: Em função da maior resistência do material, as peças de aço são menores, com menor peso relativo, facilitando assim o carregamento, transporte e manipulação. Maior facilidade de ampliação: É bastante frequente a necessidade de ampliação de estruturas industriais, ocasião em que a expansão deve ser executada sem interferir nas outras atividades: isto só é possível devido à precisão e menores dimensões das peças e à fabricação fora do local da obra. Maior facilidade de montagem: Sendo a estrutura de aço feita em regime de fabricação industrial, a equipe montadora já recebe as peças nos tamanhos definidos. Facilidade de desmontagem e reaproveitamento: A estrutura de aço tem a seu crédito o valor residual que não é perdido com a execução da obra, pois ela pode ser desmontada e transferida para outro local sem maiores problemas Facilidade de vencer grandes vãos: A maior resistência do aço, conduz à melhoria das condições para vencer grandes vãos, com menores dimensões das peças e menores pesos. Maior facilidade de reforço: Quando houver necessidade de aumento de carga, a estrutura pode ser facilmente reforçada, em alguns casos com a colocação apenas de uma chapa numa viga ou coluna. Redução da carga nas fundações: A grande consequência da alta resistência do aço aos esforços de tração, compressão e cisalhamento é o enorme alivio de cargas para as fundações. As estruturas em aço são cerca de 6 vezes menos pesadas que as estruturas em concreto. Menores dimensões das peças: A elevada resistência das peças executadas em aço, leva automaticamente, a menores dimensões. No caso de pilares, obtêm-se maior área útil e menores pesos; no de vigas, menores alturas (metade das do concreto) e menores pesos. O aço é uma liga de ferro e carbono, geralmente contendo manganês, silício e fósforo, entre outros elementos, e que conferem ao aço certas propriedades. O que é aço? A quantidade de carbono é que confere ao aço seus diferentes níveis de resistência e dureza. Estes teores podem variar de 0,003 % em aços ultra-baixo carbono até 2,0 % em aços alto carbono. Tipos de aço AÇOS-CARBONO mais usuais Teor max. de carbono – 0,45% (permitir a soldabilidade) Teor de carbono aumenta a resistência e a dureza (reduz a ductilidade) – ASTM A 36 e A 570 AÇOS DE BAIXA LIGA aços-carbono c/ adição de alguns elementos de liga – (cromo, cobre, manganês etc) – provocam um aumento da resistência do aço, tanto mecânica como à corrosão atmosférica. Ex: ASTM A 572 – alta resistência mecânica ASTM A 588 – resistência à corrosão São aços estruturais de maior resistência à corrosão atmosférica. Aço patinável Vantagens da pátina Os aços patináveis aliam a resistência à corrosão atmosférica à elevada resistência mecânica, boa conformabilidade e boa soldabilidade. Aço patinável COR-TEN foram os primeiros aços patináveis, com origem nos Estados Unidos COR-TEN (US Steel), COS AR COR 400 ou 500 (COSIPA), USI – SAC 300 ou 350 (USIMINAS), NIO- COR ou CSN-COR 420 (CSN). Anos necessários para a perda de 1mm de camada de aço Ambiente Aço CC (*) Aço ARC (**) Rural 40 a 100 120 a 200 Marítimo 20 a 40 60 a 120 Industrial 20 a 40 60 a 120 (*) Aço-Carbono Comum (**) Aço de Alta Resistência à Corrosão O aço é um material totalmente reciclável 40% da produção mundial de aço é obtida de aço reciclado Prof Fabio Domingos Pannoni, Ph.D Aço galvanizado Aço inox Aço inox é o termo empregado para identificar uma família de aços contendo no mínimo 10,5% de cromo, elemento químico que garante ao material elevada resistência à corrosão. Perfis Laminados bf d PERFIS I 150mm (6”) ≤ d ≤ 610mm (24”) 1,5 < d/bf < 3,2 PERFIS H 150mm (6”) ≤ d ≤ 360mm (14”) 1,0 < d/bf < 1,4 Perfis Laminados d bf PERFIS I (59 bitolas) W 150 W 200 W 250 W 310 W 360 W 410 W 460 W 530 W 610 W 150 x 13,0 W 150 x 18,0 W 150 x 24,0 W 200 x 15,0 W 200 x 19,3 W 200 x 22,5 W 200 x 26,6 W 200 x 31,3 W 250 x 17,9 W 250 x 22,3 W 250 x 25,3 W 250 x 28,4 W 250 x 32,7 W 250 x 38,5 W 250 x 44,8 W 310 x 21,0 W 310 x 23,8 W 310 x 28,3 W 310 x 32,7 W 310 x 38,7 W 310 x 44,5 W 310 x 51,0 W 360 x 32,9 W 360 x 39,0 W 360 x 44,0 W 360 x 51,0 W 360 x 57,8 W 360 x 64,0 W 360 x 72,0 W 360 x 79,0 W 410 x 38,8 W 410 x 46,1 W 410 x 53,0 W 410 x 60,0 W 410 x 67,0 W 410 x 75,0 W 410 x 85,0 W 460 x 52,0 W 460 x 60,0 W 460 x 68,0 W 460 x 74,0 W 460 x 82,0 W 460 x 89,0 W 460 x 97,0 W 460 x 106,0 W 530 x 66,0 W 530 x 72,0 W 530 x 74,0 W 530 x 82,0 W 530 x 85,0 W 530 x 92,0 W 530 x 101,0 W 530 x 109,0 W 610 x 101,0 W 610 x 113,0 W 610 x 125,0 W 610 x 140,0 W 610 x 155,0 W 610 x 174,0 Até 8 almas da mesma altura Perfis Estruturais Gerdau PERFIS H (29 bitolas) W 150 W 150 x 22,5 W 150 x 29,8 W 150 x 37,1 W 200 x 35,9 W 200 x 41,7 W 200 x 46,1 W 200 x 52,0 W 200 x 59,0 W 200x 71,0 W 200 x 86,0 W 250 x 73,0 W 250 x 80,0 W 250 x 89,0 W 250 x 101,0 W 250 x 115,0 W 310 x 97,0 W 310 x 107,0 W 310 x 110,0 W 310 x 117,0 W 360 x 91,0 W 360 x 101,0 W 360 x 110,0 W 360 x 122,0 W/HP 200 W/HP 250 W/HP 310 W 360 HP 200 x 53,0 HP 250 x 62,0 HP 250 x 85,0 HP 310 x 79,0 HP 310 x 93,0 HP 310 x 125,0 Perfis Estruturais Gerdau Perfis Soldados Os perfis soldados são obtidos através do corte de chapas de aço planas e da união das partes por meio de cordões de solda. Perfis Soldados Perfis formados a frio Também podem ter diversas geometrias e é comum que os perfis de chapa fina tenham vincos para enrijecimento, como no caso do U enrijecido. Perfis formados a frio Os perfis mais comuns são fabricados em forma de I, H, U e cantoneiras L, porém podem ser obtidas outras geometrias através da combinação de dois ou mais tipos de perfis, como na composição de uma viga de seção em caixão. Geometria e Formatos dos Perfis Vigas de Alma Cheia Vigas Treliçadas Viga em Quadro Vigas Mistas Sistemas de Coberturas Telha metálica apoiada em terça LR-100N Fonte – Perfilor Acelor Mital Telha Sanduíche EPS Dimensões Largura útil: 1.000mm Espessura: 30, 50 ou 100mm Comprimento: Conforme projeto, limitado ao transporte Principais Vantagens • Alto poder de isolação térmica • Economia na aquisição do sistema de climatização • Aço pré-pintado - maior durabilidade • Excelente acabamento (telha forro) • Redução no consumo de energia / mensal • Boa estanqueidade - fixação na onda alta PUR/PIR Espuma rígida de Poliuretano (PUR) Quanto mais isolante for o material, menor é o coeficiente de condutibilidade térmica. Aumentar a espessura dos materiais menos eficientes faz com que o sistema obtenha o mesmo efeito de isolamento térmico. -Pé direito: 6 metros livre. -Espaçamento de Pilares: 6 metros. -Tesouras e pilares treliçados. -Vão livre sem pilares intermediários Inclui: - Pintura com primer anticorrosivo sem pintura de acabamento; - Transporte e montagem no local da obra até uma distancia máxima de 50 Km. Não inclui: - Fundações; - Fornecimento e colocação de pisos. GALPÕES DUAS ÁGUAS GALPÕES TIPO SHED GALPÕES EM ARCO ESTRUTURA ESPACIAL Sistema Roll On Bobinas em aço revestido (galvanizado, zincalume ou pré-pintado) Chapas elasticamente contidas Vigas ou treliças de aço revestido (galvanizado, zincalume ou pré- pintado), dispostas lado a lado e unidas entre si por peças transversais. Módulo estrutural Depois de elevadas, em pares, as vigas são unidas formando um plano estrutural. As bobinas desenrolam- se condução de água. Caimento mínimo de 1%. Telha Autoportante O aço utilizado nas telhas é constituído de uma chapa fina de aço, geralmente de baixo teor de carbono, revestida por uma camada de zinco no processo de imersão à quente (galvanização). Perfilação na Obra Mezaninos 1234567 Pisos Wall Composto de miolo de madeira laminada, contraplacado em ambas as faces por lâminas de madeira e externamente por placas cimentícias em CRFS (Cimento Reforçado com Fio Sintético) prensadas ou manta. Dimensões do painel: 2500 x 1200 x 40 mm; Número de apoios: 3; Carga máxima: 500 a 700 Kg.f / m² Peso do painel: 30 Kg / m². Dentre as diversas soluções oferecidas no mercado, o Painel Wall possui o melhor custo/benefício se comparado com o preço dos métodos convencionais de construção civil, além de permitir os mais variados acabamentos e revestimentos. Concreto pesa 5 vezes mais que a estrutura metálica com Painel Wall. Duplicação do espaço; Vence grandes vãos, sem interferir no layout; Menor espessura, apropriado para pé direito reduzido; Rapidez e simplificação na montagem e desmontagem; Isolamento acústico; Isolamento térmico; LAJES Pode-se utilizar qualquer tipo de laje de piso ou de forro junto com a estrutura metálica. Alguns tipos, porém, são mais apropriados, principalmente os que propiciam a criação de uma viga mista, onde viga e laje trabalham em conjunto melhorando a performance estrutural. LAJES MOLDADAS IN LOCO - Permite a criação de vigas mistas - Desvantagem são as formas de concreto e os escoramentos devem permanecer até a cura LAJES PRÉ-MOLDADAS LAJES ALVEOLARES STEEL DECK STEEL DECK STEEL DECK Histórico da construção em Steel Framing De 1810 a 1860, quando os EUA estavam ocupando seu território (do Atlântico ao Pacífico), a população americana se multiplicou por 10. Para atender à demanda por moradias, recorreu-se à utilização dos materiais disponíveis. Como havia madeira em abundância, este foi o principal material utilizado. Surgia então o Wood Framing, tecnologia que serviu de base ao desenvolvimento do Steel Framing. Uma das primeiras casas em Steel Frame de que se tem notícia é de 1928, fica em Nova York e é hoje um museu. Após a 2ª guerra havia grande abundância de aço nos Estados Unidos e as usinas siderúrgicas, que haviam aumentado a sua capacidade com o esforço de guerra, tentaram utilizar o aço para a construção de casas. Características das Ligações: Rígidas e Flexíveis LIGAÇÕES Parafusos ASTM A 325 ASTM A 490 ASTM A 307 Parabolt Chumbadores Walsywa Elementos Estruturais Enquanto uma estrutura de concreto moldada em loco é fortemente monolítica e hiperestática nas uniões viga-pilar, na estrutura de aço se dá o inverso. Para responder às cargas horizontais devidas aos ventos nas estruturas de aço, podemos empregar: - Pórticos rígidos (com ligações rígidas, semelhantes as ligações monolíticas obtidas nas estruturas de concreto). Contraventamentos verticais elementos formando triângulos indeformáveis). Elementos Estruturais Estrutura com contraventamentos Ao invés de ligações rígidas entre colunas e vigas, podem ser utilizados contraventamentos em X ou K, colocados ao longo da altura da edificação. O uso dos contraventamentos, trabalhando a tração e compressão nas diagonais, aumentam a rigidez da estrutura. Configurações Estruturais Edificio Capri Belo Horizonte - contraventamento com forma estética Centro Cultural Itaú - São Paulo - contraventamentos em X ou K Configurações Estruturais Estrutura de Pórticos Rígidos Os sistemas aporticados são de maneira geral os menos econômicos, pois para que a estrutura tenha estabilidade os vínculos das ligações devem ser rígidos. A própria estrutura deve ser mais pesada para poder suportar melhor os esforços. Centro cultural Ipatinga Configurações Estruturais Estrutura com parede de cisalhamento Neste sistema a rigidez dos pórticos é obtida através do embutimento de alvenaria estrutural nos vãos, entre vigas e pilares. Pode também ser usada parede de concreto armado Configurações Estruturais Estrutura com núcleo rígido de concreto Neste caso, a construção de uma caixa vertical ou núcleo de concreto armado ao longo de toda a altura da edificação é utilizada para dar a estabilidade horizontal da estrutura. Configurações Estruturais a utilização de alvenaria em conjunção com a estrutura metálica deve ser bem entendida e adequadamente realizada, principalmente em suas interfaces, para reduzir a eventual ocorrência de patologias como trincas e fissuras.VEDAÇÕES vinculada vinculada desvinculada A dinâmica de montagem da estrutura metálica pode não ser acompanhada com a mesma velocidade pela vedação com blocos de alvenaria, pois este ainda é um processo bastante artesanal de construção, sendo necessário assentar bloco por bloco. De qualquer forma, se a execução das alvenarias em conjunto com a estrutura metálica for feita de forma adequada não ocorrerão patologias indesejáveis e a durabilidade da construção será garantida. Para edifícios em estrutura metálica, o emprego da alvenaria tradicional ainda não é a solução mais apropriada, principalmente nas situações em que a velocidade da execução das vedações verticais seja um fator crítico na construção de edifícios. A utilização de painéis de vedação pré-fabricados é uma importante evolução neste conceito de construir. O uso de painéis pré-fabricados elimina etapas e dificuldades relativas à execução dos acabamentos, que da mesma forma que as estruturas de aço, podem ser executados em linhas de fabricação fora do canteiro de obra, onde o controle da qualidade e a precisão geométrica são muito mais altos. Painéis de Vedação Os revestimentos e até mesmo as esquadrias podem ser aplicados na fábrica de forma que apenas seja necessária a fixação do painel pronto em seu local definitivo. Painéis de Vedação Painéis de Vedação Painéis Pré-moldados de Concreto Painéis de Vedação Painéis Metálicos Painéis de Vedação Painéis de Vedação Painéis de Vedação Painéis de Vedação Painéis de Vedação DRYWALL Placas cimentícias Painéis de Vedação Placas cimentícias Painéis de Vedação Segurança contra Incêndio OBJETIVOS DA SEGURANÇA CONTRA INCÊNDIO 1) Minimizar o risco a vida • Diminuição a exposição severa de fumaça; • Diminuição a exposição severa ao calor; • Eventual desabamento de elemento construtivo sobre os usuários ou equipe de combate. 2) Reduzir a perda patrimonial • Destruição parcial ou total da edificação; • Destruição de estoque, documentos, equipamentos; • Destruição da vizinhaça. CARACTERÍSTICAS DO AÇO EM ALTA TEMPERATURA • Redução da capacidade mecânica; • Redução da rigidez dos elementos estruturais • Expansão térmica diferenciais. As Argamassas Projetadas À base de vermiculita e cimento Esta argamassa é constituída de gesso ou vermiculita, cimento, resinas acrílicas e cargas inertes (poliestireno expandido e celulose). Misturados com água, formam uma massa fluida, que é projetada com ar comprimido sobre a superfície de aço a ser tratada. Como o aspecto final é bem rústico, é utilizada em ambientes menos exigentes e em forros. Principais Materiais de Proteção O Uso de Mantas Cerâmicas Formadas com fibras de materiais incombustíveis como a sílica aluminosa, a proteção é feita pelo envolvimento e a fixação da manta no elemento estrutural. Apesar de instalação mais difícil, não há desperdícios e sujeira. A proteção varia conforme a espessura da manta. Painéis rígidos Podem ser utilizados painéis rígidos, como painéis de gesso ou cimentícios. Pintura Intumescente A tinta intumescente é um tipo especial de tinta que aumenta de volume quando exposta ao fogo. Nos poros resultantes são formadas bolsas de gases atóxicos. A superfície do aço é protegida pela camada de espuma rígida que se forma, retardando o efeito do fogo.Tem bom acabamento e aspecto de pintura convencional, porém custo mais alto. Pintura Intumescente Em relação aos elementos estruturais, em um Pré- dimensionamento estimativo, podemos estabelecer alguns parâmetros, com um limite inferior e um superior e considerar alguns pressupostos: Viga I de alma cheia simplesmente apoiada •Vigas principais – L/ 25 a L/ 30 (para vãos de 8,0 a 30,0 m) •Vigas secundárias – L/20 a L/25 (para vãos de 4,5 a 18,0 m Pré- dimensionamento de Estrutura em Aço Treliça de aço Altura: • L/ 25 a L/ 30 Pré- dimensionamento A corrosão dos metais afeta a vida de nossa sociedade tecnológica de diferentes formas – todas onerosas. O custo da corrosão em países industrializados tem sido estimado como sendo de aproximadamente 3,5% de seu produto interno bruto. Os mesmos autores consideram que cerca de 30% a 50% destas perdas poderiam ser evitadas através da simples adoção das técnicas de controle da corrosão atualmente existentes e já bem estabelecidas. Manual Projeto e Durabilidade Fabio Domingos Pannoni • Detalhamento cuidadoso na etapa de projeto, fazendo com que os constituintes agressivos (como, p. ex., a água) não sejam mantidos em contato com a estrutura por mais tempo do que o estritamente necessário. •Aplicação de revestimentos adequados sobre a superfície metálica, de modo a criar uma barreira efetiva entre o metal e o ambiente agressivo. • Seleção de um material que apresente baixa taxa de corrosão naquele ambiente específico (p. ex: aço patinável) Medidas Usuais na Prevenção da Corrosão Todas as superfícies da estrutura que serão pintadas devem ser visíveis e acessíveis por meios seguros. Acessibilidade Todas as partes devem ser “inspecionáveis e reparáveis” com facilidade Equipamentos muito próximos às estruturas devem ser evitados Sempre que possível, disponha a estrutura onde ela não possa ser afetada adversamente pelas condições climáticas locais ou por agentes poluentes, como gases, líquidos ou sólidos O procedimento de soldagem é de grande importância no controle da corrosão. Como isto pode ser implementado? Soldagem Evite cordões de solda intermitentes ou descontínuos. Eles podem reter pós diversos, água, etc. O eletrólito retido não será rapidamente eliminado, propiciando o ataque; A solda deve ser feita com qualidade e permitir a acessibilidade Na construção em aço cada peça possui seu lugar específico na estrutura e desempenha um papel na constituição da obra. O ato de se unirem as peças no canteiro de obras para formar o conjunto da estrutura chama-se montagem. Porém, antes disso é necessário transportar a estrutura do local onde foi produzida até o canteiro de obras, onde será montada. Transporte e Montagem de Estruturas em Aço Manual Transporte e Montagem MAURO OTTOBONI PINHO Transporte transporte rodoviário por exemplo: -carretas - 27 toneladas de capacidade -13 metros de comprimento na carroceria, -3 metros de largura transportável -Altura max. sobre a plataforma de aproximadamente 3,0 m Geralmente procura-se limitar as peças das estruturas ao comprimento máximo de 12 metros. Montagem Antes da montagem propriamente dita, serão executadas a descarga, conferência e armazenagem das peças no canteiro de obras. As fundações e outras interfaces serão verificadas topograficamente. Apesar de possuírem peso próprio reduzido em comparação com as estruturas de concreto, as estruturas em aço necessitam de equipamentos para sua montagem. Guindastes Os guindastes são equipamentos de içamento de cargas que são montados sobre um veículo. Por isso são também chamados de guindastes móveis. Possuem uma lança conectada à base do veículo que se projeta para adiante do equipamento. A lança possui variados movimentos, podendo formar diversos ângulos com relação a um plano horizontal, variando sua inclinação. Raio de açãoque pode se estender a 360 ao redor do guindaste. Ariovaldo Fernandes de Almeida Contatos: E-mail: afa.almeida@gmail.com Cel/Whatsapp: 62-99623-2510 Facebook: Ari Almeida Intagram: @_ari_almeida