SISTEMAS CONSTRUTIVOS INOVADORES: STEEL FRAME, Trabalhos de Materiais e Sistemas de Construção

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Engenharia Civil

Construção Civil II

SISTEMAS CONSTRUTIVOS INOVADORES: STEEL FRAME

PIRACICABA

JUNHO/

RESUMO

Este trabalho tem como objetivo apresentar o Steel Frame, um sistema construtivo inovador na construção civil. Retrataremos os princípios deste tipo de construção, sua concepção, seus aspectos, sistema construtivo e materiais utilizados, e através deste fundamento evidenciaremos o desempenho de obras que adotam este método. Ao fim deste seminário esperamos determinar o porquê este método é diversificado, eficiente e revolucionário.

• INTRODUÇÃO
• SOBRE O SISTEMA
  • Método construtivo
    • Projeto
    • Estrutura
      • Tipos de Painéis
    • Fechamento
      • Paredes Externas
      • Paredes Internas
    • Instalações elétricas e hidráulicas
    • Cobertura
  • Desempenho
  • Steel Frame x Alvenaria
• Obras em LSF
• CONCLUSÃO
• REFERÊNCIAS

1 INTRODUÇÃO

Para definir os antecedentes históricos do Light Steel Framing, temos que retomar aos Estados Unidos, no século XIX. Devido à multiplicação populacional do país durante este século, foi-se necessário recorrer aos materiais disponíveis localmente e a métodos e práticas que permitissem aumentar a produtividades na construção de nova habitações para atender tal demanda. Foi desenvolvido um tipo de sistema construtivo com estrutura em madeira, usualmente designado por Wood Framing, muito utilizado até os dias de hoje.

Após a Segunda Guerra Mundial o aço passou a ser um recurso abundante no país e as empresas metalúrgicas passaram a ser influentes no mercado, logo a utilização de aço passou a ser comum nas construções, sendo utilizado em divisórias de edifícios ou moradias e também até em parte das estruturas. Dessa maneira foi-se questionado se o aço poderia substituir toda a estrutura de madeira e assim surgiu o método construtivo Steel Frame.

Um grande impulso foi dado nos anos 1980, quando a exploração de florestas mais antigas foi vedada à indústria madeireira. Isto levou ao declínio da qualidade da madeira empregada na construção e a grandes flutuações no preço desta matéria prima. Em 1991, a madeira usada na construção subiu 80% em quatro meses, o que levou muitos construtores a começarem a usar o aço imediatamente.

O sistema construtivo Light Steel Framing faz parte do sistema CES (Construção Energitérmica Sustentável) que é uma denominação empregada internacionalmente para definir o material construtivo que utiliza o aço galvanizado como principal elemento estrutural, gerando elementos de baixo peso. Traduzindo para o português, o LSF pode ser denominado “Estrutura em Aço Leve”, sendo que Light , significa “leve”, Steel significa “Aço” e Framing é utilizado para denominar esqueletos estruturais. Neste caso, composto pelo aço e outros elementos que ligados entre si funcionam para suportar a obra.

Este é um processo novo no Brasil, e por esta razão construtoras e montadoras usaram inicialmente normas estrangeiras para utilizá-la. Como este método começou a ser reconhecido no mercado, surgiu a necessidade de formular documentos técnicos voltados para os setores de projeto e construção e com o desenvolvimento hoje temos duas normas

2 SOBRE O SISTEMA

As estruturas de Light Steel Frame são compostas por perfis metálicos de aço galvanizado, que formam painéis de paredes, pisos e cobertura.

Para proteger os perfis de parede, são utilizadas placas que variam de acordo com o tipo de fechamento: externamente é comum adotar sistemas compostos por placas de tiras de madeira orientadas (OSB), cimentícias e de PVC. Já a parte interna é frequentemente construída com placas de gesso acartonado (drywall).

Os acabamentos utilizados nessas estruturas são muito variados, não havendo restrições se comparado a outros métodos convencionais.

2.1 Método construtivo

Antes de iniciar a construção de uma obra, o responsável deve avaliar que tipo de método construtivo deseja utilizar. Atualmente é possível encomendar desde simples perfis a até cômodos inteiros e acabados. Algumas das variáveis que irão definir entre um método ou outro são o tipo de cliente e de obra, o orçamento e o tempo de execução do projeto. A seguir, uma lista dos métodos que podem ser utilizados com o Light Steel Frame:

● Stick: Neste método, o corte e a montagem dos perfis são feitos diretamente na obra. Ele é utilizado por proporcionar facilidade no transporte dos perfis (que vêm em Pallets) e em sua estocagem, que não demanda tanto espaço quanto os painéis prontos. Apesar de gerar economia de frete, a atividade da mão de obra é maior e é necessária precisão para executar os cortes de maneira adequada.

● Por Painéis: Diferentemente do anterior, neste método os painéis já vêm com dimensões prontas de fábrica. Para que isto ocorra, deve-se enviar o projeto arquitetônico para um profissional que compatibilize-o em Light Steel Framing.

Molda-se então os perfis na fábrica e pode-se escolher entre a entrega dos painéis montados ou em pallets (Figuras XX e YY). Pode-se, além pedir apenas o esqueleto, encomendar o painel acabado com placas e revestimentos, porém esta prática é inviável financeiramente para obras pequenas.

Fonte: Divino Dias

● Construção Modular: Neste método, fabricam-se módulos com todos os acabamentos internos, instalações e bancadas, que podem ser colocados uns sobre os outros ou lado a lado, dependendo do tipo de edificação final.

Figura O - Módulo de Steel Frame sendo instalado

Desempenho. Durante a análise estrutural, deve ser considerada a influência de todas as ações que possam produzir efeitos significativos para a segurança da estrutura, levando-se em conta os possíveis estados limites últimos e os de serviço.

Utilizando perfis de aço leve é possível erguer edificações com até cinco pavimentos. Em construções maiores a estrutura principal pode ser de concreto ou metálica (com perfis mais robustos), podendo o sistema LSF ser utilizado para compor fachadas. Nesses casos, o fechamento em Steel Frame é uma alternativa às alvenarias, agregando velocidade de execução e vantagens em relação ao desempenho acústico e térmico, que descreveremos nos próximos itens.

O método mais utilizado para garantir rigidez à estrutura é o contraventamento em "X", que consiste em utilizar fitas em aço galvanizado fixadas na face do painel, cuja largura, espessura e localização são determinadas pelo projeto estrutural. Quando o uso do contraventamento em "X" não for possível, caso o projeto arquitetônico preveja muitas aberturas na fachada, uma alternativa é o contraventamento em "K".

No projeto, devem-se prever as juntas de dilatação entre as placas, devido às variações dimensionais ocasionadas pela temperatura e umidade do ar.

2.1.2 Fundação

Devido ao peso próprio do Light Steel Frame ser inferior ao de outros métodos, é comum realizar fundações diretas nas obras (radier e sapata corrida são os tipos mais utilizados). Apesar disso, quando o terreno não apresentar resistência suficiente, é possível utilizar vigas baldrame ou estacas.

● Radier:

Método comumente utilizado na maior parte das obras de Light Steel Frame. É uma laje de concreto armada em duas direções, que deve ser executada em terreno plano, sobre uma camada de brita e manta impermeabilizante.

Execução: Primeiramente, deve-se realizar a limpeza e a regularização do terreno que receberá a fundação. Após isso, deve-se posicionar as tubulações de elétrica e hidráulica que ficarão embutidas no piso e montar a forma lateral, que delimita o radier (Figuras X e Y). Em seguida, realiza-se o lastro e a concretagem. Os pontos do radier que receberão paredes estruturais devem ser reforçados.

Figuras X e Y - Forma do Radier com detalhe na execução de instalação hidráulica

Fonte: Arquitetando com a Fabi

● Sapata Corrida:

Este tipo de fundação tem formato de viga e pode ser feita em concreto simples ou armado. Ela é contínua e deve ser executada em valas no solo que acompanham as paredes da obra, acima de uma camada de concreto magro.

2.1.3 Estrutura

2.1.3.1 Tipos de Painéis

Toda estrutura necessita de um sistema estrutural para mantê-la estável e em condições de utilização. No sistema Steel Frame, a estrutura é racionalizada para diminuir o peso total, que é uma das propostas deste método construtivo, utilizando painéis de aço, que são moldados com perfis de aço dobrados a frio.

Fonte: Steel frame - Estrutura, Revista Téchne

● Perfil Cartola: Possui duas almas e uma mesa, com dois enrijecedores na extensão das almas.

Figura X - Perfil Cartola

Fonte: Steel frame - Estrutura, Revista Téchne

Perfil Cantoneira: É um perfil formado por duas abas com mesma espessura e comprimentos que podem ou não ser iguais.

Figura X - Perfil Cantoneira -

Fonte: Steel frame - Estrutura, Revista Téchne

Existem ainda fitas e chapas, que são elementos que não possuem dobras.

Os painéis de aço podem ser utilizados tanto na vertical, como paredes, quanto na horizontal, como pisos. Os painéis utilizados na vertical são, na maioria, portantes, ou seja, trabalham como parte da estrutura, recebendo cargas e dando estabilidade ao conjunto. Porém podem ser utilizados painéis na vertical apenas com função de vedação.

Esse sistema construtivo permite que os painéis trabalhem juntos, travando-se uns aos outros, fazendo com que a estrutura funcione integralmente.

Os painéis utilizados como paredes são formados pelos montantes e pelas guias; sendo os montantes os elementos verticais paralelos e as guias os elementos horizontais que fixam as extremidades dos montantes uns aos outros.

Essa união é executada com parafusos autoperfurantes e auto-atarraxantes com variadas formas de cabeça, utilizadas conforme o local do seu uso e a função estrutural que terá este parafuso. O comprimento, diâmetro e a quantidade desses parafusos são definidos pelo projetista.

Nas aberturas onde serão instaladas as portas e janelas, é necessário a utilização de elementos estruturais para redistribuir a carga que está sendo recebidas pelos montantes que serão interrompidos. Para isso, são utilizados vergas e ombreiras.

A verga é obtida com a composição de dois ou mais perfis conectados e as ombreiras são os perfis que delimitam o vão e são montadas no mesmo número de cada lado do vão,

Figura X - Contraventamento

Fonte: Steel frame - Estrutura, Revista Téchne

Já o travamento horizontal é executado pelos chamados bloqueadores, que são perfis U ou U enrijecidos conectados aos montantes ou vigas. Também é inserida uma fita metálica que une os montantes do painel com os bloqueadores e entre si. Este conjunto de bloqueador e fita, aumenta a resistência do painel, pois diminui o comprimento de flambagem dos montantes e impede a torção do montante em torno do seu eixo. A quantidade desses bloqueadores e fitas dependem das dimensões dos painéis e de suas solicitações.

Os painéis de piso são montados a partir de perfis U enrijecidos, com exatamente a mesma modulação das paredes, formando vigas e em suas extremidades são instaladas guias chamadas de sanefas. Nas vigas, onde são apoiados os painéis de paredes, devem ser colocados enrijecedores de alma, com a função de combater a flambagem local da seção transversal desse elemento, devido às forças normais provenientes dos montantes dos painéis do pavimento superior.

Figura X - Viga de Piso

Fonte: Steel frame - Estrutura, Revista Téchne

Para compor o piso das lajes podem ser utilizadas placas pré-fabricadas sobre as vigas, constituindo a chamada laje seca. Essas placas podem ser compostas de fibras de madeira orientadas ou por madeira laminada ou sarrafeada contraplacada por lâmina de madeira, podendo receber ou não revestimento cimenticio em suas faces.

Também pode ser executada a chamada laje úmida, geralmente feita com uma chapa de aço ondulada parafusada às vigas e preenchida com concreto e armadura contra fissuramento.

Há ainda, a possibilidade de utilizar as lajes convencionais em concreto, moldadas in- loco ou pré-fabricadas. Porém, as alternativas de lajes úmida e convencional fogem ao conceito do Steel Frame, que é uma construção a seco.

Ainda é válido ressaltar que a laje participa efetivamente da rigidez global da edificação, semelhante ao que se considera nas estruturas de alvenaria estrutural. E também é fundamental que a estrutura seja projetada de forma que as paredes estruturais estejam perfeitamente em prumo e seus montantes alinhados aos montantes dos pavimentos inferiores.

No sistema Steel Frame, também são oferecidas soluções para execução de escadas. A escada com vão aberto é moldada com uma viga caixa, elaborada por dois ou mais perfis U

Fonte: Steel frame - Estrutura, Revista Téchne

Uma terceira opção é a utilização de painéis escalonados compostos por montantes de perfis U enrijecidos e guias de perfis U que, caso se torne necessário, podem receber um painel auxiliar para o assentamento da placa do piso.

Figura X - Escada painel escalonado

Fonte: Steel frame - Estrutura, Revista Téchne

2.1.4 Lajes

As lajes podem ser executadas de 3 maneiras diferentes:

A primeira maneira segue o mesmo princípio das paredes, o painel metálico leve preenchido com isolante termoacústico, revestido com uma placa OSB, que recebe um contrapiso armado e seu respectivo acabamento.

Figura X - Laje convencional

Fonte: Fastcon

Também é possível executar a laje mista. Ela é montada da mesma forma, painel metálico leve preenchido com isolante termoacústico, revestido com uma placa OSB, que recebe um contrapiso armado revestido com uma manta asfáltica, deixando-a impermeável.

Figura X - Laje mista