1

FUNDAÇÃO DE ASSISTÊNCIA E EDUCAÇÃO - FAESA

FACULDADES INTEGRADAS ESPÍRITO-SANTENSES

CURSO DE GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL

DEISE MEIRA ARDISSON

ANÁLISE TÉCNICO-ECONOMICA DE EDIFÍCIOS EM ESTRUTURA METÁLICA E EM CONCRETO CONVENCIONAL

Artigo do Trabalho de Conclusão de Curso de Graduação em Engenharia Civil, apresentado às Faculdades Integradas Espírito-santenses, sob orientação do professor Janaina Pena Soares de Oliveira.

2

VITÓRIA

2015

ANÁLISE TÉCNICO-ECONOMICA DE EDIFÍCIOS EM ESTRUTURA METÁLICA E EM CONCRETO

ECONOMICAL AND TECHNICAL ANALYSIS OF METALLIC STRUCTURE BUILDINGS AND CONCRETE

DEISE MEIRA ARDISSON*

JANAINA PENA SOARES DE OLIVEIRA**

RESUMO

Em um mundo onde predomina a busca constante por meios mais racionais de construção, atualmente, as estruturas de aço são utilizadas em praticamente todos os setores da construção civil devido as suas vantagens construtivas e econômicas. Estruturas em aço fornecem maior área útil, devido a esbeltes dos perfis metálicos quando estes são comparados com elementos estruturais de concreto, tais como pilares, vigas e lajes, e consequentemente, o alivio das cargas nas fundações, uma vez que são estruturas mais leves; garantem maior produtividade, devido a rapidez de execução; permitem técnicas de reforço estrutural mais simplificadas; podem ser desmontadas e substituídas com facilidade; apresentam a possibilidade de reaproveitamento do material quando este for inutilizável; dispensam a utilização de fôrmas e escoramentos, e oferecem ainda um canteiro de obras limpo e organizado. Mesmo assim, observa-se que há predominância da construção de edifícios de múltiplos pavimentos em concreto convencional em algumas regiões do país. Afim de contribuir com a mudança deste cenário e devido a carência de estudos que comprovem a viabilidade econômica da construção de edifícios com emprego do aço em detrimento do concreto convencional, buscou-se realizar um estudo de caso afim de comparar os resultados obtidos através do dimensionamento de uma edificação residencial utilizando as duas metodologias construtivas.

Palavras-chave: Estruturas metálicas, concreto convencional, vantagens, dimensionamento.

ABSTRACT

And a world where the constant search for more rational means of construction, currently, the steel structures are used in virtually all sectors of the construction due to their constructive and economic advantages. Steel structures provide greater area, due to esbeltes of metallic profiles when these are compared with concrete structural elements such as pillars, beams and slabs, and consequently, the relief of loads on foundations, since they are lighter structures; ensure greater productivity, due to speed of execution; enable structural reinforcement techniques more streamlined; can be disassembled and replaced with ease; present the possibility of reuse of the material when it is unusable; exempt the use of forms and shoring, and they even offer a construction site clean. Even so, it is observed that there is a predominance of building multiple concrete floors buildings at some conventional in some regions of the country. In order to contribute to the change of this scenario and due to lack of studies proving the economic viability of the construction of buildings with steel job to the detriment of conventional concrete, sought to make a case study in order to compare the results obtained through the design of a re1sidential building using the two methodologies.

Keywords: Metal structures, concrete, advantages, scaling.

1 INTRODUÇÃO

No Brasil, sobretudo nas grandes metrópoles, os sistemas estruturais de edifícios com múltiplos pavimentos são caracterizados pelo uso impulsivo do concreto em detrimento das estruturas

1 Graduando em Engenharia Civil (Faesa)**Doutoranda em engenharia de estrutura na Universidade Federal de Minas Gerais. Mestre em engenharia civil pela Universidade Federal do Espírito Santo. Professora do curso de Engenharia Civil (Faesa)

3

metálicas. Em geral, isso ocorre em razão das comparações ficarem restringidas apenas a um fator orçamentário. Devido a uma análise superficial dos sistemas estruturais, predomina ainda a afirmação que a estrutura metálica é mais cara e o concreto acaba sempre levando a vantagem. No entanto, é preciso levar em conta que cada obra possui suas particularidades. Além disso, não é pertinente mencionar apenas as vantagens de um sistema sobre o outro, pois as vantagens devem ser atreladas a sua aplicação.

A Revolução Industrial modificou profundamente o cenário mundial. Com o advento das maquinas a vapor, em meados do século 18, iniciou-se a construção das primeiras linhas férreas, e, inicialmente, foram elas, as ferrovias, que contribuíram de maneira decisiva para o desenvolvimento da indústria metalúrgica, seguidas de muitas outras inovações, tais como a primeira ponte em aço, Ironbridge, construída em Coalbrookdale na Inglaterra no ano de 1779, e em 1787 a primeira embarcação com chapas de ferro.

Figura 1 - Ponte Ironbridge

Fonte: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/41/Ironbridge002.JPG

Neste contexto, o aço tornou-se material indispensável para o desenvolvimento econômico e social da Europa e dos demais continentes, com destaque para os Estados Unidos, e assim se iniciou a produção em larga escala visando as primeiras exportações. O emprego do aço na construção de edifícios se deu a princípio na França e essa nova aplicação não demorou muito para chegar do outro lado do mundo. Em 1885, Chicago foi o berço do primeiro arranha-céu em aço, conhecido como Home Insurance Building, idealizado pelo engenheiro William LeBaron Jenney.

Figura 2 - Home Insurance Building, considerado o primeiro arranha-céu do mundo.

Fonte: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/3/38/Home_Insurance_Building.JPG

4

As primeiras iniciativas da produção do aço no Brasil só ocorreram em 1946, com a instalação da primeira siderúrgica do país a CSN – Companhia Siderúrgica Nacional, para atender a demanda por pontes e edifícios com estruturas metálicas pré-fabricadas, contudo, a sua utilização na construção não despontou como em outros países, e ainda hoje, são pouco numerosas em virtude da cultura conservadora do concreto. Nos últimos anos, com o intenso florescimento da construção civil no país, o aço ganhou espaço, ainda que timidamente. O mercado brasileiro cresceu, amadureceu e passou a exigir cada vez mais metodologias construtivas produtivas, racionais e sustentáveis.

Figure 3 – Edifício garagem América, em fim de obra e já em uso (1954).

Fonte: Acervo Digital Rino Levi / FAU PUC Campinas / Fapesp (mostra Núcleo São Paulo)

As estruturas em aço apresentam diversas vantagens construtivas, tais como: maior área útil, em razão da esbeltes dos perfis metálicos quando estes são comparados com elementos estruturais de concreto; o alivio das cargas nas fundações, uma vez que são estruturas mais leves; maior produtividade, devido a rapidez de execução; técnicas de reforço estrutural mais simplificadas; podem ser desmontadas e substituídas com facilidade; apresentam a possibilidade de reaproveitamento do material quando este for inutilizável; dispensam a utilização de fôrmas e escoramentos; garantem menor desperdício de materiais e oferecem ainda um canteiro de obras limpo e organizado.

Logo, almeja-se com esse artigo incentivar o uso do aço como sistema estrutural de edifícios de andares múltiplos considerando sua viabilidade financeira, construtiva e ambiental. Para tanto, pretende-se realizar um estudo de caso a fim de obter o dimensionamento estrutural de um edifício, com auxílio de software computacional, utilizando as duas metodologias construtivas nomeadas acima, o concreto e o aço, separadamente. Cumpre mencionar que esta análise comparativa não se dará apenas sob a perspectiva do comportamento das estruturas, mas também será avaliada, além das vantagens já citadas da estrutura metálica, a durabilidade e vida útil, a disponibilidade da mão-de-obra qualificada e, por fim, a relação custo-benefício.

2 DESENVOLVIMENTO

2.1 O progresso do aço na construção civil

As estatísticas recentes da Associação Latino-americana de Aço (ALACERO) mostram que o Brasil é o maior produtor da América Latina, com mais de 50% da produção do aço laminado, representando quase o dobro do segundo produtor que é o México. A construção civil, setor que mais consome aço no país, com participação de 35,4% na demanda total de produtos siderúrgicos, segundo o Instituto Aço Brasil, vem ampliando a utilização do produto. Ante a escassez e encarecimento da mão de obra nos últimos anos, a indústria passou a adotar sistemas industrializados, que proporcionam maior produtividade.

Fonte: Valor Econômico. Disponível em: http://www.ademi.org.br/article.php3?id_article=53421

5

Tabela 1 - Produção de aço laminado

Janeiro Fevereiro Março Abril Maio Acumulado 2015América Latina 4.499 4.462 4.763 4.635 4.522 22.882

5 principais produtores da América LatinaBrasil 2.007 1.993 2.160 2.049 1.907 10.116México 1.445 1.450 1.442 1.449 1.475 7.261Argentina 372 339 396 389 366 1.861Colômbia 148 142 170 178 187 825Venezuela 122 112 150 120 126 629

Fonte: http://www.alacero.org/es/page/en-cifras/produccion-de-acero-crudo

A elevação do custo da mão de obra tornou indispensável a racionalização de processos e a busca por maior produtividade e com melhor qualificação dos trabalhadores. Além disso, o bom desempenho das edificações tornou-se um requisito obrigatório, incorporando também a preocupação com a sustentabilidade dos materiais e da obra como um todo, o que é uma exigência cada vez mais importante para os clientes e para a sociedade. Essas demandas encontraram a resposta adequada nos sistemas construtivos industrializados, entre os quais se destacam os sistemas construtivos em aço (REVISTA ARQUITETURA E AÇO, 2015).

Figura 4 - Evolução da participação dos principais setores consumidores finais (%)

Fonte: Instituto Aço Brasil

Arquitetura & Aço. A Evolução da construção em aço no Brasil. Revista Arquitetura & Aço, Rio de Janeiro, n. 42. p. 58-59. Julho 2015. Disponível em: http://issuu.com/prodweb/docs/aa42-site?e=1737607/14095916

2.2 Os sistemas estruturais pré-fabricados em aço

Tal como vem acontecendo em outros setores, o processo de industrialização da Construção Civil está alterando substancialmente a forma de se projetar e construir no Brasil. A arquitetura migra do processo artesanal para um processo industrializado, cujos elementos pré-fabricados são componentes de uma montagem sequencial. Resultado: melhor qualidade dimensional e menor desperdício de material e de tempo. Neste cenário, o aço é considerado um dos materiais mais versáteis e adequado a contribuir de forma decisiva para esta nova concepção da arquitetura e da construção civil brasileira (REVISTA ARQUITETURA E AÇO, 2005).

CENTRO BRASILEIRO DA CONSTRUÇÃO EM AÇO (CBCA). Shopping Centers e Centros Comerciais. Revista Arquitetura e Aço. n. 04. Rio de Janeiro, 2005. Disponivel em: http://issuu.com/msecco/docs/revista_arquitetura_e_a__o_-_04

6

Quanto à competição com outros métodos construtivos, Coca (2004) afirma que o maior concorrente da indústria de estruturas metálicas é a indústria da estrutura de concreto. O cimento é usado em 98% das construções brasileiras. Para o autor, tal ocorrência se deve, dentre outros fatores, a característica que o concreto possui de também poder ser pré-fabricado. Todavia, o autor destaca que utilizar estruturas metálicas na construção civil significa utilizar peças industrializadas de grande precisão, trabalhar com material extremamente homogêneo, altamente resistente e que permite uma flexibilidade de uso bastante grande, proporcionando à construção uma velocidade muita alta.

Alem disso, para Ibana (2003), a construção em aço proporciona várias vantagens em relação a outros tipos de materiais. As mais destacadas comumente são:

- Maior rapidez. A sua produção industrializada permite a redução do tempo necessário para a edificação, pois além de possuir uma alta capacidade de fabricar peças, as obras de fundações, construções de bases e terraplanagem podem ser feitas paralelamente à fabricação.

- Maior limpeza. Não há entulhos, escoramentos, formas etc.

- Alta resistência nos diversos estados de tensão. A resistência mecânica oferecida pelo aço permite que se vençam grandes vãos com peças de menores dimensões e mais leves que os elementos construídos em concreto.

- Flexibilidade. Permite que a atual estrutura seja reforçada para atender a uma necessidade de aumento de carga. Podem também ser desmontados e substituídos com facilidade.

- Grande segurança. Por se tratar de um material bastante homogêneo, sua resistência é bastante definida.

- Redução na carga das fundações. As estruturas metálicas possuem aproximadamente seis vezes menos peso que as estruturas de concreto.

- Maior Lucratividade do Investimento. Em razão da maior velocidade de giro do capital investido e a maior área útil com elementos estruturais de menores dimensões.

- Precisão das peças. Obedecendo a especificações dimensionais é possível encomendar todos os acessórios antecipadamente, tais como portas, janelas etc. A estrutura totalmente nivelada e aprumada diminui os gastos com argamassa e alvenaria e serve de guia para as etapas de construção posteriores.

INABA, R. Arquitetura em Aço. Artigo do Portal Metálica, São Paulo, 2003. Disponível em www.metálica.com.br.[12/07/2003]

http://ferenge.com.br/index.php?option=com_content&view=article&id=52&Itemid=48

VANTAGENS E DESVANTAGENS

Sustentabilidade

Aplicabilidade da estrutura metálica

Edifícios em aço

Canteiro

Tempo de execução

Cargas

Peso Próprio

7

Fundações

Formas e escoramentos

Patologias

Reforços

Area útil

8

3 METODOLOGIA

3.1 DIMENSIONAMENTOS

4 RESULTADOS E DISCUSSÕES

3.1 DEFORMAÇÕES

3.2 ANALISE COMPARATIVA DE CUSTO

3.3 CARREGAMENTOS

5 CONCLUSÃO

6 REFERENCIAS

9

AGRADECIMENTOS

10

REFERENCIAS