CENTRO UNIVERSITÁRIO CESMAC

DOUGLAS MAGALHÃES DE ARAUJO

A UTILIZAÇÃO DO AÇO NA CONSTRUÇÃO CIVIL: ESTRUTURAS METÁLICAS

MACEIÓ - ALAGOAS2019.1

DOUGLAS MAGALHÃES DE ARAUJO

A UTILIZAÇÃO DO AÇO NA CONSTRUÇÃO CIVIL: ESTRUTURAS METÁLICAS

Trabalho de conclusão de curso apresentado como requisito final, para conclusão do curso de engenharia civil do Centro Universitário Cesmac, sob a orientação do professor Daniel Almeida.

MACEIÓ – ALAGOAS2019.1

RESUMO

O sistema construtivo em aço proporciona propriedades distintas que precisam ser consideradas durante a fase de projeto. Enquanto nas estruturas convencionais a precisão é medida em centímetros, em uma estrutura de aço a unidade adotada é o milímetro. Isso garante uma estrutura impecavelmente aprumada e nivelada, facilitando atividades como o assentamento de esquadrias e a instalação de elevadores, com diminuição no custo dos materiais de revestimento. O sistema construtivo em aço é perfeitamente compatível com qualquer tipo de material de fechamento, tanto vertical como horizontal, admitindo desde os mais convencionais (tijolos e blocos, lajes moldadas “in loco”) até componentes pré-fabricados (lajes e painéis de concreto, painéis “dry-wall, etc.). Como a estrutura em aço é totalmente pré-fabricada, há uma melhor organização do canteiro devido à ausência de grandes depósitos de areia, brita, cimento, madeiras e ferragens, reduzindo também o inevitável desperdício desses materiais. O ambiente limpo com menor geração de entulho oferece ainda melhores condições de segurança ao trabalhador, contribuindo para a redução dos acidentes na obra. Lembrando também da preservação do meio ambiente.

PALAVRAS-CHAVES: Aço. Estrutura. Metálica. Construção. Sustentável.

ABSTRACT

The steel construction system provides distinct properties that need to be considered during the design phase. While in conventional structures precision is measured in centimeters, in a steel structure the unit adopted is mm. This guarantees an impeccably level and upright structure, facilitating activities such as framing and elevators, with a reduction in the cost of coating materials. The steel construction system is perfectly compatible with any type of closing material, both vertical and horizontal, from the most conventional (bricks and blocks, in-situ molded slabs) to prefabricated components (slabs and concrete panels, dry-wall panels, etc.). Because the steel structure is completely prefabricated, there is better organization of the site due to the absence of large deposits of sand, gravel, cement, wood and iron, and also the inevitable waste of these materials. The clean environment with less generation of rubbish offers still better conditions of safety to the worker, contributing to the reduction of the accidents in the work. Remembering also the preservation of the environment.

KEYWORDS: Steel. Structure. Metal. Construction. Sustainable.

SUMÁRIO

1. INTRODUÇÃO......................................................................................................101.1 HISTÓRIA............................................................................................................101.2 VANTAGENS DO USO DAS ESTRUTURAS DE AÇO.......................................111.3 AÇOS PARA A CONSTRUÇÃO CIVIL................................................................122. OBJETIVOS...........................................................................................................122.1 GERAL.................................................................................................................122.2 ESPECÍFICOS.....................................................................................................123. METODOLOGIA....................................................................................................134. PROPRIEDADES DO AÇO...................................................................................135. SISTEMA STEEL FRAME – ESTRUTURA FORMADA POR PERFIS LEVES....135.1 PAINÉIS...............................................................................................................135.1.1 Rigidez do painel..............................................................................................145.2 COBERTURAS....................................................................................................145.2.1 Cobertura com mais de duas águas.................................................................145.2.2 Rigidez da cobertura.........................................................................................155.3 INSTALAÇÕES ELÉTRICAS E HIDRÁULICAS..................................................156. COBERTURA........................................................................................................166.1 TESOURAS.........................................................................................................166.2 TERÇAS..............................................................................................................177. PERFIS EM AÇO...................................................................................................177.1 PERFIS SOLDADOS...........................................................................................177.1.1 Classificação.....................................................................................................117.2 PROCESSO DE FABRICAÇÃO..........................................................................128. CORROSÃO..........................................................................................................188.1 O QUE É A CORROSÃO?...................................................................................188.1.1 Meios corrosivos...............................................................................................188.1.2 Proteção contra corrosão..................................................................................188.2 CRITÉRIO DO PROJETO...................................................................................198.2.1 Frestas e espaços estreitos..............................................................................198.2.2 Retenção de água.............................................................................................209. PEÇAS DE AÇO PARA EDIFICAÇÃO.................................................................219.1 LAJE E VIGAMENTOS........................................................................................239.2 SISTEMAS DE CONTRAVENTO........................................................................239.3 TIPOLOGIA ESTRUTURAL.................................................................................2410. ANÁLISE COMPARATIVA DE VIABILIDADE ENTRE ESTRUTURAS METÁLICAS E ESTRUTURAS DE CONCRETO......................................................2511. CONCLUSÃO......................................................................................................27REFERÊNCIAS.........................................................................................................28

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 – Cobertura com mais de duas águas

Figura 2 – Contraventamento lateral

Figura 3 – Contraventamento em “X”

Figura 4 – Tipos de tesoura

Figura 5 – Frestas e como evita

Figura 6 – Situações ruins e como melhorar

LISTA DE QUADROS

Quadro 1 – Analise comparativa entre estruturas metálicas e de concreto armado

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1 INTRODUÇÃO

O aço tem sido usado na construção como forma de aumentar a

produtividade, com menos desperdícios, mais rapidez de execução, menos mão

de obra, o que indiretamente reduz o custo/benefício. Com isso o aço ganha

cada vez mais espaço, não só em construções de galpões, como também em

construções residenciais. (RODRIGUES, 2006). As propriedades do aço são de

essencial importância no ramo de estruturas metálicas, pois o projeto e a

execução são baseados nelas. Dentre outras, as principais propriedades do aço

são a dureza, a superfície do material que oferece resistência à penetração de

uma peça com dureza maior. Analisar o aço é relevante nas operações de

estampagem de chapas. E a ductilidade, que é a capacidade que o material tem

de ser deformado sob ação de uma carga antes de romper-se, são avisos

podendo evitar acidentes na construção. (FERRAZ, 2003)

Os empreendedores encontram-se resistentes ao uso das construções

metálicas, por razões culturais, ou muitas vezes, pelo desconhecimento das

suas características e vantagens, levando em consideração apenas o valor

financeiro. Apesar de o Brasil ser um dos maiores fabricantes mundiais de aço, o

emprego de estruturas metálicas em edificações tem sido pouco significativo, se

comparado ao potencial da indústria brasileira. (PINHO, 2015).

1.1 História

Desde o século XVIII, quando aparecera as primeiras estruturas metálicas na

construção civil, o aço tem transformado a vida de arquitetos, engenheiros e

construtores, permitindo soluções arrojadas, eficientes e de alta qualidade.

O aço sempre esteve associado a ideia de modernidade e inovação, traduzida

em obras de grande expressão. A redução do tempo de construção, racionalização

no uso de materiais, a mão-de-obra e aumento da produtividade passaram a ser

fatores chaves para o sucesso de qualquer obra.

A competitividade da construção tem possibilitado a utilização do aço em

obras como: edifícios de escritórios e apartamentos, residências, habitações

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populares, pontes, passarelas, viadutos, galpões, supermercados, shopping centers,

lojas, postos de gasolina, aeroportos, torres de transmissão, etc.

1.2 Vantagens do uso das estruturas de aço

O aço, com suas características peculiares, permitiu um admirável avanço em

soluções de arquitetura além de adaptar diversas vantagens como elemento

construtivo em relação ao concreto, podendo ser citadas:

a) Canteiro de obras

A exoneração de escoramento, a efetivação imediata de várias lajes e o

manejo de materiais diversos reduzem a área necessária ao canteiro de obras,

proporcionando um ambiente prezado, com pouca geração de entulho, impedindo

gastos adjuntos a sua remoção e desordens nas vias urbanas. As boas condições

do canteiro proporcionam, também, melhores condições de segurança ao

trabalhador.

b) Conforto das fundações

A maior resistência do aço admite a realização de um projeto mais leve,

garantindo uma grande diminuição nos custos com fundações.

c) Diminuição do tempo de construção

A diminuição do tempo de construção é adquirida através de múltiplos fatores,

como a produção da estrutura, com a execução dos subsídios de passagem e de

amarração de utilidades elétricas e hidráulicas, a facilitação do escoramento, a

isenção do uso de fôrmas e a possibilidade de abertura de maior número de frentes

de serviços. Além do mais, a construção em estrutura metálica não é afetada por

condições climáticas, como o acontecimento de chuvas.

d) Maior espaço útil

A estrutura metálica admite o emprego de pilares de menos seção, de vigas

com menor altura e maiores vãos livres (reduzindo o número de pilares), com

consequente acréscimo do espaço útil da construção.

e) Qualidade da obra

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O maior alcance de industrialização da estrutura metálica, além de

proporcionar uma consequência perfeita na disposição da construção, oferece

também a garantia dos materiais serem antecipadamente testados, oferecendo um

alto grau de garantia no seu uso.

1.3 Aços para a construção civil

Os aços fabricados para a construção civil podem ser divididos em dois

conjuntos:

a) Com fins estruturais

Propostos sobretudo a produção de perfis soldados, perfis laminados, perfis

com chapa dobrada e eletro soldados (colunas e vigas) e perfis leves para o sistema

Steel Frame.

b) Sem fins estruturais

Propostos a produção de telhas, tapamentos laterais, esquadrias e tubos para

estruturas especiais.

Posto isto, este trabalho tem o objetivo de avaliar a importância do aço na

construção civil, tanto que este tema se fez necessário nos dias presentes por se

tratar de uma tecnologia em ascensão e através dela se pode construir edificações

cada vez mais arrojadas e econômica e tecnologicamente viáveis.

2 OBJETIVOS

2.1 GeralO objetivo deste estudo é apresentar a importância e as vantagens da

utilização da estrutura metálica em toda a construção civil, principalmente, em

uma alternativa à elementos convencionais como o concreto.

2.2 EspecíficosOs objetivos específicos deste estudo é explicitar a praticidade que a

utilização da estrutura metálica causa na construção civil, sendo elas

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pequenas ou grandes, tipos de estruturas e comparativo com a estrutura de

concreto armado.

3 METODOLOGIAEste estudo foi executado através de pesquisa bibliográfica do tipo exploratória e

descritiva. Também foi feito estudo de análise comparativa entre estrutura

metálica e estrutura de concreto armado utilizando-se de pesquisas.

4 PROPRIEDADES DOS AÇOS

Do ponto de vista de suas aplicações, os aços podem ser classificados em

diversas categorias, cada qual com suas características (CHIAVERINI, 1996).

Por exemplo, dos aços para estruturas são requeridas propriedades de boa

ductilidade, homogeneidade e soldabilidade, além de elevada relação entre a tensão

resistente e a de escoamento. A resistência à corrosão é também importante só

sendo, entretanto, alcançada com pequenas adições de cobre. Para atender a estes

requisitos, utilizam-se, em estruturas os aços-carbono e os aços em baixo teor de

liga ou micro ligado, ambos com baixo e médio teores de carbono. A elevada

resistência

de alguns aços estruturais é obtida por processos de conformação ou tratamentos

térmicos. Portanto, é valido lembrar detalhadamente outras propriedades de grande

importância no âmbito da construção civil como:

DUCTILIDADE - Nessa propriedade os aços dúcteis, quando sujeitos a

tensões

locais elevadas, sofrem deformações plásticas capazes de redistribuir as tensões;

FRAGILIDADE - Os aços podem se tornar frágeis pela ação de diversos

agentes:baixas temperaturas ambientes, efeitos térmicos locais causados, por

exemplo, por solda elétrica etc.

5 SISTEMA STEEL FRAME – ESTRUTURA FORMADA POR PERFIS LEVES

5.1 Painéis

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Light Steel Frame (LSF) é um sistema construtivo adequado a edificações

leves, cujos elementos são painéis reticulados constituídos por perfis de aço

desenvolvidos a frio com revestimento metálico.

Estes painéis se estabelecem nas paredes da edificação e podem ser

estruturais ou meramente de vedação. Os painéis estruturais fazem a função dos

pilares e das vigas, de forma análoga ao sistema de alvenaria estrutural. Os painéis

não estruturais ou de vedação somente fazem o papel das paredes ou divisórias

(BELLEI, 2011).

5.1.1 Rigidez do painel

a) Contraventamento: promove a estabilidade do edifício.

Os contraventamentos são feitos, de uma maneira geral, com chapas de

modo que os tamanhos são definidos pelo cálculo estrutural.

b) Bloqueador e fita: promove a estabilidade dos elementos do painel.

Promovem a estabilidade dos elementos componentes do painel. O

bloqueador é alojado nos cantos, formando um conjunto rígido, esta rigidez é

transmitida ao restante dos montantes pela fita.

5.2 Coberturas5.2.1 Cobertura com mais de duas águas

Figura 01 - Cobertura com mais de duas águas.Fonte: http://www.metalica.com.br/pg_dinamica/bin/ver_imagem.php?id_imagem=11280

5.2.2 Rigidez da cobertura

A estabilização da estrutura é obtida através de:

a) contraventamento lateral

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Figura 2 – Contraventamento lateral.Fonte: Construindo em Aço (Sistema Usiminas)

b) contraventamento em “X”

Figura 3 – Contraventamento em “X”.Fonte: http://techne.pini.com.br/engenharia-civil/112/imagens/artigo9_60.jpg

O número de travamentos longitudinais e/ou contraventamentos deve ser

definido no cálculo.

5.3 Instalações elétricas e hidráulicas

As tubulações, de um caráter geral, passam pelos furos estampados nos

montantes. Durante a instalação carece de adotar os devidos cuidados para que os

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orifícios dos perfis permaneçam corretos. Para impedir o contato dos tubos com os

montantes deve-se alocar um protetor de polietileno na borda dos furos.

As caixas necessitam ser fixadas em perfis “U” que, por sua vez, ficarão

fixados nos montantes (BELLEI, 2011).

6 COBERTURA

6.1 Tesouras

Independente do material a ser usado na execução de estruturas tipo tesoura,

os entendimentos estruturais são definidos pelas obrigações arquitetônicas do

projeto e das dimensões da estrutura solicitada, onde se pode ter os desenhos

conforme Figura 4.

Figura 4 – Tipos de tesouras.http://wwwo.metalica.com.br/images/stories/Id3243/coberturas-12.jpg

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6.2 Terças

As terças são barras que se apoiam nas tesouras, da estrutura de uma

edificação e servem de apoio direto para as telhas da cobertura ou do fechamento

lateral (SALGADO, 2014).

Os tipos de ancoragem de telhas mais usados são os parafusos com rosca

soberba, também conhecido por parafusos auto-tarraxantes e os ganchos. Os

parafusos são mais empregados em telha de alumínio e aço e permitem fixação com

ou sem furação prévia (RIBEIRO, 2013).

7 PERFIS EM AÇO

7.1 Perfis soldados

Elemento estrutural composto por três chapas de aço, ligadas entre si por

soldagem a arco elétrico, formando aproximadamente, em sua sessão transversal,

um “I” ou “H” (SALGADO, 2014).

7.1.1. Classificação

Os perfis soldados são qualificados em:

a) Série simétrica

Série VS: agregados em estruturas de edifícios industriais e comerciais e em

pontes ferroviárias e rodoviárias, onde 2<=d/b f<=4.

Série CS: utilizados em colunas de edifícios comerciais e industriais e estacas

para fundações, onde 1<=d/bf</1,5.

Série CS: utilizado em colunas de edifícios comerciais e industriais, onde

d/bf=1.

b) Série monossimétrica

Série VSM: perfis soldados monossimétricos tipo viga com relação

1<d/bf<=4,0.

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c) Série estaca

Série PEQC: utilizados para estacas, produzidas em aço de qualidade

comercial – NTU QC 250.

d) Série especial

Série PSE: composto de formato “T”, “U”, “L” e perfis “I” de abas desiguais,

para atender a casos especiais.

7.2 Processo de fabricação

São dois os processos de fabricação dos perfis formados a frio: contínuo e

descontínuo.

O processo contínuo, apropriado à fabricação em série, é concretizado a

partir do deslocamento longitudinal de uma chapa de aço, sobre os roletes de uma

linha de perfilação. Os roletes vão aferindo pouco a pouco à chapa a forma definitiva

do perfil. Quando o perfil deixa a linha de perfilação, o mesmo é cortado no

comprimento indicado no projeto.

O processo descontínuo, apropriado a pequenas quantidades de perfis ou a

seções com formas bem especiais, é concretizado mediante a colocação de uma

prensa dobradeira. A lâmina da dobradeira é prensada contra a chapa de aço,

obrigando-a a formar uma dobra. Várias intervenções similares à essa sobre a

mesma chapa, fornecem à seção do perfil a geometria determinada no projeto. A

dimensão do perfil fica limitado à largura da prensa.

8 CORROSÃO

8.1 O que é a corrosão?

Corrosão pode ser exemplificada como sendo a deterioração que acontece

quando um material (normalmente um metal) reage com seu ambiente, induzindo à

perda de suas propriedades. O procedimento de corrosão pode ser aceito como

sendo o contrário da metalurgia extrativa. No processo siderúrgico, muita energia é

gasta para modificar o óxido de ferro em um produto final. O minério de ferro adentra

no alto-forno tanto na forma sintetizada quanto bitolada, e em conjunto com o coque

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metalúrgico, fundentes e ar insuflado, forma uma liga impura conhecida como ferro-

gusa (RIBEIRO, 2013).

O ferro-gusa é processado, posteriormente, na aciaria, onde os teores de

certos elementos químicos são diminuídos (como o enxofre, o silício, o fósforo e o

carbono) e outros elementos são acrescentados, para conferir certas propriedades

ao aço. A liga é, em seguida, conformada em chapas, perfis, etc. a corrosão é o

processo inverso ao da siderurgia, ou seja, o ferro retorna de forma espontânea aos

óxidos que lhe deram origem.

8.1.1 Meios corrosivos

A temperatura influi na corrosividade, pois há menor probabilidade de

condensação da umidade do ar quando a temperatura ambiente é alta. Quando a

temperatura é baixa há maior probabilidade de condensação e de absorvimento de

gases ácidos e corrosivos.

Vamos considerar atmosferas hostis as que contêm poluentes e névoas

salinas. Como poluentes, podemos mencionar os gases, os vapores e as poeiras

não naturais.

8.1.2 Proteção contra corrosão

A pintura é sem dúvida o processo de menor custo e adequado para proteção

de estruturas e equipamentos de aço contra a corrosão. A facilidade de aplicação e

de custeamento faz da pintura o método mais viável para a proteção destas

superfícies. A tinta é bem eficiente na proteção anticorrosiva, basta constatar que as

películas mais espessas de projetos de pintura para aço exposto à corrosão

atmosférica, são da ordem de ¼ de mm, ou 250 micrometros. Entretanto é

imprescindível escolher bem as tintas adequadas para realizar esta tarefa de

proteger a superfície metálica. Por isso vamos avaliar como as tintas atuam e como

são seus mecanismos de ação (RIBEIRO, 2013).

8.2 Critério do Projeto

a) Os desenhos devem ser simples, evitando-se a complexidade excessiva.

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b) As superfícies da estrutura de aço expostas aos meios corrosivos devem ser

pequenas em extensão.

c) As estruturas devem ter o menor número possível de irregularidades (por

exemplo: sobreposições, cantos e arestas vivas, bordas). As juntas devem,

preferencialmente, ser soldadas ao invés de aparafusadas ou rebitadas, para

conseguir superfícies mais lisas e sem saliências em toda a extensão. Soldas

descontínuas e pontos de soldas devem ser usados somente onde o risco de

corrosão é desprezível.

d) A norma cita os seguintes pontos a serem observados pelo projetista:

Acessibilidade

Frestas e espaços estreitos

Retenção de água

Arestas e bordas

Soldas irregulares

Conexões parafusadas (ligadas à força cortante com parafusos de alta

resistência; chapas de ligação parafusadas)

Parafusos, porcas, arruelas

Vigas alveolares e Perfis tubulares

Chanfros

Enrijece dores

Prevenção de corrosão galvânica

Manuseio, transporte e montagem.

8.2.1 Frestas e espaços estreitos

Frestas, espaços estreitos e juntas sobrepostas são pontos em potencial de

corrosão onde o ataque ocorre devido a retenção de umidade e de sujeira, incluindo

o abrasivo usado no preparo da superfície parara pintura. O potencial de corrosão

deste tipo de ocorrência pode ser evitado com o uso de um selante ou uma massa

de vedação.

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Figura 5 – Frestas e como evita Fonte: Construindo em Aço (Sistema Usiminas)

Na maioria dos ambientes corrosivos o espaço deve ser preenchido com uma

lâmina de aço que ultrapassa a seção da junta e é soldada em toda a volta.

Figura 6 – Situações ruins e como melhorarFonte: Construindo em Aço (Sistema Usiminas)

Nota: estes exemplos apenas ilustram o princípio. O exemplo nem sempre

pode ser empregado e não consta da norma, mas pode ser considerado, pois há

acesso por todos os lados para a limpeza e repintura.

8.2.2 Retenção de água

Configurações de superfícies nas quais a água pode ficar retida, assim como

a presença de materiais estranhos como sujeiras, que aumentam a condição

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corrosiva, devem ser evitadas. O projetista deve também ter cuidado com possíveis

efeitos de escorrimentos, de ferrugem de um aço comum sobre um aço inoxidável,

com consequente corrosão ou mancha mento do aço inox.

Algumas precauções adequadas para ir de encontro a estes objetivos são:

Desenhos com superfícies inclinadas ou chanfradas.

Eliminação de seções abertas no topo ou arranjo em uma posição

inclinada.

Evitar bolsas e reentrâncias nas quais a água e sujeiras podem ficar

retidas.

Drenos que conduzam a água e líquidos corrosivos p ara fora da

estrutura.

9 PEÇAS DE AÇO PARA EDIFICAÇÃO

A estrutura metálica na construção de edifícios é antiga no exterior,

principalmente nos países mais desenvolvidos. No Brasil esse tipo de construção

veio chegar a apenas alguns anos (SORIANO, 2014). Talvez por isto venha

ocasionando dificuldades alguns profissionais da área já acostumado a trabalhar

com concreto armado passar para um trabalho com estruturas metálicas.

A escolha do tipo de aço da estrutura metálica nas construções se dá por

meio de aspectos ligados ao meio estrutural, meio ambiente, proximidade da orla

marítima, ao comportamento estrutural (SORIANO, 2014).

a) Aços de media resistência para uso geral

Chapas finas (ASTM A-570 e SAE 1020), tubos redondos sem costura (DIN

2448, ASTM A-53 grau B), tubos quadrados e retangulares, com e sem costura (DIN

17100), barras redondas (SAE1020), perfis, chapas e barras redondas acima de

50mm (ASTM A-36).

b) Aços estruturais, resistente a corrosão atmosférica, baixa liga, media resistência

mecânica

Chapas USI-SAC 41 (USIMINAS), chapas (Aço estrutural com limite de

escoamento de 245Mpa (Cosipa).

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c) Aços estruturais, baixa liga, resistentes a corrosão atmosférica, alta resistência

mecânica

Chapas (ASTM A-242, ASTM A-588 COS-AR-COR (COSIPA), USI-SAC-

50(USIMINAS) e NIOCOR(CSN), Perfis ( ASTM A-242, A-588 (COFAVI)).

9.1 Laje e vigamentos

A formação dos pisos, harmonizado pela laje e pelo vigamento, deve

transmitir ações gravitacionais até as colunas, consequentemente aos contraventos

verticais. De forma geral pode se dizer que em consideração aos vãos das lajes, que

o vigamento do piso é cada vez mais econômico quanto menor for o percurso da

carga até a coluna (VELLASCO, 2016).

A grande maioria das lajes de pisos, que são utilizados nas edificações

formada de aço e concreto armado.

Está ilustrado na figura abaixo, quatro tipos de lajes diferentes: lajes do tipo

convencional de concreto armado moldadas “in loco”, lajes de concreto celular auto

clavados, lajes moldadas “in loco” usando forma metálica permanente e lajes pré-

moldadas com enchimento de lajota cerâmica ou poliestireno expandido (RUTMAN,

et al., 2013).

É de grande importância saber que as lajes convencionais de concreto

armado moldada “in loco” podem ser armadas de tal forma que permitam ser

apoiadas em uma direção (armadas em 1 só direção) ou duas direções (armadas

em cruz). Diferente dos outros sistemas de laje que são normalmente apoiados em

uma única direção, e devem ser suportados por um sistema de vigas com

espaçamento entre elas variando entre 2 a 6 metros dependendo do tipo de laje

(PINHEIRO, 1969).

Seu objetivo é de aumentar a eficiência estrutural do sistema de piso, as lajes

de concreto armado podem ser ligadas as vigas de aço por conectores de

cisalhamento, que são soldados nas mesas superiores dos perfis, formando então o

que é conhecido por viga mista (concreto-aço).

Sobre esse tipo de ação entre a laje e a viga diminui a altura do perfil metálico

e pode ser feito utilizando lajes moldadas “in loco” ou pré-fabricadas.

Pode assumir várias formas a malha de colunas dependendo do

planejamento requerido pelo edifício. O layout típico de vigamento ilustrado na

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próxima figura, que é formado numa série de vigas secundárias paralelas com

mesmo espaçamento que dependerá do vão admitido pela laje. Falando das vigas

secundárias elas são usadas junto com vigas primarias que determinam o

espaçamento entre as colunas que são mais ou menos quadrado. Variando este

arranjo pode ser obter variação dos requisitos do planejamento do edifício

(PINHEIRO, 1969).

Outro tipo de variação comum de um arranjo de vigamento de piso é o

posicionamento de uma coluna para cada viga secundária no perímetro do edifício.

A aproximação entre uma e outra coluna permite que elas sejam suporte para os

elementos de fechamento da fachada do edifício (MARTHA, 2010).

Componentes pré-fabricados são utilizados pelas estruturas de aço também

por um fator econômico, é importante que estes elementos sejam padronizados, e a

facilidade deste procedimento vão dos principais elementos estruturais se forem

mantidos constantes.

É normal o uso de um sistema terciário de vigas, quando os vãos são muito

longos nas estruturas dos edifícios. Sistema ilustrado na figura acima. Formado por

vigas treliçadas de vão semelhante à largura do edifício que são mostradas em

linhas tracejadas no plano do vigamento, são desnecessárias as colunas

intermediarias devido ao grande desempenho estrutural da viga treliçada (SOUZA,

2013).

Mais uma forma de vencer grandes vãos é a utilização de sistema conhecido

por treliças inter pavimentos como podemos ver na próxima figura. Treliças

assentadas de tal forma que os pisos se apoiam na corda superior e na corda

inferior das mesmas (SORIANO, 2014).

9.2 Sistemas de contravento

Edifício em quadro rígido tem eficaz estrutural limitada e alcança um número

máximo de 20 pavimentos normalmente. Quando são rotulados, é importante

idealizar um sistema de estabilização lateral, e é uma prática normal que todas as

ligações entre colunas e vigas sejam rotuladas, com colunas formadas por barras

com rotulas a cada dois pavimentos (MARTHA, 2010).

Tem muitas vantagens este sistema totalmente formado por barras rotuladas:

a montagem da estrutura e a análise estrutural são muito simples; sem introdução

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de tensões na estrutura permite a acomodação das dilatações térmicas e de

pequenos movimentos das fundações. Um sistema de contraventamentos deve ser

adicionado, pois este sistema de nós rotulados é muito instável (FICANHA, et al.,

2013).

Estrutura formada por barras rotuladas um sistema de estabilização vertical

em forma de diagonais ou diafragmas deve ser incorporado ao conjunto estrutural

em duas direções ortogonais (mutuamente perpendicular) para dar a estabilidade

necessária (SALGADO, 2014). Sistema plano de estabilização em cada pavimento

deve ser ligado a todas as outras partes do conjunto estrutura deste sistema (Ex.:

lajes de concreto armado).

9.3 Tipologia estrutural

As ações verticais e horizontais são solicitadas de acordo com as estruturas

dos edifícios multiandares. Ações verticais são devido à carga permanente – peso

próprio das vigas, colunas, lajes, escadas, fachadas, caixa d’água, alvenarias,

revestimentos, etc. – e à sobrecarga – carga distribuída por metro quadrado nos

andares, devido às pessoas, móveis e divisórias, e carga devido à água na caixa

d’água, tubulações, etc.

Ações verticais são as vigas mistas, que são absorvidas pelas lajes que as

transmitem às vigas metálicas, que inclusive podem trabalhar em conjunto com as

lajes. As vigas transmitem as ações para outras vigas onde se apoiam ou

diretamente para as colunas. Já as colunas transmitem as ações verticais

diretamente para as fundações (PFEIL, 2009).

As ações horizontais são provenientes do vento que age na parte externa do

edifício, provocando efeitos de sucção nas fachadas e pressão, de acordo com a

sua forma externa e resultando numa força global de arrasto na estrutura.

Os efeitos sísmicos também provocam ações horizontais nas estruturas; as

Normas Brasileiras não consideram a existência desse efeito no nosso território

(PFEIL 2009).

O efeito de vento, agindo sozinho ou em conjunto com qualquer outra ação

que também provoque efeito horizontal, tem grande influência na solução estrutural

a ser adotada:

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Deve buscar esforços horizontais econômicos, de acordo com o

deslocamento horizontal da edificação.

10 ANÁLISE COMPARATIVA DE VIABILIDADE ENTRE ESTRUTURAS METÁLICAS E ESTRUTURAS DE CONCRETO

Inaba apud Nakamura (2006) faz uma importante reflexão sobre como

analisar o custo benefício das estruturas metálicas em relação á estrutura de

concreto, para ele, é relevante fazer a comparação de custos de forma global, pois

se compararmos os elementos individualmente, como dois pilares certamente o pilar

metálico será mais caro. Para o autor não é possível apenas falar das vantagens de

um sistema sobre o outro, mas atrelar as vantagens desse sistema à aplicação.

Em virtude da interface da construção civil na modernidade, este estudo

demonstra conhecimentos acerca do dimensionamento de estruturas de aço em

relação às estruturas de concreto. Nesse sentido, a análise contida no Quadro 1 foi

feita pontualmente sobre aspectos específicos.

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ASPECTOS ESTRUTURA METÁLICA EM AÇO ESTRUTURA EM CONCRETO ARMADO

RESISTÊNCIA Maior resistência relação ao concreto. Menor resistência em relação ao aço.

PESO Menor peso da estrutura Estrutura mais pesada

MÃO DE OBRA Não possui tanta mão de obra qualificada.

Mais qualificada para os métodos construtivos tradicionais como concreto armado e alvenaria

CUSTO POR M2 Mais cara em relação à estrutura superior e mais barata em relação às fundações.

Mais barata em relação à estrutura superior e mais cara em relação às fundações.

CAPACIDADE DE COBRIR GRANDES ÁREAS

Capacidade de suportar maiores vãos Precisa de vigas, não suportando grandes vãos.

PERFIS ESTRUTURAIS

Estruturas metálicas são bem elaboradas arquitetonicamente traduzem aspectos de arrojo e modernidade, perfis estruturais mais esbeltos e, consequentemente, maior área útil, esse método construtivo foi tornando-se usual

Perfil tradicional tem uso predominante no Brasil,

PILARES As colunas de aço ocupam um menor espaço em relação à estrutura de concreto e gasta menor quantidade de pilares necessários que em edifícios comerciais proporcionam garagens mais amplas

As colunas de concreto ocupam um maior espaço em relação à estrutura de aço e gasta maior quantidade de pilares em edifícios comerciais proporcionam garagens restritas

RELAÇÃO ALTURA/ VÃO

h = vão/20 redução de 0,4m na distância entre pisos

em relação ao concreto armado

h = vão/10

PRAZOS DE CONSTRUÇÃO

reduções nos prazos de 35% nos edifícios comerciais e 25% nos edifícios habitacionais em relação ao concreto

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Quadro 1: Tabela comparativaFonte: Adaptado de Rossatto (2015) e Freire (2017)

11 CONCLUSÃO

O uso do aço na construção civil, em estruturas metálicas, em pequenos e

grandes projetos vem ganhando espaço a cada dia, mesmo considerando sua

desvantagem econômica comparando-se com a estrutura convencional.

Com o uso da estrutura metálica, além dos projetos serem mais elaborados,

as possibilidades arquitetônicas se ampliam pelo grande potencial que oferecem em

termos de desenho e arrojo arquitetônico. As técnicas construtivas podem ser mais

amplas, os espaços maiores, mais abrangentes, com as necessidades dos clientes

melhor atendidas.

Com a crescente conscientização ecológica, com a constante pressão dos

movimentos ambientais, bem como com as maiores exigências quanto ao uso

certificado das florestas, a estrutura metálica tem tudo para ganhar espaço nos

projetos de Engenharia Civil e de Arquitetura, na preferência dos clientes e na

conservação ambiental.

A estrutura metálica pode substituir com vantagens a estrutura convencional

de madeira e concreto e que a Engenharia Civil tem muito a colaborar através da

pesquisa, da técnica e da experiência, colocando em prática um potencial importante

no desenvolvimento do Brasil.

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