Post on 08-May-2023
UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO
ESCOLA DE ENGENHARIA DE SÃO CARLOS DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE ESTRUTURAS
Construções em Aço Projeto
JOSÉ JAIRO DE SALES MAXIMILIANO MALITE
PIERRE ANTOINE PRELOURENTZOU ROBERTO MARTINS GONÇALVES
SÃO CARLOS 2021
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UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO
ESCOLA DE ENGENHARIA DE SÃO CARLOS
Departamento de Estruturas
CONSTRUÇOES M AÇO
- PROJETO
Area de Estruturas Metálicas
São Carlos, 1994
Publicação: 090/94
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ÍNDICE
CONSTRUÇÕES EM AÇO
1 .1- Evolução Internacional
1.2- Aplicações no Brasil
1.3- Descrição dos Sistemas
1.3.1- Edifíclos de Andares Múltiplos
1.3.2- Edifícios Industriais
1 .3 .3- Pontes
CONSTRUÇÕES INDUSTRIAIS
2. t- Tipos de Edifícios
2.2- Ações
2.2 .1- Ações Permanentes
2.2.2- Ações Variáveis
2.2.3- Ações Excepcionais
2.3- Sistema de Vedação
2.4- Sistemas Portante
2.4.1- Cobertura em 1 Água
2.4.2- Cobertura em 2 Águas
2.4.3- Cobertura em "SHED"
2.4.4- Cobertura em Arco
2.4.5- Outras Coberturas Curvas
2.5- SISTEMAS COMPLEMENiARES
2.5 .1- Ventilação
2.5.2- Iluminação
2.5.3- Calhas e Rufos
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3. PROCEDIMENTOS DE CÁLCULO
3.1- Terças
3.2- Contraventamentos
3.3- Tesouras
3.4- Colunas
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3.5- Distribuição de Forças Horizontais em Edifícios com Múltiplos Vãos 40
3.5 .1- Determinação do Centro Elástico dos Pórticos
3.5.2- Distribuição de Forças Horizontais para força aplicada no Centro
Elástico, em uma Direção.
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3.5.3- Distribuição de Forças Hor.p/ momento aplicado no Centro Elástico 48
3.5.4- Distribuição do Momento Horizontal de Torção 49
3.5.5- Distribuição de Forças Horizontais nas Colunas para Ação Horizontal
Aplicada Fora do Centro Elástico
4- EDIFÍCIOS DE ANDARES MÚLTIPLOS
4.1- Sistemas Estruturais
4.1.1- Estruturas Aporticadas
4.1.2- Estruturas com Núcleos em Paredes de Cisalhamento.
4.1.3- Estruturas com Pisos Suspensos
4.1 .4- Treliças Alternadas
4.1.5- Estruturas Tubulares
4.2- Lajes e Vigamentos
4.3- Fachadas
4.3.1- Função das Paredes da Fachada
4.3.2- Tipos
4.3.3- Materiais
4.4- O Projeto
4.4.1- Estrutura de Aço Aparente ou Oculta
4.4.2- A Estrutura de Aço e as Instalações
4.4.3- O Aço e o
4.4.4- O Aço e o Concreto
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5- VIABILIDADE ECONÔMICA DE UMA ESTRUTURA DE AÇO
5.1- Critérios para a Utilização de uma Estrutura de Aço
5.1.1- Os Pilares e o Vão da Estrutura
5.1.2- Os Contraventamentos
5.1.3- A Montagem
5.1.4- Sistemas de Fechamento
5.1.5- Circulações
5.2- Economia no Dimensionamento
5.2 .1- Material
5.2.2- Mão-de-obra
5.2 .3- Proteção e Conservação
5.3- Consumos Médios de Aço
5.3.1- Edifícios de Andares MÚltiplos
5.3.2-Galpões tipo "SHED"
5.3.3- Galpões Leves
5.3.4- Galpões Médios
5.3.5- Galpões Pesados
5.3.6- Ginásios de Esporte, Centros de Exposição e Hangares
5.3.7- Edifícios Garagem
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6- FABRICAÇÃO, TRANSPORTE E MONTAGEM
6.1- Fabricação
6.1.1- Manuseio e Corte de Material
6.1.2- Execução de Gabaritos
6.1.3- Traçagem
6.1.4- Furação
6.1.5- Desempeno, Dobramento e Calandragem
6.1.6- Ajuste e Alargamento de Furos
6.1 . 7- Parafusagem e Soldagem
6.1.8- Acabamento
6.1.9- Operações de Usinagem e Forjamento
6.1 .1 0- Controle de Qualidade
6.1.11- Limpeza e Pintura
6.1.12- Embarque
6.2- Transporte
6.2.1- Meios de Transporte
6.2.2- Limitações e Gabaritos
6.3- Montagem
6.3.1- Desenhos de Montagem
6.3.2- Emendas, Juntas e Contra-flechas
6.3.3- Manutenção e Estocagem
6.3.4- Equipamentos
6.3 .5- Responsabilidades
6.3.6- Sequência Básica de Operações
6.3.7- Montagem de Edifícios Industriais
6.3.8- Montagem de Edifícios de Múltiplos Andares
BIBLIOGRAFIA
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APRESENTAÇÃO
Esta publicação aborda a segunda parte dos assuntos apresentados na
disciplina SET 405 - Estruturas Metálicas, ministrada aos alunos do curso de
Engenharia Civil, tratando das condições mínimas para o desenvolvimento de
projetos, na área das Estruturas de .Aço.
A idéia original consistia na abordagem apenas dos Edifícios Industriais,
entretanto, considerando a quase ausência de publicações em português, sobre o
projeto de outras modalidades estruturais, optou-se por incluir algumas observações
sobre as pontes metálicas e os edifícios de andares múltiplos.
Evidentemente acabou resultando uma publicação um tanto extensa, mas
que pode também auxiliar os alunos do curso de Arquitetura, que não contavam com
nenhuma publicação a e!es dirigidas.
Esta é a justificativa para o aspecto bastante qualitativo e descritivo
utilizado na sua confecção, que não costuma ser empregado em obras destinadas
exclusivamente a engenheiros
Os autores dedicam esta despretenciosa publicação ao Engo. Pierre
Antoine Prelourentzou que, durante os anos em que fez parte do corpo docente da
EESC/USP tanto incentivou a sua realização, chegando inclusive a deixar preparado
o capítulo 2.
Como sempre, os autores esperam receber críticas e/ou sugestões, pois
essa não é uma obra acabada.
José Jairo de Sá!es
Maximiliano Malite
Pierre Antoine Prelourentzou
Roberto Martins Gonçalves
1- CONSTRUÇÕES EM AÇO
1.1- Evolução Internacional
Acompanhando a evolução metelúrgica, teve início, de maneira batante
tímida, a aplicação de perfis metálicos nas construções. Até o início do século XV as
primeiras aplicações conhecidas foram em tirantes e pendurais em estruturas de
madeira.
A utilização, após o ano de 1500, estendeu-se à construção de telhados
em ferro fundido, porém em sistemas ainda estaticamente confusos.
Após 1700 difundiu-se a aplicação em cúpulas, fábricas e pontes.
Como exemplo, podem ser citados:
1725- Cobertura de uma fábrica em Nevian-Rússia, com 12m de vão.
1760- Caibros de ferro fundido, sobrepostos, no antigo palácio do
Kremlin-Moscou.
1779- Ponte sobre o rio Severn, no Condado de Coalbrookdale,
Inglaterra, com 30m no vão central.
1
Fig. 1 .1 .a- Ponte sobre o rio Severn, em Coalbrookdale
Com o início da fabricação de perfis de ferro laminado e forjado, em
1783, ampliou-se o campo de aplicação, sendo que em 1796 era concluída a ponte
de Wearmouth, Inglaterra, em arco abatido com 70m de vão.
Fig. 1 .1 .b- Ponte Wearmouth
Com o advento das ferrovias tornou-se necessária a construção de pontes com
vãos maiores e sujeitas a ações de maior intensidade. Por esta época já contava-se
com o início da engenharia estrutural, que começou com Hooke em 1678, passando
por Euler e Navier e atingindo em 1821 a formulação da primeira teoria geral da
elasticidade. Deste período merecem destaque as seguintes obras:
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Fig. 1.1.c- Ponte Pênsil, em Gales
1826- Ponte Pênsil, em Gales, com 175m no vão central.
1840- Ponte sobre o Rio Neva, Petesburgo, Rússia, em vigas treliçadas com 170m
de vão.
-Também na Rússia, é concluída neste ano a cúpula da catedral de Santo
Isaías.
1846- Construída sobre o estreito de Menai, no mar da Irlanda, a ponte Britania, com
70m de vão, pioneira na utilização de vigas caixão.
Fig. 1 .1.d- Ponte Britania
Conhecidas as possibilidades do material, abre-se um novo campo de
aplicações, que são os edifícios de exposição, residenciais e comerciais:
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1851- Palácio de Cristal - Londres
Fig. 1.1.e- Palácio de Cristal- Londres- 1851-
1872- Fábrica de chocolate de Noisiei-Sur-Marne, próximo de Paris,
construída sobre quatro pilares de uma antiga ponte sobre o
Mame, com contraventamentos verticais externos, pioneiro
portanto em material e no sistema estrutural.
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Fig. 1.1.f- Fábrica de Chocolate Noisiel-sur-Mame-1872
Arqto. Jules Saulnier
Com a entrada no mercado do aço Bessemer as construções ganharam
novo vulto podendo serem citados como exemplos desta fase:
1874- Ponte sobre o rio Mississipi, em St.Louis, com 158m no seu vão
máximo e 153m nos dois vãos menores. Esta foi a primeira obra
a utilizar o aço em funções estruturais.
1877- Ponte Maria Pia, em Lisboa, com vigas em alma cheia.
1879- Edifício Leiter Building I, o primeiro da Escola de Chicago.
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Fig. 1.1.g- Edifício Leiter Building i
1883- Ponte do Brooklin, com 486m de vão e consumindo 20.000
toneladas de aço.
1884- Tacoma Building, com 14 andares, o primeiro com ligações
rebitadas, não mais com parafusos comuns.
1885- Edifícios Home lnsurance Building, primeiro edifício a utilizar a
alvenaria apenas como enchimento, cabendo 'as vigas e 'as
colunas metálicas as ações que incidissem sobre a construção.
Ainda no ano de 1885, a Carnegie Steel Company, precursora da United
States Steel, começou a laminar vigas de aço doce que substituíram as vigas de ferro
forjado e as colunas de ferro fundido, que possuíam seções curvas, com volutas e
chanfros. Começou então a arquitetura de linhas retas, lembrando ainda um outro
fator que possibilitou a arquitetura vertical, que foi o invento do elevador por Elisha
Graves Otis em 1853, permitindo que no período que precede a primeira guerra
mundial surgissem construções como por exemplo:
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1889- Torre Eiffel, Paris, com 300m de altura e t700 toneladas de aço.
1896- Edifícios de exposição em Nijny-Novogorod, Rússia, com 70m de
vão e cobertura com tiras de aço entrelaçadas formando uma
malha flexível.
1903- Ponte Williamsburg, no East River, ao lado da Ponte de Brooklin,
com 488m de vão.
1907- Singer Building, com 41 andares, 186m de altura e 11.000
toneladas de aço.
1913- Wooiworth Tower, com 55 andares, 234m de altura.
1917- Ponte sobre o Rio São Francisco, com vão central de 548m sendo
o maior vão treliçado até hoje.
No periodo compreendido entre as duas grandes guerras observou-se
um crescimento maior na área de pontes e edifícios comerciais.
Pertencem a este período, por exemplo:
1829- Crysler Building, com 75 andares e 320m de altura.
1931- Empire State Bulding, com 102 andares e 380m de altura.
1931- Ponte George Washington, sobre o Rio Hudson, com 1.066m de
vão.
1932- Rockefeller Center, com 70 andares, dentro de um conjunto de
15 outros edifícios.
1937- Ponte Golden Gate, na baia de São Francisco, com 1280m de ~
vão.
Após a 2a. Guerra, na construção de pontes metálicas, necessárias à
reconstrução da Europa, foi adotado o sistema estalado, que conduz a vãos menores
que os obtidos com o sistema pênsil e cuja tecnologia não havia acompanhado a
evolução dos demais sistemas estruturais. Dentre as escolas que então surgiram,
destacou-se a alemã, com obras que primam pela leveza e harmonia de suas formas,
7
Fig. 1 .1 .h- Empire State Bu
valendo serem citadas:
1958- Theodor Heuss Bridge, sobre o Reno, Dusseldoorf, com 260m no
vão central.
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1960- Seven Bridge, Colônia, assimétrica, com 320m no vão maior e
150m no menor.
1966- Duisburg-Nevenkamp Bridge, com 350m no vão central.
1970- Kohlbrand Bridge, sobre o Elba, em Hamburgo, com 325m not
central.
Na área de edifícios comerciais e residenciais, os sistemas estruturais
empregados nesta época, apoiados nos novos tipos de aço que foram desenvolvidos
e aperfeiçoados, permitiram a construção de obras como por exemplo:
1950- Lake Shore Drive Apartments, em Chicago.
1952- Aicoa Building, Pittsburg,
1953- Lever House, N.York.
Fig. 1 .1 .i- Leve r H ouse
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1957- Edifício da Mannesmann, Phoenix Rhinrohr .
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Fig. 1.1.j- Edifício Thyssen-Haus
1960- Edifício John Deere and Company, lllinois, primeiro em aço cor
ten.
1963- Chestnut de Witt Apartments, 143m de altura, primeiro em seção
tubular.
1968- One Shell Plaza, 52 andares, 218m de altura, no sistema tubo
dentro de tubo.
1970- World Trade Center, New York, com 411 m de altura e 11 O
andares.
1974- Sears Building, New York, com 109 andares e 445m de altura.
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1.2- Aplicações no Brasil
Não só a fabricação do ferro fundido mas também outras atividades
fioreceram no Brasil após a vinda de D. João VI.
Com a presença da Corte no Rio de Janeiro, tomou-se necessária, a
abertura dos portos, a imprensa, as escolas superiores, os profissionais qualificados
e os produtos fabricados na Inglaterra e na França.
Novos rumos foram dados à construção, sendo aplicadas novas
técnicas construtivas baseadas, principalmente, no uso racional da alvenaria de tijolos
e da madeira.
A missão francesa de 1816, veio ensinar aos brasileiros novas técnicas
européias de construção, aperfeiçoando a mão-de-obra local, trazendo mestres
artísticos, serralheiros, ferreiros, marceneiros e inclusive um engenheiro mecânico.
A cidade do Rio de Janeiro começava a se adaptar, de forma incipiente,
aos padrões europeus da época e, para isso era necesário importar produtos
manufaturados tais como chapas de cobre, de chumbo, peças de ferro, pregos e
ferramentas.
As mudanças sócio-econômicas e tecnológicas ocorridas durante a
segunda metade do século XIX com a Revolução Industrial na Inglaterra, implicaram
no Brasil, em profundas transformações nos modos de construir e de habitar.
As novas condições de transporte criadas com a instalação das ferrovias
e com as linhas de navegação fluvial, introduziram no Brasil, mais um elemento
totalmente desconhecido: as estruturas pré-fabricadas.
As sociedades inglesas que tinham concessões no transporte ferroviário,
e os tratados políticos-comerciais com a Inglaterra, facilitaram nessa época a
introdução no Brasil das primeiras pontes e edifícios de ferro e, muitas dessas
admiráveis estruturas, ainda em uso, se encontram em bom estado de conservação.
A importação era completa, pois incluíam desde estruturas e vedações
até coberturas, ornamentos, escadas, gradis, que aqui eram montados conforme
instruções e desenhos que os acompanhavam.
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A arquitetura oficial, principalmente em edifícios de uso público,
mercados, teatros e estações ferroviárias, chegou mesmo a ficar caracterizada pelas
estruturas de ferro.
As ferrovias traziam portanto, sobre seus trilhos, novos recursos de
construção e além disso, uma nova maneira de construir.
De fato, os edifícios das estações de estradas de ferro, fossem
importados ou construídos com recursos locais, correspondiam sempre a novos
modelos e apresentavam um acabamento mais perfeito que dependia cada vez mais
de artífices especializados.
Os elementos de ferro forjado ou fundido produzidos pela indústria
européia, estiveram sempre presentes na arquitetura brasileira, destinando-se a todos
os setores da construção. Compreendiam desde peças estruturais como vigas e
colunas, até recursos secundários de acabamento, como ornamentos de jardins,
chafarizes e gradis, escadas, ferragens de portas e janelas, canalizações, peças de
banheiro e fogões.
Como ocorrera na Europa, o ferro era utilizado meramente como
material utilitário e auxiliar da arquitetura.
Não só a capital do Império mas também capitais de Províncias
procuravam modernizar suas construções. No período de 1840 a 1846 foi construído
no Recife o Teatro Santa Isabel projetado pelo engenheiro trances Louis Léger
Vauthier, contratado pelo Barão de Boa Vista para a direção da Repartição de Obras
Públicas da Província de Pernambuco.
A 17 de setembro de 1869, quando Vauthier já há muito havia
regressado à Franca, um incêndio destruía completamente o Santa Isabel.
Na sua reconstrução, uma inovação radical foi introduzida: "o
travejamento, a cobertura do telhado e as respectivas tesouras foram substituídas por
ferro forjado. As colunas, as varandas, as escadas, o arco do cenário, foram
substituídos por ferro fundido. O forro da sala de espetáculo foi substituído por um
grande caixilho de ferro fundido com vidros de diferentes cores, suspenso do
travejamento do grande salão por varões de ferro forjado. A casa de espetáculo foi
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ornamentada com seis colunas da ordem coríntia, e as quatro ordens de camarotes
foram sustentadas sobre quatro ordens de colunas" (do Relatório do Engenheiro
Chefe ao Presidente da Província em 6 de fevereiro de 1871).
José Augusto de Araújo, com os "desenhos detalhados de construção
metálica, estudados e fiscalizados pelo engenheiro Vauthier", esforçou-se com muito
zelo em proceder à montagem do arcabouço no prazo mais breve possível, mas teve
que pedir vinte e cinco meses de prorrogação para concluir as obras. Cuidou
carinhosamente dos "trabalhos completos relativos à decoração da sala de
espetáculo, dos camarotes e do salão".
No seu relatório de 15 de janeiro de 1877 o engenheiro-chefe Francisco
Apolinário Leal congratula-se com o êxito das obras "feitas com esmêro, gosto e
elegância, podendo-se indubitavelmente dizer, sem medo de errar, que a Província
foi dotada de um dos melhores edifícios, no seu gênero, que tem sido executado no
país, sendo nele empregados mais recentes melhoramentos, que tem sido adotados
nos principais teatros da Europa".
E assim, muitas estruturas de ferro foram introduzidas no Brasil, não só
em obras públicas como no setor privado. Apareciam as coberturas de fábrtcas nos
meados do século 19, as fiações que reproduziam a Revolução Industrial 50 ou 60
anos após seu início na Inglaterra. A reforma urbana do Rio de Janeiro feita no início
do século, ainda tomou emprestado técnicas européias, não só de planejamento e
construção, como também os materiais necessários a sua execução.
A primeira Gerra Mundial muito afetou a construção que sofreu grandes
restrições relativas à falta de material importado. Os perfis de ferro, o cimento em
barricas, os vidros planos, os aparelhos sanitários, as ferragens escassearam
totalmente no mercado. No final da guerra, nossa produção anual de gusa era de
somente 10.000 toneladas. Muito material que nossa indústria não podia produzir,
passou a ser comprado nos Estados Unidos.
Em 1921, foi constituída a Companhia Siderúrgica Belgo Mineira, e na
mesma década surgiram pequenas fundições que em 1930 elevaram para 35.000
toneladas nossa produção anual de gusa.
14
Foi também, durante a década de 20, que se iniciou a produção de
cimento no Brasil, tendo a primeira fábrica começado a operar em 1926, com uma
produção anual de 13.000 toneladas e já em 1929, a produção total do país, com a
abertura de novas fábricas, chegava a 96.000 toneladas.
No entanto, as grandes revoluções sócio-culturais que se processaram
na Europa, antes e depois da Primeira Guerra, e que marcaram a arquitetura, a
construção e as artes em geral, pouco afetaram o Brasil ou tiveram implicações com
a construção civil.
A adaptação da arquitetura brasileira à nova forma "maquinista" da
socidade, não ocorreu no Brasil, pois estávamos tão distantes da tecnologia
americana de produção em série, quanto das idéias do Werkbund alemão de 1908.
A semana de Arte Moderna em São Paulo, 1922, e o movimento
regionalista em Recife, 1926, conduzido por Gilberto Freyre, tinham por objetivo dar
uma nova forma à vida intelectual e artística brasileira, tentando destruir a influência
estrangeira que dominava o país desde a chegada de D. João VI.
A arquitetura oficial permanecia dentro dos padrões acadêmicos do
século XIX, fazendo com que até hoje muitos confundam a década de 20 no Brasil
com a "Belle Époque" do século passado.
Os objetivos e o gosto dos empreendimentos governamentais no Brasil,
que sempre foram marcados pela incoerência, falta de orientação e por decisões
aleatórias de ministros ou chefes de gabinete, sofreram uma mudança radical em
1935 quando Gustavo Capanema, então Ministro da Educação e o futuro Chefe do
Serviço do Patrimônio e Artístico, Rodrigo Melo Franco de Andrade, fizeram a escolha
do projeto do novo edifício do Ministério da Educação no Rio de Janeiro.
Com o parecer deLe Corbusier, finalmente em 1937 foi definitivamente
aprovado o projeto do qual faziam parte Lúcio Costa, Carlos Leão, Jorge Moreira,
Afonso Eduardo Reidy, Oscar Niemeyer e Ernani Vasconcelos.
A maioria dos nossos arquitetos, acostumados a seguir as regras
clássicas da composição, em cursos geralmente sem imaginação, ministrados nas
escolas chamadas de Belas Artes, viu-se repentinamente desalojada por esses
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pioneiros que, voltados às teorias de Le Corbusier, tomavam a liderança da nova
arquitetura brasileira.
Repetia-se no Brasil as idéias da Bauhaus, do Taliesin de Frank Lloyd
Wright e dos ateliers deLe Corbusier e Alvar Aalto.
Assim no Brasil, à sombra do Estado Novo, quando foi criado o
Ministério da Educação, Arquitetura "moderna" brasileira começava a tomar impulso,
encontrando um campo de ação generosamente aberto por Capanema, e que deu
inicio à Escola Burocrática que mais tarde iria repetir em Brasília arquétipos dessa
mesma arquitetura.
Em 1940, foi instituída no Brasil a Comissão Executiva do Plano
Siderúrgico Nacional e, em plena guerra, foi fundada a Companhia Siderúrgica em
Volta Redonda, já existindo nessa época um comprometimento irreversível da
arquitetura brasileira com o concreto armado e com as inúmeras versões da "Unité
d'Habitation de Marseilles" que pululavam nas cidades brasileiras, concentrando mais
na semelhança visual do que interpretando a idéia original deLe Corbusier. Em 1953,
foi fundada a F.E.M. Fábrica de Estruturas Metálicas da C.S.N. que, em Volta
Redonda, iniciava o ciclo completo de detalhamento, fabricação e montagem de
estruturas de aço, criando ao mesmo tempo, uma escola que até hoje vem
produzindo os melhores profissionais do país nesse setor, e cujo embrião se originou
com o Engo. José de Moura Villas Boas e o projetista Roosevelt de Carvalho.
Entre 1950 e 1960, a F.E ., pioneira no Brasil em edifícios de andares
múltiplos, fabricou e montou muitas estruturas, a maioria delas calculadas por Paulo
Fragoso, engenheiro dos mais sensíveis a todos os movimentos de renovação e
inovação que ocorreram no país nessas últimas décadas.
Dentre as obras de importância desse período, quase que em sua
totalidade com perfis rebitados, podem ser citadas as seguintes:
16
-Garagem América, São Paulo, 15 andares, Arq. Rino Levi, cálculo Engo. Paulo
Fragoso, consumo de 948ton. de aço, em 1512m2 de área construída. (consumo de
65 kg/m2), fabricação FEM, 1954/1957.
01.01
DO DO
---""1100 DO
11-----1 o o
1. Perfis metálicos 2. Terra retirada de sob a laje
do pavimento superior 3. Pressão lateral
do terreno 4. Fundação do edifício 5. Acesso pela Av. 23 de Maio 6. Acesso pela Rua Riachuelo
Fig. 1.2.a- Edificio Garagem América
17
-Palácio do Comércio, São Paulo, 24 andares e 73m de altura, escritórios,
Lucjan Korngold, cálculo Engo. Paulo Fragoso, consumo de 136tde aço em21.655m2
de área construída, (consumo de 63kg/m2), fabricação FEM, 1956/1959.
Fig. 1 .2 .b- Palácio do Comércio
18
-Jockey Clube Brasileiro, Rio de Janeiro, 13 andares, Garagem, Arq. Lúcio
Costa, cálculo Engo. Paulo Fragoso, consumo de 2003t de aço em 28250m2 de área
construída, (consumo 71kg/m2), fabricação FEM, 1956.
-Avenida Central, Rio de Janeiro, 36 andares e 112m de altura, escritórios, Arq.
Henrique , cálculo Engo. Paulo Fragoso, consumo de 5620t de aço em
75.000m2 de área , (consumo d1~ 75kg/m~. fabricação FEM, 1956/1961.
5
03.01
1. Subsolo 2. Pavimento térreo 3. Sobreloja 4. Pavimento tipo 5. Cobertura
Fig. 1.2.c
-Montepio dos Empregados Munici~tais, Rio de Janeiro, 24 andares e 76,5m
de altura, escritórios, Affonso Eduardo Reidy, cálculo Engo. Paulo Fragoso,
consumo de 1.2181 de aço, em 17 .155m2 d13 área construída, (consumo de 71 kg/m~,
fabricação FEM, 195 7.
19
-Santa Cruz, Porto Alegre, 23 andares e 103m de altura, escritórios, Arq.
Jayme Lu na dos Santos, cálculo Engo. Paulo Fragoso, consumo de 4.011t de aço em
48.727m2 de área construída, (consumo de 82k:g/m2), fabricação FEM, 1958.
-Escritório Central da CSN, 16 andares com 71 m de altura, Arq. Glauco
Oliveira, cálculo Engo. José de Moura Vilas Boas, consumo de 2.589t de aço em
37.731m2 de área construída, (consumo de 69kg/m2), fabricação FEM, 1960/1966.
Merecem também serem citadas as seguintes obras:
-Banco P\gricoia e Porto Alegre
-Hotel Brasília
-Palácio do Desenvolvimento, Brasília
-Banco do Brasil, Manaus
-Edifícios Drogadada, São Paulo
-Ponte Getúlio Vargas, Porto Alegre
Na década de 50, também aconteceu a chegada ao estado de São Paulo do
Engenheiro Herman Schulte, imigrante russo, que criou na Universidade Mackenzie
e na Escola de Engenharia de São Carlos, da USP, dois importantes centros de
formação de pessoal especializado.
No desenvolvimento dos projetos siderúrgicos, a C.S.N. criou em 1961 uma
outra subsidiária, a COBRAPI-Companhia Brasileira de Projetos Industriais, que até
a sua privatização, ocorrida em 1990, projetou e acompanhou a implantação e as
expansões das diversas usinas que compunham o grupo SIDERBRÁS.
Merecem ainda destaque pela sua enorme contribuição às construções com
aço os engenheiros Carlos Vargas, detentor da única patente a nível mundial nas
construções com aço (transportadores tu bulares), um dos pioneiros quando da criação
20
da COBRAPI, e Ivan Lippi Rodrigues, que do núcleo paulista, desenvolveu,
normalizou e introduziu métodos e técnicas de cálculo de estruturas de aço. Estes
dois engenheiros foram também pioneiros no cálculo de plataformas marítimas (Off
Shore), para a Petrobrás.
Os esforços da C.S.N. e da F.E.M. na década de 50, para lançar no Brasil a
semente de um sistema moderno de construir, encontrou total desinteresse por parte
da maioria dos arquitetos, comprometidos com a já batizada "Arquitetura Moderna
Brasileira", que ganhando as páginas do prestigioso "L'Architecture D'Aujourd'hui",
entusiasmava uma geração mais preocupada em se identificar com o talento de um
Oscar Niemeyer do que se aventurar na arquitetura do aço.
Como explicar que notáveis arquitetos do período mais criativo da
arquitetura brasileira, tenham ignorado totalmente o aço como expressão
arquitetônica?
Possivelmente, a tradição mediterrânea e romanesca tão bem
personificada na obra de Le Corbusier, que evoluindo das construções de pedra e
alvenaria, tenha encontrado um solo fértil no Brasil, assimilada sem dificuldades pelos
arquitetos cariocas de raízes étnicas portuguesas e pelos paulistas, ítalo-árabe
israelense, relutantes em aceitar a arquitetura do aço, anglo-saxo-germânica,
protestante, lógica, intelectualizada e disciplinada de um Gropius, Mies van der Rohe
ou de Saarinem.
Os anos 50 ficaram marcados por uma elevada taxa de industrialização
através de uma atuação mais intensa do Estado, visando inicialmente resolver
problemas de balanço de pagamentos e posteriormente, aprofundar o processo de
substituição de importações de bens de consumo duráveis e bens de capital.
A siderurgia teve seu principal impulso neste período com a expansão
da C.S.N., Belgo Mineira e outras. Nesse período, foi também implantada a indústria
automobilística e na década de 60 a indústria naval, grandes consumidores de
produtos siderúrgicos, ficando a indústria da construção civil em aço, totalmente
marginalizada, ocupando o concreto armado, todos os vazios deixados pela política
de industrialização adotada no país.
21
Apesar da entrada em operação de outras usinas, nos anos 70 começa
a importação de perfis para atender a demanda interna. Por esta ocasião foi criada
a Açominas, com a produção voltada totalmente para os perfis laminados de abas
paralelas, mas enquanto a sua instalação não é concretizada, as construções
metálicas continuam a utilizar perfis formados por chapas soldadas nas construções
pesadas, e perfis la minados leves ou os obtidos por dobramento de chapas finas nas
demais construções.
Prevendo-se uma oferta maior do que a procura, tanto de perfis ou
mesmo de chapas, para os próximos anos, bem como também visando preparar
tecnicamente os profissionais do ramo, observou-se no início dos anos 80 uma
preocupação maior da Siderbrás na divulgação dos seus produtos, suas aplicações,
suas vantagens relativas e também dos cuidados que devem ser tomados quando da
utilização de perfis metálicos.
Acredita-se que tal interesse estivesse ligado ao fato de que nos anos
80, pouco ou quase nada se construiu com aço e nos anos 70 esta aplicação ficou
restrita quase que essencialmente às construções industriais.
Cronologicamente podem ser citadas:
ANOS 60
-Edifícios Industriais da COSIPA
-Edifícios Industriais da USIMINAS
-Edifícios Industriais da CSBM
-Edifícios Industriais da ACESITA
-Pontes Rodoviárias
ANOS 70
-Edifícios de Expansão da CSN
-Edifícios de Expansão da COSIPA
-Edifícios de Expansão da CSBM
-Edifícios de Expansão da ACESITA
22
-Pontes e Viadutos Rodoviários
ANOS 80
-Construções Populares em São Paulo
-Plataforma para exploração de petróleo no mar
-Pontes Rodoviárias.
-Edifícios Comerciais
1.3- Descrição dos Sistemas
Não é possível descrever, de forma completa e sistemática, os vários
tipos de estruturas de aço. A concepção da estrutura depende, quase que
exclusivamente da finalidade a que se destina, seja um edifício de apartamentos, seja
um edifício industrial, uma torre de transmissão, um silo, ou uma ponte.
No entanto, é possível fazer algumas considerações gerais,
independentes do tipo de projeto, e que podem servir de orientação para a concepção
de uma estrutura, e que ajudem a definir o sistema estrutural a ser empregado.
Uma estrutura de aço nasce da montagem de um conjunto de
elementos, alguns uni-dimensionais (perfis) e outros bidimensionais (chapas)
produzidos por processos inteiramente diferentes do processo de fabricação de uma
estrutura. Perfis e chapas são produzidos por uma usina siderúrgica em suas
unidades de laminação, são transformados em elementos estruturais numa fábrica de
estruturas, transportados e montados na obra constituíndo assim a estrutura
propriamente dita.
A tipologia de uma estrutura de aço é portanto, fortemente influenciada
pelas sequências de produção mencionadas anteriormente, inteiramente diferente de
uma estrutura de concreto moldado in loco, que toma forma na obra, sendo
predominantemente monolítica e fortemente hiperestática, pois o vínculo entre os
elementos (barras) que compõem idealmente a estrutura é considerado como um
23
engaste. Caso fosse desejável dar maior liberdade entre as barras, para transformar
esse nó em uma rótula, seria necessário introduzir um artifício tecnológico ou
construtivo.
A estrutura de aço ao contrário, nasce da montagem de diversos
elementos, e o grau de vinculação entre as várias barras que compõem a estrutura,
tende a ser o menor possível. Será necessário introduzir um artifício tecnológico ou
construtivo, se for desejável aumentar o grau de hiperestaticidade da estrutura. Se
for necessário fazer uma ligação estruturalmente mais solidária, será necessário
recorrer a uma mão-de-obra mais complicada e economicamente mais onerosa.
A necessidade econômica de restringir a mão-de-obra a um mínimo
indispensável e de tornar a montagem mais rápida e mais fácil, torna necessário
simplificar ligações, o que implica na redução do grau de vinculação entre as barras
que idealmente compõem a estrutura.
A concepção da estrutura e de suas ligações requer, em alguns casos,
considerar a eliminação da hipostaticidade na estrutura mediante a colocação de
elementos denominados contraventamentos. Os efeitos da instabilidade portanto,
devem ser analisados tanto no plano, quanto fora do plano, para que possa ser
determinada a situação mais desfavorável para a estrutura.
1.3.1- Edificios de andares múltiplos
Com referência à figura seguinte, um edifício de andares múltiplos pode
ser representado, em sua forma mais elementar, por uma série de placas planas que
constituem os andares, apoiadas sobre um sistema de pilares dispostos em planta,
de formas diversas.
24
~ ll 11
~F 11
11
11
li
" "" ~
Fig. 1.3.1.a- Esquema Estrutural Genérico
Na figura anterior está indicada uma ação genérica vertical F
concentrada num ponto qualquer de um andar genérico do edificio. Através de um
sistema adequado de elementos estruturais, essa força deverá ser levada até o
sistema de fundações. O que aqui se deseja é individualizar tais elementos
estruturais, e as funções principais que esses elementos devem desempenhar.
Através de elementos que têm a função de vencer vãos de modestas dimensões
(lajes), a carga F poderá ser conduzida às vigas cuja resistência é compatível com
a resistência da laje.
Tais vigas (secundárias) tem um vão igual à distância entre linhas de
centro de pilares, e apoiam-se em outras vigas principais que descarregam o efeito
da força F no pilar.
Desta forma, é possível identificar os efeitos principais gerados por uma
ação vertical sobre os elementos de uma estrutura de andares múltiplos.
25
Na figura seguinte está indicada uma força horizontal H concentrada
num ponto qualquer do edifício. Através de um elemento de fachada sujeito à flexão,
esta força poderá ser transferida para os níveis de dois andares contíguos. A
generalidade do problema não ficará prejudicada se agora for considerada uma força
H, agindo no plano do piso do andar, e aplicada num ponto genérico do mesmo. Os
efeitos dessa força devem agora ser transferidos ao sistema de fundações, o que é
possível ser feito através de elementos resistentes situados no plano do piso, que
conduzem os efeitos da ação horizontal aos nós dos pilares e desses finalmente às
fundações.
F -
Figura 1.3.1.b- Distribuição de ações horizontais
26
Se agora forem combinados os efeitos das forças horizontais com os da
vertical, pode-se observar que é possível conceber a estrutura como um conjunto de
elementos capazes de resistir simultaneamente a solicitações axiais, de flexão, e de
cisalhamento.
Tal comportamento só será possível se os elementos verticais (pilares)
e horizontais (vigas) forem rigidamente ligados entre si, dando lugar a uma estrutura
aporticada de elevado grau de hiperestaticidade.
Das observações anteriores deduz-se que:
- as ligações entre os vários elementos da estrutura deverão ter alto grau de
vinculação;
- a interação entre forças normais e momentos fletores é um fator condicionante
para o dimensionamento dos pilares;
- a deformabilidade global da estrutura poderá ser elevada pelo fato de que
depende somente da rigidez dos pilares e vigas.
Como já descrito, nas estruturas de andares múltiplos é frequentemente
necessário usar sistemas de contraventamentos verticais destinados à transferir às
fundações os efeitos das ações horizontais.
A distribuição é imediata quando o sistema de contraventamento é
isostático, isto é, quando existir um grau triplo de vinculação na consideração de cada
plano, sendo suficiente calcular simultanemanete as reações para os pisos e para os
elementos individuais do contraventamento para resolver o problema de forma
completa. Em particular, interessam os valores das forças que agem em cada plano,
e em cada elemento do contraventamento, bem como as solicitações internas de
flexão e as devidas ao cortante no piso, necessárias ao cálculo dos eventuais
contraventamentos horizontais.
O problema se coloca de forma diferente se o sistema de
contraventamento tiver um grau de vinculação maior que 3. Neste caso cada piso é
vinculado de forma hiperestática e a solução depende:
27
- da rigidez dos elementos horizontais do piso;
- da rigidez dos vários elementos que compõem o sistema de contraventamento.
ESTRUTURA DE CONTRAVENTAMENTO
Fig. 1.3.1.c- Sistema de contraventamento
Mesmo assim, é difícil definir exatamente a solução do problema
h iperestático.
A rigidez dos elementos individuais é de fato em larga escala
influenciada pela colaboração dos acabamentos do edificio e pelo eventual
deslizamento das ligações parafusadas devido a folga entre furos e parafusos, e que
pode ainda alterar de modo significativo as hipóteses de cálculo.
Em principio, deve ser dada preferência à distribuição de forças
horizontais de acordo com as condições de equilíbrio relativas à compatibilidade de
deformações elásticas, aceitando-se a hipótese de "indeformabilidade" dos elementos
horizontais. A solução neste caso fica assim dependente da rigidez dos elementos
verticais.
No caso mais geral de uma estrutura, supõe-se que cada um de seus
nós possui seis graus de liberdade. No caso de edifícios de andares múltiplos, são
considerados para cada nó: um deslocamento vertical, duas componentes horizontais
ortogonais entre si, e rotações em-torno de três eixos perpendiculares entre si.
28
Sob certas circunstâncias no entanto, as lajes dos pisos podem ser
consideradas como suficientemente rígidas no seu próprio plano, de tal forma que
com pequena margem de erro, podem ser tratadas como infinitamente rtgidas. Assim,
cada laje de piso, de cada andar, fica sujeita apenas a uma rotação como corpo
rígido, em seu próprio plano e em torno de um eixo vertical, e a duas componentes
de translação como corpo rígido, situadas no plano da laje.
Isso significa que cada nó situado no plano do piso, está sujeito a uma
rotação e duas componentes de translação, sendo essas componentes definidas por:
u = u*- ye* v= v*+ xe*
onde "u" e "v" são as componentes horizontais do deslocamento de nó considerado;
"x" e "y" coordenadas daquele nó; u* e v* são as componentes horizontais do
deslocamento no ponto da laje definido como origem; e* é a rotação da laje em
relação a um eixo vertical.
A hipótese de laje rígida e as equações anteriores permitem reduzir
consideravelmente o número de equações e consequentemente a matriz de rigidez
da estrutura. Essa simplificação é aceitável quando as deformações da laje do piso
no seu próprio plano forem pequenas. Há casos porém onde essas hipóteses não
são aceitáveis como por exemplo nos casos de edificios cuja planta é estreita e longa,
onde a maior parte da rigidez está concentrada em poucos vãos contraventados ou
em um núcleo. Outros exemplos são os casos de edificios com alas longas e estreitas
que se prolongam a partir de uma área central.
1.3.2- Edifícios Industriais
Um edifício industrial genérico, constituído de apenas uma cobertura, é
caracterizado em planta por uma malha retangular ou quadrada de lados L x a para
o qual a cobertura tem no mínimo uma função de proteção contra intempéries.
29
Co n troventamento
/ ........... / ............
~~k~ Treliça ~~~ principal ~-../?--'71"""""'~
Viga do beiral
Figura 1.3.2.a- Edifício Industrial -Cobertura
Terça
A análise que se segue, considera o caso mais simples, que é
constituído de uma cobertura plana de duas águas. Para individualizar os possíveis
esquemas estruturais, pode ser aplicada a mesma filosofia descrita para o caso de
edifícios de andares múltiplos.
Uma ação genérica F agindo na cobertura pode ser relacionada às
treliças principais ou mestras, através de elementos sujeitos à flexão (terças).
As terças transmitem a ação vertical à viga principal e esta última ficará
sujeita à flexão. A viga principal poderá transmitir sua reação diretamente ao pilar ou
indiretamente através de uma viga de beiral que ficará sujeita à flexão e carregada
por uma ação concentrada. As treliças principais poderão ter formas e disposições
diversas de acordo com cada condição específica.
30
Com referência à planta da cobertura indicada na figura, nota-se que a
rigidez de toda a estrutura no plano horizontal, depende da rigidez à flexão das
treliças em relação à esse plano, o que é geralmente desprezivel.
Se todas as treliças da cobertura forem consideradas como birotuladas
nas suas extremidades, não poderia ficar excluída a hipótese de uma flambagem
simultânea de todas elas, no plano horizontal. É portanto necessário que todos os
pontos de suporte dessas treliças sejam fixados de forma adequada, dispondo-se de
contraventamento no plano horizontal ou da cobertura.
Na figura está representado um contraventamento transversal,
necessário para manter fixa as treliças principais quando existem pilares
correspondentes à cada treliça. Na figura também está indicado um
contraventamento longitudinal necessário para fixar as treliças que se apoiam sobre
a viga de beiral. Esse contraventamento, indispensável à estabilidade da barras
comprimidas das treliças, sujeitas ao carregamento vertical da cobertura, tem ainda
por função resistir aos efeitos das ações horizontais.
Nos edifícios industriais, devem ser considerados os efeitos horizontais
do vento e aqueles devidos à movimentação das pontes rolantes que em particular,
além de transmitir ações verticais, solicitam a estrutura horizontalmente tanto no
sentido transversal quanto no longitudinal.
As ações do vento devem ser transmitidas aos pilares através de um
sistema estrutural adequado. Na fachada transversal (figura seguinte) podem ser
colocados elementos horizontais (longarinas) destinados a suportar os elementos do
revestimento.
As longarinas estão sujeitas às forças do vento no plano horizontal e ao
peso da fachada no plano vertical e os montantes recebem as reações verticais e
horizontais das longarinas.
31
Montante vertical
~--Montante vertical
Figura 1.3.2.b- Edifício Industrial - Fechamentos
Como as longarinas ficam assim sujeitas à flexão oblíqua, é possível que
seja vantajoso interromper seu vão no plano vertical através de pendurais.
A fachada longitudinal pode ser estruturada da mesma forma que a
transversal utilizando os pilares como montantes que assim ficarão sujeitos à flexão
sob o efeito do vento.
No caso em que seu espaçamento seja muito grande pode-se dispor de
montantes adicionais de fachada para limitar o vão das vigas horizontais. Neste caso
é então necessário transferir as reações desses montantes verticais aos pilares
através de um contraventamento na direção longitudinal no plano da cobertura.
Em resumo, para os efeitos do vento:
- as vigas de fachada (longarinas) ficam sujeitas à flexão no plano horizontal e
suportam por sua vez o peso da fachada.
32
- os montantes ou pilares do oitão, podem ser considerados como vigas sujeitas à
flexão, apoiados nas fundações e na cobertura.
- os contraventamentos na borda da cobertura transferem as reações dos
montantes verticais, aos pontos f~x:os de apoio da cobertura.
As ações horizontais transversais Ht e longitudinais HL da ponte rolante,
devem ser transmitidas aos pilares juntamente com as cargas verticais F. A seção do
caminho de rolamento assume portanto, formas várias de acordo com a importância
da ponte rolante. No caso de pontes rolantes de pequena capacidade, poderá ser
conveniente usar uma viga de rolamento em perfil I ou H e aumentar a resistência no
plano horizontal, soldando à mesa superior uma ou duas cantoneiras, ou um perfil
U.
Figura 1.3.2.c- Ações da viga de rolamento
Para as pontes rolantes de maior capacidade deve ser utilizada uma
viga de rolamento em I, (frequentemente soldada), adequadamente contraventada no
plano horizontal. Tais contraventamentos podem ser feitos com vigas treliçadas para
as quais a mesa superior da viga de rolamento serve de corda (banzo) ou pode ser
disposta de forma a combinar duas vigas de rolamento paralelas.
33
Canton~elra
Viga de rolamento
g) h) I)
Figura 1.3.2.d- Tipos de perfis para vigas de rolamento
Se for necessária uma passarela de inspeção, paralela ao caminho de
rolamento, o contraventamento superior pode ser feito com a própria chapa do piso
da passarela como elemento colaborante da seção.
Para impedir o movimento da cobertura no plano horizontal, três tipos
principais de vínculos devem ser considerados no plano vertical.
1) Pórticos rígidos em duas direções;
2) Pórticos rígidos na direção transversal, e oontraventamentos verticais na direção
longitudinal;
3) Contraventamentos verticais nas duas direções.
A solução em pórticos rígidos em duas direções, resulta em maiores
solicitações nos pilares, geralmente de perfis I ou H.
34
A solução com contraventamento nas duas direções, tem a vantagem
de minimizar os efeitos de flexão nos pilares.
Os contraventamentos longitudinais são destinados à absorver as forças
horizontais na direção longitudinal tal como o vento que incide sobre a fachada e a
força decorrente do movimento e frenagem da ponte rolante.
Os pórticos transversais podem ter tipologias bem diversas e que
dependem da presença da viga de rolamento da ponte rolante. Os tipos ilustrados na
fagura seguinte são de soluções típicas sem pontes rolantes ou com pontes rolantes
de pequena e de grande capacidade.
Os pilares são constituídos de um segmento inferior composto de alma
cheia ou treliçada e um segmento superior de menor inércia.
A última solução apresentada na figura é muito estética, porém é a mais
onerosa.
a) b) c) d) e)
Fig. 1.3.2.e- Tipos de Pilares
Em princípio todas as soluções já discutidas podem ser reduzidas a três
esquemas tipicos ilustrados na figura seguinte:
35
r f. ---------- 1 .: :f. A /
I : I
I i i I, ~ +,""'- ~ •. ......~,.---------,o/!>,; N -rszvsvvv-1 --. t
X X -rvVSJ/V\/1-
b) r o) 1 Figura 1.3.2.f- Comportamento do pórtico transversal
Se a rigidez do elemento transversal for comparável à do pilar, obtém-se
uma sistema clássico de pórtico rígido. Se o elemento transversal tiver uma rigidez
muito grande comparada com a do pilar, poderá ser considerado como indeformável.
E, finalmente se a ligação do elemento transversal com os pilares não absorver o
binário horizontal, este elemento servirá como distribuidor da força H entre os pilares.
As considerações até agora feitas em relação ao esquema de uma
estrutura, levam em conta que a mesma é dotada de vínculos perfeitos. Por outro
lado, os detalhes construtivos indicam que as ligações entre as várias hastes que
compõem a estrutura, são bem diversas das idealizações que foram supostas.
Fica então desta forma evidenciado que os métodos de análise estrutural
não podem prescindir de aproximações e hipóteses simplificadoras, que permitam
passar da estrutura real para um modelo ideal dessa mesma estrutura.
1 .3.3- Pontes
Até há poucas décadas, no planejamento de uma rodovia, eram
primeiramente escolhidos os melhores locais e níveis para as pontes, e as estradas,
36
projetadas para se adaptarem à sua localização.
Esse critério foi sendo modificado e, atualmente, no projeto de modernas
rodovias, as pontes é que são adaptadas ao melhor traçado da estrada.
Embora o campo em que predominam as pontes metálicas seja o de
grandes vãos, essas, no caso de condições especiais ou com o emprego de vigas
mistas aço-concreto, conseguem concorrer com as de concreto armado ou pretendido
mesmo no caso de vãos livres abaixo de 50 metros.
A gama de conhecimentos exigida de um projetista de pontes é
abrangente, indo desde os conhecimentos para a escolha do tipo de aço a ser
empregado, adequação do sistema estrutural ao relevo do terreno e características
do solo, até o conhecimento dos processos de fabricação e montagem. São
essenciais bons conhecimentos de estática, estabilidade e, em certas pontes
especiais, segurança aerodinâmica. Não pode ser excluída a sensibilidade estética
por ser a ponte uma obra de grande influência na paisagem em que se localiza.
De acordo com a região em que se situa, deve ser considerada a sua
influência no meio ambiente e a proteção do mesmo.
Uma das grandes evoluções que levou às modernas pontes foi a
consideração da estrutura como um conjunto único e não mais vários elementos
isolados como: tabuleiro, vigas principais, longarinas, transversinas e
contraventamentos. Nas pontes modernas todos os elementos participam dos
esforços, assim, surgiram as pontes com sistema principal em caixão ou em grelha
e tabuleiros em placa ortotrópica ou em viga mista.
As pontes metálicas têm sido empregadas oom vantagem quando ocorre uma
ou mais das exigências ou ocorrências abaixo:
- pequena altura diponível
- curto tempo para execução
- quando for importante evitar interrupção ou houver dificuldades no escoamento do
tráfego.
- necessidade de grandes vãos livres
- condições desfavoráveis do terreno
37
- possibilidade futura de tráfego mais pesado que possa necessitar de reforço ou
condições que obriguem ao aumento da largura assim como elevação ou
rek>cação da ponte.
- facilidade de transporte e execução.
As pontes podem ser classificadas segundo vários critérios, dependendo
do sistema estrutural, da forma, da utilização ou de outras considerações.
A grande maioria é fixa, embora haja pontes com função especial, como
as móveis que, além de servirem ao tráfego, devem permitir a navegação
interrompida por sua localização.
As pontes móveis, por imposição da necessidade de peso próprio, são
sempre metálicas. A desobstrução à navegação é conseguida pela elevação,
basculamento, ou giro da ponte.
Quanto à utilização, podem ser rodoviárias, ferroviárias, exclusivas para
pedestres ou para tubulações quando estas necessitam transpor obstáculos.
Quando são sobre rios, baías, lagos, são chamados simplesmente de
pontes. Para aquelas vencendo vales ou transpondo outras vias, adota-se o termo
específico de viaduto.
Às pontes e aos viadutos correspondem diferentes condições
topográficas que levam com frequência a diferentes sistemas estruturais.
Nos centros urbanos, a falta de opção para resolver problemas de
tráfego, no nível das ruas, encontra, às vezes, solução no tráfego de segundo nível,
representado por vias elevadas.
As principais formas em planta são:
- Retangular
- Curvas
- Esconsas
38
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Fig. 1.3.3.a- Pontes móveis
Embora a mais empregada seja a retangular ou reta á muito comum a
ponte em curva. A ponte esconsa também ocorre com certa frequência, nos casos de
viadutos ou pontes com cruzamento não ortogonal de vias ou rios.
Quanto à posição relativa do tabuleiro em relação às vigas principais,
as pontes podem ser:
39
- tabuleiro superior
- tabuleiro inferior
A solução mais comum e mais econômica é a do tabuleiro superior,
onde a laje, além da função de tabuleiro, contraventa a mesa ou banzo superior
comprimido.
solução com tabuleiro inferior é empregada quando se tem pequena
altura disponível, como acontece, com frequência, em viadutos urbanos.
O tabuleiro intermediário é uma solução de compromisso entre as duas
posições e é mais comum nas pontes ferroviárias.
TABULEIRO SUPERIOR
\Jvvvvvvvvvv(} TABULEIRO INFERIOR
Fig. 1.3.3.b- Posição Relativa do Tabuleiro
Quanto à forma da seção do sistema principal, as pontes com tabuleiro
superior em alma cheia podem ser:
- Vigamento com perfis em I.
São pontes compostas de duas ou mais vigas principais não contraventadas
inferiormente.
- Vigamento em caixão.
O caixão pode ser único, ou pode haver várias vigas principais em caixão. Esses
40
podem ser inteiramente em chapa ou vigas I contraventadas na parte inferior.
- Vigas celulares
São compostas de vários caixões interligados compondo um conjunto único.
A figura seguinte mostra a forma da seção transversal do vigamento
principal descrita acima.
~ a D ~
I I l I I VIGAMENTO COM PERFIS I
Q a ~ a D _li \ 7
VIGAMENTO EM CAIXÃO
~ a ~ ~
I I I I ___ l ___ I VIGAS CELULARES
Fig. 1.3.3.c- Tipos de Tabuleiro
Os dois tipos de tabuleiros mais empregados em pontes metálicas
rodoviárias são os inteiramente em aço e os em concreto. Os tabuleiros metálicos
compondo uma placa ortotrópica têm aplicação em pontes de grandes vãos ou
quando é decisivo o pequeno peso do tabuleiro. Isso ocorre em pontes móveis e em
pontes desmontáveis.
A introdução deste método revolucionou o projeto de pontes rodoviárias
de grandes vãos. Este tipo de tabuleiro permite um melhor aproveitamento do material
41
em consequência da participação simultânea da chapa de piso como elemento
estrutural, das nervuras longitudinais, das transversinas e das vigas principais.
O revestimento mais empregado para a chapa do tabuleiro é o concreto
asfáltico, que deve ser executado de acordo com especificações adequadas e por
firma experiente. Como as normas brasileiras neste caso são inexistentes ou omissas,
empregam-se as normas alemãs ou americanas.
A estrutura principal, responsável pela transferência das ações verticais
e horizontais aos pilares e encontros, é idealizada em função da magnitude dos vãos
a serem transpostos. Assim, os sistemas estruturais mais comuns são: pontes em
vigas; pontes em arco; pontes estaiadas, pontes pênseis.
figura seguinte apresenta esquematicamente estes sistemas.
[2 7
VIGA
ARCO
ESTAlADA
PENSIL
Figura T.~.d- Sistemas estrutura~s ma1s empregados
42
Outro sistema que pode ocorrer em alguns casos é o de pontes em pórticos.
Figura 1.3.3.e- Pontes em Pórticos
As pontes podem ser ainda classificadas segundo vários critérios:
- Quanto ao tipo da viga principal:
.alma cheia
;treliçada
.. Quanto ao número de apoios:
.viga biapoiada
.viga contínua
43
VIGA PRINCIPAL TRELJÇAOA BIAPOIADA
!i!i;j / ~:::
VIGA PRINCIPAL EM ALMACHEIA CONTINUA
Figura 1.3:3J- Pontes para pequenos vãos
Entre as vigas contínuas quando existe previsão de recalques, podem
ser empregadas com vantagem as vigas "Gerber". Esse sistema foi responsável pelos
maiores vãos livres antes do desenvolvimento das pontes pênseis. Atualmente tem
pouco emprego em pontes metálicas.
Figura 1.3.3.g- Pontes em Viga Gerber
As pontes em viga contínua em estrutura metálica podem ser
econômicas até vãos livres de 250 metros. Nesses casos, na travessia do rio ou vale,
o vão central deve ser contrabalançado por dois vãos menores.
44
~ 'I -tt-- ~-- ---- ------- ----------
Figura 1.3.3.h- Ponte em viga contínua de grandes vãos.
Com as pontes em aroo, nas suas diversas formas, podem ser vencidos
vãos livres de até 500 metros.
----------- VÃO
Figura 1.3.3.i- Pontes em arco.
45
Nestas pontes o tabuleiro pode se localizar acima, com montantes
apoiados no arco ou abaixo com o tabuleiro atirantado ao arco e suspenso por
pendurais, ou ainda. numa posição intermediária.
O arco não atirantado sempre exige boas condições do terreno nos seus
apoios.
A figura anterior com tabuleiro superior, mostra três sistemas: arco
triarticulado, arco birrotulado e arco biengastado.
As pontes estaiadas são empregadas economicamente para vãos livres
de 200 até mais de 1.000 metros. A ponte estaiada consta de uma viga à qual estão
ligados vários cabos de aço, os estais. Estes cabos de aço estão por sua vez ligados
a pilares. Estes três elementos: vigas, estais e pilar podem ser combinados de
diversas formas:
- pode haver um ou dois pilares
- o pilar pode ter várias posições em relação à viga
- os estais podem ser simples ou múltiplos
- os estais podem ser paralelos, convergentes ou divergentes.
A figura seguinte apresenta, de modo simplificado, alguns tipos de
pontes estaiadas. Do sistema de ponte com dois pilares e um cabo por pilar, o
sistema pode evoluir para pontes com vários cabos paralelos, assim como para
diversos cabos convergindo para pontos dos pilares ou das vigas. Na realidade as
formas de combinações são muito grandes e ainda podem se somar a outras
variáveis como: sistemas com vigas contínuas ou biapoiadas, vigas ligadas aos
pilares ou não, os apoios podem ser móveis ou fixos e mesmo os cabos podem ser
fixados aos pilares ou podem deslizar sobre selas fDCadas aos pilares, permitindo
deslocamentos relativos.
Todas essas possibilidades enumeradas acima são também aplicadas
às pontes assimétricas com somente um pilar.
46
Nas pontes pênseis, responsáveis pelos maiores vãos livres existentes,
consegue-se aproveitar, nas melhores condições de solicitação (tração), os aços de
alta resistência no seu elemento principal de sustentação que são os cabos. As vigas
de enrijecimento suspensas pelos pendurais presos aos cabos principais, sofreram
ultimamente uma evolução acentuada na sua concepção, sendo empregados, com
frequência, caixões em forma aerodinâmica em substituição às vigas de grande
rigidez treliçadas.
Figura 1.3.3.k- Pontes Pênseis
48
Os pilares geralmente são em forma de pórtico, podendo ser engastados
ou rotulados na base. As pontes pênseis também são empregadas com certa
frequência para passagem de dutos ou como passarelas de pedestres ou passadiços
provisórios em obras.
As pontes em pórticos são de pouco emprego. Ocorrem em passagens
de nível, quando há obrigatoriedade de pouca altura em decorrência do gabarito livre
sob a ponte. Para grandes vãos, há exemplos de seu emprego para vencer vales, em
alternativa a pontes em arco com tabuleiro superior.
Figura 1.3.3.L- Pontes em Pórtico
49
2- CONSTRUÇÕES INDUSTRIAIS
Surgiram da necessidade de proteger e de dar condições de utilização
a determinados espaços físicos. Proteger dos elementos da natureza como insolação,
umidade e vento, dando condições de utilização quanto à segurança e ao conforto,
tanto térmico como acústico e de iluminação, permitindo a movimentação de
equipamentos, de materiais e de pessoal no seu interior.
Estas construções podem ter as mais diversas finalidades como abrigar
fábricas, feiras, hangares, depósitos, silos,cetc.
Portanto, o projeto de um edifício industrial, de qualquer porte, exige,
normalmente do projetista de estruturas, uma série de conhecimentos adicionais em
áreas ligadas ao processo industrial e a projetos complementares. Esta situação, se
de um lado facilita a atuação do projetista devido a sua participação desde o início da
concepção da obra, por outro lado pode gerar projetos com algumas falhas quando
o projetista de estruturas não tem as informações e a experiência necessárias ao
desenvolvimento do projeto.
Desta forma o trabalho do projetista de estruturas não fica restrito ao
dimensionamento de uma estrutura já concebida.
Apenas a título de informação citamos a seguir alguns destes problemas
divididos em diferentes áreas.
A- Processo Industrial
-localização e cargas de equipamentos vazios, em operação e em teste.
-localização e cargas de equipamentos de elevação e transporte.
-possíveis interferências de equipamentos com a estrutura de aço.
-efeitos de temperatura e vibrações introduzidas por equipamentos.
B- Arquitetura
-problemas de ventilação e iluminação.
-detalhes de acabamento entre fechamentos laterais e cobertura e entre
fechamentos laterais de diferentes materiais (telhas, alvenarias, brises, caixilhos, etc.)
-definição de materiais de acabamento, fechamento e pisos.
-compatibilização dos volumes e acabamentos externos de edifícios com as
outras construções da indústria.
C- Instalações
-interferências entre a estrutura de aço e instalações elétricas, hidráulicas,
combate a incêndio e complementares
-suportes e/ou pendurais para fixação .das instalações.
D-Outros
-definição dos patamares de implantação no terreno
-recuos e gabaritos definidos por leis de zoneamento
-quesitos de seguradoras a serem considerados.
Outros elementos a serem considerados são as possibilidades de
ampliação e modificações futuras e, eventualmente, calefação ou condicionamento de
ar.
Portanto, a elaboração do projeto de um edifício industrial exige
planejamento global cuidadoso, sendo que todos estes problemas acabam, na maioria
dos casos, sendo resolvidos pelo engenheiro estrutural. O motivo pelo qual isto ocorre
2
é a inexistência, no Brasil, de um campo específico de Arquitetura Industrial para
coordenar os trabalhos de projeto de implantação de uma indústria.
Neste texto, embora o objetivo principal seja a estrutura, sempre que
possível serão discutidos os diversos problemas que podem surgir durante a
execução do projeto.
2.1- Tipos de Edificios
Uma classificação geral dos edifícios industriais seria muito difícil pois
na prática cada caso é um caso.
Entretanto, será feita uma classificação inicial apenas e, principalmente
quanto às solicitações a que ela é submetida.
Desta forma podemos dividir os edifícios em:
-edificios industriais leves: são os edifícios de pequeno porte e/ou submetidos a
solicitações de peso próprio, vento e pequenas cargas tecnológicas. Pertencem a
este item os galpões em geral, oficinas, armazéns, almoxarifados, silos, etc.
-edifidos industriais médios: são os edifícios de médio porte e/ou submetidos a
cargas tecnológicas devidas a equipamentos como monovias, pontes rolantes com
capacidade variando entre 50kN e 300kN aproximadamente. Estão incluídos neste
item edifícios de indústrias mecânicas, fundições leves, hangares, silos, etc.
-edificios industriais pesados: são os edifícios de grande porte e/ou submetidos a
muitas e elevadas cargas tecnológicas devido a equipamentos, como pontes rolantes
acima de 300kN, etc. Estão incluídos neste item edifícios de indústrias mecânicas
pesadas, fundições, edifícios com plataformas de trabalho pesadas, edifícios de
indústrias cimenteiras, minerações, etc.
3
-edifidos industriais especiais: são os edifícios de grande porte submetidos a cargas
especiais, tecnológicas ou não. Estão incluídos neste item edificios de siderúrgicas,
edifícios com pontes rolantes de capacidade superior a 2.000kN, edifícios sujeitos a
sismos, etc.
O tratamento a ser dado a cada tipo de edifício difere dos demais em
função de uma grande variação do tipo de utilização, carregamentos, problemas de
ventilação e iluminação, estados limites de utilização a serem considerados, etc. Não
é possível portanto uma padronização de procedimento com relação ao projeto
estrutural para os diversos tipos de edifícios industriais.
Ao projetista da estrutura caberá a tarefa de levantar todas as variáveis
a serem consideradas, compatibilizando-as da melhor maneira possível com o seu
projeto estrutural.
Outra maneira de classificar os edifícios industriais é quanto à sua
estrutura principal ou ainda quanto à sua forma externa.
Para facilidade de análise, estes edifícios podem ser agrupados em:
-quanto à estrutura principal:
pórticos simples;
pórticos múltiplos;
pórticos estaiados.
-quanto à cobertura:
cobertura plana, horizontal ou inclinada;
cobertura denteada (shed);
cobertura curva.
Os pórticos simples são empregados sempre que for possível vencer o
vão sem colunas intermediárias, por razões econômicas ou por exigência do projeto.
Os pórticos múltiplos são empregados quando há grande áreas a serem
cobertas.
4
O pórtico estaiado é utilizado quando se quer vencer grandes vãos, e
tem aplicação em parques de exposições, hangares, ginásios de esporte, etc.
"" u ''''
o) Pórticos mÚltiplos de mesmo vão
b) Pórtico principal e anexos
" c) Pórtico mÚltiplo em duas Óguos
d) Pórticos estoiodos
e) Pórtico poro estações ferroviárias
Fig. 2.1 .a- Pórticos Diversos
5
Coberturas de grandes vãos livres para ginásios esportivos, estações ou
feiras de exposições, empregam, com frequência, as estruturas em arco ou com
cabos tracionados. A estrutura em arco é de uso corrente nessas construções desde
o advento do emprego do aço com fins estruturais. As coberturas de cabos
apresentam aspectos mais complexos quanto ao cálculo e ao matenal adequado à
cobertura.
a/ Cc:bertura com cabos
b) Cobertura em arco
Fig. 2.1.b- Coberturas de Grandes Vãos Livres
Os edifícios com cobertura curva podem ser projetados em arco apoiado
em colunas, ou em arco vencendo todo o vão sem colunas. No primeiro caso podem
ser de vão único ou múltiplo.
Os sistemas estruturais mais empregados no caso de arcos apoiados
6
em colunas são o engastado com a coluna, e o de arco atirantado rotulado na
coluna. Esse último sistema é muito econômico, porém deve fmcar garantido que o
edifício seja fechado lateralmente, para evitar que se some a sucção externa com a
sobrepressão interna, exercidas pelo vento, no caso de possuir grandes aberturas
laterais.
No caso de não ter sido levada em conta essa hipótese, que pode
inclusive ocorrer na montagem, existe o perigo de serem as colunas solcitadas além
do previsto, como também poderá ser a cobertura levantada de seu apoio na coluna.
Poderá também ocorrer, devido a rajadas de vento, deformação excessiva do arco
que, ao voltar à sua posição original, poderá provocar o colapso da estrutura.
o) Portico ern arco b) Arco otirontodo sobre colunas
Fig. 2.1.c- Pórticos em arco
Os arcos que vencem todo o vão podem ser, quanto ao sistema
estrutural, birrotulados, que é o sistema mais empregado nesse caso ou triarticulados,
com uma rótula na parte superior. Outros sistemas, como o engastado, são menos
utilizados, geralmente apenas em estruturas com grandes vãos e com boas condições
de apoio no solo.
Os hangares para manutenção das grandes aeronaves modernas
exigem estruturas de grandes vãos livres, equipadas com pontes rolantes suspensas
ou monovias, mantendo o vão desempedido. Para essas construções foi desenvolvida
uma variedade de sistemas estruturais especiais, que estão indicados
esquematicamente na figura seguinte.
7
1'1 I I I I I I
I
l a)Arcos paralelos
d)Treliças transversais denteadas e vigas longitudinais no dente e sobre o abertura
e)Galpào com dois vãosTreliças em balanço
1 I
I
I I I I
i
blTreliças transversais e viga longitudinal sobre o abertura
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I I
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e) Vigas em balanço trelicodas
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c) Treliças transversais com balanÇO e viga longitudinal no cumeeira
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d) Vigas em balanço estai a dos
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u i
f) Gol pó o com dois vãos -Tesouros estaiadas
Fig. 2.1.d- Esquemas das Principais Formas de Hangares
O SHED é um tipo de galpão cuja cobertura é formada por uma face de
iluminação, normalmente vertical, e outra com inclinação.
8
As construções em shed apresentam várias características especificas,
como pode ser observado na figura seguinte.
o) Shed em treliça
bl Shed em treliça Polooceou
c) Shed em viga armado
d) Shed em treliça de cordas paralelos
·e) Shed em olmo cheio
Fig. 2.1.e- Tipos de SHEDS
9
2.2- Ações
Para melhor entender os sistemas estruturais usualmente empregados
deve ser feita uma rápida consideração das ações que podem solicitar estas
estruturas.
Englobam-se genericamente sob o nome de ação todas as causas,
internas ou externas, que provocam solicitações, deslocamentos ou deformações nos
elementos estruturais.
Estas ações podem ser divididas em função da variabilidade no tempo
dos seus valores e das suas durações, em três categorias distintas que são: as
permanentes, as variáveis e as excepcionais.
As ações permanentes apresentam pequena, ou mesmo nenhuma
variação em torno dos seus valores médios, atuando durante praticamente toda a vida
útil das estruturas. Como exemplo podem ser citadas: o peso próprio dos elementos
estruturais e de vedação, forças de protensão, recalques de apoio, peso de
equipamentos, etc.
As ações variáveis podem apresentar variações significativas em torno
das suas médias e, duração menor que a vida útil da estrutura. Como exemplo têm-se
os efeitos do vento, variações de temperatura, peso de pessoas, móveis, veículos,
etc.
movimentação de cargas em um galpão pode ser feita por
equipamentos apoiados na estrutura ou nos pisos. Neste capitulo serão analisados
apenas os equipamentos que transmitem cargas à estrutura, como pontes rolantes,
semipórticos, monovias, braços giratórios e talhas.
Estes equipamentos de movimentação de carga podem ser classificados
em fiXos e móveis.
a) Equipamentos fixos
Como equipamentos fixos, citam-se as talhas fixas e as de braços
giratórios, que são geralmente utilizadas para pequenas cargas localizadas, como as
que ocorrem na manutenção de equipamentos de fabricação.
10
b) Equipamentos móveis
Como equipamentos móveis, citam-se pontes rolantes, semipórticos,
pontes em consolo e guinchos em monovias.
Os principais equipamentos de movimentação de cargas em edifícios
industriais são as pontes rolantes, que além de serem adequadas a múltiplas
situações, possuem a característica de deixar livre o piso do galpão.
Para cargas leves, de 100 a 200 kN, são empregados guinchos em
monovías, pontes suspensas ou pontes rolantes de viga I singela, com guincho
elétrico, manobradas do piso ou de plataformas.
Os guinchos em monovias são utilizados, primordialmente, na
manutenção de equipamentos ou movimentação de peças de pequeno peso.
As pontes suspensas, utilizadas para cargas de até 20kN, só são
interessantes e economicamente viáveis quando se deseja passar a carga de um vão
transversal para outro, ou quando, em uma construção de grande vão, se deseja uma
ponte em apenas um trecho. No primeiro caso, temos como exemplo os grandes
armazéns portuários ou almoxarifados de muitos vãos transversais, e no segundo os
hangares de manutenção de grandes aeronaves. A passagem do guincho com a
carga, de um vão para outro, é possível através de dispositivos localizados em certos
pontos dos eixos longitudinais.
As pontes de viga singela, também utilizadas para pequenas cargas,
possibilitam a redução da altura do galpão, por exigirem pequeno espaço entre o topo
do trilho e a tesoura.
Para cargas maiores, utilizam-se pontes rolantes que se movem em
trilhos apoiados sobre vigas de rolamento, manobradas do piso, de pJataformas ou
de cabines ligadas à ponte.
Nas pontes rolantes de grande capacidade, em que a carga máxima só
ocorre esporadicamente, emprega-se um guincho auxiliar, com menor capacidade e
maior velocidade de elevação de carga, conjugado ao guincho principal.
É comum o emprego de mais de uma ponte rolante, no mesmo nível,
em galpões extensos e que exigem trabalhos simultâneos em pontos diversos.
11
Essas pontes podem ter capacidades iguais ou dfferentes. No caso de
capacidades diferentes, as de menor capacidade geralmente tem maior velocidade
de elevação de carga e de translação.
As exigências de movimentação de cargas podem tomar necessária a
utilização de pontes rolantes em níveis diferentes, passando uma sobre a outra.
São utilizadas também pontes em consoles apoiadas em somente uma
fila de colunas, ou pontes em semipórticos, apoiadas na estrutura e no piso do
galpão.
A característica dos serviços executados pode também exigir transporte
transveral de cargas, de um vão para outro.
Quando a movimentação das cargas de um vão para outro é localizada,
o transporte transversal pode ser feito por meio de braços giratórios apoiados no piso
ou fixados às colunas. Para cargas pequenas e médias, existem pontes com carrinho
giratório, que permitem a transferência de carga para os vãos adjacentes. Nos casos
de grande movimentação transversal, são empregados equipamentos apoiados nos
pisos ou pontes rolantes em vigas de rolamentos transversais ao galpão.
As ações classificadas como excepcionais são de duração
extremamente curta e baixa probabilidade de ocorrência durante a vida útil da
estrutura. São os choques de veículos, explosões, incêndios, sismos, enchentes, etc.
2.2.1- Ações Permanentes
Estas ações são ainda divididas em diretas e indiretas. Como diretas
tem-se os pesos próprios em geral e os empuxos devidos ao peso próprio de terras
não removíveis ou outras ações permanentes sobre elas aplicadas. Como indiretas
tem-se as forças de protensão, os recalques de apoio e a retração dos materiais.
A determinação dos valores nominais que estas ações podem assumir,
pode ser feita baseada em informações fornecidas nos catálogos dos fabricantes, no
caso de telhas, forros e equipamentos em geral. Para os elementos estruturais pode
ser feita baseada em experiências anteriores ou a partir de um ante-projeto ou estudo
12
preliminar. O erro aceitável neste tipo de avaliação não deve ser superior a ::t 10%.
Quando isto ocorrer deverá ser feita uma nova determinação dos esforços e uma
verificação dos elementos estruturais para estes valores de esforços.
É importante lembrar que valores superestimados nem sempre permitem
a determinação precisa das solicitações críticas, principalmente em estruturas leves
submetidas, por exemplo, à sucção devido à ação do vento.
A norma NBR-6120- Cargas para o cálculo de estruturas de Edificações
(NB-5) recomenda alguns valores para o peso próprio de diversos materiais.
2.2.2- Ações Variáveis
Consideram-se como variáveis, as ações decorrentes do uso da
edificação, por este motivo algumas normas chamam estas ações de cargas vivas e
as permanentes de cargas mortas.
As ações variáveis são portanto as forças e as cargas acidentais que
podem solicitar a estrutura ao longo da sua vida útil, englobando os pesos de
materiais e equipamentos quando estocados, ações de equipamentos destinados ao
transporte tanto vertical como horizontal de cargas, como monovias e pontes rolantes,
empuxos de terra ou hidrostáticos, móveis, pessoas, instalações em geral, variações
de temperatura, neve, vento, etc.
Os valores nominais destas ações são de difícil determinação, existindo
normas que procuram recomendar valores minimos com pequena probabilidade de
serem ultrapassadas. Estes valores normalizados, são denominados de sobrecargas
e procuram cobrir, baseados em experiências de outras obras semelhantes ou em
estudos específicos, os valores prováveis a serem atingidos nas obras atuais.
Deste modo a NBR-6120 fornece valores mínimos para as sobrecargas
que devem ser aplicadas em pisos e coberturas de edifícios em função da sua
finalidade. Os valores das ações provocadas pelos veículos devem ser fornecidos
pelo fabricante e a posição de grandes pesos tanto para estocagem como para
13
transporte deve ser fornecida pelo cliente.
As ações causadas pela incidência do vento estão normalizadas na
NBR-6123, (NB-599) e as sobrecargas em coberturas metálicas bem como o valor de
variação da temperatura nestas estruturas estão na própria NBR-8800.
2.2.3- Ações Excepcionais
Estas ações, devido à sua pequena probabilidade de ocorrência não
possuem valores normalizados, cabendo ao projetista decidir sobre a sua inclusão nos
carregamentos a serem aplicados na estrutura.
Entretanto, quando incluídas deve ser de comum acordo com o cliente,
pois costumam aumentar significativamente o consumo de
consequentemente o custo da obra.
2.3- Sistema de Vedação:
material e
A divisão apresentada a seguir é conveniente sob diversos aspectos: -
em primeiro lugar ela é didaticamente adequada, em segundo lugar representa
aproximadamente o caminho natural das cargas e em terceiro lugar ela divide a
estrutura em partes de comportamento semelhante.
Essencialmente, os edifícios industriais podem ser entendidos como
formados por um sistema de vedação, um sistema portante e um sistema
complementar ou de acessórios.
O sistema de vedação que isola e protege o espaço a ser utilizado
industrialmente, é formado pelos elementos de vedação propriamente dito, sua
estrutura de sustentação e os acessórios de fixação.
O sistema portante destina-se a suportar o sistema de vedação e a
garantir a forma geométrica do espaço coberto, assegurando também a correta
14
transferência de todas as ações que possam solicitar a construção, para as
fundações.
O sistema complementar ou de acessórios é formado pelos elementos
que completam e garantem o perfeito funcionamento da obra, como por exemplo,
calhas e tubos de queda, equipamentos de iluminação e ventilação, elementos de
fiXação, etc.
Os elementos de vedação a serem empregados nas coberturas em
estudo são as telhas de alumínio, de aço, de fibro-cimento e de plástico.
Estas telhas possuem especificações e recomendações, que constam
dos catálogos dos fabricantes e que devem ser seguidas por ocasião do projeto, tais
como:
. Formas e dimensões;
. Inclinações recomendadas;
. Recobrimentos laterais e longitudinais;
. Vãos admissíveis;
. Sistemas de fixação;
. Acessórios disponíveis, cumeeiras, rufos, calhas, etc .
. Armazenamento;
. Manuseio;
. Montagem.
Nas coberturas usuais empregam-se, independente do material
constitutivo, telhas com perfis ondulados ou trapezoidas, embora exista uma gama de
outros perfis no mercado. Em alguns casos pode ser solicitada a utilização de perfis
chamados auto-portantes, que não serão aqui estudados, entretanto, o tratamento
estrutural que exigem difere pouco do que será apresentado.
15
L LARGURA TOTAL 11------------~~~~~----------------~l:l 1 ;:; :..J:
L 'I
a l ONDULADO
I~
LARGURA ÚTIL
1, . LARGURA TOTAL <!:
~! ~i
b l TRAPEZOIDAL SIMPLES (SIMÉTRICO)
LARGURA TOTAL -----<(
-----------~~~1
-t--------~LARGURA ÚTIL l-+ 1
c l TRAPEZOIDAL ASSIMÉTRICO
L LARGURA TOTAL <1: -r-______ ___:::...:.:_:_=-=-:_:~~::.::_ _______ ____,kL ~I
~~~~--~0~--~~~---}~ + LARGURA ÚTIL + d l TRAPEZOIDAL NERVURADO
Fig. 2.3.a- Perfis mais usuais para telhas
Os catálogos dos fabricantes informam os vãos máximos que cada telha
vence, em função da sua espessura, altura de onda ou dobra, da carga a ser aplicada
e da relação flecha/vão considerada admissível para cada caso.
16
Outra informação importante, que não consta de todos os catálogos, é
a que se refere ao sentido de montagem das telhas. Quando se conhece o sentido
do vento dominante da região da construção, deve-se procurar montá-las em sentido
contrário ao sentido do vento, para diminuir a possibilidade de arrancamento ou de
levantamento das bordas das telhas.
Direção Predominante dos Ventos
Fíg. 2.3.b- Sentido de montagem
Durante a montagem ou manutenções ao longo da vida útil das
coberturas, deve ser evitada a aplicação de forças concentradas, como peso de
operários ou de equipamentos sobre as telhas, que apresentam pequena resistência
mecânica a este tipo de ação. Quando for indispensável este tráfego podem ser
colocadas tábuas, devidamente presas sobre as telhas e sempre apoiadas sobre duas
ou mais terças, distribuindo assim as forças aplicadas.
17
.--, _...::, ~ '):::._ --
' i
I
Fig. 2.3.c- Montagem das Telhas
a- Telhas de Alumínio
São fabricadas em liga de alumínio extra-duro e adquirem um
encruamento natural devido ao processo de fabricação, que é o de ·laminação a frio,
possuindo assim uma resistência mecânica à tração da ordem de 25 a 30 kgf/mm2
(250 a 300MPa).
Devido ao fato do alumínio possuir um peso específico relativamente
baixo, da ordem de 2,68 a 2,74g/cm3, estas telhas são bastantes leves conduzindo
a estruturas portantes também leves. Entretanto, o peso próprio destas telhas não
equilibra totalmente as sucções introduzidas pela ação do vento, devendo as ligações
18
das telhas nas terças, bem como todas as demais ligações d estrutura, serem
dimensionadas para este efeito de arrancamento.
A utilização de telhas de alumínio apresenta alguns outros
inconvenientes que devem ser contornados por ocasião do projeto. Um deles é a
necessidade de impedir o contato direto das telhas com apoios metálicos constituídos
por metais de potencial elétrico diferente, como o aço ou o ferro, para não permitir a
formação da corrosão eletroquímica entre os dois metais. Este isolamento pode ser
obtido com a colocação de um material inerte entre a telha e o apoio, como por
exemplo, tira de madeira ou outra fibra vegetal, tira de papelão alcatroado, fita
adesiva especial, pintura com tinta à base de cromato de zinco ou base asfaltica, etc.
Não deve ser empregado zarcão.
Outro cuidado a ser tomado diz respeito ao conforto ambiental. Estas
telhas não alteram substancialmente a temperatura ambiente pois refletem muito bem
a irradiação solar, chegando a quase 90% quando novas. Entretanto, o conforto
acústico pode ser prejudicado pois não são boas absorventes de sons ou ruídos,
apresentando o efeito de tamborilamento provocado pela ação dos pingos da chuva.
Portanto, dependendo da finalidade da cobertura deve ser analisada a necessidade
de realizar um tratamento acústico com a aplicação de forro, placas defletoras, etc.
Quanto às dimensões das telhas disponíveis no mercado, estas variam
em função do fabricante, pois ainda não existe uma padronização ou norma que as
regulamente. As mais usuais são:
-Espessura: 0,5/0,6/0,7/0,8/0,9/1,0/1 ,2mm.
-Larguras: 640/750/825/1015/1056/1090/11 00/1120/1275/1345/1473mm.
-Comprimentos: 2,1 0/2,44/3,00/3,65/4,00/4,50/5,0016,00/12 ,OOm.
Valores intermediários, múltiplos de 0,5m.
Acima de 12,0m sob consulta, até o máximo de 16,0m.
Quanto aos vãos que estas telhas vencem, dentro de um custo
relativamente econômico e para valores de sobrecarga da ordem de 0,5 a 0,6 kN/m2
encontra-se:
19
-Telhas onduladas
-Biapoiadas L = 1 ,SOm
-Apoios múltiplos L= 2,00m
-Em balanço L= 0,30m
-Telhas trapezoidaís
-Biapoiadas L =2 ,OOm
-Apois múltiplos L= 3,00m
-Em balanço L = 0,50m
Para estes valores de vão o consumo de material situa-se entre 2,0 a
2,5 kgf/m2•
Outro fator importante para aumentar a vida útil destas telhas e, para
melhorar o desempenho da cobertura, é a fixação destas telhas nos apoios como
também a fixação entre telhas superpostas. As recomendações dos fabricantes, de
uma maneira geral, indicam a fiXação nos apoios extremos a cada onda alta alternada
para as telhas onduladas, e em cada onda baixa nas telhas trapezoidais. Nos apoios
intermediários é suficiente uma fiXação a cada onda alternada nas trapezoidais e a
cada 3a. onda nas onduladas.
As fixações de telha com telha, nas superposições longitudinais não
devem ser espaçadas mais do que 0,50m, para evitar deformações que permitam a
passagem de chuva ou umidade, ou mesmo permitir o arrancamento da telha devido
à ação do vento.
Os recobrimentos transversais recomendados para telhados com
caimento superior a 14° indicam a superposição mínima de meia onda. Para
coberturas com caimento inferior recomenda-se aumentá-los de uma onda e colocar
material vedante entre as telhas, tal como neoprene, fitas adesivas, etc. Os
fabricantes das telhas normalmente fornecem estes vedantes, bem como todos os
acessórios de fixação, parafusos, arruelas especiais, etc.
20
Os recobrímentos longitudinais devem ser da ordem de 250mm para
coberturas com até 14° de inclinação e 150mm para as inclinações superiores, em
fechamentos verticais este recobrimento não precisa ultrapassar 100mm.
Principais fornecedores de telhas de alumínio:
. ALCAN -alumínio do Brasil S.A .
. ASA -alumínio S.A. - Extrusão e Laminação .
. CBA - Campanha Brasileira de Alumínio .
. ROBTEK- Construções, Indústria e Comércio.
b- Telhas de Aço
São fabricadas em chapas de aço galvanizado, zincadas, plastificadas
(PVC) ou pré-pintadas em diversas cores.
Estas telhas possuem quase as mesmas qualidades que as de alumínio,
quanto ao nível de conforto ambiental, necessitando portanto de uma análise por
ocasião do projeto sobre a viabilidade da sua aplicação.
Possuem peso próprio relativamente baixo, da ordem de 4 a 1 O kgf/m2,
dependendo da altura da onda e da espessura da chapa, podendo por isso
apresentar o fenômeno de arrancamento já descrito para as telhas de alumínio.
Quanto à fixação na estrutura suporte esta pode ser feita ou através de
parafusos ou através de solda, quando o suporte for de aço. Neste caso específico
os locais de solda devem ser escovados, lixados e pintados posteriormente para
evitar o aparecimento de corrosão prematura.
As dimensões destas telhas também não são padronizadas, variando em
função do fabricante. Entretanto, como orientação inicial citam-se as mais usuais:
-Espessura: 0,35/0,43/0,50/0,65/0,S0/0,95/1,25mm
-Larguras: 790/S00/831/855/868/890191 Omm
-Comprimentos: até 12m, em múltiplos de 0,5m sempre que possível.
21
Para que a aplicação possa ser considerada econômica recomenda-se
que os vãos das telhas fiquem em torno dos seguintes valores:
-Telhas onduladas:
-Biapoiadas: f = 2 ,OOm
-Apoios múltiplos: 4 = 2 ,SOm
-Em balanço: ~ = 0,50m
-Telhas trapezoidais:
-Biapoiadas: f = 3,00m
-Apoios múltiplos: f= 4,00m
-Em balanço: f = 1 ,OOm
Obtendo-se, com estes valores de vãos, consumos de material da ordem
de 4 a 6kgf/m2•
As fixações destas telhas nos apoios extremos devem ser executadas
a cada onda baixa nas telhas trapezoidais e em cada onda alta alternada para as
onduladas. Nos apoios intermediários pode-se aumentar esta distância em 1 onda.
Para as fixações longitudinais deve-se manter o afastamento mínimo de 0,50m entre
fixações.
Também se aplica às telhas de aço a mesma recomendação sobre a
necessidade de colocar material isolante nos recombrimentos quando a inclinação do
telhado for inferior a 14°.
Os recobrimentos longitudinais devem ser de no mínimo 250mm quando
a inclinação for inferior a 14° e 150mm para os valores superiores. Nos fechamentos
laterais recomenda-se utilizar um mínimo de 1 OOmm nestes recobrimentos.
Principais fornecedores de telhas de aço:
. ROBTEK - Construções, Indústria e Comércio
. PERKROM - Construções, Indústria e Comércio
. CSN - Companhia Siderúrgica Nacional
22
c- Telhas de Fibrocimento
São fabricadas de cimento e fibras de amianto, em perfis ondulados e
em forma de "U" denominados canaletas e calhetões.
As telhas canaletas e os calhetões vencem vãos de até 7 ,Om porém não
costumam ser aplicadas nas coberturas em estudo.
As telhas onduladas vencem vãos máximos da ordem de 1 ,7m e são as
mais empregadas, entre as de fibrocimento.
O peso próprio destas telhas varia em função da espessura e do tipo do
perfil, situando-se entre 1 O e 24kgf/m2•
As principais características geométricas das telhas onduladas mais
usuais são:
. Largura útil - 870 e 1 050mm
. Espesura- 6 e 8mm
. Comprimentos- 0,91/1,22/1/1,53/1,83/2, 13/2,44/3,0513,66m
As telhas de 6mm de espessura, nos comprimentos acima de 1 ,83,
necessitam de apoios intermediários, as de 8mm só o exigem quando acima de
2,13m.
As telhas em perfil tipo calha possuem comprimentos que variam desde
2,0m até 9,20m e largura útil entre 440 e 908mm, sendo fabricadas com 8mm de
espessura.
No projeto de cobertura com telhas de fibrocimento deve ser
considerado que:
-Conduzem a coberturas mais pesadas devido ao seu peso próprio.
-São boas absorventes de calor, podendo por isso gerar problemas de conforto
térmico.
-Apresentam ruptura frágit, sendo necessário tomar cuidado quando do
içamento, da montagem ou de manutenção da cobertura.
Entretanto estas telhas apresentam bom nível de absorção acústica,
dispensando na maioria dos casos um tratamento mais elaborado da cobertura.
23
As fixações destas telhas nos berços ou apoios de extremidade devem
ser feitos com dois parafusos nas telhas de beiral e de cumueira e por um parafuso
ou dois ganchos nas demais telhas. A fixação nos apoios intermediários só é indicada
para as telhas com 3,05 ou 3 ,66m de comprimento.
Os recobrimentos laterais indicados são de 1/4 de onda com cordão de
vedação para as coberturas com inclinação inferior a 10°. Nas inclinações superiores
dispensa-se o cordão de vedação. Os recobrimentos longitudinais nas coberturas com
inclinação inferior a 1 0° devem ser de 250mm ou de 140mm com cordão de
vedação. Para valores entre 1 0° e 15° pode ser de 200mm ou de 140mm com cordão
de vedação, e acima de 15°, apenas 140mm. Na aplicação em fechamentos laterais
este recobrimento deve ser de 100mm, no mínimo.
d- Telhas de Plástico
Existem basicamente dois tipos de telhas plásticas no mercado. Uma é
fabricada a partir do cloreto de polivinila (PVC), que é uma resina sintética de alto
peso molecular, a outra é fabricada em poliester, reforçado com fibras de vidro.
São fornecidas em perfis ondulados e trapezoidais, sendo que alguns
possuem dimensões de onda que permitem o acoplamento destas telhas com outras
fabricadas em aço, alumínio ou fibro-cimento. Este acoplamento pode ser útil para
melhorar as condições de iluminação do espaço coberto, uma vez que as telhas
plásticas podem ser encontradas nos acabamentos translúcidas ou opacas, nas cores
amarela, vermelha, verde, azul, branca e marfim.
Quanto às dimensões, possuem larguras que variam de 525 a 11 OOmm
e espessura em torno de 1,1 Omm. Os fabricantes informam que não possuem
limitações de comprimento, mas o usual é encomendá-las em múltiplos de 0,50m até
o limite de S,Om, que permite o manuseio por apenas dois homens.
Os espaçamentos recomendados para os apoios situam-se entre 1,0 e
1 ,38m e para os balanços recomendam-se um máximo de 150mm.
As fixações nos apoios extremos variam em função da largura da telha,
mas não devem ser espaçados mais do que três ondas. Nos apoios intermediários
24
este espaçamento deve ser no máximo de cinco ondas. As fixações devem ser
realizadas nas ondas altas.
Possuem peso próprio da ordem de 1,9 a 2,0 kgf/m 2 o que as coloca
entre as mais leves do mercado.
As recomendações para recobrimentos transversais indicam uma onda
nas inclinações acima de 14° e 1 1/2 a 2 ondas para as inclinações inferiores. Nos
recobrimentos longitudinais, entre 5 e 9° de inclinação do telhado, recomenda-se
300mm; para inclinações entre 9 e 18°. 250mm e para inclinações acima de 18°,
200mm. Nas aplicações em fechamentos laterais, esta sobreposição pode ser de no
mínimo 150mm.
Fabricantes de Telhas Plásticas:
. Indústrias Químicas Eletro Cloro S.A. (ELVIC) .Plásticos Goyana S.A.
e- Acessórios de fixação
Os acessórios ou elementos de fsxação mais empregados são os
parafusos e os ganchos.
Os parafusos de fsxação das telhas nas terças usualmente possuem
rosca soberba (auto-atarraxantes), acompanhados de arruela de aço ou alumínio,
conforme o caso, e de uma arruela de vedação fabricada em neoprene ou outro
material elástico.
Normalmente empregam-se estes parafusos em apoios de madeira, não
havendo a necessidade de abrir furos nas terças, apenas nas telhas. Quando estes
parafusos são utilizados em terças metálicas deve-se furar previamente as terças com
broca de diâmetro menor que o do parafuso. Os furos das telhas devem ser de
diâmetro igual ou maior (1/16") que o diâmetro do parafuso.
As fixações entre telhas são realizadas com parafusos comuns, com
rosca tipo W (Whitworth) com porca e arruelas, uma de vedação, neoprene, etc, e
uma ou duas do mesmo material do parafuso. É importante salientar a necessidade
de utilizar parafusos de alumínio para as telhas de alumínio, e de aço para as telhas
de aço.
25
Os ganchos ou pinos com rosca são utilizados nas fiXações das telhas
em terças metálicas ou de concreto. Possuem comprimentos de fabricação que
permitem toda gama de combinação com tipos diferentes de terças, existindo desde
200mm até 600mm de comprimento total. São acompanhados de porca e as
respectivas arruelas tanto de vedação como de fiXação.
Particularmente para as telhas de fibrocimento existem os grampos
chatos, que permitem uma fixação relativamente flexível de uma extremidade da telha,
que por ser um material frágil pode não acompanhar os possíveis deslocamentos da
estrutura. Estes ganchos tanto podem ser aplicados em terças metálicas ou de
madeira.
b) Superposição
d)Cumeeiro
a) De tolhe de acabamento entre
parede e teto de galpão onexo
c) Detalhe de oeobornento
entre cobertura e parede
Fig. 2.3.d- Exemplos de fixações
o) Parafuso b) Parafuso cuto -rosqueodor auto- rosQuacdor
Deve ser ressaltado mais uma vez que os fabricantes das telhas
fornecem todos os acessórios de fixação e vedação, sendo que alguns fornecem
também a mão-de-obra para a montagem da cobertura e dos fechamentos laterais.
26
2.4- Sistema Portante
O sistema portante de uma cobertura pode ser classificado quanto à
forma geométrica externa como:
-Em 1 água
-Em 2 águas
- Em dente de serra, ou "SHED"
-Em arco
- Em cúpula ou espaciais, etc.
Quanto ao comportamento estrutural, por serem estruturas formadas por
barras, as coberturas metálicas quase sempre apresentam comportamento
tridimensional. Desta forma, para uma exata avaliacão do seu comportamento deveria
ser utilizada uma análise também tridimensional. Entretanto devido às dificuldades de
realização desta análise costuma-se dividir estas estruturas em uma série de sub
estruturas planas, que permitem uma avaliação mais simples e rápida.
A divisão mais usual consiste em considerar três subestruturas planas
formadoras da estrutura principal, que são:
- Estrutura suporte do sistema de vedação
- Estrutura portante principal
- Estruturas de contraventamentos
A estrutura suporte da vedação é formada pelas vigas que suportam as
telhas, denominadas de terças, e que em alguns casos transmitem outros esforços
provenientes das outras subestruturas.
A estrutura principal é formada petas vigas e colunas dos pórticos e que
podem ser construídas em perfis de alma cheia ou treliçados.
As estruturas de contraventamento são formadas por barras,
racionalmente dispostas, de modo a travar os nós em um determinado plano,
garantindo assim a estabilidade neste plano. A estabilidade global da estrutura bem
27
como o comportamento tridimensional serão portanto asseguradas por quantos planos
de contraventamento se fiZerem necessários.
Em todas as coberturas, independente da sua forma geométrica, deve-
se sempre garantir a estabilidade dos planos:
- Das terças ou das telhas
- Dos pórticos transversais
- Dos pórticos longitudinais
- E em alguns casos do plano do banzo inferior dos pórticos transversais,
principalmente quando formadas por treliças.
2.4.1- Cobertura em uma água
Usualmente é empregada em coberturas com vãos pequenos (f< 1Om)
ou coberturas secundárias oomo marquises, pequenos depósitos, etc.
As vigas dos pórticos transversais podem ser formadas por perfis de
alma cheia, tipo "I" ou "U" ou então por treliças de banzos paralelos ou triangulares.
As colunas, quando metálicas, também podem ser em perfis de alma
cheia ou treliçados. A escolha do tipo dos perfiS baseia-se na intensidade das
solicitações e nas dimensões da cobertura.
Considere-se inicialmente a marquise mostrada na figura seguinte. A sua
estrutura principal é formada por uma série de treliças ligadas às colunas de uma
construção, ou já existente ou já calculada, portanto que não interessa no momento.
Admitindo-se as colunas como indeslocáveis, conclui-se que os pontos
de conexão das treliças nas colunas tornam-se fixos, ou seja indeslocáveis.
Entretanto, qualquer outro ponto, tanto do plano das terças, como do plano formado
pelos banzos ou cordas inferiores, são possíveis de se deslocarem mediante a
aplicação de uma força horizontal.
28
7 7 7
;
~-f 6 6
--~---~---
5 5 5 I
J 1 l l
PLANO DAS TERÇAS
+ i ± 4 4 4
3 3 ~
2 2 2
~ ~ ~
PLANO DO BANZO INFERIOR
' 7
---~ 5
1
± 4
2
~
-~---
-BANZOS SUPERIORES
DAS TRELiç.AS
BANZOS INFERIORES
DAS TRELIÇAS
TERç.AS
Fig 2.4.1.a- Esquema Típico de Marquise
SEÇÃO TRANVERSAL ( T(PICAl
Para restringir estas deslocabilidades pode ser utilizado um conjunto de
barras ligando os nós deslocáveis aos nós faxos.lnicialmente, fazendo a ligação dos
nós extremos (1) aos nós (4), estará sendo dada estabilidade aos dois planos, uma
vez que os nós (1) pertencem simultaneamente aos dois planos.
Entretanto, para ações permanentes os banzos inferiores estarão
comprimidos e os nós (2) e (3), se travados fora do plano das treliças diminuem em
muito o comprimento de flambagem destas barras em relação a este plano. Por outro
lado, a ligação direta do nó (1) ao nó (4) pode resultar em barras com grande
29
comprimento e de pequena inclinação, cuja utilização não é aconselhável, devido à
sua pequena eficiência.
Para conciliar as duas observações anteriores pode-se travar os nós (1)
aos nós (3) e estes aos nós (4). Os nós (2) podem prescindir destes travamentos
pois, pela análise imediata dos esforços que devem atuar nestas barras, conclui-se
que a barra 3-4 terá esforços mais altos que as demais e, visto que a seção por
razões construtivas deverá ser constante, fica justificada a escolha dos nós a serem
travados.
A disposição das barras de travamento é definida pela mecânica das
estruturas que ensina ser o triângulo a forma geométrica indeformável por excelência.
Deste modo deve-se dispor as barras de modo a obter a formação de triângulos
sucessivos e consecutivos, que tomarão o plano indeslocável.
A formação do travamento, conhecido como contraventamento, no caso
em estudo não se faz necessário em todos os vãos. Por uma questão de otimização
do peso de aço a utilizar na construção, pode-se contraventar um vão, e ligar os nós
dos demais vãos aos nós respectivos do vão travado, por barras usualmente
denominadas de escoras, uma vez que devem trabalhar comprimidas.
A figura seguinte ilustra o plano de contraventamento descrito para o
travamento dos planos em estudo e que coincide com o plano dos banzos inferiores.
0
3
2
l
BARRAS DE TRAVAMENTO
ESCORAS
TERÇAS, COM FUNçÃO TAMBEM
DE ESCORAS
Fig. 2.4.1.b- Plano do Banzo Inferior (contraventado)
30
A posição e a quantidade dos contraventamentos varia com as
dimensões da obra. Em geral, para estruturas com até três vãos contraventa-se um
vão apenas, normalmente o central. Nas estrutruras com quatro ou mais vãos
contraventam-seosvãosextremos,intercalando-secontraventamentosintermediários
quando acontecerem de 5 a 7 vãos sem contraventar.
Outra observação importante diz respeito às terças. Usualmente
empregam-se perfrs do tipo "U" laminados ou em chapa dobrada em vãos de até 6
ou 8 metros e submetidas a cargas leves. Estes perfrs apresentam pequena
resistência à flexão no plano de menor inércia, motivo pelo qual costuma-se subdividir
o vão neste plano. Esta subdivisão é obtida com a colocação de barras redondas, que
funcionam como tirantes redistribuindo os esforços que atuam nas terças para outros
pontos da estrutura.
Os tirantes, também chamados de correntes, uma vez que só trabalham
a tração, auxiliam por ocasião da montagem no alinhamento das terças antes da
fixação das telhas e, quando posicionados próximo da aba comprimida das terças
ajudam a combater a perda de estabilidade lateral que esta aba apresenta.
cp cp cp cp 0~I---+I-------'---~-I---~I~--
~ESCORA
-+--+--=::~ TIRANTES fi (T(PICO P/ TODOS OS VÃOS l
Fig. 2.4.1.c- Disposição das Correntes nas Terças
31
Entre as duas terças mais altas costuma-se colocar uma barra rígida e
dois tirantes laterais inclinados que "transportam" os esforços transmitidos pelos
demais tirantes para as treliças e quando da montagem permitem o alinhamento
rígido destas terças extremas que posteriormente alinham as demais.
A quantidade de linhas de tirantes é determinada por ocasião do cálculo
da terça, mas é usual o emprego de uma ou no máximo duas linhas.
Outro exemplo clássico de cobertura em uma água é o mostrado na
figura seguinte, com estrutura principal em semi-pórtico formado por viga e coluna em
perfil de alma cheia.
A exemplo da estrutura anterior, a estabilidade do plano das terças é
assegurado por um contraventamento que o liga às colunas da fila B, pertencentes
a uma outra edificação, já calculada ou mesmo já construída.
Deve-se observar que a ligação viga/coluna tanto pode ser rotulada
como engastada. Esta escolha normalmente é feita levando em conta a intensidade
das solicitações e a relação altura vão (H/L). Embora uma estrutura hiperestática
conduza a uma construção mais leve que uma estrutura puramente isostática, o custo
de uma ligação engastada costuma ser mais alto que o de uma ligação rotulada
32
~! ~~ ;:I ~I <! Ir ,_ z o u
CORRENTES.
f-~--- -1--+- ~-.-,,"v/--1-/ + --GJ /
/
-f- ~ '
-11-1-HI---1---I--I-----,i,....--1---+-', t~ ~
TERÇAS
VIGA PRINCIPAL
H
~---- L
Fig.2.4.1.d-- Esquema Estrutural de Cobertura em uma água
33
2.4.2- Cobertura em 2 águas
O esquema estrutural em duas águas é recomendado para vãos
máximos em tomo de 30m, aplicando-se em oficinas, depósitos, etc.
A estrutura principal normalmente apresenta uma série de pórticos
transversais formados por vigas e colunas em perfas de alma cheia ou treliçados. Para
vãos menores que 15m a solução em viga de alma cheia pode ser mais econômica,
para vãos maiores a opção pode recair na clássica viga treliçada, conhecida como
tesoura.
Quanto ao esquema estático a ser empregado nos pórticos, várias são
as soluções possíveis e a decisão do projetista depende de vários fatores tais como:
. Qualidade suporte do terreno;
. Equipamentos disponíveis para a montagem;
. Capacidade e possibilidade do provável fabricante da estrutura;
. Disponibilidade de perfis no mercado;
. Finalidade da construção;
. Vida útil prevista para a estrutura;
. Imposições de arquitetura ou do cliente, etc.
34
a J PÓRTICOS COM PERFIS EM ALMA CHEIA
b l PÓRTICOS COM COLUNAS EM ALMA CHEIA E COM VIGA TRELIÇADA (TESOURA)
cl PÓRTICOS TOTALMENTE TRELIÇADOS
Fig. 2.4.2.a- Esquemas mais Usuais de Pórticos Transversais
Os pórticos asseguram a estabilidade transversal da estrutura mediante
o seu grau de hiperestaticidade, e a estabilidade dos planos longitudinais, definidos
pelas colunas, pode ser conseguida de várias maneiras, sendo que as mais usuais
são por meio de engastes nas bases, engastes no topo das colunas ou por
contraventamentos racionalmente dispostos.
35
1 I I I l I l o l P~TICO LONGITUDINAL ENGASTADO NAS BASES
lllllll bl PÓRTICO LONGITUDINAL ROTULADO NAS BASES
E ENGASTADO NO TOPO DAS COLUNAS
NIIIIXl c l PÓRTICO LONGITUDINAL CONTRA VENTADO
Fig. 2.4.2.b- Esquemas Usuais em Pórticos longitudinais
Para garantir o comportamento tridimensional da estrutura falta
assegurar a estabilidade dos planos do telhado, pois como á fácil de perceber, o
ponto mais elevado dos pórticos transversais pode se deslocar longitudinalmente.
Nas coberturas com vigas de alma cheia esta estabilidade é assegurada
por planos de contraventamentos dispostos ao nível das terças que assim transferem
esforços e deslocabilidades deste plano para o topo das colunas.
Nastesourastorna-senecessáriotambémumcontraventamentoaonível
do plano definido pelos banzos inferiores. Este contraventamento, além de aumentar
a estabilidade global da estrutura, permite diminuir a esbeltez das barras que formam
este banzo.
36
Uma observação muito importante, que vale para as tesouras
engastadas nas extremidades, é de que os nós que separam barras solicitadas por
esforços de sinal contrário, tanto do banzo inferior como do superior, devem ser
necessariamente contraventados fora do plano da tesoura. Estes nós são os que
estão próximos do ponto onde o momento que solicita o pórtico muda de sentido.
~TERÇAS _CORRENTES ~--CONTRAVENTAMENTO
( TIP. P/TODOS OS VÃ!:JS li
----,.,-----A--- ---,...-,1-- --- ----L.' ,.._---~
i
I a) PLANO DAS TERÇAS
bl PLANO DO BANZO INFERIOR
,
ESCORAS / i ;--- CONTRAVENTAMENTOS
Fig. 2.4.2.c- Contraventamentos da Cobertura
37
O engastamento das bases, em qualquer dos dois sentidos, transversal
ou longitudinal, co.stuma transferir esforços de flexão muito altos, sendo indicado
apenas nos casos onde o solo apresenta boa capacidade suporte. A solução que
conduz quase sempre à opção mais econômica, tanto em fundações como em custo
da estrutura, é a de bases rotuladas.
Outra solução bastante empregada, por ser relativamente econômica,
consiste em construir as colunas em concreto e as tesouras em aço, ou então apoiar
as tesouras em paredes de concreto ou de alvenaria. Vale alertar no entanto, que os
pontos de fixação da estrutura metálica em estruturas fabricadas com outros
materiais, devem ser verificados quanto à possibilidade de permitirem o arrancamento
e o colapso da cobertura. Inúmeras obras foram arruinadas ou mesmo desabaram
devido ao esquecimento da verificação destas ligações.
O engastamento da viga nas colunas melhora o comportamento dos
pórticos transversais, mas aumenta o consumo de aço nos pórticos longitudinais. Para
estes a solução mais empregada é a de contraventar, como indicado na figura 2.4.2b.
A utilização de contraventamento horizontal no plano do banzo inferior
pode ser substituído pela criação de contraventamentos verticais, nos mesmos vãos
e no plano vertical de cada uma das terças, travando deste modo o banzo inferior no
superior.
Ainda sobre o contraventamento do banzo inferior, deve ser esclarecido
que os contraventamentos indicados na figura 2.4.2.c se apficam a estruturas que
possam vir à receber forças horizontais em pórticos isolados ou naquelas onde se
deseja diminuir os deslocamentos laterais. Nas estruturas leves ou que não se
encaixem nas citadas, é suficiente o emprego de contraventamentos apenas nos dois
vãos extremos.
Para definir o esquema estático a utilizar bem como a forma da tesoura
e dos contraventamentos é necessário conhecer:
. Vão a ser coberto;
. Espaçamento entre os pórticos, função da terça a ser utilizada ou outras imposições
de projeto como equipamentos, acessos, etc;
38
. Espaçamento entre as terças, função da telha a ser utilizada;
. Inclinação do telhado;
. Equipamentos de elevação e transporte.
Quando a distância entre os pórticos é muito grande, o vão das terças
e longarinas de tapamento as tomam antieconômicas. Neste caso, para reduzir estes
vãos, podem ser usados pórticos secundários, como estruturas intermediárias. Sendo
um sistema secundário, devem ser previstos dispositivos que garantam sua
estabilidade, como vigas ou contraventamentos que liguem aos pórticos principais.
O sistema de pórticos birrotulados é utilizado para obtenção de
economia nas fundações ou quando o projetista se defronta com terrenos de baixa
taxa admissivel. Nos galpões com pontes rolantes, esse sistema acarreta, em
contrapartida, tesouras pesadas.
Quando as condições de terreno são boas, o melhor sistema estático
é representado pelo pórtico engastado na base, que conduz ao melhor
aproveitamento do material e a maior facilidade de montagem.
Quando ocorrem problemas de fundações ou dificuldades de execução
em uma das colunas, pode tomar-se econômico o emprego de sistemas com uma
coluna rotulada e outra engastada.
Pórticos múltiplos são constituídos pela repetição de pórticos simples do
mesmo tipo ou combinação de tipos diferentes.
O emprego dos sistemas com coluna rotulada ou engastada na base e
rotulada no topo, segue os mesmos .critérios dos pórticos de vão único.
No caso de boas condições de fundação, são empregados sistemas com
elevado grau de hiperestaticidade.lsso se deve aos aspectos econômicos envolvidos,
visto que os sistemas hiperestáticos permitem um melhor aproveitamento do material.
Embora tais sistemas envolvem cálculos extensos e complexos, as facilidades de
processamento oferecidas pelos computadores reduzem as dificuldades que existiam
no cálculo manual.
39
2.4.3- Cobertura em .. SHED ..
A cobertura em "SHED" é utilizada em construções relativamente baixas
e com grandes vãos, (f> 30m) proporcionando facilidades na iluminção e ventilação
do espaço coberto, prestando-se assim à aplicação em oficinas, pequenas fábricas,
supermercados, etc.
A estrutura principal é formada por uma série de pórticos transversais
com treliças de banzos paralelos e, por uma série de barras inclinadas, em alma
cheia ou treliçadas, que ligam os banzos alternados de dois pórticos consecutivos,
gerando assim a clássica forma dos dentes de serra.
A viga dos pórticos transversais é denominada de viga mestra, podendo
ser um perfil de alma cheia, treliçada, vierendel, armada, etc.
Na maioria dos projetos a viga mestra proporciona engaste no topo das
colunas, permitindo que as bases das colunas possam ser rotuladas. Com este
esquema estrutural os pórticos transversais costumam-se ter assegurado a sua
estabilidade.
Nos pórticos longitudinais, as barras inclinadas, denominadas de traves,
quer em alma cheia quer treliçadas, também proporcionam engaste ao topo das
colunas permitindo assim que as bases possam ser rotuladas.
Em qualquer dos dois casos, rotulando-se o topo das colunas, deve-se
engastar as bases do pórtico transversal e, no longitudinal ou engasta-se ou
contraventa-se devidamente este plano.
Alguns esquemas, dentre os mais usuais, estão mostrados na figura
seguinte, evidentemente vários outros são possíveis, ou por combinação dos
apresentados ou mesmo por disposição diferentes das suas barras.
A estabilidade global de uma cobertura em shed se completa com a
colocação dos contraventamentos da cobertura. No caso de barras inclinadas em
perfil de alma cheia, um contraventamento no plano das terças é suficiente. No caso
de treliças deve-se estudar a possibilidade de utilizar dois contraventamentos, um em
cada plano definido pelos banzos opostos.
40
1 o) Viga mestra treliçodo
b) Viga mestra de olmo cheio
c} Viga mestra Vierendeel
d) Viga armada
Fig. 2.4.2.a- Esquemas de Vigas Mestras
41
a) Shed em treliça
b) Shed em treliça Palanceau
c) Shed em viga armada
d) Shed em treliça de cordas paralelas
e) Shed em alma cheia
Fig. 2.4.2.b- Esquemas de Pórticos longitudinais
42
o l PLANO DAS TERÇAS
bl PLANO DA CORDA INFERIOR
clVISTA LATERAL
Fig.2.4.2.c- Contraventamentos da Cobertura.
~CONTRA VENTAM ENTO DO TELHADO
CONTRAVENTAMENTO DO BANZO SUPER lO R DA VI
_- GA MESTRA ( VIGA DE VENTO)
,--- TERÇAS
VIGAS MESTRAS
_ -;r- ESCORAS ( TlPICAS)
~CONTRAVENTA M ENTOS
A necessidade do contraventamento do banzo inferior está mais ligada
à esbeltez das barras do que propriamente à estabilidade da construção.
As coberturas em SHED também podem ser construídas sobre colunas
ou paredes de concreto, quando então as fiXações e ancoragens da cobertura nestas
estruturas devem ser verificadas quanto ao efeito de arrancamento.
A face da cobertura definida pelas vigas mestras pode ter várias
inclinações, bem como as traves do telhado. A variação destas inclinações destina-se
a melhorar a iluminação ou o escoamento das águas pluviais.
43
Na face de iluminação costuma-se colocar no sistema de vedação,
telhas transparentes ou mesmo caixilhos com vidro.
Nas condições geográficas do hemisfério sul, deve-se orientar a face de
iluminação para o sul, evitando deste modo a incidência direta de raios solares no
edifício. Também pelo mesmo motivo deve-se utilizar esta face na vertical, pois no
verão em nosso território o sol fica praticamente a pino.
As superfícies de iluminação devem ser em material transparente -
vidros ou telhas plásticas. Atualmente são mais usadas as telhas plásticos por
apresentarem como vantagens:
. custo mais abaixo
. menor peso próprio e da estrutura portante
. maior segurança para operários
. maior facilidade da reposição
Os vidros teriam como vantagem uma maior transparência desde que
limpos periodicamente.
Nos dois casos pode-se melhorar a iluminação pintando internamente
as telhas com uma cor clara.
c.1) Esquema Estrutural
TERÇAS - obedecem aos mesmos critérios do telhado em duas águas
e apoiam-se nas traves. Terças de extremidade podem causar a interferência com as
calhas e as telhas de iluminção.
TRAVES DO TELHADO -Recebem as terças e apoiam-se mis vigas
mestras. Formam com estas e os contraventamentos a estrutura principal do telhado.
As traves são geralmente de perfis de alma cheia, poderiam ser no caso de vão
grandes em perfis treliçados ou treliças convencionais. Os tipos mais usados são os
de alma cheia ou treliçados. A trave de treliça convencional leva a uma estrutura
esteticamente mais pesada e obstrui o espaço interno.
44
VIGAS MESTRAS- são os elementos principais do telhado. Recebem
as cargas das traves e apoiam-se em pilares de concreto ou colunas metálicas,
geralmente são treliças de banzos paralelos articuladas ou engastadas nas colunas.
A viga mestra de sistema rômbico costuma ser 1 0°/o mais pesada que
a treliça convencional e a do tipo Vierendel praticamente o dobro.
A altura H ideal para a viga mestra é de L/7 a L/8 mas esta relação
depende do espaçamento entre vigas mestras e da inclinação das traves.
Portanto estes 3 números: espaçamento entre vigas mestras. inclinação
do telhado e altura da viga mestra devem ser pensados em conjunto.
CONTRAVENTAMENTO - como no telhado de duas águas, os
contraventamentos devem garantir a estabilidade dos elementos do telhado limitando
os comprimentos de flambagem.
No caso do telhado shed, os contraventamentos efetivamente trabalham
recebendo as forças no plano do telhado devido a ação do vento na superficie de
iluminação.
Para isto é importante a definição da "viga de vento". que além de
contraventar a viga mestra absorve estas ações.
Para transmitir estas forças às fundações, além da viga de vento é
necessária uma estrutura nas laterais do edifício. Esta estrutura pode ser um
contraventamento vertical, usado no caso de colunas metálicas, ou no caso de pilares
de concreto o próprio pórtico múltiplo longitudinal.
45
c.2) Dimensionamento das Traves do Telhado
-TRAVES EM TRELIÇAS LEVES
Formadas geralmente de cantoneiras nos banzos e diagonais de
cantoneiras ou ferro redondo.
Os apoios das traves são os montantes das vigas mestras que
normalmente são formados de perfis I ou duplo U.
A ligação trave-montante poderá ser engastada ou articulada.
A altura h da trave deve ficar entre:
h = V20 @ V25 para traves articuladas-engastadas ou biarticuladas.
h = f/30 @ f/40 para traves biengastadas.
Para o banzo comprimido os comprimentos de flambagem serlo:
(~~x =a ~distância entre diagonais
(~~Y = distância entre pontos contraventados do telhado ..
Para as ·diagonais o comprimento de flambagem será o próprio
comprimento da peça.
-TRAVES EM CHEIA
As traves poderão ser de perfis laminados I, H ou perfis de chapa
dobrada.
As ligações traves montantes também poderão ser do tipo articulado ou
engastado.
Este tipo de trave é o mais usado devido a facilidade de execução e
resultar um melhor aspecto interno.
No quadro a seguir mostra-se uma comparação entre os consumos de
aço em traves treliçadas e de alma cheia, em kg/m2 de área construída em função do
vão a ser vencido.
46
TIPONÃO 8m 10m 12m 15m
TRELIÇA 3,2 3.5 4,0 5,0 I
COMUM
TREUÇA 3,0 3,2 3,5 4,5
LEVE
ALMA 3,6 4,0 6,3 10,5
CHECA
-Para trave isostática, ou seja articulada, o cálculo é simples resumindo-se apenas na
determinação de Mma) e ~ex, para cada carregamento e na composição dos
carregamentos críticos da mesma forma que no telhado de duas águas.
-Para trave continua. ou seja engastada nos montantes o cálculo é semelhante com
a diferença de que devemos resolver uma viga contínua.
c.3- Dimensionamento da viga mestra
Deve-se seguir o mesmo roteiro do telhado de duas águas adotando
para peso próprio valores 20% maiores.
Deve-se considerar também, o peso-da área de iluminação e das calhas.
Observações:
-os montantes poderão ser solicitados por flexão composta.
- o banzo superior (ou inferior) terá uma parcela a mais, devido a sua participação na
viga de vento.
47
c.4- Dimensionamento do contraventamento
Considerando o contraventamento como uma treliça no plano do telhado,
tendo como banzos o banzo superior da viga mestra a uma linha de terças, as traves
como montante e como diagonais as barras do contraventamento devemos
dimensioná-la considerando as componentes da força do vento neste plano.
A terça que participa da viga de vento deverá ser reforçada e deverá
ter suas ligações executadas com chapas de cobrejunta para garantir a sua
continuidade.
2.4~~"' Cobertura em Arco
O sistema estrutural em arco permite vencer grandes vãos com um
consumo mínimo de material. Esta economia deve-se ao fato do arco apresentar
esforços de flexão relativamente baixos, se comparados com os apresentados por
vigas e treliças sob as mesmas condições de vão e de carregamento.
Aparentemente o arco atende a todas as coberturas, existindo algumas
já construídas com vãos da ordem de SOm. Entretanto não é indicado nas situações
onde podem ocorrer ações horizontais de grande intensidade ou onde possam ocorrer
deslocamentos horizontais e recalques significativos nos apoios.
Os arcos, estaticamente, são classificados em biarticulados, tri
articulados e biengastados.
3 vezes h i per-estático l vez h i perestóti co
Jsost ótico l vez hiperestático
Fig. 2.4.4.a- Tipos de Arcos
48
Quanto à sua forma, os arcos podem ter diversas classificações mas,
em estruturas metálicas, devido às facilidades de fabricação, a forma mais empregada
é a circular e em alguns casos especiais a forma parabólica.
Podem ser fabricados em perfis de alma cheia ou treliçados. Os de alma
cheia são adequados aos vãos pequenos(~< 20m), enquanto os treliçados destinam
se aos vãos maiores.
As estruturas em arco apresentam reações horizontais relativamente
altas, que costumam introduzir deformações ou deslocamentos consideráveis nas
suas estruturas de apoio.
Para reduzir estas reações e os seus efeitos consequentemente,
costuma-se introduzir tirantes horizontais entre os apoios, dando-se assim origem aos
arcos atirantados. A introdução do tirante melhora o comportamento estrutural do
arco, mas obstrui parcialmente o espaço sob o arco, prejudicando em alguns casos
a plena utilização deste espaço.
Os arcos birotulados são os mais empregados, prestando-se a quase
todos os tipos de fundações, solo ou de apoio. Os arcos triarticulados estão em
desuso, principalmente devido às dificuldades de execução da rótula central e às
apresentadas por ocasião da montagem, ficando sua utilização quase que restrita aos
casos onde os apoios possam apresentar recalques consideráveis. Os arcos bi
engastados, também possuem uso restrito às situações onde os apoios possuem
condições de absorverem convenientemente as suas reações.
A estabilidade global de uma cobertura em arco é obtida de maneira
quase análoga à cobertura em duas águas. Os pórticos transversais bem como os
longitudinais devem ser suficientemente estáveis. Quanto ao contraventamento da
cobertura, este deve dar estabilidade aos dois banzos, que nos arcos costumam ser
denominados de membruras, uma vez que tanto o superior como o inferior estarão
comprimidos.
49
BANZO BANZO
INFERIO"lí'""ERIOR
1------------I ~---------------- ----- I ~~
1---------
I I
~ I i I
1---------
1---------
_I I ~::E ~ ~~
I I X I
I I ---- ----- -----_l '
~~ l I I I
Fig. 2.4.4.b- Esquema de Cobertura em Arco.
Da mesma forma que os sistemas construtivos já descritos, devem ser
verificados à ação de arrancamento dos apoios dos arcos, quer em colunas de
concreto, aço ou outros materiais. No caso específico de arcos atirantados, a inversão
de esforços pode anular a ação do tirante, e os apoios, ou se for o caso as colunas,
devem ser dimensionadas para resistirem a esta nova situação de carregamento, pois
um arco submetido à uma sucção causada pela ação do vento, pode ter aliviada a
ação do peso próprio e os apoios submetidos à uma ação de arrancamento e a
empuxos contrários à ação do tirante.
50
d.1- Geometria e dimensões características
L- vão
f- flecha
---~-··--
L
Fig. 2.4.4.c- Nomenclatura
h - altura da seção transversal
Para a flecha os valores recomendados são:
f 1 1 1 --- a - (pode até -;:;-) L 6 5 s:.
Para a altura da seção transversal convém observar o comportamento
dos diagramas de M para uma carga uniforme.
51
1- Triarticulardo
2- Biarticulado
3- Biengastado ' I l-
1/4 L
l/3 L I
i r-· __ _]! 2----=--L _
Fig. 2.4.4.d- Diagramas de momento para três tipos de arcos.
Observando-se os diagramas de M podemos deduzir que a altura h
deverá ser:
a) Para arco triarticulado, menor nos apoios e maior a 1/4 L
b) Para arcos biarticulados, onde o momento é mais ou menos uniforme, banzos
paralelos, o que é sempre mais racio.nal do ponto de vista de fabricação.
c) Para arcos biengastados, seções maiores junto aos apoios.
O comum é serem usados arcos de altura constante, com relação h/L
= 1/60@ 1/40 para grandes vãos; h/L = 1/40 @ 1/30 para pequenos vãos.
52
d.2- Esquema Geral da Estrutura
O esquema geral para as estruturas em arcos é constituído basicamente
pelos arcos. as terças para apoio dos elementos de vedação e pelos
contraventamentos usados para limitar os comprimentos de flambagem das barras
comprimidas e garantir a estabilidade geral do conjunto.
É importante lembrar que os contraventamentos devem garantir a
estabilidade das duas membruras do arco, uma vez que ambas estarão comprimidas.
As terças poderão ser em perfis laminados ou em chapa dobrada para
espaçamentos até 7,0m.
Os arcos são usados com frequência com espaçamentos maiores (7 @
12,0m) nesse caso teremos o uso de vigas treliçadas que além do papel de terças
farão parte também do contraventamento dos arcos.
Para os arcos, geralmente, são empregadas vigas treliçadas com os
banzos formados por cantoneiras ou perfis "U" laminados ou em chapa dobrada.
Para casos especiais de arcos com grandes compressões nos banzos
poderemos ter perfis I ou H.
As diagonais normalmente são formadas por cantoneiras.
Para arcos de pequenos vãos pode-se adotar as diagonais barras
rendonda ou cantoneiras dispostas a 45°.
A disposição das diagonais será determinada pela posição das terças
e pela necessidade de limitação dos comprimentos de flambagem das barras no plano
do arco.
53
DIAGONAIS I NCLINAOAS
FABRICAÇÃO MAIS SIMPLES)
DIAGONAIS
MONTANTES RADIAIS
MONTANTES VERTICAIS
Fig. 2.4.4.e- Disposição das Diagonais e Montantes
Os montantes dispostos radialmente são interessantes para os casos
em que se usam terças em vigas treliçadas.
A disposição dos contraventamentos é similar à adotada nos casos de
telhados de duas águas, como mostrado na figura 2.4.4.b.
54
2.4.5- Outras Cobertura Curvas
Alguns sistemas estruturais, como as treliças espaciais, as cúpulas ou
as malhas de cabos, por exemplo, não são muito utilizados, devido, principalmente,
ao desconhecimento quase geral do comportamento estrutural, das particularidades
de construção e montagem, como do alto custo final que estes sistemas apresentam.
Estes sistemas são indicados para grandes vãos, acima de 50m,
possibilitando cobrir extensas áreas com um mínimo de colunas intermediárias.
As treliças espaciais, normalmente formadas por perfis tubulares,
apresentam dificuldade na determinação dos nós onde às vezes chegam a concorrer
até 12 barras. As cúpulas também apresentam problema semelhante, que parece ter
sido solucionado de diferentes maneiras por diversos fabricantes destas estruturas.
A análise e o dimensionamento destas estruturas foge ao conteúdo
desta disciplina, que aborda apenas as formas mais usuais das coberturas metálicas.
Na bibliografia são citados alguns trabalhos cuja leitura é recomendada aos que se
interessarem pelo assunto.
Quanto às malhas de cabos, o seu emprego também é restrito às obras
com grandes vãos, pois apresentam custo relativamente alto e tecnologia não muito
difundida. Não serão abordadas nesta disciplina mas são também listados alguns
trabalhos que podem ser lidos pelos que se interessarem pelo assunto.
55
Treliça espacial plana para cobertura de grandes dos
Treliça espaclol Unear para pórtico triarticulado com b41anoos
2.4.5.a- Sistemas Especiais
56
2.5- SISTEMAS COMPLEMENTARES
Na maioria dos trabalhos práticos os elementos que serão discutidos
neste item são de responsabilidade de outros profissionais. Entrentanto, em obras
menores nem sempre isso ocorre e, quando ocorre, o engenheiro de estruturas deve
estar familiarizado com o procedimento e a finalidade de cada item, para aconselhar
ou mesmo promover um melhor aproveitamento dos recuros disponíveis. Acredita-se
que este é um motivo suficiente para incluir esta discussão nesta disciplina.
Uma preocupação, que deve ser comum a todos os profissionais de
construção, é a ventilação adequada dos espaços cobertos, visando sempre a
atividade que ali deverá ser desenvolvida,
Outra preocupação é com o nível de iluminação natural que pode ser
fornecido ao espaço coberto. A promoção de uma boa ventilação e iluminação não
alteram significativamente o custo da obra, mas podem minimizar os recursos
financeiros que seriam dispendidos para promovê-los artificialmente.
Por último, uma discussão sobre a forma e as dimensões dos sistemas
de captação e escoamento das águas pluviais, e da atenção a ser dispensada nas
justaposições de planos de fechamentos e de coberturas, completariam um quadro
mínimo que deve ser inerente ao engenheiro de estruturas.
2.5.1- Ventilação
A ventilação natural de um espaço coberto nada mais é do que a troca
do ar interno, viciado e aquecido, pelo ar externo à edif»eação. Esta troca é realizada
através de aberturas convenientemente dispostas ao longo dos fechamentos laterais
e, em alguns casos mais críticos, também na cobertura da construção.
Para facilitar esta troca de ar. deve-se ter em conta algumas regras
fundamentais que, embora sejam do conhecimento de todos, costumam ser
esquecidas. Dentre estas regras as mais importantes são:
57
1- Para retirar um determinado volume de ar de um ambiente deve ser introduzido um
volume de ar igual ao que se quer retirar. Deste modo, as aberturas de saída devem
possuir uma área levemente maior (-1 0%) que as aberturas de entrada, pois como se
sabe o ar aquecido aumenta de volume.
2- O aumento de volume do ar implica em uma menor densidade, logo as aberturas
de entrada devem estar próximas do solo, e as de saidas o mais aJto possível,
favorecendo desta forma o efeito "chaminé".
3- A localização das aberturas deve atender ao sentido do vento dominante de modo
a direcionar o fluxo ao longo de toda a construção, assim as entradas devem estar
no lado do edifício que recebe o vento e as saídas no lado oposto.
4- Para atividades industriais sem grandes fontes geradoras de calor, as aberturas
podem ser dimensionadas para um volume correspondente a uma troca de ar a cada
30 minutos, admitindo-se a velocidade do ar nas aberturas de 0,15m/s. Portanto a
área das aberturas deve ser:
V=A.t.v
Onde: V= volume do espaço a ser ventilado
t = tempo previsto para uma troca do volume de ar contido no ambiente
v = velocidade do ar nas aberturas
A = área das aberturas.
5- Atentar para o pé direito da cobertura, que beneficia a circulação do ar, e ameniza
os efeitos de irradiação de calor do telhado. Nas coberturas industriais sem
isolamento térmico é recomendado um pé direito mínimo de 6 metros.
58
a! AO LONGO DE UM SHED
bl EM COBERTURAS COM DUAS A'GUAS
EM COBERTURAS COM DUAS ÁGUAS E LANTERNIM
Fig. 2.5.1.a- Fluxo de ar em edifícios industriais
A localização das aberturas de saída nos SHEDS permite uma
ventilação quase que total do espaço, conforme está esquematizado na figura 2.5.1.a,
entretanto, nas coberturas em duas águas ou em arco pode acontecer uma área de
estagnação na parte alta do telhado, como também está esquematizado na f~gura
citada.
59
Esta área de estagnação pode não ser preocupante em construções que
se destinem a abrigar processos ou equipamentos que emitam pouco calor. Porém,
quando houver forte emissão de calor pode-se providenciar aberturas de saída na
parte alta do telhado, conhecidas como lanternim. Na figura 2.5.1.a, também está
esquematizado o fluxo de ar dentro de uma cobertura em duas águas com lantemim.
Existem vários tipos de lanternins, mas o mais eftciente é aquele
desenvolvido ao longo da cumeeira. Em algumas situações pode ser utilizado o
lanternim transversal ou ventiladores mecânicos pontuais.
Os esquemas de tiragem dos lantemais mais usuais são a lateral e a
ascendente, assim chamados em função do direcionamento do fluxo que os mesmos
realizam.
Do ponto de vista estrutural a estrutura dos lanternins deve possuir todas
as qualidades descritas para os sistemas portantes, ou seja, deve possuir estabilidade
em todos os planos. Esta estabilidade normalmente é conseguida por
contraventamentos racionalmente dispostos.
-----.::~
~ ~3"~ c-=----_ o) Lonternim com venezianos
-_l- ---
~ ~:;T-~ "-------b l Lonternim sem venezianos
c) Lonterntm de outo-exoustõo
dl Convencional
el Poro grandes aberturas 1 -vento
t -saÍdo de or do galpão
3 -chuva
fl Para pequenas aberturas
60
As saídas de ar, quer nos fechamentos quer nos lanternins, podem ser
fixas, desde que não permitam a entrada de chuva ou umidade. As entradas de ar,
em algumas coberturas podem precisar de regulagem, para adptar o fluxo de ar às
condições atmosféricos. acelerando a troca nos dias quentes e reduzindo nos dias
frios. Existem no mercado vários tipos de venezianas reguláveis, tanto com palhetas
na horizontal como na vertical.
Quanto às saídas, sempre abertas, não há com que se preocupar, pois
se não entrar ar na construção, evidentemente não poderá sair. A opção de regular
as entradas deve-se principalmente à facilidade de acesso que as mesmas
proporcionam, uma vez que quase sempre se situam ao nível de operação manual.
2.5.2- Iluminação
A iluminação de um espaço coberto consiste em permitr a entrada, de
maneira controlada e com uma distribuição o mais uniforme possível, da luz solar no
espaço coberto ou sobre a superfície de trabalho da edificação.
A superfície de trabalho, que é o plano paralelo ao piso da construção
no qual devem ser desenvolvidas a maioria das atividades previstas dentro da
edificação, não deve receber a incidência direta da luz solar. Esta incidência pode
provocar ofuscamento ou picos de intensidade de luz, fenômenos bastante
desconfortáveis e que podem ser causadores de acidentes de trabalho.
Nas construções em estruturas metálicas, a iluminação usualmente é
realizada através de grandes superfícies envidraçadas, ou de telhas translúcidas
colocadas em janelas, lanternins ou outras aberturas projetadas com esta finalidades.
Deve-se procurar conciliar, sempre que possível, as áreas de iluminação com as de
ventilação obtendo com este procedimento uma redução no custo das esquadrias
totais da obra.
Para determinar a área mínima de entrada de luz para uma edificação,
bem como a melhor posição destas áreas tornam-se necessárias algumas
observações específicas sobre o assunto.
63
Inicialmente deve-se procurar conhecer a trajetória aparente do sol no
local da construção. Esta trajetória, que varia em função da estação do ano, define
valores máximos e mínimos para a inclinação dos raios solares, que possibilitam
determinar a melhor orientação da planta da edificação ou a melhor localização das
aberturas de iluminação quando não for possível alterar a orientação inicial.
Para as condições de insolação do nosso hemisfério, a melhor
orientação para uma edificação, do ponto de vista da higiene habitacional, seria
aquela em que todas as fachadas fossem ensolaradas o ano todo.
Quando não for possível atender a recomendação anterior, deve-se
estudar a melhor maneira de distribuir uniformemente esta insolação. Para o nosso
hemisfério, a posição mais crítica seria aquela onde o eixo da construção ficasse
orientado na direção norte/sul, quando então a fachada norte receberia sol o ano
todo, a fachada sul não receberia sol nenhum e as fachadas leste/oeste receberiam
sol em horários alternados.
Na figura seguinte estão esquematizadas as trajetórias aparentes
máximas do sol para os solstícios do inverno e do verão para o hemisfério sul.
·ZENITE
MEDIANO L_O __ CA_L -----,
I
I I
~~ a ~v
SOLSTÍCIO DE
\VERÃO
\
Fig. 2.5.2.a- Trajetórias Aparentes do Sol
64
SOLSTÍCIO DE
~ INVERNO
Considerando que as inclinações extremas da eclitica, inclinações que
o plano do equador faz com o plano de translação da terra, são de 23° 27', tanto no
solstício de inverno como no de verão, pode-se determinar os ângulos Uy e a.; pelas
expressões:
sendo 13 a latitude do local. Para a cidade de São Carlos que está na latitude de
23°01'05"(catedral), têm-se respectivamente:
\
PLANO DE TRABALHO
I 0,75 m
Fig. 2.5.2.b-lnclinações extremas dos raios solares na cidade de São Carlos, SP, às
12 horas.
Os ângulos mostrados na figura 2.5.2.b permitem determinar o vão
necessário do beiral e localização tanto das aberturas de iluminação como dos
65
equipamentos destinados a protegê-las como venezianas, quebra-sol, etc.
Quando, por razões estruturais, estéticas ou mesmo de custo, tais
equipamentos não puderem ser usados, devem ser empregados materiais.
translúcidos como as chapas de plástico, ou de vidro para a vedação destas.
aberturas.
Conhecida a trajetória dos raios solares e a maneira de filtrá-lO$ ou
mesmo barrá-los, pode-se discutir agora a disposição e as dimensões das superfícies
de iluminação, que vão determinar a intensidade de luz por unidade de área,
conhecida como aclaramento, que incidirá sobre a superfície de trabalho.
Os valores de aclaramento horizontal ao ar livre, podem variar desde
zero até 100.000 lux no transcorrer do dia e de acordo com as variações sazonais.
A norma NBR-5413 e a norma alemã DIN-5034 adotam como referência padrão o
valor de 3.000 lux, para um dia de inverno, com céu encoberto e ao ar livre.
O aclaramento no interior da construção pode ser determinado em
função desta referência padrão e de dois outros parâmetros, conhecidos como
quociente de luz e coeficiente de diafanidade.
O quociente de luz mede o quanto da luz proveniente da abóboda
celeste incide sobre um ponto qualquer do espaço coberto, passando através das
aberturas de iluminação, e o coeficiente de diafanidade expressa a quantidade de luz
que realmente passa pelo material que veda a superfície de iluminação.
A determinação do quociente de luz pode ser feita graficamente, como
está ilustrada na figura 2.5.2.c.~
//
~'
SUPERF(CIE DE TRABALHO
PISO
Fig. 2 .5 .2 .c- Determinação Gráfica do Quociente de Luz
66
A parte da abóboda celeste visível do ponto P fica limitada pelos
segmentos L1L2• Com centro em P traça-se um semi-círculo com raio conhecido, que
simula a abóboda celeste. As linhas que ligam o ponto às extremidades dos
segmentos definem sobre o semi-círculo o arco M 1M2 • A projeção do arco sobre a
superfície de trabalho define o segmento N1N2 .
A física elementar ensina que o aclaramento de um ponto é proporcional
a quantidade de raios que incidem sobre o ponto e os senos dos ângulo de
incidências dos raios na superfície que contém o ponto. Integrando-se, portanto, os
raios limitados pelo arco M1M2 , multiplicados pelos senos respectivos encontra-se o
segmento N 1N2 sobre a superfície de trabalho. Se, ao ar livre e incidência de luz da
abóboda celeste é de 100%, e pode ser representada pelo diâmetro do semi-círculo,
para o ponto P, interno ao edifício, o segmento N1N2 representa o quanto desta
incidência total atinge o ponto.
Para calcular o valor desta incidência, chamada de quociente de
iluminação, basta dividir o segmento N1 N2 pelo diâmetro do semi-círculo, ou seja:
S = N1N/D
Quando existir mais de uma abertura de incidência de luz sobre o ponto,
o quociente total do ponto será o somatório dos coeficientes de cada abertura.
Outra observação importante é a de que as dimensões e a localização
das superfícies de iluminação influenciam diretamente o aclaramento do ponto.
Estendendo-se o procedimento gráfico para os demais pontos da
superfície de trabalho contidos na mesma seção pode ser obtida a curva de
aclaramento da seção.
67
o o
~ b-~-1_ --------- J
25000
~~~~~ a) Fo1xos de llum1naçõo
ncs paredes 1ctero1s
Ç5002_
~:~~ o~::~:ói~
c) Fa1xas de iluminação na cobertura.
r- --~---2.5. oca _____ _,
%==~==-~-----za~--::.....=- ~~~~ .. --~
I:Wtirriiilti Tronversal
25000
~~~ b) Fa1xas de dum1naçõo
em lantern·Jns opostas
d J Lantern1m com cobertura em telhas translúcidas_
25000
Longit~inol
e) Shed de dente reto.
Fig. 2.5.2.d- Curva de Aclaramento
A curva de aclaramento permite corrigir tanto a posição, como as
dimensões das aberturas, pois tanto melhor será a iluminação interna quanto mais
uniforme for a curva de aclaramento. O coeficiente de diafanidade depende do tipo de material a ser
empregado na vedação das superfícies de iluminação e das impurezas que podem
68
aderir, ao longo do tempo, a estes materiais. A determinação deste coeficiente é
realizada em laboratório, e os valores para os materiais mais empregados são os
seguintes:
MATERIAL COEFICIENTE
(%)
Vidro Uso - Incolor 90
Vidro esmaltado (Fosco) incolor 70
Vidro aramado- incolor 75
Vidro solar verde (ray-ban) 40
solar azul escuro (fumê) 35 \
Telhas de PVC-branca (incolor) 75
Amarela (marfin) 74
Verde 57
Azul 54
Vermelha 51
INCLINAÇÃO DA SUPERFÍCIE
45° 73
60° 78
goo 94
Caso exista mais de uma superfície, interpondo~se à passagem da luz,
o ooefaciente de diafanidade total será o produto dos coeficientes de cada superfície.
O aclaramento final ~sobre a superfície de trabalho será obtido pela
multiplicação do coeficiente de dlafanidade (-rJ pelo quociente de luz ou de iluminaçAo
69
(Q) obitido pelo processo gráfico e pelo aclaramento do dia padrão (s).
BP = S:tk.3000
Para saber se o aclaramento encontrado é satisfatório, pode-se
compará-lo aos valores considerados mínimos fornecidos pela norma NBR-5413, para
diversas classes de trabalho. Caso o aclaramento seja menor, pode-se procurar
melhorá-lo ou aumentando as superfícies de iluminação ou alterando as suas
disposições. Quando não for possível melhorar o aclaramento a solução será a
iluminação artificial.
TABELA DE ACLARAMENTO POR CLASSE DE TRABALHO VISUAL (NBR-5413)
ACLARAMENT
CLASSE DE TRABALHO MÍNIMO EXEMPLOS (LUX)
Ambientes não destinados a 100 DEPÓSITOS/ESTAR
trabalho visual (mínimo)
Ambientes destinados a trabalho 150 ALMORXARI FADO
muito bruot. (minimo)
CLASSE I- Observação visual CLASSE I-Serralheria,
simples e variadas - trabalho 250/500 soldagem1 forjaria 1
bruto laminação, etc.
CLASSE II- Observação continua de CLASSE II-Tornearias,
detalhes médios - trabalho normal 500/1000 serraria, montagem de
grandes peças 1 etc.
CLASSE III-Observacão continua e CLASSE I I I-Tornearias
precisas - trabalho fino 1000/2000 de precisão, montagens
delicadas, leitura de
desenhos, etc
CLASSE IV - Trabalhos muito finos acima de CLASSE IV-Máquinas
2000 de alta precisão,
relojoaria, etc
70
2.5.3-calhas e Rufos
Nas coberturas onde se toma necessário o emprego de calhas e tubos
de queda para a remoção de águas pluviais, na ausência de cálculo mais preciso,
deve ser feita uma verificação da capacidade de escoamento destes equipamentos,
para evitar transbordamentos ou gastos excessivos de material.
Para que uma calha, ou um tubo de queda, apresente um bom
desempenho, é necessário que a sua capacidade de escoamento seja, no mínimo,
igual ou superior ao volume de água que se precipita na superfície sob sua
responsabilidade, em um determinado intervalo de tempo.
As precipitações pluviométricas máximas, para a nossa região, situam-se
próximas dos 150mmlhora. Este valor conduz a uma vazão da ordem de 42x10-e
m3/s/m2, pois como se sabe:
Q = Ai = 1m2 150 (mm/ h) ~ 42x10 6m 3 I s/m2
3600x1000
onde A = área da precipitação assumida como de 1m2
i = intensidade das chuvas, assumida como de 150mmfh
Para conhecer a vazão total que ocorrerá na calha, basta multiplicar Q
pela área do telhado a ser atendido pela calha.
A vazão na calha, que deve ser maior ou igual a esta, pode ser
expressa, segundo MANNING, em função da velocidade de escoamento e da área
da calha (s),
Q=vx.S
e a velocidade, por sua vez, pode ser expressa em função da forma e da declividade
da calha e do material de que é constituída,
71
onde, d =declividade da calha, que deve ser maior do que 0,5% para possibilitar que
a força de arrasto faça a limpeza dos materiais como poeira ou folhas que se
depositam no fundo. É usual adotar valores para d entre 0,5% e 1%.
n=coeficiente que depende das paredes da calha, para os aços o valor é 0,011.
R= raio hidráulico, que é a razão entre a seção líquida (área molhada) da calha
e o perímetro molhado.
Substituindo v na expressão de O, encontra-se a equação de Manning,
na sua apresentação mais usual, ou seja:
As calhas de seção retangular tem a seção mais economica quando a
base é o dobro da altura. Nesta condição o raio hidráulico será igual à metade da
altura e com d = 0,5% e n = 0,011 tira-se da expressão de Manning o valor mínimo
da altura da calha, dado como:
h= 0,5 0 318 = 1 ,10A318
onde A representa a área do telhado a ser atendida pela calha, em m2, encontrando
se h em centímetros.
Para as calhas de seção circular, o raio hidráulico será igual a um quarto
do diâmetro, e com os mesmos valores para d e n encontra-se a expressão que
determina o diâmetro mínimo:
D = 1,2 0 318 = 2,70 A318
72
e como no caso anterior, entra-se com A em m2 e obtém-se D em centímetros.
Os tubos coletores, ou tubos de queda, quando inclinados podem ser
dimensionados pela expressão anterior. Quando verticais, suas seções podem ser
determinadas pela seguinte expressão.
onde, Cd =coeficiente de descarga, com valores próximos de 0,35.
S = seção do condutor em m2
g = 9,81 m/s2
H= altura da lâmina d'água na calha, em m.
Q =vazão do condutor, em m3/s, que deve ser igual à vazão da calha.
Ficam assim determinadas as seções mínimas, tanto das calhas, como
dos condutores.
Existe uma regra clássica para a determinação da área das calhas e dos
condutores, que recomenda utilizar 1 cm2 de área da seção transversal tanto nas
calhas como nos condutores para cada m2 de telhado e ser drenado. Esta regra, pode
levar a valores contra a segurança em telhados pequenos ou, a valores anti
econômicos nos telhados grandes, além de não fornecer a altura mínima que a calha
deve possuir no seu ponto de máxima captação.
Uma outra observação importante diz respeito à ligação da calha nos
condutores. Nestes pontos, para impedir a formação de vórtices e para aumentar a
altura da lâmina d'água, que propicia um melhor escoamento no tubo, conforme pode
ser observado na equação anterior, deve ser instalada um caixa de pressão também
conhecida como coifa.
i: I I
~r ,__~~~
V[
I
!
;v.det."B" !
Visto
:
Visto
Detalhe "A"
Fig. 2.5.3.a- Caixas de Pressão
.·
Corte transversal
o)Transicào cônico
Corte transversal
b) Transição com trooco de pirâmide
Detalhe "s"
As seções mais empregadas nas calhas das coberturas metálicas são
a retangular, a trapezoidal e a semi-circular. Normalmente a forma da seção é
definida pela disposição dos elementos estruturais.
74
Quanto aos sistemas para a fabricação das calhas, empregam-se
chapas finas de aço, galvanizadas ou pintadas e em alguns casos chapas grossas de
aços resistentes à corrosão.
As calhas confeccionadas em chapas finas necessitam de suporte, em
média a cada 1 metro. As calhas em chapas grossas são auto-portantes, podendo
vencer os vãos usuais entre pórticos.
0 LJ Semi- círculo Retangular Trapezoidal
a) Calhas de beiral
u u \_} Semi- círculo Retangular Trapezoidal
b) Calhas internas
Fig. 2.5.3.b- Seções Usuais de Calhas
75
RUFO EM CH. ZINCADA ----------... TELHAS OU GALVANIZADA
SUPORTE P/CALHA A CADA
METRO (CHAPA 3 A 5mmx38 A 50mm)
a l AUTO-PORTANTE b l EM CHAPA FINA
TELHAS
cl AUTO- PORTANTE EM SHED d l AUTO-PORTANTE EM DUAS ÁGUAS
Fig. 2.5.3.c- Fixações de Alguns Tipos de Calhas
Os condutores usualmente são em tubos de aço galvanizados ou não,
em fibro cimento ou em PVC. Devem ser fixados por abraçadeiras ou outros
dispositivos à estrutura para impedir que o vento ou outras ações os retirem da
posição.
76
Quanto à quantidade de condutores, deve-se dar preferência a um
número maior com diâmetro menor, pois em caso de obstrução, parcial ou total de
um condutor, o escoamento não fica seriamente comprometido. Deve-se adotar no
mínimo dois condutores porca lha, usualmente localizados próximos das extremidades
da calha.
: I TUBOS DE QUEDA
I
t
_ ÁREA DE CONTRIBUIÇÃO DE ' CADA CALHA OU CONDUTOR
/ /
~~~------~~~~
~ !
Fig. 2.5.3.d- Esquemas de Calhas e Tubos de Queda em uma Cobertura Duas Águas
Tão importante quanto a captação das águas pluviais, são os detalhes
de vedação dos fechamentos, para impedir a entrada de umidade ou mesmo de
chuva no interior da construção.
77
Para esta finalidade empregam-se chapas de aço, galvanizadas,
convenientemente dobradas e fixadas, denominadas de rufas.
Na figura 2.5.3.c pode ser observada a colocação de um rufo ao longo
do fechamento longitudinal, que evita a infiltração junto à calha como também no topo
do fechamento.
Nos encontros dos fechamentos frontais com a cobertura também
tornam-se necessários alguns rufas, como mostrado na figura 2.5.3.c.
RUFO
/
L.""" FIXAÇÃO DO RUFO
'
// L C IN TA DE CONCRETO P/
APOIO DAS TERÇAS
Fig. 2.5.3.e- Esquemas de Rufos Frontais
78
RUFO
No encontro dos fechamentos longitudinais, quando o telhado por
qualquer motivo não possuir beiral, deve-se providenciar um rufo como o mostrado
na figura seguinte.
i I I
Fig. 2.5.3.f- Rufos Longitudinais
79
3- PROCEDIMENTOS DE CÁLCULO
Definido o tipo de telha a ser empregada, sistema estrutural, aberturas de
ventilação, iluminação e passagem, bem como as ações que vão solicitar a estrutura,
pode-se passar à análise dos procedimentos de cálculos usualmente empregados no
dimensionamento dos diversos elementos estruturais que compõem os sistemas
portantes.
3.1. TERÇAS
As terças podem ser dimensionadas como vigas biapoiadas ou como
contínuas.
O dimensionamento como viga contínua conduz a perfis mais leves, entretanto,
devido ao seu comprimento, ou por ser superior ao comprimento de fabricação dos
perfis usuais, exigindo a execução de emendas de oficina ou de campo, que
encarecem o custo do elemento, ou por encarecer os custos de transporte e
içamento. acabam não contribuindo para a redução do custo final da obra.
O dimensionamento como viga biapoiada permite uma padronização das
terças de todos os vãos, com comprimentos sem emendas, fáceis de transportar e
de montar. Por tais motivos este é o esquema estrutural usualmente mais empregado.
Quanto ao tipo dos perfis a serem empregados, a escolha é função do tipo da
telha, intensidade das ações e do vão a vencer.
1
Para vãos menores que 8m e com telhas leves, a seção mais empregada é em
"U", laminada ou obtida por dobramento a frio de chapas finas. Nos vãos acima de
8 ou 1Om, ou para as telhas auto-portantes do tipo canaleta, podem ser necessárias
seções do tipo "I" ou mesmo treliçadas.
Como as terças de coberturas trabalham, quase sempre, em planos não
horizontais, para as solicitações verticais, como de peso próprio ou de sobrecargas,
ocorre uma flexão oblíqua. Para facilitar o dimensionamento, costuma-se decompor
o carregamento segundo os planos da seção superpondo depois os efeitos
introduzidos pelas duas componentes.
'1
Fig. 3.1.a- Decomposição de Carregamento
Deste modo, a terça fica submetida à ação Px no plano x-x e à ação de pY no
plano y-y.
O perfil escolhido para a terça deve possuir resistência suficiente para resistir
à ação Px• em um esquema estático biapoiado. Entretanto para o plano y-y a sua
resistência é muito menor, exigindo ou que se reforce a seção ou que se reduza o
vão. Reforçar a seção é uma solução muito cara, pois consumirá uma quantidade
apreciável de aço, enquanto que a redução do vão teórico pode ser obtida facilmente
com a introdução de um ou quantos tirantes se fizerem necessários.
Portanto, no plano x-x a terça será considerada como biapoiada e no plano y-y
como viga contínua com tantos apoios intermediários quantos·se fiZerem necessários.
As ações mais usuais em terças de cobertura ou de fechamento são:
2
p1 .Peso própr1o do perm- possui distribuição uniforme segundo o vão, e o seu
valor depende das dimensões e do tipo do perfil escolhido, sendo obtido de
catálogos dos fabricantes.
p2 .Peso próprio das telhas - também com distribuição uniforme segundo o vão,
o seu valor é obtido pela multiplicação da largura de influência (espaçamento
entre terças) pelo respectivo peso da telha a ser utilizada.
q1 .Sobrecarga - com distribuição uniforme segundo o vão e com o valor obtido
pelo conceito de área de influência.
q2 • Sobre pressão oo sucção devidas ao vento -esta ação é sempre perpendicular
ao plano da cobertura e a aplicação às terças é feita com distribuição uniforme
segundo o vão. O valor nominal é determinado pela largura de influência
multiplicada pelo valor obtido, para a sucção ou sobrepressão, segundo a norma
respectiva, NBR 6123.
q3 • Carga coocenb"ada - para cobrir a possibilidade de que durante a montagem
ou durante manutenções possam acontecer carregamentos não previstos, CO"'!O
o peso de operários sobre as terças ou o empilhamento de várias telhas, deve ser
suporposta às demais ações (a menos do vento) uma ação concentrada no ponto
mais desfavorável do vão. O valor nominal desta ação pode ser faxada pelo
ca!culista, sendo que usualmente utUiza-seconsiderarumvalorde 1, OkN (100kgf)
aplicado no meio do vão.
p3 • Peso próprio de contraventamentos e de Urantes - como valor médio
recomenda-se utilizar de 0,01 a 0,02kgf/m2 que multiplicado pela largura de
influência conduz a uma ação com distribuição uniforme segundo o vão.
q4 • Ação do cordraventamento - as terças que são utilizadas como escora do
contraventamento devem ser verificadas para uma combinação de carregamentos
que incluam os esforços de compre$$ão introduzidos pelo contraventamento.
3
Estas terças, quando necessário, devem ser reforçadas.
As ações citadas definem as combinações destinadas a verificar a
possibilidade de ocorrência dos estados limites possíveis:
Para o estado limite de utilização, deve-se verificar a flecha máxima
nos dois planos da seção dos perfil:
a fr.e(P1x+P2x+P3x) -para o plano x-x
ty.e(Ply+P2y+P3y) -para o plano y-y
As combinações despfavoráveis para o estado limite último serão:
a Ir .f (plx +p2x +p3x) +y q ( qlx +%x) +y q'IJ o (% +q;~) L r .e (ply + P-;.y + P3y) +r q ( %y +%y)
b Ir .f (plx +p2x +p3x) +r q'IJ o ( qlX +q3x) +y q ( q2 +~) l r .e <Ply +P-;.y +p3y) +y qt o< q2y +%y)
As combinações favoráveis são:
a fy.e<P1x+P2x) -yq(q2+q4)
l r f <Ply +p2y)
A ação q2 , por ser normal ao plano das telhas, não possui
componentes segundo este plano.
As combinações anteriores definem os esquemas estáticos
apresentados na Figura 3.1.b.
4
Nesta figura são apresentados os esquemas de carregamento e de
solicitações nos dois planos de uma terça, sendo que no plano y-y é apresentado
o esquema que utiliza apenas um tirante central e o esquema com dois tirantes.
Os valores indicados na figura permitem determinar facilmente as solicitações
tanto nos tirantes como no perfil da terça. px
DMF DMF
...!1_ DEV 2
pQ.
Jl./2
fmãx= f ( x = 0,2111): 0,13 py~4/384 EI
b. 1) Com um tirante
DMF
Q3x/2 DEV P-'-'.......,.......,...1-fo-r""'!-.-,....,..~
Q3x/2
_ .Q.. Q3x9.. 3
fmáx= f ( x - - )= --2 48EI
b.2)Com dois tirantes
a) Plano x-x bl Plano y-y
Fig. 3.1.b- Esquemas estáticos e de solicitações em terças de cobertura ou de
fechamento
Para as terças em perfis laminados, a NBR-8800 apresenta, no item
5.6.1.3.1, a equação que faz a interação das solicitações nos dois planos.
5
onde:
momentos de cálculo em tomo dos eixos x-x e y-y
respectivamente, em uma mesma seção.
resistência de cálculo à flexão em tomo dos eixos x-x
e y-y respectivamente, tomando cb = 1 ,0.
Esta equação permite verificar se o perfil escolhido resiste às
solicitações impostas ou não. Como critério de economia costuma-se adotar
perfis que trabalhem com no mínimo 90% da sua capacidade, admitindo-se em
alguns casos que esta capacidade seja ultrapassada no máximo em 5%.
A equação anterior é válida para perfis com dupla simetria.
Entretanto, os perfis monossimétricos, como é o caso dos perfis '"U", quando
impedidos à torção, por terem a aba comprimida contida lateralmente, também
podem ser dimensionados por esta equação.
Por este motivo é importante que a fixação das telhas, sempre que
possível, seja feita por parafusos ou por solda.
Uma outra forma de aumentar a estabilidade da mesa comprimida
consiste em faxar os tirantes próximo desta região como mostrado na Fig. 3.1.c.
~ \ ~·.
\
Fig. 3.1.c- Posição dos Tirantes
6
Quanto à flecha admissível, o anexo C da NBR-8800 fornece. as
seguintes recomendações:
-Terças, suportanto elementos de cobertura inelásticos:
f/ t s 1/240 (telhas de fibro-cimento)
- Suportanto elementos de coberturas elásticos:
f/f s 1/180 (telhas de aço ou alumínio)
As terças que são utilizadas como escoras na formação dos
contraventamentos da cobertura, ficam solicitadas também por esforços de
compressão. Para este caso devem ser feitas duas verificações, uma para o
estado limite de escoamento e outra para a estabilidade global da peça. Estas
verificações estão implícitas nas equações que a norma apresenta no Hem
5.6.1.3.1.
Da mesma forma que as terças submetidas apenas à flexão, mesmo
sendo oblíqua, as equações só são aplicáveis a perfis que não apresentem
possibilidade de sofrerem torção, quer seja por serem bi-simétricas, quer seja pela
aplicação do carregamento no centro de cisalhamento, no caso de perfis
monosimétricos.
Para os perfis monosimétricos sem contenção lateral adequada e
que possam apresentar torção, a norma NBR-8800 apresenta no Hem 5.6.2 as
equações que permitem fazer a verificação dos estados limites aplicáveis.
Vale lembrar que as tensões denominadas fdn e fdv são calculadas
levando em conta os efeitos da flexo-torção. Para este assunto, que normalmente
não é visto em cursos de graduação, relacionam-se as publicações da EESC, no
item correspondente.
7
O dimensionamento dos tirantes é feito usualmente pelo mais
solicitado adotando-se esta seção para os demais. Os tirantes mais solicitados
são os que estão próximos da cumeeira, pois os mais afastados transferem as
suas solicitações para estes tirantes extremos.
Na~ coberturas em duas águas os esforços nos tirantes de um plano
são equilibrados pelos esforços do outro plano, o que toma necessária a ligação
entre as duas terças extremas.
LINHA DO TAPAMENTO FRONTAL
VARiÁVEL
r-\p t-i ~ ! I I
I i ---i 1-- I I ! I ,I i I I
I I I
I I I )i lt::: -I \ "'
...... .... ....... ~ !(" ... _j
I ---l ........ ,,"" ................. o(' H i y~ I i
I l OET. DETALHE·~·
r \ I
I ,I ~
I I I I I
--+---t----:[:-1, t + I i I T ~p
Fig. 3.1.d- Equilíbrio das Solicitações nos Tirantes dos Planos de Cobertura em
Duas Águas
8
Nas coberturas onde não é possível equilibrar as solicitações de
planos opostos, pode-se dispor tirantes inclinados no último espaçamento de
modo a transferir estas solicitações para os apoios das terças. Esta situação
ocorre em coberturas com uma água, coberturas com lantemim e nos
fechamentos laterais.
I
I
o <.)
..... a::
-o c..
ESCORA, EM CANTONEIRA OU OUTRO i>ERFIL LEVE
~-+--TIRANTES
o ~ la:: o c..
INCLINADOS 0
Fig. 3.1.e- Esquema de Tirantes Inclinados
Em algumas situações os esforços dos tirantes do fechamento podem
ser transmitidos diretamente para as escoras de beiral, quando então estas peças
devem ser verificadas para resistirem também a este tipo de solicitação.
9
r- ESCORAS
o) DETALHES DAS SEÇÕES TRANSVERSAl S b l PLANO DO FECHAMENTO
Fig. 3.1.f- Fixação de Tirantes nas Escoras de Beiral
Os perfis ia minados ou soldados podem ser dimensionados pela NBR-
8800 Para os perfis em chapa dobrada, deve-se necessariamente aplicar a NB-
143 ou outras normas estrangeiras específicas.
3.2- Corrtraventamentos
As forças que agem na estrutura de um contraventamento tais como
as resultantes do vento ou provenientes de imperfeições geométricas da estrutura
principal, não tem sinal pré-fiXado, isto é, podem ser ora de tração, ora de
compressão.
Como consequência, é necessário definir o comportamento da
estrutura, isostático ou hiperestático, para que fique definida também a geometria
e para que seja possível fazer seu dimensionamento.
Se for considerado um contraventamento em diagonais pode-se por
exemplo analisar um trecho genérico (figura seguinte) dessa estrutura. Esta
10
TIRANTES
estrutura seria hiperestática, e sua solução, pelo menos no campo das pequenas
deformações, depende de sua configuração geométrica, sendo necessário fazer
A,...e = ioco• deformações que correspondem ao alongamento da diagonal tracionada
AB e ao encurtamento da diagonal comprimida CO.
b) c)
Fig. 3.2.a- Comportamento de Contraventamento
Se a relação entre a solicitação axial N e a variação do comprimento
da haste for igual para as duas diagonais, as solicitações axiais nessas duas
hastes seriam iguais, em valor absoluto. A estrutura poderia ser considerada como
uma superposição de duas estruturas isostáticasquetrabalham em paralelo sendo
sua solução imediata.
As diagonais podem no entanto ter entre si comportamento
substancialmente diverso. A haste comprimida CO pode não ter comportamento
linear porque permanecendo elástica, irá fletir pelo efeito instabilizante da
compressão axial. Tal desvio do comportamento linear é tanto mais acentuado
quanto mais elevado for o índice de esbeltez da haste.
Para um índice de esbeltez relativo à condição geométrica ..tr.AB = .Aco·
a solicitação axial Nc na diagonal comprimida é substancialmente inferior a Nt
presente na haste tracionada. Surgem daí duas possibilidades de interpretação
11
para o comportamento do contraventamento.
Pode-se dimensionar o contraventamento com diagonais tracionada e
comprimida. Isto é, usar uma diagonal de esbeltez reduzida (Ã < 100) afim de que
seja possível desprezar a diferença de comportamento entre a haste tracionada
e a comprimida. A solução está representada na figura seguinte, onde as duas
diagonais colaboram para resistir à força cortante.
N\ I I I ! I
I I 1/ v
C)
Fig. 3.2.b- Deformações Relativas nas Diagonais
b)
Pode-se dimensionar o contraventamento com diagonais apenas
tracionadas, isto é, usar diagonais de elevada esbeltez (Ã>200) para se assegurar
que mesmo flambando, ainda permaneçam elásticas e eficientes para resistir à
tração toda vez que as forças externas se inverterem.
O dimensionamento do contraventamento de acordo com este último
critério é mais econômico, porém conduz à maior deformabilidade da estrutura.
Além disso, a eventual flambagem da haste comprimida não recomenda o uso
dessa solução se o contraventamento ficar próximo à fachadas ou paredes
divisórias (por razões estéticas). As mesmas considerações são aplicáveis a
outras tipologias de contraventamentos. Por exemplo, o contraventamento da
figura seguinte, feito com duas hastes inclinadas ligadas a uma viga horizontal
12
resistente à flexão, pode ser calculado segundo um dos esquemas da figura
conforme for considerada ou não a resistência à compressão da haste inclinada.
Segundo o esquema da figura seguinte a estrutura pode ser
considerada como reticu la da, composta somente de hastes solicitadas axial mente.
Em particular a haste "a" ficará tracionada e a haste "b" comprimida.
É necessário verificar se as hastes inclinadas são adequadas para
resjstir às solicitações de compressão.
Segundo o esquema desta figura, só é considerada a haste inclinada
tracionada ''a" e em consequência a viga "C" deve colaborar à flexão para resistir
à força externa H.
Mesmo nesse caso, o dimensionamento poderá ser econômico se as
hastes inclinadas não forem prejudicadas pela flambagem, permanecendo
elásticas, e devendo portanto ser de esbeltez elevada.
y ')' I i I I
i I !/
l a)
H /··· •••
Q 7 --- Q;:;·r? Q 'O. .\ I . . ' i I I
I I ' . ' I
\ I I I I \ I I I .
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H çt---rcr---0 --- Q--_,...------y I li\ I f\ I , I \ I
1
1 \ i (2/ \:b: i
\ i/ \\I A 1:/ ~~
J) b
Fig. 3.2.c- Opções de Dimensionamento
y í ··~ ~ "']__---- I I , . I
I I/ -~ _6_
c)
:I
Sem entrar em outros detalhes, o esquema de oontraventamento da
figura anterior pode ser dimensionado segundo dois critérios. O primeiro minimiza
a flexão na viga horizontal e o segundo despreza a resistência à compressão da
haste inclinada em troca de maior solicitação de flexão da viga.
As coberturas constituídas de uma série de treliças reticuladas
13
paralelas entre si (típicas para qualquer edifício industrial) devem ser
contraventadas para limitar o comprimento de flambagem da corda superior, fora
do plano da treliça.
Fig. 3.2.d- Contraventamento de Cobertura
Pelo efeito das imperfeições iniciais da treliça surgem forças H i que se
opõem à flambagem da corda da treliça correspondentemente aos pontos onde
estão ligadas as terças, forças essas equilibradas pelas reações R nos apoios.
Em cada nó de qualquer uma das "n" treliças, está aplicada uma força
H; (figura anterior), ficando assim o contraventamento solicitado por forças nH
sendo "n" número de treliças a serem contraventadas. Tais forças aplicadas ao
14
contraventamento, geram reações nR transmitidas às vigas de beirai, que se
equilibram com as "n" reações de valor R aplicadas às "n" treliças.
Se a flambagem da treliça ocorrer no sentido ilustrado na figura, as
terças ficarão tracionadas por uma força normal máxima nH enquanto que a viga
de beiral fica comprimida.
As cordas da treliça devem ser estabilizadas nos dois sentidos
existindo dois métodos possíveis de projeto para resolver o problema, ilustrado na
figura 3.2.e.
FACHADA EXT~EMA
IX. 2 n-2 n-1 n
Fig. 3.2.e- Cordas de Treliça
Pode-se supor que a cada um dos contraventamentos de fachada
corresponde a n/2 treliças. Minimiza-se assim os contraventamentos, porém as
terças devem ter capacidade de absorver as solicitações de compressão
simultaneamente com os momentos fletores orlginários das ações verticais,
ficando assim sujeitas à flexo-compressão. Nos casos comuns, as terças são de
esbeltez elevada e não tem condições de suportar solicitações de compressão,
mesmo quando essas solicitações forem pequenas.
Pode-se supor que a flambagem lateral das treliças seja impedida
pelas terças que reagem somente à tração. Tal funcionamento ~õe que só
um dos contraventamentos venha a colaborar, de acordo com o sentido potencial
de flambagem das treliças.
15
3.3- Tesouras
As tesouras podem possuir as mais diversas formas, em função da
inclinação do telhado, tipo de telha utilizada, presença ou não de lanternim, etc. Na
definição da seção transversal, normalmente define-se também a forma externa das
tesouras. A forma interna, depende principalmente do afastamento adotado entre
terças.
Para a disposição das barras internas deve-se sempre procurar uma
posição que determine ângulos entre barras o mais próximo possível de 45°, que
como se sabe permite um aproveitamento melhor das propriedades das barras e
facilita a execução dos detalhes das ligações. Outra observação que deve ser
seguida, sempre que possível, é de que as barras com maior comprimento trabalhem
preferencialmente tracionadas e as mais curtas comprimidas, por motivos óbvios do
ponto de vista estrutural.
Quanto aos perfts mais utilizados nas tesouras, encontram-se as duplas
cantoneiras, os perfis "U", la minados ou dobrados ou ainda perfis do tipo "n" denominados "cartola".
Nos banzos, tanto inferior como superior, costuma-se, quando em duplas
cantoneiras, colocá-las com abas paralelas, para permitir um apoio melhor às terças
ou às chapas que ligam as barras que formam os contraventamentos.
Nos montantes ou nas diagonais as cantoneiras podem ser dispostas
em forma de cruz ou bastante afastadas, permitindo assim um acesso à todas as
faces por ocasião do jateamento ou da pintura, diminuindo em muito os perigos de
surgirem pontos com inicio de corrosão ou com acúmulo de poeira.
16
Fig. 3.3.a- Seções usuais em barras de tesouras
A distância entre tesouras é geralmente ditada pelos espaçamentos
entre colunas, que dependem, basicamente, da função a que se destina o galpão.
Quando o espaçamento entre colunas é muito grande, toma-se mais econômico o uso
de tesouras intermediárias, apoiadas em vigas longitudinais nos beirais e às vezes
também na cumeeira. Não havendo restrições, escolhe-se o espaçamento que
conduza à maior economia no custo global de terças e tesouras. A corda superior ou,
no caso de tesouras de alma cheia, a mesa superior, é projetada paralela à cobertura.
A inclinação da cobertura é função do material empregado para cobrimento ou do
efeito estético que se deseja obter, respeitada a declividade permitida para o material
utilizado.
A figura seguinte indica algumas formas de tesouras treliçadas, sendo
a mais utilizada a trapezoidal.
17
o) Paralelo b) Tropezo i doi
c)Triongulor d) PorobÓI i co
Fig. 3.3.b- Formas de tesouras treliçadas
A treliça triangular é utilizada em vãos pequenos. Devido ao ângulo
muito agudo junto aos apoios, apresenta grandes esforços nas barras e detalhes
construtivos desfavoráveis.
As tesouras de cordas paralelas são empregadas principalmente em
vigas de sheds e tesouras atirantadas. As tesouras atirantadas usuais são retas ou
em arco de círculo.
Tirante Pendurai
a) Tesoura atirantada com cordas retas
b) Tesoura atirantada circular
Fig. 3.3.c- Tesouras Atirantadas
18
Nas tesouras treliçadas, rotuladas ou engastadas nas colunas, podem
ocorrer problemas de instabilidade nos trechos comprimidos da corda inferior que não
contam com a contenção lateral das terças. Dessa forma, a tesoura deverá ser
dimensionada de modo que não haja problemas, ou deverão ser tomadas medidas
preventivas, como por exemplo, a utilização de terças com mão-francesa ou o
contraventamento da mesa ou da corda com problemas de instabilidade.
As principais vantagens das tesouras de alma cheia estão no seu
aspecto estético, pequena altura, facilidade de limpeza, pintura e conservação.
Fig. 3.3.d- Tesoura de alma cheia
Tesouras de perfis laminados a quente só são empregadas em vãos
pequenos, onde são economicamente favoráveis. Para vãos grandes empregam-se
perfis soldados, com os quais se conseguem pesos mais reduzidos. O menor peso
com uma tesoura soldada biapoiada é conseguido através da variação da altura.
Também para tesouras de alma cheia pode ser econômico o emprego
de tirantes.
As vigas reticuladas (treliçadas) sejam de nós parafusados ou soldados
são usualmente analisadas segundo um esquema que considera cada haste rotulada
em ambas as extremidades.
19
b)
Fig. 3.3.e- Nós de Treliças
O modelo de cálculo não considera os momentos fletores que surgem
nos nós pelo efeito de solidarização das barras, mas somente tração ou compressão
simples da barra. Um modelo de cálculo assim idealizado está certamente a favor da
segurança se forem satisfeitas duas condições:
. no plano da viga supõe-se que o comprimento de flambagem Lc da haste
comprimida é igual à distância entre as rótulas ideais.
. o diagrama da viga pode ser representado segundo os eixos que passam pelo
centro de gravidade das barras.
Certamente, o comprimento de flambagem das barras é inferior à
distância entre as rótulas idiais, se as hastes forem solidárias entre si. Por outro lado,
os momentos fletores gerados por tal solidarização poderão diminuir a capacidade de
resistência da barra.
Se a haste estiver sujeita à flexo-compressão e for solicitada até sua
resistência máxima, seus extremos começam a girar, o comprimento de flambagem
aumenta, e o comprimento real tenderá a ser igual ao que foi imaginado no cálculo
(pela formação de rótulas plásticas nas extremidades).
20
Se porém o cálculo for feito subestimando-se o comprimento de
flambagem, no estado limite úlimo (isto é, quando os extremos começam a girar)
poderá ocorrer colapso prematuro. Em outras palavras, os momentos devidos à
continuidade da haste podem ser desprezados desde que não seja usado o efeito da
solidarização dos nós como pretexto para reduzir o comprimento de flambagem da
barra.
A segunda condição implica em que os eixos que passam pelos centros
de gravidade das hastes e que concorrem em um nó sejam convergentes nesse
mesmo ponto, considerado como uma rótula ideaL
Tal condição, que deve ser respeitada nos desenhos e na representação
da haste, pode causar dificuldades no caso de haste parafusadas.
As hastes que forem constituídas de cantoneiras, não podem ser furadas
ao longo do eixo que passa pelo centro de gravidade, pois a porca e a arruela
interfeririam com o raio da curva de concordância das abas da cantoneira. Os furos
devem ser executados ao longo da linha de furação, ou seja, de gabarito
I J
--~~-é=])_~ -L=CG ...._____ -N ~ N .
t:::======:;::\ ==~I '----------'
a) b)
N N ---c) d)
Fig. 3.3.f- Excentricidades em Cantoneiras
21
Se os eixos que passam pelos centros de gravidade das hastes
covergem em um único ponto, a chapa do nó ficará sujeita a uma força N que tem
uma linha de atuação coincidente com o centro de gravidade da haste. Os parafusos
são portanto excêntricos com relação a esta e devem ter capacidade de transmitir um
momento M = Ne.
Pelo efeito desse momento, ficam equilibradas a chapa e a haste, que
então ficará solicitada uniformemente por uma força axial N, à exceção das
extremidades onde existirá um momento secundário Ne.
A representação das barras que usam o eixo que passa pelo centro de
gravidade é incômoda para efeito de desenho e para detalhar a chapa de nó, uma
vez que os furos não concorrem em um só ponto.
a)
Fig. 3.3.g- Representação Gráfica de um nó.
Por tais razões, frequentemente é preferível representar a treliça pelos
eixos que passam pela linha de furação.
22
A essa vantagem prática contrapõe-se condições de equilíbrio estático.
Os eixos que passam pelo centro de gravidade das hastes não serão mais
convergentes em um único ponto, mas se interceptam dois a dois nos pontos A-B-C
da figura anterior. Surge assim um momento secundário, como por exemplo o
causado pela força N4 , que é: M = N4xe, que deve ser repartido entre as várias
hastes.
Como tal efeito se repete em todas as hastes, surge em cada haste uma
componente de flexão que a rigor não poderia ser desprezada.
Por outro lado, tais efeitos secundários são geralmente maiores para os
nós mais próximos dos apoios (a solicitação axial N4 é proporcional à força cortante).
Se as cordas superior e inferior forem de seção constante e forem
solicitadas axialmente com intensidade decrescente na direção dos apoios, as
solicitações secundárias de flexão não comprometem a estrutura uma vez que os
elementos do banzo (ou corda), são dimensionados tendo em conta um valor único,
para a força normal. Por tais razões a representação através da linha de furação é
aceitável em estruturas reticulares constituídas de cantoneiras e na ausência de
fenômenos relevantes de fadiga, com a condição de se dimensionar os parafusos de
cada haste para um momento secundário igual a solicitação axial presente em cada
haste e a linha do centro de gravidade.
Os parafusos de cada haste devem ser pelo menos iguais em número
aos de uma estrutura representada pelos eixos que passam pelo centro de gravidade.
3.4. Colunas
Colunas, ou pilares, são elementos estruturais verticais solicitados por
ações axiais de compressão, acompanhadas ou não por momentos fletores e
torsores.
Normalmente, nos edifícios, os pilares são solicitados, além das ações
verticais, por momentos fletores, decorrentes de ações transversais apticadas aos
mesmos ou do engastamento das vigas. Perfis solicitados somente por compressão
23
são escolhidos de forma a terem, sempre que possível, o mesmo índice de esbeltez
nas direções X e Y. Quanto à estabilidade, o perfil mais vantajoso, quando se tem o
mesmo comprimento destravado nos dois sentidos, é o circular. Devido às
dificuldades de ligação, o seu emprego é restrito.
Na figura seguinte são mostrados pilares de um edifício, solicitados por
ações normais e momentos fletores.
Na escolha do perfil deve-se levar em conta, primeiramente, o fator
econômico. Muitas vezes, devido à relação entre o custo do material e o de
fabricação, ou de problemas de limpeza, pintura, conservação e também ao aspecto
arquitetônico, procura-se empregar seções de menor dimensão externa e parede mais
espessa, mesmo que esta solução não seja a mais leve.
Pilar
t ~ ~--------------~
I~ t ----
Pilar
Fig. 3.4.a- Pilares Flexo-comprimidos
O emprego direto do perfil !aminado, quando este atende às solicitações
de cálculo e às considerações de estabilidade, é a opção mais indicada. Os serviços
de fabricação ficam restritos ao corte e à furação ou, adicionalmente, à solda nos
elementos da ligação. Para solicitações maiores, onde não é possível o emprego dos
perfis iaminados, podem ser empregados perfis soldados de seção simples, em I e
H ou em caixão.
Os perfis laminados de abas paralelas são adequados para pequenas
cargas axiais, devido à sua pequena resistência à flambagem, segundo o eixo de
24
menor inércia \( -Y). Podem, no entanto, ser empregados nos casos específicos da
ocorrência de momentos fletores, provocando flexão apenas em tomo do eixo de
maior inércia (X-X). Um caso particular que permite o uso de tais perfis ocorre
quando, devido a um sistema de travamento adequado, o comprimento de flambagem
no sentido Y-Y se tomar muito reduzido.
Para cargas axiais maiores, são mais econômicos os perfis H,
principalmente até a altura da seção de aproximadamente 360mm, nos quais a altura
e a largura do perfil são aproximadamente iguais. Para cargas ainda mais elevadas,
eles podem ser reforçados com chapas, ou podem ser usados perfis soldados,
dimensionados para as condições específicas do pilar em estudo.
A figura seguinte mostra seções transversais de pilares constituídos por
um único perfil laminado e por perfis soldados.
xÍx ~r= li
I
l li ~ r==L 1Y
Perfil I Perfil IP Perfil HPL Perfil HPM Perfil HPP
a) Perfis laminados
Perfil I Perfil H Perfil fechado
b) Perfis soldados
Fig. 3.4.b- Seções Transversais Simples
25
Os perfis de seção fechada (perfis caixão), possuem grande resistência
à torção e bom aspecto estético, apresentando, porém, dificuldade construtiva nas
emendas e ligações com vigas, o que limita o seu emprego.
Nos casos de ocorrência simultânea de ação axial e elevado momento
fletor, ou quando o comprimento de flambagem for grande, uma solução muito
utilizada na prática é a combinação de perfis laminados com chapas.
I I DO Fig. 3.4.c- Perfis Reforçados com Chapas
Quando não se conseguir a utilização econômica dos perfis laminados
simples ou com reforço de chapas, devido ao tipo da solicitação ou por restrições
quanto à resistência disponível, eles poderão ser combinados entre si, formando
diversos tipos de seções.
+ I
Fig. 3.4.d- Combinações de Perfts
26
Os pilares de barras compostas de perfis, ligados de trecho em trecho
por travejamento em treliça ou chapas, são caracterizados por grande resistência a
cargas excêntricas. Para tais esforços, são mais leves que os demais.
O seu uso é frequente quando há grandes comprimentos de flambagem,
como nos pilares de apoio de galerias de transportadores, ou em galpões com
grandes cargas horizontais, como ocorre em construções com pontes rolantes. O
treliçamento mais simples é o constituído apenas por diagonais.
D
JD[ I
~L
r-----L ____ _
D I=~I
r------IJ I I I I I
L ______ ~ Fig. 3.4.e- Perfis de Seção Múltipla
27
I
~ -
a
-
b
i t - -
----- Treliçamento secundário
c d
Fig. 3.4.f- Pilares Treliçados
Quando a distância entre os nós é grande, pode ser necessário usar
peças horizontais para reduzir o comprimento de flambagem dos perfis no plano do
pilar e obter-se, assim, um dimensionamento mais econômico. Nos pilares mais
largos, as treliças romboidais e em K são normalmente mais econômicas, podendo
também, nesses casos, ser necessário o acréscimo de barras horizontais ou
diagonais secundárias.
As emendas de pilares são necessárias em decorrência de certas
limitações, como por exemplo o do custo do transporte, dificuldades no manuseio, na
fábrica ou na obra ou das limitações dos equipamentos de fabricação e montagem.
Nos edifícios muito altos, a variação das forças aplicadas conduz a
variação das seção do perfil do pilar, o que exige emendas. Nos galpões com pontes
rolantes, a emenda é feita na altura do apoio da viga de rolamento ou, no caso de
emendas parafusadas, acima da ligação lateral, no topo da viga de rolamento.
28
r li
I ~
~(ooool ! o o o c
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L_
A
Fig. 3.4.g- Emendas de Pilares de Vigas de Rolamento
As emendas mais empregadas na montagem são feitas com parafusos
de alta resistência. O emprego das ligações soldadas de campo vem aumentando,
por serem elas mais simples e tomarem mais fácil a fabricação das peças. Devem ser
tomados os cuidados necessários para se ter a mesma qualidade das soldas
executadas na fábrica.
As emendas parafusadas podem ser executadas com talas ou com
placas de topo. As soldadas podem ser executadas ligando-se diretamente um perfil
ao outro ou usando-se uma chapa transversal.
29
a) Parafusadas
ll ""'" '"
b) Soldadas
Fig. 3.4.h- Tipos de Emendas
Nas ligações com talas, estas e os parafusos são dimensionados para
a solicitação acima do local da emenda. As talas devem ter, no mínimo, a mesma
área de seção e o mesmo momento resistente dos perfis a serem emendados.
Normalmente, usam-se talas superdimensionadas.
Para as solicitações pequenas, as talas das mesas são utilizadas
somente em um dos lados do perfil; as da alma são sempre executadas dos dois
lados. A solução que utiliza talas dos dois lados das mesas é sempre aconselhável
para as cargas maiores, pois o duplo cisaihamento nos parafusos, reduz o seu
número à metade, diminuindo, consequentemente, as dimensões das talas.
No caso de variação na espessura da mesa ou da alma, folgas
superiores a 1 mm devem ser compensadas com chapas de enchimento.
30
Os pilares continuas, sujeitos somente a carga axiais de compressão,
podem ter as emendas dimensionadas à metade da carga atuante, respeitado um
mínimo de 45kN, desde que as juntas estejam nos quartos extremos de seu
comprimento de flambagem. As superfícies de apoio perpendiculares ao eixo da
coluna devem ser, neste caso, usinadas ou serradas, de modo a permitir um contato
perfeito.
caso de variação da seção dos perfis, as chapas de enchimento
devem ser soldadas no perfil de menor altura.
As principais vantagens das ligações por contato são a economia do
material das talas e chapas de enchimento e a redução, à metade, dos furos de
parafusos necessários. Em contrapartida, há que se considerar os custos adicionais,
decorrentes do maior cuidado na execução e usinagem das áreas de contato.
Nas ligações parafusadas com placa de topo, são soldadas chapas às
extremidades dos perfis. Após a solda, a chapa de topo deve estar perpendicular à
seção e perfeitamente desempenada. Essas ligações podem ser rotuladas, ou
engastadas.
A emenda rotulada com chapa de topo é empregada quando ocorre uma
viga intercalada entre os perfis a serem emendados na composição da coluna. As
ligações com chapa de topo são também usadas quando existe engastamento, sendo
sua utilização maior que no caso de ligações rotuladas. A placa de topo, apresenta
maior espessura que nas emendas rotuladas, devido aos momentos fletores a que
fica solicitada. Quando a espessura necessária desta placa atingir valores de difícil
obtenção, pode-se usar uma chapa de aço com maior resistência.
As emendas de pilares executadas na fábrica, devido à maior
simplicidade de projeto e fabricação e à facilidade de controle de qualidade são, na
grande maioria, ligações soldadas. Não há, entretanto, inconveniente em se executar
as ligações no campo, também com solda, desde que se reproduzam condições
compatíveis com a qualidade exigida. As emendas de perfis da mesma altura, ou com
pequena variação de altura e/ou espessura de seus componentes, são executadas
como soldas universais, isto é, a ligação das peças é feita de topo em uma mesma
31
seção transversal do perfil e perpendicular ao eixo da peça. Quando a emenda é
soldada no campo podem ser utilizadas talas ou outros elementos que auxiliem a
montagem e a execução das soldas, sendo removidos depois.
Quando há grande variação de altura entre os perfis, empregam-se
chapas de topo ou prolonga-se uma das mesas do perfil menor, com a introdução de
uma nervura longitudinal na alma do maior, que permite melhor distribuição de esforço
no perfil de maior altura.
As emendas com chapas de topo, sem nervuras na alma do perfil maior
no alinhamento da mesa do perfil menor, exigem chapas de topo de maior espessura
e verificações locais na alma e na solda.
Na figura seguinte são mostrados exemplos onde ocorrem
estrangulamentos das seções maiores. Estas alternativas apresentam melhores
condições em presença de cargas dinâmicas repetitivas e o manuseio da peça não
é prejudicado pela emenda.
r, .... I' [\ \\
' l \~ I
a) Perfis laminados
b) Perfis soldados
Fig. 3.4.i- Emenda com Transição
32
As bases de pilares transmitem os esforços de compresão ou,
adicionalmente, cargas horizontais e momentos às fundações. Os pilares são ligados
às fundações por meio de bases rotuladas ou engastadas, em função de
considerações estáticas e econômicas à super e à infra-estrutura.
Nos edifícios de andares múltiplos, empregam-se normalmente pilares
rotulados na base, notadamente em terrenos de má qualidade, onde não é
aconselhável o uso de pilares engastados na base, por serem as fundações
antieconômícas e sensíveis a deslocamentos verticais, horizontais e rotações
indesejáveis. O pilar rotulado é, nesses casos, geralmente mais pesado que o
engastado. Em contrapartida, pode-se obter grande economia na execução da base
e da fundação.
Nos galpões com pontes rolantes, a solução mais empregada é o uso
de pilares engastados na base, devido às cargas horizontais elevadas, à limitação
substancial de peso na estrutura metálica e às deformações, que devem obedecer a
serveras limitações para não afetarem o funcionamento dessas pontes.
Por ser a resistência do aço muito superior à do concreto, o pifar
necessita de uma base para distribuir as tensões no topo da fundação. Ela deve ser
projetada de modo a distribuir as cargas o mais uniformemente possível no concreto.
A solução mais simples consiste num pilar com urna placa de base
espessa, empregada quando as cargas são pequenas ou o concreto das fundações
é de boa qualidade. A espessura da solda que liga o perfil à placa de base, quando
as superfícies de contato são usinadas, pode ser reduzida, do mesmo modo que nas
emendas de topo de colunas parafusadas ou soldadas. Essa redução é possível
desde que o esforço atuante seja de cornpresão e não haja possiblidade de tração
nem de momentos fletores.
33
Hx ~
Fig. 3.4.j- Base Rotulada- com cavidade
Para faciliatar a montagem, ou devido a possibilidade de haver tração,
são empregados chumbadores, que ligam a coluna à fundação. A solução da figura
anterior, permite ajustes na montagem, quando há falhas dimensionais na execução
das fundações de concreto.
As soluções da figura seguinte exigem maior rigor nas tolerâncias de
concretagem, principalmente a do item (a). Pequenas correções podem ser feitas
executando-se os furos na placa de base com maior folga.
34
r"-:.ll.~::illlll.!;~~ ~----~~~--~--~ ~
a b
Fig. 3.4.k- Base Rotulada- Concretagem Direta do Chumbador
Para ações elevadas, o dimensionamento da placa de base pode levar
a espessuras muito grandes: Neste caso, pode-se empregar uma grelha metálica para
apoio do pilar e distribuição das cargas ou uma placa de base nervurada que é
geralmente mais econômica que o emprego de grelha para distribuição das tensões.
35
Placa de
base
+r I
l+lrl n n
~I u u -vê I
~~_,_--_._._-
1 ' i i
jj+
-*" +
u ~
Fig. 3.4.1- Bases de Pilares com Ações Elevadas
O uso de bases rotuladas apresenta soluções práticas, que podem ser
consideradas como rótulas, para cargas não muito elevadas, nas situações em que
as rotações previstas não afetem as condições de cálculo das estruturas e das
fundações.
Para grandes cargas ou para bases de pilares sujeitas a rotações que
afetem o dimensionamento das fundações ou introduzam momentos indesejáveis
nestas bases, são necessárias soluções mais sofisticadas, que aproximem o projeto
a uma rótula perfeita. As rótulas dos exemplos da figura seguinte são apoios lineares.
Para que a rótula funcione em qualquer sentido, o apoio deve ser pontual, isto é, o
ressalto deve ser uma calota esférica, ou devem ser empregados apoios com
neoprene confinado.
36
I l
/
i I'
f=-::.-::.1..=:_::::=
i l i I
"" I,
Fig. 3.4.m- Base do Pilar com Rótula Linear Perfeita
,I I
.X.)..
O pilar engastado na base é adotado quando o terreno for bom, ou as
deformações da estrutura precisam ser mantidas dentro de certos limites, para que
não afetem a construção ou os equipamentos existentes na mesma. A solução de
base engastada reduz o custo da estrutura, porque diminui a quantidade de aço
necessário, porém encarece a fundação, devido à introdução do momento fletor. A
base engastada transmite à fundação o momento fletor, a força normal e o esforço
cortante.
o o o
o o
a) Com placa espessa
I :··~···:···::r··:·· :·:·::1··:::··::~ .. ::1
b) Com pia c a e nervuras
Fig. 3.4.n- Base Engastada
37
Quando os momentos fletores forem pequenos, em relação à carga · ~
vertical de compressão, pode-se emprega?( base do pilar uma placa espessa ou com
chapa nervura da. Nos pilares com grandes momentos fletores nas bases, ou naqueles
onde a relação entre o momento fletor e a carga axial de compressão é grande,
empregam-se vigas de travessa na base, de modo a reduzir o esforço de tração nos
chumbadores.
A~ i; I Í I
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I
A.,._j CORTE AA
non n n \to r " li :=..ll.-ll.. ll.._tL
"'TriT ..,.-'T li 11 li ,, Jl li li 11 li li li li li 11 ~ ~ li li
r.JL _u .JL_lL.:: :íõif ~ 11 uo1 " u u
Fig. 3.4.p- Base com Travessa
Os pitares de edificações com grandes cargas, como em usinas
siderúrgicas, fábricas de equipamentos pesados, e indústrias metalúrgicas, resultam
pesados, compostos de chapas ou de perfis e chapas.
A figura seguinte dá um exemplo de base desse tipo de pilar.
38
,, . : I ,,
TIT , -$-"'' -
P" ~ :
~ "'~ I -$-
:::) Com placa nervurada /l
t--) ~::;çco dupla com placa e nervuras
Fig. 3.4.q- Base de Pilar Utilizada em Construção Pesada
O engastamento do pilar na fundação pode também ser conseguido
embutindo-se nela o perfil da coluna, na profundidade necessária. ~~
+N 'M
Hf:' EU
I
:I I
+ I
I EP I ! I I
.. I' • •
Fig. 3.4.r- Perfil Embutido na Fundação
39
3.5- DISTRIBUIÇÃO DE FORÇAS HORIZONTAIS EM EDIFÍCIOS COM MÚLTIPLOS
TRAMOS
-Em edifícios industriais com múltiplos vãos, sujeitos a solicitações horizontais, devido
por exemplo, a frenagens de pontes rolantes, ou mesmo ação de vento, pode-se
considerar a colaboração de pórticos vizinhos ou até mesmo o trabalho de todos os
pórticos de uma determinada direção, em função evidentemente, da configuração
estática da estrutura.
- Para que as considerações acima sejam levadas a efeito torna-se necessário a
observância dos seguintes fatores:
1- todo o banzo inferior das treliças da cobertura deverá estar no mesmo nível
2- o banzo inferior deverá ser contraventado.
3- podem ser bem definidas as condições de rigidez dos diversos pórticos nas
direções principais (x e y) para a ação de forças horizontais
4- sendo o conjunto suposto totalmente contraventado horizontalmente no plano do
banzo inferior das treliças da cobertura, para a ação de forças horizontais, o painel
contraventado desloca-se no plano horizontal sem deformação, de modo que as
linhas da fachada permanecem retas.
5- são consideradas as rigidezes dos pilares apenas à flexão (nas duas direções
principais), desprezando-se a rigidez a torção.
Será definido como rigidez do pórtico a relação (R = F/8, isto é, a força
horizontal, aplicada do topo do pórtico, necessária para provocar um deslocamento
unitário no topo do referido pórtico.
No caso de um pórtico com contraventamento em "x", para a ação de F
observa-se o esforço de tração T na diagonal do comprimento f e seção S.
40
-n-~~-----"' --:7'
.c i
I I I I I I f
Fig. 3.5.a- Pórtico Contraventado
F Fl T= =
o alongamento da diagonal será
donde substituindo T vem
da semelhança de triângulos tira-se:
donde substituindo L\1 vem:
cosu a
AL= Fl2 ESa
3= l=Al a
ô=~ ESa 2
41
resultando então a rigidez do pórtico: R = F/8 ou
ESa 2 R=-
]3
havendo mais de um vão contraventado em X, a rigidez total será a soma de todos
os "R" do pórtico
R=~ ESa 2
.t..t ]3
Em um pórtico não contraventado, em cada uma das colunas aparecem
momentos ", funções da respectiva rigidez das colunas. No topo aparecerão
esforços cortantes "Q,"de modo que F = .Eoi.
F
Fig. 3.5.b- Pórtico Deslocável
ocorre porém que:
42
para um deslocamento "8 .. no topo, o momento na coluna ''i'• será
resultando:
sendo então a rigidez:
ou F= l.2.Eô "'("" I h3 L, j
R={ ou R=12 ;~ I 1
Em um pórtico sem contraventamento e com as colunas engastadas na base
e articuladas no topo, de modo análogo obtém-se a rigidez
Em pórtico com alguns contraventamentos e algumas colunas engastadas
Em pórtico com semi-travamento, o deslocamento total seria:
43
como R= F/8
1 R=-------=--
1 3 h 3
--+ 1 ESa 2 12EI
OBS.: para casos diferentes, poderá ser calculado o valor de R segundo os roteiros
de cálculo anteriores.
~~/ i ~
1- a -1 Fig. 3.5.c- Pórtico com Semi-travamento
3.6.1- Determinação do Centro Elástico dos PórUcos
Definido um sistema de eixos (paralelos às direções dos pórticos), para cada
feixe de pórticos (paralelos), determina-se um pórtico (virtual, fictício), no qual aplicada
a resultante H, os demais pórticos (reais) apenas se deslocarão, não se verificando
qualquer torção.
A intersecção dos dois pórticos (virtuais) representativos dos dois conjuntos de
pórticos das direções x e y definirá, relativamente ao sistema de eixos adotado, um
ponto o qual será denominado de centro elástico dos pórticos.
44
Fig. 3.5.1-a- Localização do Centro Elástico
tem-se então:
F F ~ H - l- 2- - i_ y s-----· ..... . - --------~ ~ LRi LRi
45
onde Mx e = l:Ri xi: momento estático das rigidezes dos pórticos em relação ao eixo Y.
Assim sendo
e analogamente
3.5.2- Distribuição de Forças Horizontais para força aplicada no Centro Elástico, em
uma direção.
A força H, aplicada em uma das direções Cf por exemplo), provocará apenas
translações nesta direção.
Todos os pórticos se deslocam de oy
Trata-se pois, de determinarmos que parcelas f 1 , F2 , f 3 , ••• de HY que serão
absorvidas pelos diversos pórticos.
46
ou
então:
Fig. 3.5.2- Distribuição de Força Horizontal
F.= ~ H l 'ERf y
podemos ainda chamar as relações RY {i.RY, de "Coeficientes de distribuição" das
forças horizontais na direção y(kYi). Genericamente: fYi = kyi e fiY é tanto maior quanto
maior for a rigidez do pórtico à deformação horizontal.
Analogamento para a direção X
47
3.5.3- Distribuição das forças Horizontais para Momento Aplkado no Centro Elástico
Com a aplicação do momento M todos os pontos girarão de modo que o
ângulo <P ocorre para todos igualmente.
X! I
y
Fig. 3.5.3-a- Distribuição de Momento Aplicado
As colunas sofrerão flexão em duas direções (x e y) e o momento M será
resistido por dois momentos, cada um dos quais representado por forças P e fY no
topo das colunas; sejam Mx e MY as componentes de M. Examinando uma das
direções (y por exemplo).
Seja MY a parcela do momento total absorvida por flexão na direção Y, as
forças serão Pi.
Tem-se que MY = F, x, + F2 x2 + ... = .E(F';X)= .E(8Yi RYi xi)
mas
multiplicando-se numerador e denominador por (RYixi) vem:
48
chamando E(x2;RY) = !Y - momento de inércia da rigidez y em relação ao centro
elástico, desta forma:
como
õ>j= F[ R[
õ>jRfx1 = MY .. x]RJ IY
I MY J x_Mx x temos F =-R x, e analogamente F1 --R1 y, IY ~ rx ~
3.5.4- Distribuição do Momento Horizontal de Torção
temos que:
sendo $ o ângulo de rotação
então
49
Mx = MY = Mx+MY = M Ix IY Ix+IY Ix+IY
donde:
3.5.5- Distribuição das Forças nas Colunas para Ação Horizontal ApliCada Fora do
Centro Elástico
Se uma força H é aplicada fora do centro elástico a uma distância "a .. , a força
deverá ser transportada para o centro elástico acompanhada do momento:
M = H .. a
recaindo-se nos casos anteriores.
50
DARES LTIPLOS
O surgimento dos edifícios de andares múltiplos foi imposto pelas
modernas megalópolis, onde a disponibilidade e o custo dos terrenos nas suas áreas
mais centrais passou a exigir a implantação de edifícios cada vez mais altos.
Para viabilização de tais edifícios, a tecnologia respondeu com o
desenvolvimento dos esqueletos metálicos, do transporte vertical de cargas e pessoas
(elevadores escadas rolantes) e de sistemas adequados de utilidades prediais
(energia elétrica, água, esgoto, telecomunicação, condicionamento de ar, etc).
No desenvolvimento dos esqueletos metálicos foram muito importantes
o surgimento dos diversos tipos de aço, dos parafusos de alta resistência, a evolução
dos processos de soldagem, mas principalmente da melhor compreensão do
comportamento estrutural de cada elemento, tanto isolado como fazendo parte do
conjunto estrutural. Esta melhor compreensão do comportamento estrutural só foi
possível após um conhecimento mais profundo das diversas ações que estão
presentes nestas estruturas, suas formas de atuação, de absorção e de transmissão.
As ações que atuam nos elementos estruturais dos edifícios são
originadas por forças geofísicas ou introduzidas pela ação humana. As ações
geofísicas podem ser de origem gravitacional, meteorológica ou sismológica. A ação
1
humana, proveniente da ocupação do edifício, é provocada por sua utilização,
podendo os carregamentos serem decorrentes de elevadores, máquinas,
equipamentos e pessoas. Há, por outro lado, esforços introduzidos na construção
pelos processos ou sequência de execução, como os decorrentes de tensões internas
devidas às soldas executadas na montagem, ou retração do concreto das lajes de
piso.
As ações permanentes são aquelas causadas pela massa dos
elementos componentes do edifício tais como vigas, colunas, escadas, pisos, muros,
paredes divisórias permanentes, revestimento das fachadas, tanques e reservatórios,
sistemas mecânicos e outros elementos naturais de acabamento ou instalações fixas.
Aparentemente, pode parecerfácil determinar o peso próprio do edifício;
na prática, o erro pode ser superior a 10% e, mesmo 20% em casos especiais, devido
à dificuldade em se fazer estimativa exata dessas ações.
No estágio inicial, não é possível ao projetista da estrutura fazer previsão
muito exata do peso dos materiais ainda não escolhidos. Nessa fase é imporante,
para reduzir a margem de erro, e experência obtida em obras semelhantes.
As ações temporárias diferem das ações permanentes por seu caráter
variável e imprevisível. As modificações das ações temporárias não são apenas
função do tempo, mas também de localização.
Essas ações podem ser causadas por pessoas, móveis, bibliotecas,
arquivos, equipamentos mecânicos, e aparelhos tais como computadores, veículos,
equipamentos industriais, etc.
As peças estruturais são dimensionadas para as ações permanentes e
para as temporárias previstas para a construção acabada. Uma peça pode, porém,
estar sujeita a ações maiores durante a montagem da estrutura, ações essas que
podem variar bastante, uma vez que dependem do processo de montagem utilizado.
Essas ações decorrem dos processos construtivos, dos métodos de estocagem dos
materiais ou dos equipamentos de montagem e manuseio das peças e podem causar
esforços concentrados bem maiores que as cargas previstas no cálculo.
2
Um caso particular a ser considerado é, por exemplo, o das vigas mistas
aço-concreto para as quais deve-se verificar, na fase de cálculo, se a viga metálica
é estável antes da cura do concreto, ou seja, se ela sozinha é capaz de resistir a
todos os esforços que surgem na fase de lançamento do concreto até sua cura.
As construções de alvenaria de pequena altura ou concreto armado de
altura média são pouco sensíveis à ação do vento, no primeiro caso, devido à
pequena altura, no segundo devido também ao grande peso próprio. Com o advento
dos prédios elevados de esqueleto metálico, com grandes vãos, otimização da área
e materiais de acabamento de reduzido peso, o vento passou a ter grande
influência, visto que a restrição ao deslocamento lateral do edifiCO devido ao
pode ser mais importante ao dimensionamento da estrutura que as cargas de
utilização propriamente ditas.
A ação do vento em uma construção é dinâmica e influenciada por
fatores como o relevo e a rugosidade do terreno, as construções adjacentes, a forma,
a esbeltez e eventuais aberturas do edifício.
Em edifícios de grande altura, os deslocamentos horizontais devem ser
analisados considerando-se a máxima velocidade dos ventos que podem ocorrer na
região. Esses deslocamentos podem trazer problemas aos materiais de acabamento
e, qu ndo perceptíveis, desconforto aos usuários. Esses fenômenos, em geral,
ocorrem · n edifícios com mais de cinquenta pavimentos, dependendo do sistema
estrutural utilizado e da forma da seção em planta do edifício.
A velocidade média do vento, em geral, sofre acréscimo com a altura
em relação ao solo e a proporção deste aumento de velocidade depende da
rugosidade da superfície do terreno em contato com o vento. A velocidade do vento
próxima ao terreno é reduzida devido ao atrito com o mesmo. A norma NBR 6123
adota uma variação contínua que se aproxima dessa forma de variação.
Quanto maior a interferência devida a árvores, acidentes do terreno,
construções, tanto mais elevada a cota em que irão ocorrer as velocidades máximas
do vento.
3
As normas, em geral, não tratam das influências de rajadas de vento
sobre estruturas e também não consideram certas formas especiais de edifícios. Por
isso, nos casos de prédios muito altos, é importante a execução de ensaios em
túneis de vento para a identificação das ações devidas às rajadas de vento.
Quando ocorrem deformações de materiais devidas a variações de
temperatura e tais deformações são contidas por qualquer tipo de força ou obstáculo,
surgem tensões na estrutrura.
Os efeitos da deformação lenta, que em estruturas de concreto podem
assumir grande importância, nas estruturas metálicas, embora ocorram, seus efeitos
são tão pequenos que podem ser desprezados.
As tensões adicionadas às estruturas devidas a variações de
temperatura, por sua vez, podem também afetar as construções metálicas. Seus
efeitos são controlados, dimensionando-se os elementos estruturais para resistir ou
permitindo o deslocamento através de juntas de dilatação.
As forças decorrentes da variação de temperatura podem ocorrer, por
exemplo nas seguintes situações:
-Na cobertura do edifício, cuja temperatura durante o dia, por estar exposta
diretamente ao sol, fica geralmente mais elevada que a do interior, protegido ou
climatizado:
-Em fachada com uma face exposta ao sol e a outra à sombra;
-Em colunas com uma face aparente exposta ao sol e outra embutida no edifício.
O efeito das forças que ocorrem nas situações acima descritas é
acumulativo, devendo ser considerado no cálculo de edifícios com cerca de 30 ou
mais pavimentos, ou onde o grau de exposição ao sol possa introduzir tensões que
afetam o dimensionamento.
4
Os efeitos de temperatura se fazem sentir principalmente sob a forma
de:
-Flexão de colunas provocadas por temperaturas diferentes no interior e exterior do
edifíco;
-Movimento diferencial entre colunas externas e internas.
Em edifícios com condicionamento de ar, a temperatura interna se mantém
relativamente constante enquanto a externa é variável;
diferencial entre colunas cujas faces aparentes estejam sujeitas a
diferentes graus de exposição solar.
-Movimento diferenciai entre coberturas e pavimentos que podem afetar pisos e
paredes.
Os edifícios elevados estão sujeitos, durante sua vida, a uma grande
variedade de ações que podem ocorrer simultaneamente, tomando-se necessário o
estudo das diversas combinações possíveis, que são geralmente definidas por
normas.
Como a probabilidade de ocorrência de certas combinações pode ser
muito remota, a maior parte das normas permite a utilização de fatores de carga
menores.
Pelo emprego adequado das normas correspondentes para obter-se os
menores coeficientes de majoração, deve-se determinar corretamente os valores das
ações e deve-se analisar a probabilidade de ocorrência de combinações de ações.
As ações, para efeito de cálculo da estrutura, podem ser consideradas
estáticas, se as variações que sofrem em relação à frequência natural da estrutura
ocorrem lentamente, como é o caso dos carregamentos de utilização nos ediftcios.
Há, por outro lado, ações que, por seus efeitos, devem ser consideradas como
5
dinâmicas e podem decorrer tanto de ações internas como externas à construção.
Como ações internas, temos asdecorrentesdos elevadores, equipamentos mecânicos
diversos, equipamentos com movimento oscilatório e veículos atuando no edifício.
Fontes externas que podem provocar ações dinâmicas são os abalos sísmicos, o
vento e o tráfego externo.
Ocorrerá ressonância em elementos ou no sistema principal da
construção quando o período da frequência natural da estrutura for igual ao periodo
da fonte que provoca a ação. As forças na estrutura, no caso de ressonância, podem
teoricamente produzir solicitações de grandeza infinita.
O projetista deve controlar as forças decorrentes de vibrações não só
dimensionando as peças para resisti-las, mas também procurando isolar a fonte ou
armortecendo o movimento. A vibração pode ser isolada, separando a fonte da
estrutura e o movimento vibratório pode ser amortecido, controlando a transmissão
da vibração de um elemento para o outro.
4.1- Sistemas Estruturais
O esqueleto metálico de um edifício elevado é composto, basicamente,
de colunas, vigas de eixo (principais), vigas secundárias de sustentação das lajes e
do sistema de estabilização espacial. Para escolha do sistema estrutural mais
adequado a cada caso específico, são importantes:
-seção em planta -Altura
-Localização -Vãos-livres
-Pé direito -Carregamentos
-Topografia -Qualidade do Solo
-sistema de Transporte Vertical -Utilidades.
6
Os tipos de sistemas estruturais mais utilizados são:
-Em pórtico -Com núcleo ou paredes de cisalhamento
-Com pisos suspensos -Tubulares
-Treliças alternadas.
Os sistemas acima estão mostrados esquematicamente na figura
seguinte e podem ser combinados entre si.
o) Quadro
,_ ~-~ ~··~-~
' '!'--~· ~ ... ,.__l.j
I I f-- - f--I
'
~ f-- -
I
~ - ' ~ - -1
--· - -1 b) Com nÚcleo c) Pisos
suspensos d) Tubular
n L ...... f
Fig. 4.1- Sistemas Estruturais
7
e) Treliça interpavimento
4 . 1. 1- Estruturas Aport.icadas
As estruturas em pórtico estão entre as mais empregadas. Os pórticos
podem ser compostos de barras rotuladas, ligadas rigidamente, ou contraventadas.
Conseguem-se estruturas mais econômicas empregando pórticos
compostos de barras birrotuladas, com sistemas especiais de estabilização. Essas
estruturas exigem cuidados na montagem, com o emprego de contraventamentos
provisórios. Nesses sistemas, geralmente a laje de concreto fornece a estabilidade no
plano horizontal, sendo a estabilidade vertical garantida por contraventamentos
verticais, pórticos rígidos, núcleos ou paredes de cisalhamento.
Nas estruturas em pórtico rígido, as ligações de vigas de eixo com as
colunas são engastadas. Os nós nessas ligações devem transmitir os esforços
normais, de cisalhamento, os momentos fletores e, eventualmente, momentos
torçores.
Na figura seguinte são dados alguns exemplos de estruturas em pórtico
rígido. A variação possível é muito grande, podendo ser feitas diversas combinações
com nós rotulados. As ligações rígidas oneram a fabricação e a montagem da
estrutura, além de introduzirem momentos fletores nas colunas e, as construções
mais altas podem se mostrar muito flexível. Apresentam a vantagem de dar maior
estabilidade na montagem que os pórticos com barras birrotuladas. Esse tipo de
construção pode ser econômico em prédios de até 30 pavimentos, dependendo da
seção em planta. Geralmente, seu emprego econômico se restringe a edificios mais
baixos.
~ ~ -= ""' =~ ,.,,._ """""' -""' =""'- ,m l7.t.. """' ~ a b c
Fig. 4.1.1.a- Pórticos Rígidos
8
O pórtico contraventado pode ser a solução mais indicada para edifícios
de até cerca de 40 pavimentos; a partir dessa altura, o material a mais que deve ser
posto nos contraventamentos para torná-lo suficientemente rigido e resistente passa
a ter sensível influência no custo da obra.
Pode-se melhorar a eficiência adicionando treliças horizontais com
ligação rígida ao contraventamento vertical e simples às colunas externas. Quando
o contraventamento vertical tende a fletir, e treliça horizontal resiste, transmitindo
cargas axiais às colunas externas.
A figura seguinte exemplifica a redução no momento fletor.
Com esse procedimento, conseguem-se estruturas econômicas até 60
pavimentos.
~? __ llgriZSJQtais
I'./ l/1'.. [\, ~ '
VI
/ L
o b c
Fig. 4.1.1.b- Estruturas Treliçadas
Em prédios de pequena e média altura, conseguem-se estruturas
competitivas empregando contraventamentos transversais apenas nas fachadas
extremas; nesse caso, os esforços horizontais são levados até esses
contraventamentos através das lajes. Nos prédios mais elevados e de maior
comprimento, geralmente são necessários mais planos contraventados.
9
4.1.2- Estruturas com núcleos ou paredes de dsalhamento
O enrijecimento vertical dos edifícios elevados é do ponto de vista
técnico da segurança, primordial para a estabilidade espacial. Sua importância
prepondera sobre o dimensionamento das peças isoladas. Esse enrijecimento pode
ser conseguido por pórticos rígidos ou contraventados, como visto anteriormente,
assim como por núcleos ou paredes de cisalhamento, ou por estruturas tubulares.
A distribuição das ações horizontais para os núcleos ou paredes de
enrijecimento depende de sua distribuição na seção horizontal do edifício. As ações
horizontais devidas ao vento são transmitidas através das lajes de piso. Do ponto de
vista estático, as lajes são consideradas como placas horizontais de grande rigidez
para solicitações no seu plano, devido à grande dimensão nesse sentido.
Através das lajes, as ações devidas ao vento são transmitidas aos
elementos de enrijecimento vertical e desses para as fundações.
Tendo-se a distribuição das ações devidas ao vento nas paredes de
enrijecimento, pode-se dimensioná-las, sendo também necessária a verificação de sua
estabilidade.
H .~ '
I ~~n ~ H :
1~ :-, Vento
{ ~ ~ ~ ~ J
~ ~ ~ t
~H, kl "' Paredes de - __ H~ I t
cisalhamento
Seção em planta H -- ........
- "'' ~ ·" ·'' ' . " -rHi---~ Ma=rHi.hi
Fig. 4.1.2.a- Paredes de Cisafhamento
O exemplo da figura seguinte (a), é estável para as forças no sentido
de H1 , porém instável para forças no sentido de H2 • A solução estrutural consiste em
colocar paredes adicionais, pórticos rígidos ou treliçados não paralelos às paredes
10
indicadas.
Para o enrijecimento vertical do edifício podem ser usadas seções
fechadas de paredes finas, podendo ser empregadas economicamente, com essa
função, as caixas de escadas e de elevadores. A seção fechada assim formada
apresenta a vantagem de sua grande resistência à torção, e é denominada de núcleo.
O núcleo é geralmente em concreto armado e utiliza processos que
permitam execução rápida para acompanhara montagem da estrutura metálica, uma
vez que complementam o sistema estrutural.
O núcleo pode ser interno ou externo, centrado ou excêntrico.
\DI I lDl
a) Centrado b) Excêntrico c) Externo
Fig. 4.1.2.b- Edifício com Núcleo Fechado
Como via de regra, a resultante da ação do vento não passa pelo centro
de cisalhamento da seção transversal do núcleo, assim esse além dos momentos
fletores é solicitado por momentos de torção.
O cálculo do momento fletor é simples, a torre do núcleo pode ser
considerada como uma viga em balanço, engastada no solo.
Como a seção pode ser considerada como fechada, o cálculo do
momento torçor pode se limitar à torção de St. Venant.
11
4.1.3- Estruturas com Pisos Suspensos
As estruturas com pisos suspensos constam, basicamente, do núcleo
central, geralmente de concreto armado, e dos pisos, apoiados internamente no
núcleo e externamente em tirantes. Dentro do núcleo ficam as caixas de elevadores,
escadas e descidas de tubos e dutos de utilidades. Os tirantes são fiXados nas vigas
em console no topo do núcleo.
Geralmente os prédios desse tipo têm uma fundação única sob o núcleo,
o que pode ser economicamente vantajoso além de deixar o piso terreo livre de
colunas.
~--+--+--~ r- ---+------+------1 - - ---<::!
----q -- -- --q
- -- -q
b) Sistema estrutural
a) Seção verticaJ
Fig. 4.1.3.a- Estrutura com Pisos Suspensos
O número de pavimentos fica limitado aos níveis toleráveis de
deformação dos tirantes para as ações acidentais; esse número se situa, nas
12
construções desse tipo já executadas, em tomo de 12 pavimentos. Para prédios mais
elevados, costuma-se usar balanços intermediários ligados ao núcleo.
As formas em planta mais usuais são a quadrada e a retangular,
podendo ainda ser em cruz e em duplo trapézio.
l _i 1 l I I D
1 l l a) Quadrada b) Retangular c) Em cruz d) Duplo trapézio
Fig. 4.1.3.b- Seções em Planta
4.1.4- Treliças Alternadas
Nas estruturas com treliças alternadas, o enrijecimento transversal é
conseguido com treliças da altura do pé direito. Como existe sempre um pavimento
treliçado e o outro não, os pisos se apoiam alternadamente na corda superior e na
corda inferior da treliça. Todas as colunas se situam na periferia, permitindo boa
flexibilidade no planejamento arquitetônico interno. Nos pavimentos oom treliça, as
paredes divisórias ficam nos planos com trefiçamento.
13
Fig. 4.1.4- Treliças Alternadas
No sentido longitudinal, as ações do vento podem ser resistidas por
pórticos rígidos, ou contraventamento convencional, ou ainda paredes ou núcleos de
cisalhamento. É comum no painel central do treliçamento, onde geralmente se situa
o corredor longitudinal, usar-se um quadro que permite a passagem livre.
Nas cordas devem, de preferência, ser empregados perfis H de abas
largas ou perfis I de faces paralelas. Tês e cantoneiras devem ser evitados, uma vez
que as ações verticais do piso são um fator importante no dimensionamento
econômico, e esses perfis não aproveitam bem o material quando solicitados por
momentos fletores. Para o pré-dimensionamento, a treliça pode ser considerada com
os nós rotulados e a determinação dos momentos fletores devidos à ação distribuida,
ou a ações não aplicadas nos nós, pode ser feito considerando as cordas como vigas
contínuas.
O pórtico transversal composto das colunas e treliças, solicitado por
ações verticais, provoca momentos fletores nas colunas.
Pode-se eliminar os momentos decorrentes da ação vertical devido ao
peso próprio da construção, executando provisoriamente a ligação da corda inferior
14
da treliça como simplesmente apoiada. A ligação é feita com furos alongados, de
modo que a treliça possa se deformar sem introduzir momentos secundários nas
colunas. Após estar atuando toda a ação devida ao peso próprio na estrutura, as
ligações das cordas inferiores nas colunas são soldadas, de modo que, das ações
verticais, apenas as acidentais introduzem momentos ·secundários nas colunas .
. 5- Estruturas Tubulares
As estruturas tubulares representam um desenvolvimento recente para
ediflcios de grande altura. A proporção da eficiência das estruturas tubulares pode ser
evidenciada pelo consumo de aço por metro cúbico de construção, que é comparável
com o de prédios em outros sistemas com a metade da altura. O princípio básico dos
prédios tubulares é a consideração de que as estruturas das fachadas funcionam
como se fossem as paredes de um tubo ôoo em. balanço, engastado no terreno. As •'
paredes do são formadas por colunas com pequeno espaçamento entre si em
toda periferia, ligadas a vigas de piso de grande altura.
A rigidez das fachadas pode ainda ser aumentada adicionando
diagonais, de modo a se ter o efeito de treliça.
O edifício pode ser projetado de modo a que todos os carregamentos
horizontais sejam resistidos pelas paredes externas do tubo, ou esse possa ser
enrijecido por contraventamentos verticais internos, tubo dentro de tubo, sendo o
interno formado pela caixa de elevadores e escada ou ainda tubo celular. Podem ser
destacados os seguintes sistemas de estruturas tubulares:
-Tubo ôco (vierendeel e treliçado)
- Tubo celular
a) Tubo Vierendeel
O sistema de tubo Vierendeel é composto de paredes externas formando
uma malha de coluna e vigas ligadas rigidamente. Consideram-se as colunas internas
15
(quando existentes), dimensionadas somente para as cargas gravitacionais, não
contribuindo para a rigidez do tubo externo.
Devido ao espaçamento reduzido da malha das fachadas essa pode ser
usada diretamente para a fiXação das esquadrias. O sistema seria o ideal, se
funcionasse perfeitamente como uma unidade quando solicitado pelas ações
horizontais. Um estudo rigoroso mostra, entretanto, dois modos diferentes de atuação:
• I 111 111
111 111
I 111 1111 1111 ~
L ~
~ ~~~--
Fig. 4.1.5.a- Tubo Vierendeel ôco
-Primeiramente, a estrutura funciona como uma viga em balanço.
-A seguir as duas faces paralelas à direção do vento funcionam como um sistema de
pórticos rígidos e, devido à flexibilidade das vigas, ocorrem deformações por
cisalhamento, de modo que as tensões normais junto aos cantos são majoradas e no
restante da parede reduzidas.
O funcionamento real fica entre a de uma viga em balanço e um pórtico
rígido composto de vigas e colunas. Devido à essa anomalia, a estrutura em tubo
Vierendeel só é econômica para edifícios até valores da ordem de 50 pavimentos;
acima dessa altura, os problemas de tensões devidas aos momentos fletores nas
vigas e as deflexões resultam em um aumento substancial de peso.
16
fi a = • a • 11 c w u i# o: ; u 2 . ~ • • : ~ ; ~ : . ~ ~ . ~ ~ . ~ ............. J
1/1111111 /1/llllllllllll
a) Funcionamento como balanço
b) Funcionamento como quadros rígidos c) Conjunto
Fig. 4.1.5.b- Funcionamento de um Sistema de Tubo Vierendeel
b) Tubo Treliçado
Consegue-se melhor efeito de tubo, substituindo as colunas por
diagonais, formando uma malha densa, de modo que a influência das tensões de
cisalhamento e as deformações das vigas possam ser desprezadas. A desvantagem
17
dessa solução consiste no grande número de ligações e na faação das vigas internas
do piso nos nós inclinados da treliça, assim como no arranjo das esquadrias.
Empregando-se espaçamento maior entre as colunas da periferia, da
ordem de 6 a 18 metros, e complementando a malha de colunas e vigas, com
diagonais a 45°, consegue-se menos ligações e um bom efeito de tubo.
b) Detalhe
a} Exemplo de edifício com colunas e diagonais
Fig. 4.1.5.c- Tubo Treliçado
Esse sistema apresenta a vantagem de fazer com que as solicitações
decorrentes da ação do vento, sejam resistidas preponderantemente por solicitações
normais nas colunas e não por momentos fletores. Outra vantagem é que as
diagonais acarretam uma distribuição mais uniforme das forças verticais nas colunas,
de modo que, em um mesmo nível, as colunas podem ter a mesma seção.
18
c) Tubo Celular
A mais recente evolução do projeto de estruturas tubulares é o celular.
Nesse sistema, o tubo externo é enrijecido por diafragmas internos nas duas direções,
formando celulas. Esses tubos individuais que se formam possuem resistência própria
quando isolados, podendo-se variar a configuração do edificio com a altura.
Os diafragmas internos agem como almas de uma grande viga em
balanço, resistindo ao esforço cortante, reduzindo as deformações devidas ao
cisalhamento e ainda contribuindo para aumentar a resistência à flexão.
Fig. 4.1.5.d- Variação do Núcleo de Células com a Altura
19
4.2- LAJES E VIGAMENTOS
Composta de laje e do vigamento, a estrutura dos pisos deve transmitir
as ações gravitacionais até as colunas, e eventualmente até aos contraventamentos
verticais, além de formar planos horizontais rigidos, funcionando como vigas
horizontais de grande altura, que enrijecem a estrutura. O piso estruturado se liga aos
elementos verticais, fazendo com que a construção funcione como uma unidade em
presença dos carregamentos externos.
A figura seguinte mostra a transmissão das forças verticais da laje até
as colunas.
a) Piso sem vigamento metálico
c) Piso com vigamento em duas direções
t b) Piso com vigamento em uma direção
d) Piso com vigamento em duas direções e vigas intermediárias transversais
Fig. 4.2.a- Transmissão das Cargas Verticais da laje para as Colunas
20
A escolha correta da estruturação do piso é, por conseguinte, de suma importância,
influenciando a direção de transmissão das açóes do vento e das forças verticais,
tendo portanto, influência decisiva na geometria e no esqueleto da estrutura.
Considerando o valor do pé direito livre, como um valor pré-fiXado, a
altura desse vigamento, influi na altura total do edifico, sendo função do
carregamento, vão e necessidade de passagem dos dutos de utmdades. A otimização
da altura das vigas trará economia nos custos de revestimento, esquadrias,
mecanismos de movimentação vertical e na própia estrutura.
Os dutos de utilidades têm uma grande influência na altura do
vigamento. Para evitar o aumento da cota entre os pisos procura-se passar os dutos
por dentro das vigas, o que nem sempre é possível por razões econômicas ou,
simplesmente, por não comportar a viga a passagem do duto em questão.
Fig. 4.2.b- Vigas de Alma Cheia
Às vezes, a solução consiste em passar uma viga sobre a outra e
passar os dutos entre as mesmas. A altura fica maior, mas os detalhes de ligações
ficam simplificados.
21
Fig. 4.2.c- Vigas de Alma Cheia Superpostas
Uma outra solução pode ser obtida pasando-se as vigas menores de
alma cheia entre as vigas treliçadas, podendo-se usar os dutos principais oom a altura
da treliça e passar os dutos secundários entre o treliçamento, ou então com todas as
vigas treliçadas, ficando facilitada a passagem dos dutos nos dois sentidos. Na figura
seguinte as vigas secundárias de pequena altura são de alma cheia, permitindo a
passagem dos dutos de distribuição sem se tomar necessário o aumento da oota
entre os pavimentos.
Fig. 4.2.d- Passagem de Dutos em Vigas Treliçadas
22
A estrutura do piso tem, portanto, duas funções principais:
-Levar as forças verticais até as colunas, núcleos ou paredes de cisalhamento.
-Levar as forças horizontais até os sistemas de contraventamento vertical.
As vigas principais podem ter diversas disposições em relação à seção
horizontal da construção:
-Transversal
-Longitudinal
-Combinação transversal/longitudinal
-Duas direções
-Irregular.
a) Transversal
Os sistemas das duas figuras seguintes, se prestam à estruturas com
treliças alternadas ou onde existem contraventamentos ou paredes de cisalhamento
nas extremidades, com a largura total da construção. O sistema da terceira figura
pode ser empregado com contraventamento nas extremidades ou em prédios de
pequena e média altura, utilizando pórticos transversais rígidos.
b) Longitudinal
Os sistemas indicados podem ser empregados para estruturas com
contraventamentos nas extremidades: o da figura (a) para construção com treliças
alternadas e os das figuras (b e c) para estruturas com pórticos transversais rígidos.
c) Combinação Transverai/Longitudinal
Os pisos que apresentam configuração irregular de vigas de eixo
transmitindo as forças tanto no sentido transversal como no logitudinal, são de
preferência empregados para estruturas com contraventamentos nas extremidades
ou com pórticos rígidos transversais.
23
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I I+ I I I
a ..
a '" m
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..
a
..
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l---l-t-l---l---1---1---1 1---1---l-1---1-1-1 e-e-•-•-m-GD-a
1----! I I i -- -- -- -- -- --
" " .. • m -- -- - -- -i i I I I
D " e D .. i_i_i_i_f_i_i I I I I I e . .. • '" ~~-~~-·-·-·-·-·
Fig. 4.2.e- Disposições mais usuais das vigas
d) Duas direções
Certas estruturas apresentam uma configuração repetitiva regular de
vigas nas duas direções. Os exemplos da figura seguinte se referem a aplicações
específicas, sendo o da figura (a) para edifícios com núcleo central e (b) para edifício
tubular celular.
a
b
Fig. 4.2.f- Disposição de vigas nas duas direções
24
e) Irregular
Para atender à exigências, existem edifícios com formas variadas, das
quais são dados exemplos na figura seguinte. Nos edifícos de seção circular, a
tendência é de empregar vigamento radial.
Também é mostrada uma estrutura com vigamento principal na periferia,
nas diagonais e no centro. Nos vértices estão localizados quatro núcleos que contém
as caixas de escadas, elevadores e descidas de dutos de utilidades.
/:§!~ . 0-\(Jj\)/
·----~~--· a) Circular com nÚcleo b) Quadrado com núcleos c) Triangular
Fig. 4.2.g- Disposições Irregulares de Vigas
25
4.3- FACHADAS
As ações que atuam nas fachadas das construções metálicas podem ser
encaminhadas diretamente às colunas, não sendo necessárias paredes externas com
função estrutural. Paredes leves são, portanto, preferíveis nesses edifícios.
As seguintes características, específicas da construção metálica, podem
afetar a construção e o aspecto arquitetônico:
a) Posição das Colunas
A localização relativa das colunas externas pode ser para fora, embutida
na fachada ou para dentro.
b) Transmissão das Forças
Os painéis das paredes externas podem transmitir as forças diretamente
às colunas, não sendo necessárias colunetas intermediárias.
c) Fixação
Os painéis podem ser fixados diretamente no esqueleto metálico por
meio de parafusos ou solda.
d) Deformações relativas
Os movimentos relativos entre a parede externa e o esqueleto metálico
devem ser considerados no projeto e nos meios de ligação à construção.
e) Tolerância de Execução
A variação das cotas reais em relação às medidas teóricas de projeto são
menores que em outras modalidades de construção, devido à maior precisão com que
são fabricadas as peças e feita a montagem. Essa menor variação facilita a fixação
dos painéis na construção metálica.
26
f) Montagem
Normalmente se consegue montar os painéis das paredes externas
juntamente com a montagem da estrutura, o que, além de acelerar a obra, contribui
na redução de seu custo.
- Função das Paredes da Fachada
As paredes externas devem satisfazer diversas funções:
a) Proteção contra a chuva e o vento
A parede externa deve proteger a construção contra a chuva e o vento,
vedando-a mesmo quando a chuva for acompanhada de vento forte.
b) Proteção contra o calor
Os painéis da fachada devem proteger o interior da incidência direta do
sol e da transmissão do calor através das paredes. A proteção contra a incidência
direta do sol pode ser obtida por dispositivos fiXos ou móveis. Como dispositivos fiXos
consideram-se marquizes e paredes verticais projetando-se para o exterior. A parede
deve ter características de isolamento térmico que reduzam a transmissão de calor
para o interior, propriedade importante principalmente nos casos onde há
condicionamento interno de ar. Nas regiões frias, o problema é o inverno, a parede
passa a ter a função de manter o calor no interior da construção.
c) Proteção contra o ruído
A necessidade de proteção contra o ruído externo é principalmente
devida ao tráfego de veículos e aeronaves. Deve também ser impedida a transmissão
de ruídos de um pavimento para outro.
d) Proteção contra o fogo
A proteção contra o fogo visa impedir a passagem do fogo de um
pavimento para o outro através da fachada.
27
e) Funções estruturais
As funções estruturais a que devem satisfazer as paredes são a
transmissão das ações do vento e das ações gravitacionais para o esqueleto portante.
As paredes da fachada devem também, onde acessíveis, apresentar segurança contra
arrombamento.
4.3.2- Tipos
Dependendo da disposição dos elementos estruturais das paredes das
fachadas, essas podem ser agrupadas em quatro tipos:
a) Faixas Horizontais
Nesse caso, têm predominância os elementos horizontais, geralmente
situados abaixo do peitoril. Acima fica a faixa sem função estrutural, de esquadrias
com os elementos transparentes.
b) Colunetas
Nesse caso predominam os elementos verticais. Os elementos
estruturais da parede externa são representados por colunetas, cujo afastamento
corresponde à largura das janelas. O caso limite ocorre em certas construções, como
nos edifícios tubulares, quando não existem as colunetas, cuja função é acumulada
pelas colunas da fachada.
As colunetas podem vencer um ou mais pavimentos sem emendas.
c) Painéis
Nesse agrupamento estão sendo considerados os elementos de fachada
com a dimensão do vão entre colunas e pavimentos.
28
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DDDDDDDDO a) Faixas horizontais
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c) Painéis
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Fig. 4.3 .2 .a- Tipos de Fachada
d) Revestimento
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D D D D D D r i ~ D D D D D D [
D D D D D D [ b) Colunetas
O revestimento é empregado em trechos ou em fachadas cegas, e não
se prende necessariamente a medidas que sejam função da altura entre pavimentos.
29
4.3.3. Materiais
A gama de materiais que podem ser empregados nas fachadas é muito
extensa, serão comentados apenas os de uso mais corrente e os com probabilidade
de aplicação futura.
a) Alvenaria
A alvenaria não é dos materiais indicados para prédios metálicos de
altura média ou grande. Nos prédios menores, da ordem de 10 pavimentos, pode ser
empregada economicamente.
b) Concreto
O emprego sob a forma de concretos leves, é o mais indicado.
Dentre estes, podemos destacar o concreto poroso e o de agregados
leves, com pesos específicos da ordem de 700 a 1500kg/m3, respectivamente. Os
painéis podem, em alguns casos, ser executados com protensão, o que irá permitir
melhor manuseio e controle das fissuras decorrentes da variação de temperatura e
das deformações laterais.
Os painéis podem ser executados como painéis maciços, nervurados ou
em forma de quadros.
c) Painéis Metálicos
Os painéis metálicos são geralmente constituídos do revestimento
externo, enchimento isolante termo-acústico e revestimento interno. Esses
componentes podem ser ligados entre si por colagem ou por processos mecânicos.
Os principais materiais empregados para o revestimento interno e
externo são a chapa de aço e de alumínio. A chapa de aço pode ser empregada
plana, corrugada ou estampada. O alumínio é empregado plano, nervurado por
laminação a frio ou extrudagem.
30
Ambos os materiais podem ser empregados com acabamento por
pintura, revestimento de plástico ou esmaltagem a fogo. O alumínio pode ainda ser
empregado ao natural ou anodizado. A chapa de aço pode ser empregada sem
acabamento, nos casos de se empregar aço de alta resistencia à corrosão ou aço , inoxidavei, ou ainda galvanizado.
d) Outros Materiais
Outros materiais que podem ser empregados são o fibro-cimento plano
ou corrugado, liso ou áspero, geralmente com acabamento de pintura, e o gesso.
e) Materiais isolantes termo-acústicos
Como materiais para o isolamento térmico e acústico são empregados:
-lã de vidro ou de rocha;
-materiais porosos sob a forma de placas;
-materiais esponjosos injetados entre as paredes externa e interna como o
poliu reta no.
Para isolar a umidade e evitar a condensação de água, podem ser
acrescentadas lâminas finas de alumínio, cobre ou material plástico.
31
4.4- O PROJETO
4.4.1- Estrutura de Aço Aparente ou Oculta
Muitos arquitetos sustentam um ponto de vista que uma verdadeira
estrutura de aço deve ser visível e as estruturas que não preenchem esse requisito
não são consideradas satisfatórias. Essa atitude é compreensível quando considera
se a evolução da arquitetura internacional do aço e sua rivalidade com o concreto,
nos anos mais recentes. Não se presta um serviço ao aço, dando-se um apoio
incondicional ao preconceito em favor da estrutura aparente.
Existe um grande número de edifícios com estruturas de aço
cuidadosamente projetados como tal, e nos quais o aço da estrutura não fica
aparente. O grau de exposição de uma estrutura de aço não é necessariamente um
critério válido que define suas qualidades arquitetõnicas e funcionais. A decisão de
expor ou ocultar a estrutura principal, envolve considerações técnicas, interesses
operacionais e econômicos e, certamente à área de criatividade que o aço exige do
arquiteto e do engenheiro. Daí surge o problema do tratamento das superfícies
expostas de aço que ficam salientes das fachadas, no caso da arquitetura do aço
aparente.
O uso de aços resistentes ao intemperismo é a solução mais agradável,
e tecnicamente a mais avançada, em termos de puro aço. Esse aço é comercialmente
disponível em muitos países e de uso bastante espalhado, embora, simplesmente
usá-lo não dê garantias de alta qualidade arquitetõnica. Pelo contrário, exige sensível
tratamento e considerável experiência para usá-lo arquitetonicamente e, além do
mais, controle de seu subsequente comportamento. A cor da pátina formada nesse
tipo de aço, é realmente atraente, conferindo dignidade e maturidade à fachada, que
adorna tanto quanto o cobre e certos tipos de madeira em processo de
envelhecimento.
Acima de tudo, as características arquitetônicas devem ser
cuidadosamente detalhadas. Do contrário, a água da chuva que escorre pela fachada,
32
pode criar desigualdades no aspecto da pátina e manchar partes do edifício que, mais
abaixo, ficam em contato com essa água.
Alternativamente, podem ser usados revestimentos plásticos, mas esses
também trazem outras complicações no seu rastro. Apesar disso, os aços patináveis
têm sido usados em muitos tipos de edifícios e na obtenção de uma variedade de
efeitos arquitetônicos.
Não há objeção em revestir pilares de aço ou vigas, ou sua proteção
contra fogo, com chapas finas de metal, alumínio claro ou escuro, aço inoxidável,
onde isso for necessário e onde sirva a um objetivo real, em associação com o resto
do tipo de acabamento da fachada. De fato, na evolução do revestimento em aço e
das paredes cortina, todas as combinações possíveis foram usadas com sucesso, de
uma forma ou de outra.
Finalmente, a proteção do aço por pintura, que tem sido uma prática
adotada por muitos anos e que hoje é levada à altura de uma arte, pela pesquisa que
conduziu a melhores "primers" inibidores de corrosão, deve também ser considerada
como uma solução legítima sob aspecto técnico e como expressão arquitetõnica.
Oferece a vantagem de que o responsável pelo projeto pode escolher a cor,
especificá-la precisamente e combiná-la com o ambiente onde a estrutura ficará
situada.
O custo inicial desses sistemas de proteção é baixo e, com respeito aos
custos de manutenção, qualquer comparação com técnicas mais ambiciosas e mais
caras, e com todos os aspectos de detalhamento do aço, deve levar em conta o
período de vida útil da estrutura. Por exemplo, quando um edifício for convertido ou
demolido em menos de 15 anos, não se pode justificar o custo extra do aço patinável,
mesmo quando esse custo não for uma consideração importante.
33
4.4.2- A estrutura de Aço e as Instalações
No processo de evolução dos edifícios modernos, os serviços técnicos
compreendendo ítens tais como: ventilação e ar condicionado, instalações sanitárias,
isolamento acústico, iluminação, sistemas elétricos de baixa e alta voltagem, etc,
ocupam uma proporção cada vez maior do volume do edifício, dos custos da
construção e das tarefas exigidas para o projeto.
O projeto da estrutura de aço não representa mais a parte mais difícil
de uma construção. A estrutura, principalmente de aço, com sua eficiência e
versatilidade se desenvolveu a tal ponto que pode enfrentar as exigências cada vez
maiores que decorrem da função do edifício.
O sistema estrutural que nos primórdios do desenvolvimento foi a força
propulsora da arquitetura, não mais representa o item mais importante. Só nos casos
de estruturas de grande altura ou de grandes vãos, é que a engenharia de estruturas
ainda representa um novo estímulo decisivo no projeto. Ainda ligado a esse fato, é
que apesar da preferência atual pela estrutura aparente, ainda existem muitos e
muitos edifícios com bons projetos de estruturas nos quais os elementos estruturais
ficam ocultos.
Para atender as exigências impostas pelos serviços técnicos, o projeto
da estrutura principal se concentra inteiramente em prever espaços ou cavidades para
instalar os vários serviços, como por exemplo no caso de hospitais, e a importância
cada vez maior dos serviços técnicos em um edifício, foi reconhecida pelos melhores
arquitetos, já nas fases iniciais da evolução desse serviços.
Na arquitetura doméstica da Inglaterra porexemplo,já em fins do século
XIX, R.N. Shan projetava grupos de chaminés como um sistema de dutos dentro da
estrutura. Por razões semelhantes, os arquitetos escandinavos e ingleses, têm tratado
os serviços técnicos aparentes num edifício, como um meio funcional de expressão
e às vezes até em edifícios religiosos. Os chamados .. brutalistas" ingleses
transformaram tubulações expostas, dutos e cabos em características oficiais da
arquitetura no seu próprio contexto.
34
Porém muitos arquitetos, entusiasmados pela sua honestidade de
propósitos, informalidade e liberdade, ficam desapontados quando os especialistas em
aquecimento e ventilação e em outros serviços, que sempre se orgulham em ocultar
dutos e tubos dentro de um edificio, chamaram a atenção para o fato de que aquela
solução não apresentava vantagens técnicas ou econômicas.
Apesar de tudo, as crescentes exigências impostas à flexibilidade do
equipamento e a necessidade de fazer face à evolução tecnológica cada vez mais
rápida, como por exemplo no caso de edifícios de universidades, levaram a um
consenso, pelo menos entre arquitetos e responsáveis por estes projetos (nem
sempre compartilhado pelos usuários do edifiício em questão) que não é mais
essencial ocultar os serviços técnicos dentro de um forro falso.
Tubulações e dutos expostos são especialmente justíficados, ou mesmo
indispensáveis, em casos onde sua utilização subsequente, com as diversas
derivações sempre necessárias, não são conhecidas com precisão na ocasião em que
é feito o projeto do edifício. Fica então evidenciada a capacidade da estrutura de aço
e de seus componentes de piso de serem penetrados e atravessados por dutos e
tubulações, sendo que visualmente, podem até apresentar contraste agradável e
podem impor uma certa ordenação no "layout" de todos os serviços.
Se os "serviços técnicos" podem ter uma conotação que ajuda a dar
conforto físico e mental aos usuários de um edifício, esse conceito deve incluir
também um projeto adequado de iluminação natural, isto é, o projeto de caixilhos para
ventilação natural, os dispositivos externos para a limpeza de vidros, e especialmente
as medidas de proteção contra os efeitos adversos da exposição direta ao sol. Esses
aspectos, dos mais antigos e importantes do "projeto ambiental" t~m de fato, desde
tempos imemoriais, determinado a aparência das fachadas de edifícios e de conjuntos
residenciais, desde as habitações mais simples aos projetos de arquitetura mais
ambiciosos.
Essa mudança revolucionária, introduzida no caráterestruturalde nossos
edifícios pela construção moderna com uma estrutura, exigiu novas soluções e Le
Corbusier foi um dos primeiros a se dar conta dela, e foi ele o criador do "brise-soleil"
35
como uma versão atualizada da veneziana.
O objetivo de elevar o planejamento dos serviços técnicos ao ponto de
caracterizar o projeto, conduzindo-o ao "status" da própria estrutura, é evidente nas
primeiras tentativas de mostrar nas fachadas as unidades de ar condicionado, os
elementos de calefação e outros serviços.
O projeto de W.Gropius para o edifício da McCormick and Company em
Chicago (1953) é importante nesse contexto, onde o sistema de convectores de ar
condicionado fica marcado nos painéis de fachada. No Brasil, só recentemente tem
havido essa preocupação, embora na escala de um modesto aparelho individuai de
ar condicionado, onde o arquiteto incorpora à fachada os detalhes arquitetônicos que
evidenciam a presença dessa inovação tecnológica na construção e nos hábitos de
viver do usuário do edifício.
Infelizmente, na maioria dos casos de edifícios menos recentes, esses
equipamentos são improvisadamente colocados nas janelas trazendo com isso
problemas de penetração de água da chuva para dentro do edifício e, no mínimo, um
constante chuveiro de água de condensação nos pedestres que transitam pelas
calçadas.
A evolução jamais fica estacionária, e está hoje proporcionando os
meios para o "projeto ambientai integrado" isto é, integração do sistema estrutural,
serviços técnicos, "!ayout" espacial e arquitetura. Com o aço estrutural os problemas
associados com o projeto integrado podem ser mais complexos, pois às vezes é
necessário resolver problemas de corrosão e de proteção contra incêndio. Um dos
exemplos, é o edifício da United States Steel em Pittsburgh, onde os pilares são
aparentes e ôcos, e por dentro deles, circula água de incêndio. Um sistema existente
ainda mais avançado, é o que combina água de incêndio dentro do pilar com os
serviços de calefação e de ventilação.
36
4.4.3- O Aço e o Vidro
O conceito ideal de um edifício inteiramente de vidro e de aço é sem
dúvida uma das forças mais típicas e mais importantes da arquitetura moderna. Os
primeiros progressos feitos nessa direção datam do início do século XIX,
imediatamente após a introdução do ferro na arquitetura, em substituição à madeira
e alvenaria como estrutura principal.
A França teve uma vantagem inicial nessa evolução, pois nesse país a
produção de vidro plano fez grandes progressos já no início do século XVII, com a
invenção do processo de fusão. O primeiro teto abobadado de um celeiro,
origina I mente construido com uma estrutura de madeira, destruído pelo fogo em 1799,
foi substituído por uma estrutura de ferro com grandes áres fechadas por vidros.
Mais tarde, a "Galerie d'Orléans" surgiu como a primeira e verdadeira
estrutura de ferro e vidro, com um sentido inteiramente novo de espaço e de massa,
uma relação completamente nova entre tratamento espacial interno e externo,
provavelmente a conquista mais notável da arquitetura do século XIX.
As coberturas em arco, feitas de ferro e vidro, se tomariam uma
característica marcante da vida urbana do século passado; arcadas e galerias
cobertas, mercados, estações ferroviárias, edifícios de exposições, sendo o mais
famoso, o Palácio de Cristal em Londres. Essa estrutura, em particular, indica
claramente que a tecnologia de fabricação do vidro estava atrasada em relação à do
ferro. Todo o projeto desse edifício, sua coordenação estritamente modular e seu
planejamento de construção cuidadosamente executado, teve que se basear nas
dimensões limitadas em que as placas de vidro eram disponíveis naquela época (não
mais que 1 ,25m de comprimento).
Na construção de edifícios de andares múltiplos, foi naturalmente muito
mais difícil do que em coberturas, conseguir, ou pelo menos se aproximar, da idéia
de uma casa completamente transparente. Deve-se notar que as dificuldades e os
retrocessos nesse setor sempre resultaram numa redução de área de vidro. Por outro
lado, as soluções mais inteligentes e mais elegantes tiveram uma ligação íntima com
37
o uso generalizado de vidros nas fachadas externas.
O fato de que levou tempo a arquitetura total do aço e do vidro chegar
a ganhar uma posição permanente na construção de edifícios de andares múltiplos,
cerca de 100 anos após o Palácio de Cristal, que naturalmente era apenas uma
cobertura, está intimamente relacionado à falta de tecnologia na fabricação do vidro.
As primeiras tentativas de construir fachadas vasta mente envidraçadas
em edifícios de andares múltiplos, tais como as famosas paredes-cortina da fábirca
Fagus, projetada por Gropius, tiveram que se reduzir a um modesto esforço, em
consequência das limitações impostas pelo vidro. Foi apenas no início da década de
20 que se tornou praticável a produção em massa de vidros planos de grandes
dimensões.
No entanto, nessa época na Europa, quando surgiram idéias importantes
na concepção de estruturas de edifícios, as estruturas de concreto estavam
desbancando as estruturas de aço. É essa a razão pela qual os edifícios totalmente
envidraçados não foram construidos com uma estrutura de aço, porém, com
estruturas de concreto.
Um dos exemplares mais antigos de edifícios de andares múltiplos,
totalmente envidraçados, foi a fábrica de tabacos Van Nelle, próxima de Rotterdam,
1927, e o centro de distribuição de medicamentos da Boots, em Beeston, Inglaterra,
que eram edifícios industriais de almoxarifado, nos quais as grandes áreas
envidraçadas das fachadas externas puderam ser executadas com mais facilidade
que em edifícios residenciais e comerciais.
A primeira estrutura de aço na qual o vidro foi usado em larga escala,
em grandes vãos, sistematicamente aplicado de forma a se tornar parte da estrutura,
em projeto surpreendentemente avançado para o ano de 1939, é a "Maison du
Peuple", um edifício de cobertura, de grandes vãos, em Clichy.
As fachadas de vidro e de aço, de Mies van der Rohe, em blocos de
apartamentos, e também as primeiras paredes-cortina, eram pelos padrões de idéias
e exigências daquele tempo, tecnicamente imperfeitas, pelo fato de terem apenas
uma placa de vidro espessa. Por muito tempo, os responsáveis por projetos fingiram
38
ignorar as perdas de calor, o frio e outros problemas físicos e psicológicos,
associados à placa simples de vidro e, de fato na América, onde as pessoas já há
muito estão acostumadas ao condicionamento total de ar e suas falhas, e onde a
energia era abundante e barata, essas não pesavam tanto quanto nos países
europeus. 11
De fato, os entusiasmados residentes dos apartamentos do Lake Shore
Drive" se divertiam soprando pequenas aberturas na espessa camada de gelo, que
se formava em suas janelas no inverno, principalmente quando havia muita gente em
uma saia, elevando consequentemente a umidade do ar no interior. Dando tanta
relevância ao vidro, Mies van der Rohe, de fato, estimulou o progresso tecnológico
ligado à fabricação do vidro.
As invenções e as novidades que surgiram na indústria do vidro,
ultrapassaram rapidamente essa fase inicial e as fraquezas inerentes a esse tipo de
material - isolamento térmico deficiente, fratura frágil, efeito de "estufa" sob raios
solares e o problema não teria sido tão rápido e eficientemente solucionado se não
fosse a grande demanda que já existia para painéis de vidro de grandes dimensões.
O vidro que foi escolhido para "Lever House" em New York era de
tonalidade verde (katacolor), um tipo de vidro usado na época, em grande escala, nos
parabrisas traseiros dos automóveis. Ao escolher esse material, os arquitetos
Skidmore, Owings and Merrill estavam certamente preocupados não somente com a
proteção contra a isolação, mas também com a coloração uniforme em toda a
fachada de vidro e, especialmente em dar ao edifício como um todo, um sentido de
massa. A idéia deve ter preenchido uma necessidade que era sentida e
imediatamente pegou, tendo sido adotada em grande escala pelos arquitetos.
O efeito mais espetacular foi obtido por Mies van der Rohe, com o vidro
marron-dourado do Seagram Building que combinava com os montantes de bronze
das janelas. Essa era exatamente a cor do Whisky Seagram e que resultou num
notável incremento nas vendas do produto.
Quanto mais escuro o vidro, mais tende a parecer espelho por fora. No
entanto, para o observador no interior do edifício, como nos óculos de alta qualidade,
39
não lhe parece tão escuro quanto por fora.
É interessante observar que a arquitetura internacional está se voltando
para efeitos românticos expresivos e simbólicos, redescobrindo e utilizando o efeito
mágico de vidro como material de construção. Basicamente isso reflete uma volta às
origens perdidas na antiguidade. O vidro como um meio transparente semelhante a
uma aparição, que parecia o princípio desejável pela arquitetura funcional e que lhe
foi posto à disposição pela moderna indústria de vidro plano, não é mais considerado
essencial. Os arquitetos chegavam à conclusão que esse material poderia também
ser usado como superfície colorida translúcida, opaca ou refletora e de fato, já foi
usado desta forma nas catedrais góticas e nos palácios barrocos.
No projeto da "Rare Books Library" de New Haven, os arquitetos
Skidmore Owings and Merrill incorporaram placas de ônix na malha da fachada pré
fabricada, evocando memórias de palácios antigos e da arquitetura eclesiástica,
voltando-se para o tempo em que o vidro era ainda mais caro que uma pedra semi
preciosa.
Nesse contexto deve ser mencionado o projeto que foi o sonho de Mies,
o arranha-céu de vidro em Berlim, concebido em 1919, postumamente executado na
"Lake Point Tower" em Chicago. Aqui novamente o concreto roubou o papel do aço,
nesse edifício de 65 andares, por certo tempo, o edifício de concreto mais alto do
mundo.
A partir de 1950, a tecnologia do vidro fez outros progressos
importantes. Dentre os vários sistemas de vidro isolante, o princípio do vidro duplo,
que permite viabilizar economicamente a calefação de um edifício totalmente
envidraçado, evitando a condensação e, ao mesmo tempo, isolando-o acusticamente,
é um dos princípios que tem sido empregados em maior escala. Como as unidades
de vidro duplo como um todo não são mais pesadas nem mais espessas que um
painel de vidro grosso simples, não mudaram de forma significativa a construção das
fachadas.
Por exemplo, comparando os detalhes Miesianos do "Seagram Building"
com o fechamento de vidro tecnicamente mais avançado e que dá maior isolamento
40
térmico do "Federal Center" em Chicago, a diferença de perfil das unidades de vidro
é tão pequena que quase não é percebida.
No Brasil esses vidros têm sido empregados com frequência cada vez
maior, sob a denominação pretenciosa de "cristal'", e que só recentemente têm
incorporado qualidades de isolamento térmico e acústico. Simultaneamente com os
avanços conseguidos na fabricação do vidro isolante, vários outros tipos de vidros de
segurança foram desenvolvidos; iaminados com várias camadas, e vidros temperados
de uma camada. Com a construção "toda de vidro" para paredes e aberturas, novas
e não sonhadas possibilidades se abriram para a arquitetura do vidro.
Os progressos obtidos no conhecimento da capacidade de
transmissibi!idade dos vidros de cor, com relação às várias faixas do espectro,
conduziram a novas possilidades de mitigar os efeitos de "estufa", além de enriquecer
formas de expressão arquitetônica. Além disso, foram recentemente empregados
métodos de revestir vidros com películas metálicas que refletem grande proporção de
calor, dando ao edifício a impressão de um vastíssimo espelho. Esse efeito foi
espetacularmente utilizado por Saarinen, no "Bel! Telephone Building" onde as
imensas superfícies são revestidas de vidros resistentes ao calor solar.
Um aspecto interessante dessas novas técnicas de vidro, é que podem
ser usadas em combinação umas com as outras. isto é, a cor e o revestimento
podem ser aplicados ao vidro duplo, ao vidro de segurança, etc. Existem portanto hoje
uma grande variedade de escolha e de fato quase que uma variedade confusa de
possibilidade de uso e de configurações, que vão desde o vidro de superfície lisa, ao
vidro trabalhado, do transparente comum ao opaco colorido, das superfícies
trabalhadas às lisas e brilhantes. Existe ainda um novo aspecto: a velha controvérsia
entre vidro laminado e vidro em placa, toma-se sem sentido com a introdução do
"float glass", produzido por processo relativamente novo e que se for adotado em
grande escala, trará como consequência seu barateamento. Esse novo tipo de vidro
combina o enorme brilho do vidro laminado com a precisão da superfície polida de um
vidro em placa.
41
A supressão total ou o disfarce do sistema de suporte de vidros não
deve contudo ser apresentada como o máximo ou como a solução ótima no sistema
vidro-aço. Uma estrutura graciosa de painéis de vidros de diversos tamanhos e bem
proporcionados na fachada, em combinação com um detalhe elegante de um sistema
de enrijecedores de aço aparente, é no mínimo, esteticamente mais agradável, como
exemplificado no "Musêe des Arts et Traditions Populaires" em Paris. Uma conquista
notável da construção moderna vidro e aço (apesar de requisitos funcionais mais
difíceis), uma estrutura que chega a produzir os efeitos fantásticos do Palácio de
Cristal de 100 anos atrás, é o "Royal Belge", edifício administrativo em Boitsfort,
Bruxelas.
e o Concreto
A combinação entre o aço estrutural e o concreto armado, é uma das
mais frequentemente encontradas e uma das mais importantes na construção civil.
É uma notável coincidência que esses dois materiais, tão diferentes na sua essência
sejam tão compatíveis e complementares entre si na sua dilatação térmica, na sua
ação composta, na proteção contra a corrosão que o concreto dá ao aço, quase
parecendo que tenham sido feitos um para o outro.
Desde a invenção do concreto armado, o aço e o concreto têm sido e
foram destinados um ao outro. Tanto quanto não pode existir concreto armado sem
o aço, o mesmo pode-se dizer, pelo menos em edifícios de andares múltiplos, que o
aço estrutural não poderia existir sem o concreto. Todos os edifícios de andares
múltiplos com uma estrutura de aço se apoiam em fundações de concreto. Além
disso, como regra, existem subsolos ou estacionamentos subterrâneos construídos
em concreto armado. O concreto simples ou armado é quase que invariavelmente
usado em lajes de piso em edifícios com estruturas de aço, variando desde os pisos
comuns de concreto armado com suas várias possibilidades de seções mistas, até
os pisos feitos com formas de aço e com concreto de agregado leve.
42
Nos edificios modernos com estruturas de aço, o concreto armado é
usado como meio de enrijecimento da estrutura; paredes resistentes à forças
cortantes, ou sejam "shear waiis" (como paredes transversais intermediárias ou nos
extremos do edifício) e, ainda em maior extensão, nos núcleos de circulação e de
serviço. Há vários graus possíveis de cooperação estrutural entre o núcleo de
concreto e a estrutura de aço, variando desde o núcleo independente de concreto
armado que é construído antecipadamente, e ao qual a estrutura de aço é ligada, até
a estrutura interna de aço que é subsequentmente revestida de concreto para formar
o fechamento do núcleo.
Além de ser utilizado para desempenhar funções estruturais com o
sistema estrutural, o concreto armado também pode ser usado como envelope ou
como material de acabamento de superfícies: oferece um método possível de
proteção do aço contra incêndio, e é frequentemente empregado em paredes e em
componentes de fechamento.
Até que ponto tais componentes ou partes de estruturas devam ser
feitos exclusivamente de aço, serem construídos inteiramente de concreto armado ou
constituir um sistema misto? Depende das circunstâncias que variam de um caso
para o outro, não sendo possível estabelecer regras gerais para a sua escolha.
Todavia, parece ser possível generalizar ao ponto de se dizer que, o uso do concreto
no contexto de uma estrutura de aço, parece apropriado quando puder satisfazer
simultaneamente às exigências estruturais e funcionais tais como: paredes resistentes
à forças cortantes (''shear wa!ls"), isolamento acústico, resistência à ação do fogo,
suporte ao empuxo de terra, evitar a penetração de umidades, etc., não deixando de
lado considerações de economia e de estética necessárias ao bom projeto.
É uma decisão óbvia construir um núcleo interno de concreto se, no
interesse de um "layout flexível" e de fácil circulação, for dada uma forma curva em
planta ao invés de retangular, como foi feito no edifício do "Chase Manhattan Bank"
em Milão.
Mais recentemente têm sido adotados núcleos cilíndricos colocados no
centro de edifícios com plantas quadradas ou cilíndricas. Tanto como uma estrutura
43
de aço, certos elementos individuais podem ser feitos de concreto, como o caso
oposto também pode ocorrer. Muitas vezes numa estrutura de concreto os grandes
vãos são vencidos com vigas de aço, assim como são usados pilares de aço nas
fachadas, de modo que possam ser acomodados discretamente atrás dos
fechamentos de vidro.
Analisando-se todas as combinações possíveis do aço e do concreto
armado, variando desde a estrutura inteiramente de aço à inteiramente de concreto,
é possível observar uma transição contínua entre um e outro, sendo difícil traçar uma
linha demarcatória entre esses dois materiais.
De vez em quando se faz a pergunta: quando e até que ponto tais
sistemas híbridos intermediários de construção são compatíveis com uma atitude
honesta por parte do arquiteto? Muitos arquitetos suspeitaram e de fato ainda
suspeitam, ou pelo menos não se sentem à vontade, em misturar o aço estrutural
com o concreto armado nas características estruturais do edifício.
Por outro lado, como pode ficar evidenciado em projetos de muitos
edifícios importantes, a combinação de um núcleo de concreto resistente e de
enrijecimento, circundado por uma estrutura de aço, é encontrado com tal frequência
e é tão aceito como uma solução lógica dentro do "layout" funcional e no sistema de
transmissão de cargas como um todo que, não faria sentido classificá-la como uma
solução de segunda classe.
Um exemplo clássico de como a combinação do concreto armado e do
aço numa estrutura de grandes vãos surgiu de considerações técnicas e econômicas,
e como a alternância dos materiais se tornou o motivo final do projeto e de fato sua
marca registrada, é o "Palazzo dei Lavoro", um grande edifício de exposições em
Turin, projetado por P.L. Nervi que até então, sempre havia projetado em concreto
armado.
O conceito de projeto de mudar a posição de núcleos de circulação
vertical do centro para a periferia do edifício, daí aumentando o contraste entre a
característica "fechada" do concreto e a "transparente" da estrutura de aço, usando
esse recurso por motivo estético, é impressionamentemente demonstrado no edifício
44
altamente individualizado do "Knights of Columbus lnsurance Company" em New
Haven (arquitetos Roche and Dinkeloo).
Uma solução arquitetônica imaginativa e de grande efeito visual
combinando uma estrutura de concreto associada a uma estrutura de aço, foi dada
pelo arquiteto E. Eiermann Frankfurt nas duas torres do centro administrativo da
Olivetti em Frankfurt, sobre o Reno. Nesse projeto o bloco de andares múltiplos como
um todo, é elevado acima do chão usando o principio do pilotis, arranjo bem
justificado pelo terreno relativamente estreito e pela necessidade de incluir também
no projeto um bloco de um edifício baixo.
O poderoso tubo de concreto armado que suporta o edifício de andares
múltiplos se eleva livremente até uma altura de 15 metros, abrindo-se no terço
superior na forma de uma pirâmide invertida. Como resultado de suas superfícies
brancas completamente fechadas, a estrutura adquire uma qualidade espacial de
grande efeito, estabelecendo um notável contraste com a estrutura de aço e com as
galerias fina mente articuladas providas de "brise-soleils". O que torna as torres da
Olivetti especialmente atraentes é o fato de que os tubos de concreto se elevam
acima do bloco de andares múltiplos, além do que seria necessário por exigências
estritamente técnicas de acomodação da casa da máquina dos elevadores e serviços.
Em relação ao estado atual da estrutura de aço e a arquitetura, é
signficativo que esse arquiteto, apenas poucos anos antes, em um congresso
internacional de aço, havia feito uma famosa declaração que para ele, o concreto não
passava de um mingau não apetitoso ao passo que a estrutura de aço era a
encarnação dos princípios aristocráticos da arquitetura.
A batalha entre o aço e o concreto armado, que ainda é ferozmente
travada em escritórios de engenharia e de arquitetura, em publicações técnicas, em
congressos e seminários e entre órgãos de classe que lutam por um ou outro sistema,
embora de maneira nem sempre óbvia para os não iniciados, é de fato uma força
altamente estimulante para a tecnologia moderna, para a arquitetura e para a
engenharia de estruturas.
Ambos os métodos de construção têm tirado lições um do outro, e
45
ambos têm se beneficiado com isso. Quando um deles levou uma vantagem, o outro
teve que fazer um esforço especial para companhar e, assim sendo, frequentemente
teve progressos já alcançados pelo outro. Inversamente, os projetistas de concreto
armado, pressionados pela necessidade de racionalizar procedimentos de construção,
têm sido cada vez mais conduzidos, principalmente nos projetos de grandes edifícios,
a fazer considerações cuidadosas sobre as alternativas de concretagem "in situ" e
concreto pré-moldado, ou uma combinação eficiente dos dois métodos.
Nesse ponto, eles adotaram algumas idéis úteis tiradas do projeto e da
construção de estruturas de aço, para não mencionar o fato de que, para
características estruturais aparentes e especialmente para componentes com grandes
carregamentos, usavam perfis laminados de aço.
Em termos de projeto arquitetônico, o aço e o concreto armado têm se
estimulado mutuamente e contribuído para o progresso como de fato tem sido
claramente demonstrado nas últimas tendências da arquitetura internacional.
Dentro do domínio das estruturas, praticamente não existe nenhum
princípio de projeto, motivo ou forma de expressão que, tendo surgido e evoluído das
estruturas de aço ou do concreto armado não tenha sido mais cedo ou mais tarde
adotado pelo outro, modificado, e algumas vezes até mal interpretado ou mal
utilizado.
Os pilares das fachadas clássicas em aço de Mies van der Rohe foram
copiados e adaptados pelos projetistas de concreto, na Alemanha em especial, como
meio de valorização arquitetônica da grelha da fachada, mesmo antes de se tornarem,
com o advento da parede-cortina, o lugar comum da arquitetura internacional.
A idéia de colocar os pilares da estrutura fora do edifício e
independentes da fachada e de elevar os elementos horizontais das estruturas acima
do nível da cobertura, obtendo-se daí notável efeito visual, também não escapou da
atenção dos arquitetos do concreto: existem numerosos e característicos exemplos
que demonstram o que foi dito, especialmente na Itália. A pergunta, se a estrutura de
aço saliente e a fachada recuada surgiu primeiro em aço ou em concreto, não pode
ser facilmente respondida.
46
Nos edifícios americanos de andares múltiplos, esse conceito de projeto
da estrutura surgiu quase que simultaneamente nos dois materiais e em ambos os
casos, suas vantagens e possibilidades arquitetônicas foram claramente expostas,
inversamente, existem formas e idéias características da construção em concreto
armado que foram adotadas nas estruturas de aço com maior ou menor facilidade e
com maior ou menor fidelidade.
47
5- VIABIUDADE ECONÔMICA DE UMA ESTRUTURA
Para ser feito um estudo de viabilidade econômica entre diferentes
estruturas, por exemplo, uma de aço e outra de concreto, é necessário fazer o projeto
e otimizar cada estrutura em separado, avaliar e levar em consideração as vantagens
técnicas relevantes e as consequências que afetam cada uma das estruturas.
Ao custo inicial do edifício, devem ser somados fatores tais como
economia no custo do capital e retorno antecipado decorrente de um período mais
curto C:e construção, economia decorrente de melhor uso das áreas rentáveis, volume
do edifício ou áreas de fachadas devido às menores dimensões dos elementos da
estrutura principal, economia nas instalações de uma estrutura mais aberta e flexível
no seu uso, custo mais baixos de fundação devido ao menor peso, economia devida
à flexibilidade no planejamento e execução da obra, etc.
Além disso, deverá ser avaliado o valor atual de futuros aluguéis ou uso
de uma maior área efetiva de piso, acomodações mais flexíveis bem como diferenças
de futuros custos operacionais e de manutenção. Custos que possam decorrer da
interrupção de outras atividades devem ser também incluídos na análise.
1
Finalmente, devem ser levados em consideração custos estimados de
modificações futuras ou futura demolição, bem como o valor residual do próprio aço.
Uma avaliação econômica global e a comparação entre tipos diferentes
de estruturas pode ser feita de forma simples otimizando-se cada um dos custos
anteriormente citados.
Afim de não tornar a análise por demais complicada o que exigiria muito
tempo para ser feita, muitas vezes é suficiente considerar e incluir somente os ítens
mais essenciais e de mais alto custo e que possam ser facilmente identificáveis e
avaliados com razoável esforço.
5.1- CRITÉRIOS PARA A UTIUZAÇÃO DE UMA ESTRUTURA DE AÇO
A estrutura de aço é, como regra geral, a alternativa mais econômica
quando um ou mais dos requisitos listados devem ser atendidos.
-grandes vãos de pisos
-grande altura do edifício
-baixo peso próprio, considerando solos de baixa qualidade
-quando um sistema complexo de utilidade deve ser instalado em cada andar
-grandes esforços nos pilares
-flexibilidade no "layout" interno
-sistemas de escritórios panorâmicos
-possibilidades de alterar a estrutura
-redução nos prazos de construção
-montagem, praticamente sob quaisquer condições meteorológicas.
-tolerâncias restritas nos acabamentos
-montagem em áreas restritas com pequena área ou sem área de armazenamento
2
A medida de economia de uma estrutura de aço é expressa pela
quantidade de aço consumido na estrutura em kg/m2 de área de piso ou por m3 de
volume de construção. Esse peso depende de muitos fatores, entre os quais podem
ser citados:
-número de andares
-cargas impostas
-espaçamento de pilares nas duas direções
-tipo de estrutura de piso
-altura total dos pisos
-método de enrijecimento ou contraventamento da estrutura
-qualidade do aço escolhido.
De importância econômica fundamental para a estrutura é a escolha dos
seguintes parâmetros:
1) Tipo de pilares
2) Arranjo e espaçamento de pilares
3) Vãos das estruturas dos pisos
4) Contraventamento do edifício
5) Tipo e arranjo dos componentes que dão rigidez ao edifício
A otimização de custos depende também da escolha correta dos
elementos de fechamentos (pisos, paredes, coberturas, sistemas de circulação
vertical, etc.) compatíveis com a estrutura de aço.
É portanto necessário que esses elementos preencham certas
condições:
1) Sejam constituídos de unidades com um máximo de pré-fabricação, de modo a
acompanhar a velocidade de montagem que é peculiar às estruturas de aço,
resultando no encurtamento do prazo global de construção.
3
2) Sejam leves, de modo a minimizar o peso global do edifício.
3) Sejam adaptáveis a um "layout" interno flexível e as modificações de seus
componentes.
4) Sejam projetados de modo a se adaptar às propriedades e às características
específicas da estrutura de aço.
5) Sejam condizentes com um sistema econômico de proteção ao fogo.
Um projeto cuidadoso de todos esses componentes, permite otimizar o
custo do edifício como um todo.
O sistema estrutural e o "layout" das instalações são de certa forma
interdependentes.
Um arranjo amplo e aberto da estrutura de aço, facilita a instalação de
utilidades e serviços tanto na vertical quanto na horizontal.
5.1.1- Os Pilares e os Vãos da Estrutura
Como regra geral, os pilares são localizados nas intersecções de um
sistema de eixos, que formam uma malha. As propriedades de uma estrutura de aço
são melhor exploradas quando esses eixos formam um sistema ortogonal,
especialmente retangular, ao invés de quadrado, sendo o primeiro mais econômico.
Às vezes, um sistema não ortogonal de eixos pode ser explorado com vantagem.
Pilares de fachada, com pequenos espaçamentos entre si, e em contato
com as paredes externas, são uma característica de edifícios com estrutura de aço.
As vantagens desse arranjo de pilares são as seguintes:
-Os pilares são de pequena seção transversal, e ocupam um mínimo de área útil.
-0 fechamento externo pode ser foc:ado diretamente a esses pilares, eliminando a
necessidade de montantes especiais para suporte de caixilhos.
-Esses pilares facilitam a montagem de divisórias internas em qualquer linha da malha
básica.
4
Devido ao peso comparativamente pequeno da estrutura de aço, são
menores as cargas a serem transmitidas às fundações. Isso resulta em economia no
sistema estrutural e nas fundações. Em condições difíceis de fundação, essa
economia é considerável.
O uso de vigas de aço permite a adoção de grandes vãos de pisos, e
de espaçamentos entre pilares, dando maior flexibilidade ao layout interno.
Com treliças que tenham a altura de um pé-direito, é possivel vencer
economicamente vãos de 30,00 a 60,00m.
estrutura de aço pode ser usada também para suportar grandes
cargas de uma parte do edifício em balanço, ou do edifício com um todo, ou ainda
suportar estruturas suspensas.
5.1.2- Os Contraventamentos
Todos os edifícios devem ter rigidez suficiente para resistir à ação do
vento e outras ações horizontais.
A escolha de um método correto para contraventar a estrutura, é de
importância fundamental no projeto, podendo até ser um fator predominante. Essa
escolha irá afetar:
-a utilização do edifício
- a economia da estrutura
- a aparência externa
-o método construtivo.
Os contraventamentos constituídos de sistemas reticulados ou de
paredes maciças, criam pontos fixos no edfficio e, por conseguinte interferem com a
liberdade do "layout" interno e com o sistema de circulação.
5
Os painéis contraventados por sistemas reticuladOs podem ser
penetrados mais facilmente do que uma parede de concreto. A combinação do
contraventamento com os meios de circulação vertical, é uma possibilidade óbvia,
porém, nas estruturas de aço esse sistema frequentemente não representa uma
solução ideal. Muitas vezes é mais vantajoso colocar o contraventamento nas
paredes externas, pois essa medida contribuirá para maior liberdade do "layout"
interno.
Para cada caso individual deve ser analisado se o edifício pode ser
enrijecido mais economicamente por contraventamentos de aço, ou por paredes e
núcleos de concreto.
Os núcleos de concreto são pesados e necessitam de fundações mais
complicadas exigindo em edifícios altos, paredes mais espessas e com maior taxa de
armadura do que seria necessário para a proteção contra fogo dos serviços e
utilidades contidas no núcleo.
Os sistemas de contraventamento vertical de aço são em geral, mais
econômicos especialmente quando vencem grandes vãos ou cobrem vários painéis.
Se os contraventamentos forem colocados nas paredes externas, sob
forma de estruturas rígidas ou sistema de diagonais expostas, o modo de transmissão
de forças fica patenteado ao observador, porém, o edifício poderá apresentar um
aspecto fora do comum.
Não obstante, devido à sua economia, é possível que essa forma de
construção adquira grande importância no futuro. Esse método permite que edifícios
de seção plana quadrada, retangular ou circular, sejam construídos como tubos
extremamente rígidos.
Na construção de edifícios altos, as barras dos contraventamentos que
dão a rigidez necessária à estrutura podem representar uma parcela substancial do
custo total da estrutura. Mesmo em edifícios de 20 andares por exemplo, os
contraventamentos podem representar cerca de 30% do peso da estrutura.
6
5.1.3- A Montagem
Sob o ponto de vista de montagem, os núcleos construídos em concreto,
são corpos estranhos no contexto de uma estrutura de aço. A velocidade com que o
núcleo de concreto pode ser construído por processo de formas deslizantes, pode
levar a conclusões errôneas a respeito do prazo global de construção, pois é
necessário levar em conta os prazos necessários para a preparação das formas e sua
posterior retirada. A montagem da estrutura de aço geralmente não pode ser iniciada
até que a concretagem do núcleo tenha sido terminada.
Além disso, as diferenças de tolerância aplicáveis ao concreto e à
estrutura de aço, associadas aos problemas de ligações dos componentes da
estrutura com o núcleo, podem dar origem a dificuldades e provocar atrasos.
construção geralmente se faz sem maiores problemas e com maior
facilidade, se o contraventamento for de aço e se for montado juntamento com o resto
da estrutura.
5.1.4- Sistema de Piso e Fechamento
Para os sistemas de fechamento, os métodos mais comuns de execução
de pisos apoiados em vigas de aço são os seguintes:
-lajes concretadas "in situ"
-lajes de concreto pré-moldadas
-formas metálicas com concretagem "in situ"
O sistema misto aço-concreto, que pode ser utilizado em qualquer um
dos três métodos citados, resulta em grande economia nos custos de construção.
Métodos apropriados de execução já foram desenvolvidos para esses três tipos de
pisos.
Uma consideração importante no projeto de pisos, é aquela que diz
7
respeito à proteção contra incêndio. Muitos métodos construtivos comprovados
atendem aos requisitos de proteção.
Existem, por exemplo, sistemas eficientes de forros que além de
satisfazer aos critérios de proteção contra incêndio, desempenham também outras
funções. O espaço entre o forro e as vigas de aço, pode ser utilizado para acomodar
vários tipos de serviços. Cabos e conduítes podem ser instalados no interior de
formas metálicas.
Os problemas que integram o projeto e a construção da estrutura, as
características do método de instalar os serviços sobre o forro, os equipamentos e
serviços necessários à operação do edifício, decorrem certamente da escolha do
método de construção do piso.
Uma das características principais dos edifícios com uma estrutura de
aço é que as paredes externas não são portantes, sendo simplesmente ligadas à
estrutura, geralmente de piso a piso.
Para essas paredes podem ser usados todos os materiais comuns e
todas as formas de execução. Os sitemas metálicos de fechamento são geralmente
os que melhor se adaptam aos requisitos de baixo peso, e seu uso fica facilitado pela
precisão dimensional da estrutura do aço.
Paredes internas ou divisórias leves, poderão ser eficazmente fabricadas
em painéis de aço.
A escolha do tipo de parede no entanto, depende não só do método pelo
qual as paredes serão fixadas à estrutura, mas também da ordem de grandeza das
deformações do piso. Frequentemente é mais econômico fabricar divisórias mais
flexíveis do que aumentar a rigidez dos pisos. Divisórias rígidas tendem a fissurar
mais facilmente quando construídas sobre vãos de lajes ou vigas relativamente
grandes. Tais fissuras, além de prejudicar o aspecto, interrompem o necessário
isolamento acústico das paredes.
8
5.1.5- Circulações
A circulação vertical, no sentido mais amplo inclui todas as facilidades
para o transporte vertical e a movimentação de pessoas e materiais - escadas,
elevadores, monta-carga enquanto que o termo "serviço" inclui tubulações de água
quente e fria, tubulações de gás, cabos de força, telefones, dutos de ar condicionado,
etc. Os tubos nos quais essas facilidades de circulação e serviços são colocados, são
os núcleos de circulação.
Se as paredes desses núcleos, que em qualquer caso devem atender
aos requisitos de resistência ao fogo, forem usadas como contraventamento da
estrutura, devem ser também projetadas para atender a mais essa função. Essas
paredes constituem um corpo estranho dentro da estrutura de aço. Por outro lado,
quando a estrutura é enrijecida por sistemas de diagonais ou por sistemas rígidos, as
facilidades de circulação vertical e os serviços passam por aberturas em pisos
sucessivos, podendo ser enclausuradas por paredes leves, resistentes ao fogo e
suportadas por esses pisos.
É extremamente importante escolher trajetórias diretas e convenientes
para tubulações horizontais, cabos, dutos, etc., levando em conta que nos edificios
modernos essas instalações representam uma grande percentagem do custo global.
Isso ocorre principalmente em edifícios com sistemas centrais de ar
condicionado, edifícios altos e edifícios com grandes áreas em planta, ou em edifícios
onde é exigida uma grande variedade de serviços tais como laboratórios e hospitais.
Como as zonas de distribuição horizontal são quase sempre contidas na
estrutura dos pisos, os pisos com vigas de aço apresentam grande vantagem pois
permitem grande folga para acomodar esses serviços.
Os serviços podem passar por aberturas adequadas em vigas, vigas
treliçadas ou casteiadas, o que é especialmente vantajoso quanto à maior liberdade
de "layout" dessas instalações. A maior liberdade que o sistema de pisos em
estrutura de aço pode proporcionar resul1a na maior facilidade de executar acréscimos
ou modificações nesses serviços.
9
5.2- ECONOMIA NO DIMENSIONAMENTO
É evidente que o consumo de aço numa estrutura, depende do estágio
de evolução tecnológica da época em que aquela estrutura foi construída.
Na fase anterior ao uso do aço, o ferro forjado demonstrava ser
conclusivamente superior ao ferro fundido, e as pontes construídas em ferro forjado
chegavam a pesar uma fração do peso de uma ponte equivalente em ferro fundido.
O consumo de aço numa estrutura entretanto, não é função apenas do
desenvolvimento tecnológico, depende também das relações de custo entre o material
e a mão-de-obra.
À medida em que aumenta o custo da mão-de-obra, a tendência é a de
se adotar detalhes construtivos mais simples, mesmo que isso implique em maior
consumo de material, e essa tendência é bem mais acentuada nos países altamente
industrializados.
Mesmo nos países onde é mais baixa a remuneração da mão-de-obra,
não pode ser técnica ou praticamente justificada uma complicação nos detalhes da
estrutura, ou a redução de sua rigidez sob o protexto de se economizar material.
Fatores econômicos diversos podem também influenciar o peso de
estrutura de aço, justificando um consumo acima de um valor mínimo aceitável em
termos de segurança e rigidez da estrutura.
O dimensionamento econômico de uma estrutura de aço, é
consequência da escolha apropriada do conjunto de parâmetros citados no item
anterior, tipo, arranjo e espaçamento de pilares, vão de estrutura, pisos e coberturas,
tipo de disposição de contraventamentos, tipos de ligação entre barras, e além disso,
contribuem para a economia global, a simplicidade dos detalhes, facilitando dessa
forma a fabricação e a montagem da estrutura.
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5.2.1- Material
Como regra geral, a escolha dos materiais da estrutura, aço, parafusos
e soldas, deve ser feita em função do uso da estrutura. Dentre todos os tipos de aço,
o mais econômico é o aço carbono de média resitência, disponível sob a forma de
perfis laminados, chapas e barras, utilizado na grande maioria das estruturas de
edifícios e pontes.
Parafusos comuns são mais baratos que os de alta resistência,
entretanto, ligações feitas com parafusos de alta resistência são em geral mais
econômicas que as executadas com parafusos comuns.
As ligações soldadas mais correntes, são mais econômicas se
executadas automaticamente com soldas de filete com a menor dimensão
recomendada, compatível com a espessura do material.
Qualquer estrutura necessita de uma rigidez mínima, necessária para
que ela possa ser fabricada, transportada e montada com relativa facilidade, além de
se comportar sob serviço de forma a exigir que sua manutenção seja a mais
econômica possível.
Em geral, a economia em uma ligação pode ser medida em termos de
custo por tonelada de reação em que a ligação deve transmitir (ou em termos de
qualquer outra unidade de força).
Entretanto, esse custo não deve ser relacionado apenas ao peso do aço
que foi gasto para fabricar a ligação mas, principalmente, ao custo de mão-de-obra
de fabricação e montagem.
Os parâmetros principais que influem no custo de uma ligação
parafusada e/ou soldada, são:
a) O tipo de ligação escolhido (flexível, rígida, semi-rígida)
Ligações de vigas com altura igual ou inferior a 250mm, são mais
econômicas quando executadas com cantoneiras soldadas na alma, quando flexíveis
ou com chapa de topo quando rígidas.
11
b) A configuração geométrica (necessidade de recortes em vigas, folgas necessárias,
etc.).
Em ligações de viga com viga, o recorte de encaixe deve ser eJiminado
sempre que possível.
c) O grau de padronização em relação ao diâmetro dos furos e seu espaçamento, tipo
e espessura do material da estrutura, etc.
d) O tipo de parafuso, o diâmetro e a posição da rosca em relação ao furo.
Deve-se tentar utilizar apenas um ou dois diâmetros de parafusos e
somente um método de aperto.
Ligações a cortante com a rosca dos parafusos excluída do plano de
corte são de custo mais elevado, devido à variedade de parafusos e o controle
necessário na montagem.
e) As ligações parafusadas devem ser feitas, de preferência, com parafusos comuns
do tipo A-307, ou de alta resistência do tipo A-325 em ligações por contato.
f) O método de instalação e aperto dos parafusos.
Ligações com parafusos de alta resistência, por atrito, são anti
econômicas por exigirem controle da força de tração aplicada. Devem ser utilizadas
somente em situações que justifiquem o seu uso.
g) O tipo de junta e dimensão das soldas utilizadas (filete ou entalhe).
h) O grau de preparação das superfícies em contato.
Em emendas que deverão transmitir esforços por contato, as
extremidades das peças poderão, em muitos casos, ser serrada a frio em vez de
usinada, que é uma operação mais cara.
12
i) O local de execução (oficina ou montagem)
j) Manutenção (reaperto ocasional, protensão da ligação, etc.).
Para reduzir a complexidade do problema de custos, geralmente são
consideradas apenas as ligações padronizadas usuais, levando-se em conta em cada
uma delas, parâmetros que poderão ser otimizados em função das exigências
mínimas da NBR-8800 e em função da facilidade de execução.
Pode-se obter uma otimização global de custos agrupando-se as
ligações de oficina e ligações de montagem, fazendo-se seu detalhamento de tal
forma que as operações de fabricação e montagem sejam tão repetitivas quanto
possível.
Para edifícios de andares múltiplos o número de repetições é de tal
ordem que, mesmo às "custas" de um pequeno super-dimensionamento, haverá uma
otimização no custo global.
5.2.2- Mão-de-obra
Para uma dada aplicação, existem muitas configurações diferentes de
ligações que atendem às condições de serviço e padrões técnicos exigidos.
No projeto de uma ligação soldada, ou de qualquer outro detalhe
soldado, vários fatores devem ser levados em consideração.
Em primeiro lugar, a ligação ou detalhe deve ser resistente e atender
aos requisitos de segurança de modo a não entrar em colapso ou sofrer deformações
inaceiiáveis quando sujeito às condições de serviço. Em segundo lugar a ligação deve
ser projetada de tal forma que possa ser fabricada usando-se técnicas disponíveis de
fabricação, podendo ser facilmente inspecionada.
Um terceiro requisito é que a ligação ou detalhe deve ser compatível
com o resto da estrutura e com a forma de construção do edifício.
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É necessário que seja dada a devida atenção aos espaços e folgas e
a estética do projeto. Finalmente devem ser considerados o custo e a economia.
Geralmente o custo de um detalhe ou de uma estrutura soldada é composto dos
custos de mão-de-obra e material.
Para toda a estrutura, o custo do material é frequentemente inferior ao
custo total da mão-de-obra. Para detalhes, o custo da mão-de-obra poderá
representar 90% do custo total.
Um detalhe ou uma estrutura que explore ao máximo a resistência do
material e que reduza o peso a um mínimo é frequentemente mais caro que um
projeto menos sofisticado e de fabricação mais simples.
O custo total do metal de solda depositado, é composto principalmente
dos custos de material e mão-de-obra.
Desses custos, o da mão-de-obra é predominante, o custo do material
do eletrodo está situado entre 3 e 20% do custo total, sendo a menor percentagem
correspondente a soldas de entalhe de pequenas dimensões e a maior percentagem,
a soldas de filete de grandes dimensões.
Outros custos relativos a materiais de consumo, energia e equipamentos
são em geral incluídos no "over-head" total de fabricação. O custo do material do
elemento é muitas vezes incluído no "overhead".
Para estimar o custo de soldagem, geralmente só se considera o custo
da mão-de-obra.
O número de horas de fabricação multiplicado pelo custo total horário
da mão-de-obra, incluído todos os outros custos, dá o custo de execução da solda.
Geralmente projetos e detalhes mais simples são os mais econômicos,
mesmo que seja consumido mais material.
Os custos do material incluem o custo do aço propriamente dito e os
custos do metal da solda, os parafusos, porcas e outros acessórios, sendo
predominante o custo do aço.
Para estruturas soldadas, o peso do metal da solda equivalente, em
média, é cerca de 0,6% do peso do aço da estrutura. Para detalhes soldados, o peso
14
do metal da solda corresponde de 1 a 1 0% do peso do aço empregado. O custo do
material do metal de solda depositado é igual aproximadamente a 4 vezes o custo do
aço, entretanto o custo do metal da solda por kg de estrutura pode, para efeitos
práticos de estimativa, ser desprezado seja qual for o tipo e a dimensão dos cordões
de solda. O custo por kg de parafusos, porcas e acessórios semelhantes, é
aproximadamente igual a 5 vezes o custo do kg do aço da estrutura.
O preço do aço depende de sua qualidade, formato e dimensões e além
disso, varia com as condições de mercado. Os preços do aço variam muito pouco de
país para país.
O custo de mão-de-obra para a execução de estruturas é composto do
custo da mão-de-obra direta acrescida de encargos sociais, administração, '"overhead"
diretamente aplicável à execução da estrutura, podendo nesse custo ser incluído o
da mão-de-obra de detalhamento e de desenhos de fabricação.
O custo total da mão-de-obra de montagem é geralmente mais alto que
o de fabricação e em muitos casos, consideravelmente mais alto. Para soldas a
serem executadas na obra, o custo de andaimes e de dispositivos de acesso aos
locais de soldagem pode aumentar de maneira considerável o custo total da
montagem.
O custo total da mão-de-obra, é frequentemente expresso em termos de
homem-hora, incluindo os custos, administração, "overhead", etc.
A relação entre o custo da mão-de-obra direta e o custo total da mão
de-obra varia bastante de um país para outro.
Os custos de mão-de-obra tem aumentado continuamente. O custo total
da mão-de-obra por hora pode ser obtido dividindo-se o custo total anual de
fabricação, excluindo o custo do material, pelo número total de homens-hora
trabalhados durante o ano.
Existe uma relação entre o custo do material e o custo total da mão-de
obra em função do tempo.
Um homem-hora, incluindo todos os custos, é equivalente a 35-50 kg
de aço.lsso significa que seria necessário economizar de 30-50kg de aço para pagar
15
um homem-hora adicional de fabricação para estruturas mais complicadas, ou em
outras palavras, poderiam ser gastos 30-50kg de aço a mais, para economizar um
homem-hora de fabricação.
Os valores reais variam bastante de país para país, além das variações
de preço e qualidade do aço. Para países onde é mais alta a remuneração da mão
de-obra, 45kg de aço por homem-hora de fabricação é um valor representativo e para
países onde essa remuneração é menor, 35kg de aço por homem-hora de fabricação
é um valor representativo.
A preparação de bordas de chapas e manuseio são normalmente
incluídas no tempo de fabricação. O custo desta preparação é geralmente desprezível
se for feita simultaneamente com o corte das peças. Para outros tipos especiais de
preparação, chanfros ou contorno especiais, os custos extras são somados aos outros
custos. O custo de preparação de bordas poderá ser da mesma ordem de grandeza
do custo do material do eletrodo.
Exigências especiais de tratamento da solda após sua execução, assim
como controles especiais de execução, são adicionais ao custo total de uma junta ou
detalhe soldado. A estimativa do número de horas inclui a soldagem, remoção de
escória, raspagem, operações normais de preparação de bordas, manuseio e
tratamento. Horas não produtivas tais como espera por pontes rolantes, não estão
incluídas. Para soldas de pequeno comprimento e pequenas ligações o número de
horas pode até dobrar. Para processos automáticos e semi-automáticos, a
produtividade é significativamente mais alta e o tempo de execução mais curto.
O custo da mão-de-obra de execução é obtido multiplicando-se o preço
total horário de fabricação incluindo "overhead" pelo número de h/m. A esse custo
deve ser somado o do material do eletrodo e outros custos extras de manuseio.
Por exemplo, o custo de fabricação de uma solda de entalhe em V
simples é aproximadamente igual a 0,7 h/m vezes o custo total horário da mão-de
obra de fabricação incluindo "overhead". A esse custo poderá ser acrescido 10%
para levar em conta o custo do material do eletrodo.
16
O projeto de estruturas e detalhes soldados, deve ser considerado em
conjunto com as disponibilidades de equipamento de fabricação e montagem para
assegurar que a fabricação da estrutura seja racional e econômica.
Uma grande parcela do tempo consumido na fabricação de uma
estrutura de aço é gasto em transporte interno e manuseio de peças. Para uma
fabricação racional, é necessário que esses tempos sejam reduzidos e que o projeto
seja adaptado às facilidades de fabricação. A preparação de pequenas peças a serem
soldadas e o tempo gasto na sua ajustagem pode representar considerável parcela
e até mesmo ser igual ao tempo gasto na soldagem.
A soldagem, o corte e a furação de elementos de ligação são operações
geralmente feitas em diferentes linhas de fabricação e até mesmo em diferentes
oficinas. Por conseguinte, para que seja reduzido o tempo gasto no transporte interno,
as ligações soldadas e parafusadas devem ser separadas de maneira racional. Como
regra geral, se possível, devem ser evitados elementos soldados e parafusados na
mesma peça. Além disso a preparação de bordas deve ser feita simultaneamente com
a operação de corte da peça na sua dimensão final.
Mudanças de dimensões, frequentemente exigem mais soldas além de
outras operações adicionais. Em consequência, deve ser verificado se a economia de
peso ficará prejudicada por custos adicionais de fabricação o que geralmente é o
caso.
Soldas de montagem são via de regra mais complicadas e mais caras
que as soldas feitas em oficina. Para as soldas de montagem devem ser
considerados os custos de guindastes, de andaimes e dispositivos temporários e de
outras ferramentas de montagem.
Para as ligações a serem feitas na obra, parafusos são preferíveis às
soldas. Uma ligação parafusada é geralmente mais rápida de ser executada, mais
simples e mais econômica que uma ligação equivalente soldada. O tempo de
guindaste é igualmente menor para ligações parafusadas do que para ligações de
montagem soldadas, não havendo no primeiro caso necessidade de andaimes ou de
passarelas temporárias, ou mesmo proteção contra intempéries.
17
Mesmo para estruturas soldadas na montagem, é frequentemente
necessário usar parafusos em ligações temporárias. Consequentemente o uso de
solda na montagem não elimina totalmente etapas de fabricação em oficina.
5.2.3- Proteção e Conservação
A eficiência e a economia de um projeto, podem também ser medidas
em termos de custos de manutenção.
Os detalhes da estrutrura e do edifício em geral, devem ser feitos de
modo a evitar problemas de acúmulo de água, sujeira, ou que facilitem a penetração
da umidade ou possam dificultar operações de manutenção.
A economia de outros materiais aplicados às estruturas de aço, pode ser
diretamente relacionada ao custo da estrutura.
Dois componentes de custo, comuns à maioria das estruturas, são o
revestimento de proteção contra a corrosão e o sistema de proteção contra incêndio.
Sob o aspecto econômico, esses componentes não devem ser
considerados isoladamente.
Aos componentes da estrutura situados no interior de edifícios,
protegidos por revestimentos que impedem o contato com a umidade, são aplicáveis
exigências menos rigorosas com respeito a proteção contra corrosão.
Para componentes situados entre dois planos de paredes divisórias ou
no interior de um encamisamento pré-moldado de proteção contra fogo e não
diretamente aderente ao aço, geralmente é suficiente aplicar uma camada de "primer"
de acabamento.
O mesmo se aplica a elementos da estrutura, situados no interior dos
vãos de forros de pequena dimensão interna, que contém poucas instalações e que
forem terminados e fechados nos estágios iniciais da etapa de acabamento. Se essas
condições não forem atendidas, é necessário aplicar, aos elementos da estrutura,
uma demão de acabamento de 40 micra de espessura, além do "primer" de 40 micra.
18
Para elementos da estrutura, constituídos de seções ôca~ usados em
pisos ou em fechamentos externos, a galvanização geralmente é suficiente para dar
proteção em condições normais de corrosão. Todavia, partes de frechais em
balanços, devem ter uma demão de acabamento.
O encamisamento de proteção contra fogo, que acompanha o contorno
dos perfis de aço e que fica diretamente em contato com a superfície, geralmente é
feito de concreto ou de amianto aplicado por "spray".
Para garantir boa aderência, a proteção aplicada por "spray" deve ser
feita sobre superfícies jateadas. Uma tênue camada de oxidação que se forme no
período entre a fabricação e a ocasião de aplicar o "spray", é geralmente considerada
inofensiva à estrutura. O encamisamento, além de dar proteção contra fogo, protege
o aço contra a corrosão. Uma camada de concreto, com 4cm de espessura, na qual
fica embutida uma tela de arame, é considerada como proteção adequada do aço
contra corrosão.
Nos casos onde os componentes da estrutura não ficam completamente
embutidos no concreto, é necessário tomar precauções especiais na zona de
transição, especialmente se esses componentes estão expostos ao ambiente externo
ao edifício, pois são nesses pontos onde há a maior probabilidade de início de
corrosão. O mesmo se aplica às zonas de contorno entre pilares exteriores e
superfícies pavimentadas no exterior de edifícios.
Os elementos de estrutura situados em interiores ou em outros locais,
onde é alto o grau de umidade no edificio, devem ser protegidos dentro dos mesmos
critérios aplicáveis às condições externas. Tomando-se precauções especiais, não há
objeção em usar aço em tais condições. Na indústria, e mais em particular na
siderurgia e na indústria química, as estruturas de aço são extensivamente usadas,
mesmo em condições ambientais bastantes agressivas.
O aço empregado em ginásios de natação onde a água é intensamente
clorada, deve ser protegido para condições idênticas à atmosferas marinhas.
Idênticos padrões de proteção contra corrosão devem ser adotados em
estruturas de laboratórios, onde possa haver a probabilidade de existência de gases
19
quimicamente agressivos.
Ao ar livre, as partes da estrutura mais sujeitas à corrosão são aquelas
onde se acumula pó ou sujeira, pois esses materiais absorvem umidade, tornando-se
pontos de origem de ataque corrosivo. Este risco pode ser reduzido
consideravelmente por detalhamento cuidadoso da estrutura, especialmente com o
objetivo de evitar bolsas passíveis de empoçamento de água ou coleta de umidade.
Perfis simples com superfícies lisas são preferíveis a perfis complexos.
Todos os elementos em contato com o ar ou em interiores de edifícios
com alto teor de umidade, devem ser projetados de forma a serem facilmente
acessíveis e a permitir que a aplicação das primeiras camadas de proteção e
subsequente manutenção sejam feitas com facilidades.
Nas seções soldadas em perfil-caixão onde há completa vedação à
penetração de umidade, não há necessidade de proteção interna contra corrosão.
Os processos modernos de proteção são bastante duráveis, desde que
aplicados dentro dos requisitos técnicos exigidos.
A experiência indica que a vida útil de um bom sistema de proteção, sob
condições climáticas médias, é de 10 a 15 anos. Em condições climáticas favoráveis
com o ar seco e puro, essa vida útil é ainda maior, ao passo que, essa vida será mais
curta em regiões industriais ou nas vizinhas ao mar.
No fim desse período, não é normalmente necessário renovar
inteiramente o sistema de proteção mas somente as camadas de acabamento.
Um programa sistemático de manutenção pode reduzir os custos em
cerca de 50% ou mais, em relação ao custo de remoção da pintura existente e nova
aplicação se houver deterioração do sistema original.
No interior de edifícios, geralmente não é necessário renovar a pintura
de proteção contra a corrosão não ocorrendo custos de manutenção. Em
compartimentos com elevado grau de umidade, todavia, a estrutura de aço deve
receber a mesma atenção como se fosse exposta a condições atmosféricas externas.
Para edifícios de andares múltiplos, o custo das medidas de proteção
contra corrosão, como percentagem do custo total da estrutura, é o seguinte:
20
Preparação de superfície (equivalente ao acabamento comercial) 1 ,8%
Uma camada de "primer"
Duas camadas de "primer"
Uma camada de acabamento
40 micra
80 micra
40 micra
Duas camadas de acabamento 80 micra
2,4%
4,6%
2,5%
4,9%
Lembrando que a maioria dos componentes da estrutura se situa no
interior do edifício, e exige somente o "prime r'', e que muitos componentes nem
mesmo precisam ser pintados, por serem encamisados dentro da proteção contra
fogo, o custo de medidas de proteção contra corrosão, de um edifício médio de
andares múltiplos, se situa entre O, 1% e 1,2% do custo total do edifício para um custo
da estrutura situado entre 1 O e 15% do custo total.
A economia do sistema de proteção contra incêndio, deve ser
considerada em conjunto com o custo do edifício como um todo e não isoladamente
como um elemento separado.
Com a grande variedade de opções atualmente disponíveis, sem
considerar o método tradicional de encamisamento com concreto executado pela
empreiteira gerai da obra, é difícil escolher objetivamente o sistema mais econômico
para uma dada situação, e levar em consideração todas as vantagens que esse
sistema poderia proporcionar.
Por exemplo, o uso de componentes pré-fabricados no encamisamento
de pilares, poderá ser mais caro considerando apenas o custo inicial, porém, poderá
ser no cômputo geral, mais econômico se puder ser aplicado aos pilares
simultaneamente com outros acabamentos, reduzido o peso próprio da estrutura, e
o prazo da obra, ocupando menos espaço de área rentável de pisos. Esses
componentes certamente exigem menos manuseio, menor grau de supervisão e
dispensam outros acabamentos.
O método a ser usado no sistema de proteção contra incêndio deve ser
escolhido, sempre que possível, dentre aqueles que sejam multi-funcionais isto é, que
além de proteger os pilares e outros elementos da estrutura contra ação do fogo,
tenham também a função de servir de acabamento.
21
Em edifícios industriais por exemplo, se for necessário proteger pilares
contra incêndio, o sistema a ser escolhido deverá também atender a função de
proteção contra impacto causado por veículos tais como empilhadeiras e outros
semelhantes. Sistemas multi-funcionais de proteção minimizam o custo diretamente
atribuível à proteção contra incêndio e confirmam o fato de que para se obter um
máximo de economia, o projeto do edifício deve ser considerado em sua forma global.
Dentro desse princípio, naturalmente sujeito aos regularmentos de
proteção, devem ser feitas considerações detalhadas à respeito do uso da edificação,
sua vida útil, e todos os benefícios que possam advir do emprego de métodos "a
seco .. , as vantagens do uso de elementos de encamisamento pré-fabricados, e se um
sistema multi-funcional poderá ser especificado para aquele projeto.
A tabela seguinte dá uma idéia aproximada de custos relativos de alguns
métodos de proteção correntemente usados, supondo que todas as condições
contratuais sejam idênticas, para um sistema de proteção classificado em 2 horas de
incêndio, baseado em custos por unidade de comprimento do encamisamento
colocado:
1 . Revestimento de concreto
(desprezando sua resistência mecânica)
2. Amianto aplicado por "spray"
3. Pintura intumescente (1/2 hora de proteção)
4. Painéis pré-moldados de vermiculita
5. Blocos de concreto de agregado leve
(Sistema de "interiock")
6. Sistema composto de encamisamento, acabamento com
lâminas de PVC
22
100
40
75
65
85
95
Ao se comparar custos, deve ser lembrado que o sistema de proteção
que acompanha os contornos do perfil de aço, apresenta maior área de acabamento
que o sistema que forma uma seção quadrada ou retangular envolvendo esse perfil.
Portanto, se o método de proteção proposto for aquele que acompanha,
por exemplo, os contornos de um perfil H deve ser estudado em detalhe alternativas
de seções de contorno planas para se chegar à solução econômica.
5.3- CONSUMOS MÉDIOS DE AÇO
5.3.1- Edifícios de Andares Múltiplos
Na figura está indicada a variação do consumo de aço em Kg/m3 de
construção em função do número de pisos p.
32
30 28
"' 26 E -..... OI
24 :.:: 22 -o 20 (.)-
o 18
"' 16 -o
14 o E i2 ::J
"' lO c o 8 u
6
4
2
2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 .32
Número de pisos p
Fig. 5.3.1
23
5.3.2- Galpões Tipo "'Shed"
Dentro dessa classificação estão incluídos todos os galpões do tipo
"Shed", sem pontes rolantes ou, com pontes rolantes de capacidade igual ou inferior
a 5 toneladas (50kN).
70
60
N
~ 50 ~
"' Cl
o 20 (I)
"' Q,.
lO
------ K 1 '(50.s)0
•555
-5 Kg/m2
lO 20 30 50
vÃo s (m)
Fig. 5.3.2
Na figura está indicada a curva de variação do peso em Kg/m2 de área
coberta, em função do vão "s" em metros.
24
5.3.3- Galpões leves (excluídos os galpões tipo "Shed'1
Dentro dessa classificação estão incluídos todos os galpões comuns,
sem pontes rolantes ou com ponte rolante de capacidade inferior a 5 toneladas
(50kN).
100
N" 90 E à. 80 = 70
N ::.:: 60
3. 5o <::{ 40 w o 30 o i;3 20 0.. 10
1 2,5 5 10
- I 2 K 2 -IO+I,5.s kg m
20 30 40 50 60
vÃo s (m)
Fig. 5.3.3
Na figura está indicada a variação do peso em Kg/m2 de área coberta,
em função do vão "s" em metros.
No presente caso, a variação é linear.
5.3.4- Galpões Médios
Dentro dessa classificação estão incluídos todos os galpões comuns,
excluídos os do tipo .. Shed", dotados de pontes rolantes com capacidade variáveis
de 5 a 60 toneladas (50 a 600kN).
25
220
C\! 2CO E
180 "-.. O>
""' 160 r<'l
y: 14 o
120 (.). <r ( )0,77 kg/m2 LJ.J 100 K 3 = 20-s o
o 80 (/) 60 LJ.J 0..
40 20
lO 20 30 40
v#J s (m)
Fig. 5.3.4-
Na figura está indicada a variação do peso em Kg/m2 de área coberta,
em função do vão "s" em metros.
5.3.5- Galpões Pesados
Dentro dessa classificação estariam incluídos galpões destinados à
indústria siderúrgica ou à indústrias similares, com pontes rolantes com capacidade
superior a 60 toneladas.
Para esses tipos de estrutura, o peso em Kg/m2 de área coberta é
extremamente variável.
São comuns índices que podem variar de 300 a 900 Kg/m2 dependendo
da função a que se destina a estrutura.
5.3.6- Ginásios de Esporte, Centros de Exposição e Hangares
Essas estruturas podem ser classificadas como leves; 25 a 35kg/m2
podem ser considerados valores representativos do peso desses tipos de estruturas
de cobertura.
26
5.3.7- Edifícios- Garagem
Edifícios-garagem, para o estacionamento de automóveis, com um
número de andares variável de 1 a 5, podem ser construidos com estruturas de aço
que pesa de 1 O a 15 Kg/m3 de volume de construção.
Esse indice pode variar em função da altura total da estrutura e do
sistema de manuseio de veículos (rampas ou elevadores).
27
6- FABRICAÇÃO, TRANSPORTE E MONTAGE
Uma construção em aço, qualquer que seja, envolve uma série de
operações industriais aplicadas segundo uma sequência lógica pré-estabelecida, que
deve ser do conhecimento de todo engenheiro que participe em algum momento
deste processo.
Entretanto, cabe ressaltar que as práticas recomendadas para a
execução de estruturas de aço constam da Norma Brasileira. Na ausência de outras
instruções e documentos contratuais, os procedimentos desta norma e suas revisões
servirão de regra para a fabricação e a montagem de estruturas de aço.
De um modo geral, todo o processo pode ser decomposto nos seguintes
passos:
-execução do projeto estrutural;
-contratação das estruturas;
-elaboração dos desenhos de fabricação e de montagem;
-fabricação propriamente dita;
-transporte até o local da obra;
-montagem da estrutura.
No projeto estrutural, ou ainda projeto básico ou projeto de engenharia,
a estrutura é concebida, ou seja, é definido o sistema portante: o tipo de aço utilizado
é especificado: as ações são definidas e são calculados os esforços nos componentes
estruturais: são definidas as dimensões e posições relativas dos componentes
estruturais: são feitos detalhes ou indicados os esforços nas ligações mais
importantes; são especificados aspectos relativos à soldagem, aos parafusos
utilizados, ao método construtivo, à necessidade de contra-flechas, à proteção contra
fogo e corrosão, entre outros.
No caso de edifícios industriais, deve-se ainda indicar o esquema de
localização de cargas dos equipamentos mais importantes sustentados pela estrutura,
seus valores e eventuais informações sobre esforços dinâmicos.
Devem constar do projeto estruturai os seguintes documentos:
-Desenhos, tantos quanto forem necessários para a correta visualização
da estrutura. Por falta de normalização nacional, é comum o emprego da metodologia
do AISC para a execução destes desenhos. Utiliza-se o 3° diedro para as projeções
e uma escala conveniente, contendo todas as informações já citadas, que permitirão
desenvolver o projeto de fabricação. No primeiro desenho da série deve estar contido
um plano das ações nas fundações, em valores nominais e subdividido em cada
carregamento, que permitirá o desenvolvimento do projeto de fundações.
-Memorial de cálculo, contendo todas as hipóteses adotadas para o
dimensionamento, sistema estrutural adotado, solicitações nos elementos e a escolha
das respectivas seções, bem como as normas e as especificações adotadas.
-Lista de material avançada, que permitirá uma primeira avaliação do
consumo de aço, tipo de perfis e tonelagam aproximada a ser consumida.
A contratação pode ser feita basicamente de três formas, a saber:
. contratação por preços unitários;
. contratação por preço global fechado;
. contratação pelo processo de industrialização.
2
A forma de contratação a ser efetuada está intimamente ligada ao nível
de informações em poder das partes na época da negociação.
Assim sendo, como normalmente só se dispõe do anteprojeto ou do
projeto básico para se orçar a estrutura, a contatação por preços unitários é a forma
mais comumente utilizada, por permitir uma maior flexibilidade no levantamento final
de quantidades e custos, quando da finalização do projeto executivo ou de fabricação.
É usual o cálculo do peso dos componentes pelo seu valor bruto, de
acordo com o projeto de fabricação, adotando-se para o aço o peso específico de 77
kN/m 3• A NBR 8800, no seu anexo P, chega, inclusive, a disciplinar tal cálculo com
uma série de recomendações.
No cálculo do peso teórico da estrutura para orçamento, deve sempre
ser considerado:
-o desbitolamento do material;
-o eletrodo depositado;
-os parafusos utilizados;
-a tinta aplicada;
-as perdas em geral.
O aço comprado pelas fábricas é cobrado pelo peso real medido em
balança, e não pelo peso teórico (peso específico multiplicado pelo volume). Assim,
como é usual, o desbitolamento para mais, sobretudo nos laminados planos devido
à folgas nos rolos de laminação, que pode introduzir um acréscimo que deve ser
considerado no orçamento, usualmente adota-se um adicional de peso de 4 a 5% do
valor teórico.
O peso de eletrodo depositado também não deve ser desconsiderado,
sendo usual adotar-se um índice de 1 O kg por tonelada de estrutura, no caso de
obras convencionais.
Quando não for possível calcular o peso teórico dos parafusos, pode ser
adotado um índice de 1 O kg por tonelada de estrutura.
3
O custo da pintura também não deve ser menosprezado, chegando, no
caso de pinturas de boa qualidade, a representar 20% ou mais do custo da estrutura.
Por fim, as perdas com sobras de chapas ou perfis são tàmbém
significativas, chegando a ser da ordem de 8 a 10% do peso teórico.
A construção por preço global fechado poderá ser feita quando já se
dispuser de um projeto detalhado, o que dará a necessária segurança na elaboração
da quantificação e fechamentos dos preços para o contrato.
A contratação pelo processo de industrialização nada mais é que uma
variação dos processos anteriores, onde já existe um peso de projeto previamente
conhecido, dando a possibilidade do conhecimento tanto quantitativo quanto
qualitativo dos materiais envolvidos na fabricação da estrutura, o que permite que a
compra da matéria-prima seja efetuada diretamente pelo proprietário, que entregará
todos os materiais a um determinado fabricante de estruturas, que irá industrializá-los,
cobrando unitariamente pelos seus serviços de fabricação dos componentes.
Tal processo leva a uma vantagem para o proprietário, uma vez que ele
ficará livre do pagamento de qualquer taxa de administração, ou demais encargos que
recaírem sobre a compra desses materiais, pelo próprio fabricante da estrutura. Em
geral, a redução de preço é de até 20%.
A contratação entre o proprietário e o fabricante ou montador da
estrutura se consolida através dos chamados documentos contratuais, que devem
definir as responsabilidades das partes. Tais documentos consistem, normalmente,
de contrato, desenhos e especificações.
Os contratos prevêem sempre a forma de pagamento, sendo usual se
trabalhar com um sinal de 20 a 30% para a compra da matéria-prima, e com uma
retenção sobre as faturas de 5 a 10%, a ser devolvida após o término do contrato.
Quando o proprietário fornecer qualquer documento ao fabricante ou
montador (projetos, desenhos, especificações, etc.), estes não são responsáveis pela
correção, adequabilidade ou legalidades dos mesmos. Caso se exija tal
responsabilidade, ela deve estar claramente explicitada nos documentos contratuais.
4
No caso de discrepância de informações entre os desenhos e as
especificações, estas prevalecem: quando entre dimensões em escala nos desenhos
e algarismos escritos, estes prevalecem; quando entre desenhos da estrutura de aço
e desenhos de outros fornecimentos, aqueles prevalecem.
Contratadas as estruturas, passa-se à elaboração dos desenhos de
detalhamento e croquis de fabricação, de acordo com o projeto estrutural. Esta é a
etapa onde os conceitos originais da estrutura são traduzidos por esquemas, linhas,
dimensões e notas que fornecem instruções completas para o corte, puncionamento,
furação e montagem dos vários componentes estruturais. Devido à importância do
projeto estrutural e do detalhamento no custo final das estruturas, é conveniente
cercar de cuidados a sua execução. De uma maneira geral, a elaboração dos
desenhos de fabricação envolve várias atividades, tais como:
-preparação da lista preliminar de encomenda de material;
-elaboração do plano de montagem;
-preparação do sistema de marcação e folhas de índice;
-elaboração dos detalhes típicos, folhas de rotina, "layouts" e memórias de cálculo;
-elaboração e conferências de desenhos de fabricação;
-elaboração de lista de materiais e cálculos de pesos;
-elaboração da lista dos conectores de campo e eletrodos.
O projeto ou diagrama de montagem é mais esquemático, normalmente
sob a forma de diagramas, ·trazendo como informação a sequência de montagem, os
equipamentos a serem utilizados, os locais de fixação para movimentação das peças,
dimensões principais da estrutura, marcação dos componentes, detalhes das fixações
por chumbadores e todos os elementos permanentes ou temporários essenciais à
integridade da estrutura parcialmente montada.
Em casos especiais, tanto o diagrama de montagem, quanto os
desenhos de fabricação devem indicar a sequência de execução de ligações
importantes, soldadas ou parafusadas, para evitar o aparecimento de empenos ou
5
tensões residuais excessivas.
Em todos os projetos, recomenda-se o uso de notação padronizada pela
ISO Standard 3898 e de unidades de acordo com o Sistema Internacional (baseado
no sistema métrico decimal). Os símbolos indicativos de soldas devem obedecer à
norma da American Welding Society AWS A2.4-79.
Como pode ser observado, o projeto de fabricação e o plano de
montagem são usualmente elaborados pela empresa fabricante e montadora de
estrutura. Esta, muitas vezes, chega inclusive a elaborar os projetos básicos.
De qualquer modo, os fabricantes sempre executam a chamada
engenharia de preparação para fabricação. Esta engenharia consiste no apoio que é
dado pelo escritório técnico ao processo de fabricação, envolvendo desde os estudos
de processos e métodos de fabricação, até a elaboração de croquis e moldes para
confecção das diversas peças componentes da estrutura.
Normalmente, dentro de uma fábrica de estrutura esta parte referente
a elaboração dos croquis e detalhes recebe o nome de traçagem, que, por sua vez,
pode ser separada em traçagem de escritório e traçagem diretamente sobre a
matéria-prima que servirá para a fabricação das peças componentes da estrutura.
Na traçagem de escritório, a partir dos desenhos detalhados para
fabricação, o traçador deve preparar o croqui de cada peça, com a colocação de
todas as informações que dêem condições para a fabricação das mesmas, tais como:
linhas de centro, linhas de furação, posicionamento das diversas furações que por
ventura devem ser feitas nas peças, linhas de corte devidamente cotadas, etc., e
detalhes das chapas de ligação e demais chaparias envolvidas na estrutura.
Esses croquis deverão ser elaborados em escala natural (1 :1), para que
dentro da fábrica possam servir de molde para fabricação, diretamente à partir deles,
caso o número de reproduções seja pequeno, ou então de molde para a confecção
de um gabarito em chapa fina, que servirá para a fabricação de uma quantidade
elevada de peças iguais.
Além dessa preparação para a fabricação, a engenharia de preparação
encarregar-se-á da confecção das listas preliminares e definitivas de encomenda de
6
material, concentrando-se no aproveitamento adequado dos mesmos, fazendo estudo
para o corte das chapas a partir de dimensões recebidas da usina siderúrgica, de tal
modo a se ter a menor perda possível.
Elabora ainda os planos de montagem, as listas de parafusos, eletrodos
e tintas a serem utilizados, bem como tabelas para o controle de fabricação, tanto no
sentido da qualidade, quanto no sentido de acompanhar e seguir de perto a
produtividade alcançada pelos diversos setores da fábrica; por último, deverá preparar
ainda as listas que darão condições de acompanhamento do despacho dos materiais
para a obra, as "listas de expedição" e os romaneios que deverão acompanhar cada
carregamento.
Modificações que se fizerem necessárias no projeto durante a fabricação
ou montagem da estrutura poderão ser feitas somente com a permissão do
responsável pelo projeto, devendo todos os documentos técnicos pertinentes serem
atualizados.
6.1- FABRICAÇÃO
De posse de todos os documentos e materiais necessários para a
fabricação de uma estrutura, esta é realizada em instalações industriais, que possuem
uma grande flexibilidade para a execução de uma variedade de operações.
As instalações, equipamentos e distribuição variam de maneira
significativa de uma fábrica para outra, porém, basicamente todas distribuem suas
operações em diversas seções distintas, que dependem das dimensões da fábrica,
dos sistemas de movimentação de cargas como pontes rolantes, monovias, talhas,
etc.
Cada uma das múltiplas seções das grandes oficinas é equipada para
determinado tipo de trabalho. No caso de pequenas instalações com uma só seção,
as diversas operações são executadas no mesmo local. Os serviços de reparo,
fabricação de pequeno porte e armazenagem de pequenas peças são efetuados em
7
pequenas seções, agregadas à instalação principal, servidas por monovias ou
empilhadeiras.
A extremidade da oficina destinada à recepção de materiais deve possuir
uma área livre para desembarque e armazenagem dos mesmos. Na extremidade de
expedição de produtos, também é necessário um espaço para embarque, de acordo
com o tipo de transporte disponível.
O aço estrutural passa por várias operações ao longo da fabricação das
estruturas. Contudo, a sequência e importância das operações de oficina variam de
acordo com o tipo de fabricação requerida. Esta grande variação nas operações
distingue a fábrica de estruturas metálicas de uma unidade de produção. As
operações típicas, geralmente executadas são:
-Manuseio e corte de material
-Execução de Gabaritos
-Traçagem
-Furação
-Desempeno, dobramento e caiandragem
-Ajuste e alargamento de furos
-Parafussagem e soldagem
-Acabamento
-Operações de usinagem e forjamento
-Controle de qualidade
-Limpeza e pintura
-Embarque
É usual que as diversas operações de fabricação sejam executadas com
o auxílio de croquis de cada peça, evitando-se o manuseio dos desenhos detalhados,
reservados ao pessoal especializado. Por outro lado, o controle do andamento dos
trabalhos é efetuado através de fichas, que informam a posição de cada elemento
estrutural dentro do fluxograma de fabricação.
8
6.1.1- Manuseio e Corte de Material
Existem três classificações genéricas que descrevem as fontes
fornecedoras do aço usado numa unidade de fabricação de estruturas metálicas: aço
comprado das usinas, aço em estoque, aço comprado dos intemediários.
O aço comprado das usinas laminadoras destina-se a trabalhos
específicos, seguindo listas preparadas pelos projetistas ou departamentos de
compras. É a principal fonte de matéria-prima das fábricas de estruturas metálicas.
O material pode ser entregue já nos comprimentos desejados, com seu custo
ligeiramente acrescido.
O aço estocado pelo próprio fabricante é usado para cobrir demandas
superiores às quantidades encomendadas às usinas. É também utilizado para atender
a pequenos trabalhos, que não justificam um pedido às laminadoras.
O aço comprado de revendedores é utilizado quando o cliente deseja
maior rapidez de entrega, mesmo que isto acarrete um acréscimo no custo dos
serviços.
Quando o aço chega à fábrica, deve ser identificado, verfficado de
acordo com as listas de pedido e, em seguida, encaminhado para determinado
serviço ou para o estoque,
A norma ASTM-A6 exige que o aço, ao ser embarcado pelas
iaminadoras, esteja identificado com o número da corrida, nome do fabricante, marca
registrada e tamanho. Se o limite de escoamento especificado for maior que 250 MPa,
a peça deve estar marcada também com o número da especificação aplicável e a
codificação em cores.
Os relatórios de testes de laminação mostram os resultados de ensaios
físicos e químicos para cada corrida e são fornecidos para a identificação positiva do
aço.
Os sistemas de identificação de laminação e controle de identificação
de aços de alta resistência garantem que o material especificado para os vários
membros seja repetidamente identificado nas instalações do fabricante.
9
A maior parte do material utilizado numa fábrica de estruturas metálicas
é por demais pesada para que seja elevada e transportada com as mãos. Máquinas
de elevação adequadas a cada tipo de transporte devem estar disponíveis (pontes
rolantes, monovias, empilhadeiras, etc).
O material fornecido com comprimento maior do que o necessário deve
ser enviado para as tesouras, serras ou unidades de corte a maçarico.
As placas ou barras chatas de certa espessura são cortadas pelas
tesouras (guilhotinas); as cantoneiras, por máquinas similares, capazes de cortar as
duas abas ao mesmo tempo. Viga I, perfis e colunas leves são em geral cortadas por
serras de alta velocidade.
O maçarico a gás é usado para corte de material de espessura ou
tamanho acima da capacidade das diversas outras máquinas. Esta operação é
chamada "oxi-corte" ou "corte a chama". O maçarico é o meio mais versátil e útil para
corte do aço. O tipo portátil pode ser manuseado na própria oficina ou mesmo no
campo. O modelo estacionário possui um braço pantográfico, com bicos de corte
numa extremidade, dirigidos pela outra extremidade que desliza sobre um gabarito.
Algumas máquinas de corte por chama são montadas sobre carros, que correm sobre
trilhos guia.
Para os cortes relativamente retos, um trilho-guia sobre uma mesa
adjacente controla os bicos de corte. Para os mais complexos, usa-se um sistema de
guia eletrônico que segue um gabarito em tamanho natural.
Alguns fabricantes utilizam máquinas controladas automaticamente por
cartões perfurados (controle numérico), o que elimina a necessidade de gabaritos de
tamanho natural.
6.1.2- Execução de Gabaritos
O gabarito é um modelo ou guia em tamanho natural, feito de papelão,
madeira ou metal, usado para localizar furos puncionados ou broqueados, ou cortes
e dobramentos a serem feitos na peça.
10
A execução dos gabaritos é a primeira tarefa de maior porte a ser
executada quando um novo trabalho é iniciado. Os croquis de fabricação devem ser
enviados para a oficina com a devida antecedência, para assegurar uma-quantidade
suficiente de gabaritos, antes que as operações de fabricação propriamente dita se
iniciem.
Os gabaritos são os únicos guias para muitas das operações
subsequentes, tais como o corte de chapas, dobramento e furação. Cada um deles
é marcado com o tamanho do material requerido, o número de peças a serem feitas,
o número do serviço, a identificação da peça e o número do desenho no qual a parte
está detalhada.
Alguns gabaritos têm o formato de peças de madeira, compridas e
chatas, que são chamadas barras de espaçamentos, marcadas do lado oposto onde
os furos devem ser puncionados. Em algumas fábricas têm-se usado chapas
metálicas planas com marcas pintadas ao invés de barras de espaçamento.
Muitas operações antes executadas com auxílio de gabaritos são agora
feitas por máquinas controladas por cartões perfurados.
6.1.3- Traçagem
Grande parte do aço que atravessa uma fábrica de estruturas metálicas
passa pelas mãos do pessoal responsável pela traçagem. Parte deste trabalho é
executado sem o auxílio de gabaritos. Isto é usual quando a quantidade é pequena
e, portanto, o trabalho manual é mais econômico. As linhas de construção são
marcadas diretamente sobre o aço com riscadores de giz ou pedra-sabão. É feita
então uma pré-furação para localizar os centros dos furos a serem feitos, bem como
as linhas ao longo das quais será executado um corte.
O pessoal responsável pela traçagem verifica também o material quanto
às dimensões e ao desempeno. Se uma peça estiver curva ou empenada em excesso
deve ser enviada para as desempenadeiras. O material que for marcado a partir de
11
gabaritos é colocado sobre as mesas de trabalho e fixado no local. Todos os furos
têm seus centros puncionados e todos os cortes são marcados com riscadores de
pedra-sabão. Todas as marcas de pré-furação e corte são contornadas com linhas
pintadas, para evitar que sejam ignoradas, em operações posteriores.
6.1.4- Furação
O puncionamento é o meio de furação mais comumente usado.
Normalmente, o aço de médio carbono pode ser puncionado em espessuras até 3
mm maiores do que o diâmetro do conector a ser utilizado. Os aços de alta
resistência são mais duros e, neles o puncionamento se limita a espessuras
menores. O projetista especifica o tamanho dos parafusos a serem utilizados. Exceto
em casos especiais, os furos são puncionados com um diâmetro 2mm maior que o
do conector, garantindo assim uma certa tolerância para furos um pouco
desalinhados.
Pequenas peças de aço, tais como cantoneiras de pequeno
comprimento e pequenas chapas, têm seus furos puncionados um de cada vez. As
máquinas usadas com este propósito são conhecidas como puncionadeiras de
detalhes.
A puncionaderia múltipla possui uma série de punções, colocadas
transversalmente sobre uma mesa espaçadora. A mesa se estende a ambos os lados
dos punções e possui cilindros ajustáveis, para apoiar a peça. Um carro movimenta
a peça metálica através da máquina, e a localização dos furos é determinada por
gabaritos de barras ou chapas. Muitos furos podem ser executados ao mesmo tempo.
Uma mesa separadora, manual ou motorizada, é usada para perfis I
médios, perfis U, cantoneiras e chapas. Uma mesa separadora automática manuseia
peças maiores e mais pesadas. A introdução do controle eletrônico permite a
operação completamente automática do carro espaçador, através de cartões
perfurados.
12
O broqueamento de peças de aço estrutural é utilizado para a execução
de furos em material de espessura maior do que a capacidade das puncionadeiras,
· ou para atender a especificações especiais de serviço. O equipamento deste tipo de
furação inclui a furadeira industrial comum, a furadeira radial, a furadeira múltipla de
coluna, baterias de furadeiras em guindastes (usadas para grandes furações e
alargamento) e furadeiras em pórticos.
A furadeira industrial fixa e a radial executam um só furo de cada vez.
Para certos tipos de trabalho que exigem muitos furos, uma furadeira múltipla pode
ser usada. Neste tipo de equipamento o material deve ser posicionado sob as brocas.
Por outro lado, as furadeiras que se movem horizontalmente, tais como as montadas
em pórticos, podem ser localizadas exatamente no ponto de trabalho.
Os fabricantes de máquinas operatrizes têm combinado muitas funções,
antes totalmente distintas, formando linhas de operação contínuas para pré-fabricação
de material. O material é deslocado sobre um transportador, através de uma série de
serras e puncionadeiras (ou furadeiras).
A sequência é controlada automaticamente: a máquina corta o material
no comprimento adequado e, em seguida, executa as operações próprias da furação.
Assim, o uso de espaçadores, chapas e marcações manuais, fica totalmente
eliminado. Em tal equipamento, o cabeçote de broqueamento consiste de uma ou
mais brocas, montadas de forma a furar almas e flanges de perfil!, simultaneamente.
Um outro tipo de equipamento automatizado, possui até 40 eixos de
brocas, todos controlados eletronicamente por cartões ou fitas perfuradas. Tais
máquinas são usadas para executar furos em almas e chapas de reforço de vigas e
em abas de cantoneiras. Por último, há ainda uma moderna furadeira de eixo único,
de alta velocidade e de controle automático, para broqueamento em chapas de
ligação, sem a necessidade de gabaritos ou marcação, incluindo chapas para ligações
oblíquas.
Uma grande vantagem destas máquinas automatizadas é a sua
precisão. A eliminação de erros dimensionais na pré-fabricação em muito simplifica
as operações seguintes, de oficina ou de montagem.
13
6.1.5- Desempeno, Dobramento e Calandragem
O material que tenha sofrido qualquer empanamento, ao ser
transportado e manuseado, ou mesmo devido às operações de puncionamento, deve
ser desempenado antes que qualquer trabalho posterior seja executado. A prensa
que, em geral, é usada para o desempeno de perfis I, U, cantoneiras e barras
pesadas, é comumente conhecida como "bulldozer", desempenadeira ou prensa de
cabeçote móvel. Esta máquina possui um êmbolo percursor ou pistão hidráulico, que
aplica uma pressão ao longo da peça distorcida, até o seu alinhamento. Esta pressão
também é usada para a execução de elementos com curvas de grande raio.
Chapas de grande comprimento, levemente recurvadas, ou abauladas
longitudinalmente, são em geral levadas a uma desempenadeira com cilindros. As
chapas são introduzidas entre os cilindros , que exercem maior pressão do lado
côncavo da peça. A pressão aumenta o comprimento deste lado, corrigindo as
distorções até o limite aceitável de alinhamento.
O desalinhamento em perfis estruturais é às vezes corrigido pela
aplicação de calor. Quando este é aplicado a uma pequena àrea de aço, a porção
não aquecida que a circunda evita a dilatação. A contração subsequente ao
esfriamento causa um encolhimento da peça, restabelecendo o alinhamento. É
comum aplicar-se este método para corrigir distorções em almas de vigas, entre
enrijecedores, e para o desempeno de peças. É também muito usado para a
execução de curvaturas, em perfis iaminados os soldados. Contudo, a aplicação do
calor deve ser controlada, usando-se, por exemplo, uma tinta especial, que muda de
cor ou se derrete a uma temperatura pré-determinada. Usa-se uma prensa viradeira
para a execução de dobras em chapas de grande largura (:::;; 6,0m). Para curvar as
chapas em forma de cilindro, utilizam-se as calandras.
14
6.1.6- Ajuste a Alargamento de Furos
Antes da montagem final, as partes que compõem uma peça devem ser
pré-montadas, isto é, as partes são montadas temporariamente por meio de
parafusos, grampos ou pequenas quantidades de solda. Durante esta operação, a
montagem é verificada quanto ao esquadro e às dimensões gerais. Só então a
montagem definitiva é executada, seja por parafusos ou soldagem.
A operação de pré-montagem inclui o ajuste dos elementos de ligação
que foram omitidos e a correção de defeitos detectados pelo inspetor.
No caso de ligações parafusadas, nem sempre há um perfeito
alinhamento entre os furos das peças, tonando-se necessário um pequeno
alargamento para permitir que se coloque o parafuso. Além disso, algumas
especificações exigem que certos furos sejam puncionados e alargados. Nesta
operação, o puncionamento é feito 3 a 6mm menor que o furo final. Somente então,
após a montagem final da peça, os furos são alargados por ferramentas elétricas ou
pneumáticas, para correção dos diâmetros garantindo assim um perfeito alinhamento.
Para um ajuste preciso entre os furos, algumas especificações exigem
que as conexões de campo sejam alargadas com o auxílio de chapas de gabarito, ou
que os elementos que estejam sendo ligados sejam pré-montados em oficina.
Qualquer destas duas operações, no entanto, aumenta
consideravelmente o custo de fabricação e, em geral, só é especificada para
conexões de grande tamanho e importância, frequentemente encontradas em pontes.
O uso de furação com contrôle numérico pode tornar tais operações desnecessárias.
6.1.7- Purafusagem e Soldagem
A resistência da estrutura, como um todo, depende do uso apropriado
dos meios de ligação. Em muitos contratos, exige-se que o projetista execute o
projeto de ligações sob a aprovação do engenheiro responsável. Quando as
especificações permitem várias opções, o projetista deve escolher o meio mais
econômico e adequado a ser implementado.
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A operação de parafusagem permanente, executada nas fábricas, é feita
manualmente ou com ferramentas elétricas e pneumáticas. Quando permitido pelas
especificações consideradas, muitas ligações utilizam parafusos ASTM A 307 como
elementos conectores (são conhecidos em geral como parafusos comuns). Estes
parafusos podem ser apertados com ferramentas manuais, aplicadas à porca ou à
cabeça do parafuso, até que as partes conectadas estejam firmemente unidas,
contudo, o uso de uma ferramenta pneumática é, em geral, mais econômico.
Os parafusos de alta resistência (ASTM A 325 e A 490) são amplamente
usados em ligações onde atuam grandes forças, ou naquelas sujeitas a flutuações
dinâmicas de carregamento, como é o caso de pontes. O aperto deste tipo de
parafuso é feito, em gerai, com uma ferramenta pneumática, comumente chamada
"chave de impacto". Esta operação deve ser cuidadosamente controlada, de forma a
garantir a tensão no parafuso especificada para cada caso.
As máquinas de solda, tais como geradores, transformadores,
retificadores e máquinas automáticas, possuem controles que são ajustados para a
obtenção de diversas características de soldagem, adequadas a cada tipo de serviço.
A corrente elétrica de soldagem é conduzida por cabos que, ao serem conectados,
formam um circuito entre o ponto de trabalho e a máquina. Este circuito se fecha
quando um arco elétrico é formado entre o eletrodo e o local a ser soldado.
Soldas de grande comprimento e de tamanho uniforme são depositadas
em geral por máquinas automáticas, que aplicam o arame de soldagem e o fluxo a
uma velocidade controlada (máquina de arco submerso).
Existem ainda outros processos de soldagem, que se utilizam de
atmosfera controlada (TIG, MIG, MAG), os processos de eletro-escória, de soldagem
por resistência, etc. Quando se vai executar um grande número de soldas idênticas,
utiliza-se um dispositivo de guia de gabaritos, que serve para localizar e fixar as
partes componentes na posição desejada.
Um posicionado r fixo permite que uma junta soldada seja executada na
posição mais conveniente. Contudo, este tipo de posicionador restringe a quantidade
de solda que pode ser depositada sem manuseio. Já um posicionador móvel, ou
16
universal, permite qualquer posicionamento da peça, torna fácil o acesso aos pontos
de soldagem, aumenta a velocidade do processo e permite uma máxima qualidade
da solda, a um custo mínimo.
O trabalho de traçagem para a execução de soldas consiste
basicamente na marcação de bordas e extremidades dos componentes, de forma a
garantir a precisão.
As submontagens são colocadas em posição e, a seguir, ponteadas, o
que garante que as partes estejam fixas até o término das operações de soldagem.
Deve-se fazer uma inspeção de cada peça antes das operações finais de soldagem,
verificando-se as dimensões, a correta localização das conexões e a sua ajustagem.
Quando a soldagem for completa, uma inspeção final deve ser feita. Cada peça é,
então, limpa e pintada, se necessário. Contudo, quando a pintura de fábrica for
exigida, a superfície adjacente às futuras soldas de campo deve ser deixada sem
tinta, até que as soldas sejam executadas. isto assegura uma área livre de materiais
que possam prejudicar a soldagem, gerando gases indesejáveis.
6.1.8- Acabamento
Os elementos estruturais, cujas extremidades irão transmitir forças por
contato, devem ser acabados para se obter uma superfície plana e nivelada. Este
acabamento pode ser executado por usinagens diversas.
Existem muitos tipos de serras que produzem corte com acabamento
satisfatório. Por outro lado, se o corte for feito por maçarico, ou estiver com
acabamento indesejado, deve-se recorrer a uma operação com máquina fresadora.
As especificações para pontes exigem que as bordas cortadas por
tesoura, com espessura superior a certo limite, sejam usinadas.
Nesta operação, a chapa é fixada à mesa de uma fresadora ou plaina,
sofrendo a operação conveniente até a obtenção de uma superfície aceitáveL
17
6.1.9- Operações de Usinagem e Forjamento
Como auxiliares à oficina principal de fabricação, muitas fábricas estão
equipadas com instalações de usinagem e forjamento. Muitas operações são aí
realizadas, paralelamente ao fluxo de fabricação da estrutura metálica.
Uma das importantes funções da oficina de usinagem é a de
manutenção e reparo de equipamentos. Fica também sob sua responsabilidade a
execução de furo para ligações pinadas (com pinos), trabalhos de tornearia,
aplainamento de bases de colunas, fabricação de chumbadores e barras rosqueadas.
Nas grandes fábricas, esta unidade é responsável ainda pela fabricação de
maquinário para pontes rolantes, apoios de pontes, viradores ferroviários e outros
ítens.
A forjaria executa todas as tarefas de dobramento e conformação de
peças metálicas que exigem calor, e também certos tipos de dobramento a frio, que
requerem o uso de ferramentas e equipamentos especiais. É responsável ainda pela
fabricação de chumbadores curvos e outras peças forjadas, que estejam dentro da
capacidade de suas prensas e percussores.
6.1.1 0- Controle de Qualidade
Todo o trabalho executado em uma fábrica de estruturas metálicas está
sujeito à inspeção do próprio fabricante, que deve desenvolver procedimentos para
o controle de qualidade, de acordo com o que julgar necessário, de modo a garantir
que a produção esteja conforme a especificação prescrita.
Além da verificação de concordância com a especificação, os inspetores
devem-se assegurar de que as peças se ajustam satisfatoriamente no campo, ocasião
em que a correção de erros é onerosa e mais difícil. São verificadas as dimensões
globais, a localização e as dimensões das conexões, a montagem perfeita de
acessórios e a instalação de conectares.
18
A inspeção de so!dagem exige atenção especial. Além da inspeção
visual, existem outros métodos, tais como: conjunto líquido penetrante, exame com
pó magnético (magnaflux), inspeção ultra-sônica ou radiográfica, etc. Pode-se ainda
contratar a inspeção de pessoal especializado, para certos tipos de trabalho que
sejam de grande responsabilidade. Logicamente, estas pessoas serão representantes
diretas do cliente. Além de checar o material usado como matéria-prima, podem ainda
inspecionar as diversas operações de fabricação.
6.1.11- Limpeza e Pintura
O desenho de uma peça a ser pintada deve ter indicação para tal. Antes
da pintura o material deve ser limpo, para que esteja livre de corpos estranhos, como
por exemplo, carepa de laminação e poeira. Esta limpeza pode ser feita manualmente
ou não, com escovas de aço, por decapagem química, decapagem por chama ou
jateamento. Algumas especificações podem exigir um tipo específico de tratamento,
como no caso de tintas que requerem uma superfície livre de carepa de laminação.
O tipo e a cor da tinta, assim como o método de aplicação são também controlados
por especificações de serviço.
A marcação de embarque deve estar presente em cada peça, correta
e claramente indicada.
6.1.12- Embarque
A área de embarque requer um grande espaço, onde as peças
fabricadas são estocadas até o transporte. Logicamente deve-se dispor de meios de
carregamento adequados, tais como guindastes, pontes rolantes, empilhadeiras, etc.
O material destinado a localidades distantes é em geral, embarcado por
ferrovia ou rodovia, e ocasionalmente, por barcaças.
19
As peças cujo comprimento excede um pouco ao de um vagão
ferroviário são transportadas com a extremidade livre em apenas um lado; em seguida
vai um vagão vazio para garantir espaço para a extremidade em balanço, Peças de
comprimento aproximadamente igual a dois vagões são apoiadas em escoras, em
ambos os carros. Este tipo de apoio é preparado para girar, e um possui movimento
longitudinal, para permitir as curvas feitas pela composição. Peças de comprimento
ainda maior são embarcadas em três vagões, apoiadas no primeiro e no terceiro.
O departamento de projeto deve expedir croquis das peças de grande
porte, e os responsáveis pelo embarque devem estar familiarizados com as limitações
e gabaritos de cada tipo de transporte, tais como as dimensões e as cargas máximas.
Se for necessário, deve-se obter permissão especial das autoridades competentes.
20
6.2- TRANSPORTE
6.2.1- Meios de Transporte
A estrutura metálica utiliza todos os meios de transporte, ou seja:
rodoviário, ferroviário, marítimo, fluvial e aéreo, com predominância para os dois
primeiros. As vantagens e desvantagens de cada modalidade podem ser sintetizadas
no quadro seguinte:
MEIOS DE VANTAGENS DESVANTAGENS
TRANSPORTE
Porta a porta Oscilações da oferta de veículos Pouco manuseio de carga por parte dos carreteiros. Avaria praticamente nula Limitações em peso e Seguro por conta do dimensões.
Rodoviário transportador. Regularidade-continuidade. Rapidez no transporte.
Grande capacidade de Percursos limitados. Ferroviário carga. Viagens mais demoradas.
Fretes vantajosos. Difícil controle.
Marítimo e Grande capacidade de Muito manuseio de carga Fluvial carga. Grandes avarias.
Fretes vantajosos. Saídas e chegadas irregulares.
Aéreo Maior rapidez Fretes elevados Avarias praticamente nulas Capacidade de carga limitada Regularidade de transporte Pequeno número de aviões para
transporte.
6.2.2- Umitações e Gabaritos
As cargas devem ser colocadas sobre o veículo que as transportará, de
forma a não sofrerem danos durante o trajeto.
21
Devem ser utilizados calços de madeira como espaçadores entre as
peças e como suportes, para uma distribuição uniforme do peso sobre a superfície
do veículo. As cargas devem ser devidamente amarradas e travadas, utilizando-se
proteções nas quinas para se evitar rompimento dos cabos de amarração ou danos
nas estruturas.
Para os transportes mais usuais devem ser obedecidos os seguintes
gabaritos:
Gabaritos Rodoviários
Para o transporte rodoviário consideram-se comuns as seguintes
dimensões:
Largura máxima 2,60m
Altura máxima 4,20m
(a contar do solo)
Comprimento da carga 12,00m
Comprimento total:
Veículo simples 13,20m
Veículo articulado 18,15m
Veículo com reboque 19,80m
Quanto ao peso máximo da carga transportada, as limitações dependem
do tipo de veículo. Por exemplo:
Cavalo mecânico com semi-reboque de 3 eixos .... 28,5t
Cavalo mecânico com semi-reboque de 2 eixos ..... 20 t
Veículo com 3o. eixo ...... 16,5t
22
Quando as dimensões ou as cargas excederem as indicadas, os
transportes são considerados especiais e dependem de prévia autorização do DNER,
ou órgão competente.
Quanto ao gabarito ferroviário, são observadas as seguintes dimensões
para transporte:
BITOLA ALTURA DA COMPR.DA LARGURA PESO
CARGA CARGA
Larga
1,60m 3,20m 2,80m 13,5 a 18m 75t
Estreita
1,00m 3,20m 2,30m 13,5 a 18m 60t
É sempre conveniente fazer uma consulta à Rede Ferroviária Federal
ou orgão competente antes de se planejar um transporte ferroviário, para se inteirar
das limitações do trecho que vai ser utilizado, uma vez que túneis, raios de curva e
pontes podem alterar as condições de transporte.
Para o transporte marítimo e fluvial, deve-se consultar sempre o porto
de origem e ter informações sobre o porto de destino, tendo em vista o calado para
os navios, capacidade e volume de carga dos mesmos, capacidade de carga e
descarga dos portos e frequência de navios naquela rota.
Quanto ao transporte aéreo, este dificilmente é usado para as estruturas
metálicas, devido às suas limitações. Em casos excepcionais ou esporádicos, recorre
se ao mesmo para o envio de peças pequenas, destinadas a obras muito distantes,
cuja chegada seja essencial ao andamento da obra.
23
6.3- MONTAGEM
6.3.1- Desenhos de Montagem
As considerações contidas no planejamento de montagem devem ser
levadas ao conhecimento do montador, como orientação básica para o exercício de
suas atribuições. Além destas providências, o montador deve receber diagramas de
montagem, desenhos de detalhes, listas de parafusos, listas de eletrodos de solda e
de outros acessórios, que são requisitos indispensáveis à correta execução da
montagem de campo.
Nos diagramas de montagem aparece a locação de todas as peças que
compõem a obra, sendo cada uma delas, um elemento simples ou composto,
embarcado como unidade.
Geralmente os desenhos contém: marcas de todas as peças a serem
montadas, elevações, detalhes, sequências de montagem, indicações de solda,
referências, notas, recomendações especiais sobre os procedimentos de montagem,
enfim, todas as informações necessárias para que a estrutura seja montada
rapidamente e sem erro. Em decorrência destas informações, outras providências
podem ser tomadas, correlacionadas com o acesso externo e interno à obra,
implantação do canteiro, estocagem das peças, escolha de equipamentos, execução
das bases, locação dos chumbadores, programação de embarques prioritários, etc.
Os desenhos de detalhes têm por finalidade fornecer informações
necessárias às oficinas, para a fabricação das peças neles contidas. Em alguns casos
especiais, embora não precisem ser, a rigor, enviados para a montagem de campo,
eles são aproveitados, também, como diagramas de montagem. Entretanto, eles se
constituem em valioso recurso ao montador para o controle da produção (avaliação
do peso e medições em geral) e na ocorrência de dúvidas ou erros provenientes da
fabricação, do próprio detalhamento ou ainda, das considerações de projeto.
As listas de parafusos e arruelas destinam-se a facilitar o trabalho do
montador, pois contém: quantidade, diâmetro, comprimento e tipo de parafusos e
arruelas necessários à ligação das peças. Existem listas detalhadas, indicando a
24
destinação dos parafusos para as ligações de peça por peça, e resumidas, destinadas
ao fornecimento das quantidades totais ou parciais, com os respectivos pesos,
referentes a cada diâmetro, comprimento ou tipo de parafuso e arruela.
Com a mesma finalidade são preparadas as listas de eletrodos de solda,
chapas de cobertura e de tapamento, rufos e demais acessórios.
6.3.2- O Planejamento dos Trabalhos
As montagens de estruturas metálicas se caracterizam pela rapidez,
precisão, adaptabilidade e confiabiiidade. Em toda obra, existem vários fatores que
podem interferir na escolha do processo de montagem. Muitas vezes esta escolha fica
limitada, em face das dificuldades de montagem ou devido ao seu alto custo, impondo
condições que determinam ou influem na elaboração do projeto.
Na montagem de qualquer obra há necessidade de se levar em
consideração determinados fatores preponderantes, relacionados com o transporte,
o acesso e as condições topográficas locais, a fim de se conseguirem soluções
econômicas e tecnicamente viáveis. Em muitos casos, devem-se realizar cuidadosos
estudos para a definição do melhor processo de montagem, considerando-se,
também, os equipamentos que devem ou podem ser utilizados. Consequentemente,
o responsável pelo planejamento de uma montagem deve ter registros prévios de
todas as suas características, para a elaboração cuidadosa e segura de sua
estimativa de custo. Deve estar bem familiarizado com as condições do local da obra,
com as exigências contratuais e ter conhecimento amplo e especifico das diversas
fases de montagem.
Os melhores registros são os que se baseiam em experiências
anteriores, da própria empresa ou nas dos responsáveis por estes trabalhos. O plano
de montagem deve merecer preparação cuidadosa e detalhada, de modo a tomar-se
realmente seguro, eficiente e econômico, a fim de facilitar ao máximo os trabalhos no
campo, dentro dos limites de segurança, sem esquecer os custos adicionais em que
25
isto possa implicar, em função do tempo disponível. Isto é indispensável,
principalmente quando o tempo previsto for pequeno e o contrato estabelecer multas
para a eventualidade de atrasos no prazo de entrega. Em princípio, o método de
montagem selecionado depende do prazo estabelecido e dos equipamentos
disponíveis. Há casos em que estes devem ser adquiridos ou alugados. É necessário
levar em conta o tipo, as dimensões e a altura da estrutura e as possíveis
interferências com outras operações, como o tráfego de caminhões ou de operários.
Com frequência, algumas proibições locais limitam os horários de carga e descarga.
Devem-se considerar, ainda, as influências do clima, as possibilidades
de inundação, de ventos fortes, etc. As estruturas adjacentes podem ter implicações
sobre o método de montagem e sobre a escolha dos equipamentos. A rapidez de
montagem está relacionada com o fluxo de fabricação, o carregamento, o transporte
e a descarga das peças. O seu início está condicionado ao término das fundações
e, em alguns casos, à locação dos chumbadores. É necessário esclarecer, ainda, o
tipo de energia com que se pode contar, isto é, se há disponibilidade de diesel,
gasolina, eletricidade ou caldeiras a carvão ou a óleo.
6.3.3- Estabilidade
Deve-se proceder à verificação da estabilidade lateral das treliças e das
vigas quando içadas pelo centro, pelas extremidades ou por outros pontos
intermediários, conforme o caso.
Se são lateralmente instáveis, deve-se tomar providências quanto à
necessidade de reforçar os elementos, de acrescentar alguma escora ou
contraventamento horizontal provisório, de usar-se tirantes ou cabos de aço estaiados
na base, etc.
Em montagem de edifícios industriais, a estabilidade longitudinal é obtida
através dos contraventamentos verticais, entre colunas. As estabilidade lateral é
conseguida pela montagem dos contraventamentos horizontais, nos planos das terças
ou das cordas inferiores das tesouras.
26
Em edifícios de andares múltiplos ou em montagens de colunas com
grande altura, deve-se utilizar estais provisórios, compostos de cabos de aço e
esticadores, devidamente ancorados na base ou na própria estrutura, até que sejam
colocados os contraventamentos definitivos. O responsável pela execução da obra
deve estar totalmente seguro de que os estais provisórios não estão sujeitos a
choques de veículos ou de equipamentos que possam, eventualmente, transitar na
área de montagem. Recomenda-se, por conseguinte, que eles sejam protegidos de
maneira eficiente, a fim de que não venham ocorrer acidentes que coloquem em risco
a integridade física dos operários e a estabilidade da obra.
Outros recuros podem ser utilizados, ainda, na estabilidade lateral,
dependendo das circunstâncias. Em caso de colunas rotuladas, por exemplo, a
sustentação pode ser feita por meio de escoras, andaimes, fogueiras, etc. De modo
geral, o montador é o responsável por estes suportes provisórios até que sejam
removidos.
6.3.4- Emendas, Juntas e Contraflechas
A facilidade de execução das emendas de campo depende,
basicamente, de sua concepção durante a fase de detalhamento. Há casos em que
a execução de uma conexão se torna muito difícil ou até inexequível, acarretando
custos adicionais e atrasos irrecuperáveis na programação.
As emendas de campo são feitas por meio de parafusos ou de soldas.
O emprego de espinas em furos destinados a parafusos não deve, durante a
montagem, deformar o material ou alargar os furos. Estes devem ser rejeitados, caso
se verifiquem erros grosseiros de coincidência.
As superfícies das ligações, incluindo as adjacentes à cabeça dos
parafusos, porcas ou arruelas, devem estar isentas de carepa de laminação, rebarbas,
protuberâncias, sujeiras ou qualquer outra matéria estranha que possa prejudicar o
perfeito assentamento das partes.
27
As superfícies em contato, com ligações por atrito, devem estar isentas
de óleos, vernizes ou outros revestimentos, exceto os indicados na NBR 8800. '"
As partes parafusadas devem se ajustar rigidamente quando montadas
e não devem ter gaxetas ou outros materiais compressiveis interpostos, a menos que
isto esteja previsto no cálculo.
As formas geométricas e contraflechas, dependendo do tamanho das
peças, podem ser aplicadas na oficina ou na montagem de campo. Quando
necessárias, são indicadas nos diagramas de montagem, para compatibilizar as
deformações da estrutura com os acabamentos da obra.
As juntas devem ser executadas com precauções, de modo a permitir
a dilatação ou a retração adequadas às condições de serviço da estrutura, de acordo
com as considerações pré-estabelecidas.
Antes da montagem final, as partes componentes devem ser
posicionadas, isto é, montadas temporariamente com parafusos, grampos ou pontos
de solda. Durante esta operação procede-se à verificação das dimensões totais,
prumo, nível e esquadro das partes ou do conjunto. Só então, a montagem final é
executada.
A operação de parafusagem inclui a ligação de talas ou chapas de
emenda, outras ajustagens e a correção de defeitos encontrados na inspeção.
Quando os furos não são coincidentes, devido a erros de detalhamento
ou de fábrica, soluções devem ser encontradas para o aproveitamento das peças.
Neste caso, a conexão poderá ser feita através de complementações com calços,
abertura de nova furação, substituição de conexões, etc. Para assegurar a perfeita
coincidência dos furos, algumas especificações exigem que as conexões de campo
sejam alargadas na fabricação, com o auxílio de gabaritos metálicos ou que se
proceda à uma pré-montagem de oficina para as devidas correções. Estas operações
aumentam consideravelmente o custo da fabricação, mas o seu uso é específico para
conexões especiais, principalmente as encontradas na fabricação de pontes. Em
alguns casos, estas operações podem ser evitadas ou substituídas pelo
broqueamento dos furos.
28
A parafusagem é o processo mais largamente usado na montagem de
campo, em face das facilidades de sua execução. Os parafusos ASTM-A 307,
também conhecidos como parafusos comuns, são geralmente usados em conexões
de peças secundárias, não sujeitas a esforços dinâmicos, tais como terças, vigas de
tapamento, etc. As porcas correspondentes a estes parafusos devem ser apertadas
de acordo com as especificações, de modo a evitar o seu afrouxamento. Para tanto,
quando necessário, podem-se usar arruelas e porcas de travamento, porcas de
obstrução, amassamento da rosca, ponto de solda ou qualquer outro método
recomendado.
Em conexões ao cisalhamento, é necessário considerar se as roscas
estão incluídas nos planos de cisalhamento ou fora deles. Os parafusos de alta
resistência ASTM-A 325, A 490, ou equivalentes, são geralmente usados em ligações
muito solicitadas ou sujeitas a ações dinâmicas, ou quando for desejável uma maior
rigidez da estrutura. Porém, sua utilização deve ser feita adotando-se cuidados
especiais que garantam a aplicação da força de protensão especificada.
É importante ao montador conhecer as considerações de utilização do
parafuso, em face das variações das forças especificadas para cada caso, onde o
aperto ou torque, deve ser igualmente adequado. O aperto destes parafusos se faz
por meio de chaves manuais ou de impacto, e deve ser rigorosamente controlado.
A capacidade das chaves de impacto deve ser adequada, com
suprimento de ar necessário ao aperto de cada parafuso em, aproximadamente, 1 O
segundos. Elas devem ser reguladas periodicamente com o auxílio de um calibrador,
a fim de se garantir a tração desejada para cada diâmetro e tipo de parafuso, além
da homogeneidade de aperto nas ligações.
Os parafusos de alta resistência devem ser apertados pelos métodos da
rotação da porca ou do uso de indicador direto de tração, até atingir uma força
mínima especificada. Estes métodos acham-se descritos na NBR 8800.
Dependendo das dificuldades provenientes do acesso à ligação, e das
folgas para o manuseio da ferramenta de aperto, pode-se usar qualquer dos dois
métodos citados, girando-se a cabeça do parafuso e impedindo a rotação da porca.
29
Para atender à parafusagem de campo, são fornecidas quantidades
extras de parafusos, equivalentes a 2% do total previsto, para cobrir a ocorrência
normal de perdas e defeitos de fabricação
Os parafusos A-490 e os A-325 galvanizados não devem ser
reutilizados. Os demais parafusos A-325 podem ser novamente usados com a devida
aprovação do engenheiro responsável. Os parafusos que se afrouxarem durante o
aperto de outros vizinhos, podem ser apertados, sem que esta operação seja
considerada reutilização.
A instalação de arruelas temperadas depende do grau do parafuso
especificado, do método de aperto usado, do tipo do aço estrutural das peças
conectadas, etc, conforme discriminado na NBR 8800.
A soldagem de campo é outro processo indicado como solução ideal
para a ligação de algumas peças ou de toda uma estrutura, dependendo das
circunstâncias favoráveis que envolvem este processamento. Para a execução das
conexões soldadas, o montador dispõe das informações contidas nos diagramas de
montagem e nas listas de eletrodos. Estas informações referem-se aos detalhes de
solda, à localização das conexões soldadas, no tamanho e ao tipo do eletrodo, ao tipo
da junta (que pode ser executada em filete, de topo, com penetração total, penet~ção
parcial, etc.). As conexões mais complicadas, bem como os procedimentos de
soldagem de sequência pré-determinada devem ser indicados para o montador. Isto
se aplica, por exemplo, quando é importante a soldagem de um cordão
subsequentemente à de outros, no lado oposto da peça ou em algum outro elemento.
Todas as partes da superfície que recebem solda devem ser totalmente
limpas, de modo a ficarem isentas de matérias estranhas.
As tolerâncias de fabricação e as de montagem de campo, embora
admissíveis, introduzem esforços secundários à estrutura, ocasionando efeitos e
deformações que são geralmente desprezíveis, face às considerações do cálculo
estrutural. Entretanto, precauções especiais devem ser tomadas em relação às
solicitações que ocorrem durante a montagem, quase sempre provenientes do uso
de equipamentos que se apoiam na estrutura. Isto usualmente ocorre na montagem
30
de edifícios de andares múltiplos, com a utilização de guindastes atirantados, gruas
ascendentes, etc. As peças assim solicitadas nem sempre são dimensionadas por
ocasião da elaboração do projeto estruturai. Esta providência às vezes ocorre após
a definição do sistema de montagem e da escolha dos equipamentos. Cabe, pois, ao
engenheiro montador, a responsabilidade de verificar a resistência das vigas e de
suas conexões, para suportar as cargas dos equipamentos, reforçando-as, quando
necessário. Esta verificação deve ser aprovada pelo engenheiro projetista, que dispõe
dos elementos de cálculo e pode, assim, analisar melhor a solução encontrada pelo
montador. Além disto, podem verificar-se inversões de esforços em alguns elementos,
particularmente em treliças de pontes, quando a montagem é feita por lançamento
sobre pilares ou rolos.
6.3.5- Manutenção e Estocagem
As estruturas de aço, depois de montadas, devem receber a pintura
definitiva que as protegerá contra a corrosão, consequentemente, devem ser
projetadas e detalhadas de modo a apresentarem facilidades para a inspeção geral,
limpeza, pintura e manutenção.
Apoios de expansão, pendulares ou em rolos, algumas vezes ficam
travados com o acúmulo de pó, fragmentos e ferrugens, requerendo reparos ou
substituição regular.
Passadiços e escadas tipo marinheiro devem ser previstos para o pronto
acesso a todas as partes da estrutura, particularmente as que ficam por baixo dos
pisos e coberturas.
Em algumas vigas caixão ou em construções celulares, o acesso ao
interior deve ser feito por meio de janelas de inspeção, cuja tampa possa ser
facilmente removida, tanto para o interior como para o exterior.
Nem sempre a fabricação de uma estrutura se processa de acordo com
a sequência necessária para a montagem de campo. Por medida de economia, todos
os elementos iguais ou semelhantes entre si, são normalmente fabricados numa
31
mesma operação, havendo certa preferência na fabricação de vigas de alma cheia ou
de outras peças simples.
À medida em que as peças são fabricadas, são embarcadas para o
campo e estocadas no canteiro de obras, onde se acumulam em grande quantidade,
antes mesmo do início da montagem. Esta estocagem é de fundamental importância
para que os serviços de montagem se processem normalmente, sem descontinuidade
das operações. Sempre que possível, o montador deve estocar o material recebido
em áreas próprias, dispondo-o em ordem, de forma que não ocorram manuseios ou
mudanças desnecessárias.
Cuidados especiais devem ser tomados para que não ocorram também
deformações, perdas de peças de dimensões reduzidas e danos na pintura. As peças
maiores, como as vigas de rolamento, colunas, etc., devem ficar perfeitamente
apoiadas sobre dormentes de madeira, para que não sofram tensões ou empenos e
não fiquem em contato com o solo, evitando, assim, a impregnação com barro, terra
ou outros materiais que provoquem deterioração da pintura.
As peças menores, como as conexões, os calços, os parafusos, etc.,
devem ser estocadas em caixas de madeira com dimensões que facilitem o seu
transporte e manuseio.
6.3.6- Equipamentos
Ainda que o projetista não conheça detalhadamente os equipamentos
de montagem, deve, entretanto, ter conhecimento da utilização e das limitações dos
mais usuais, além de estar bem informado quanto aos gabaritos de transporte, a fim
de determinar, com segurança, as larguras, os comprimentos e os pesos máximos
das peças a serem fabricadas.
Ao engenheiro montador cabe a responsabilidade da definição do
sistema de montagem e da escolha dos equipamentos, objetivando as soluções mais
viáveis e econômicas, dentro dos limites de segurança e em função do tempo
disponível. Para isso, pode contar com as seguintes opções: guindastes sobre pneus
32
é montado sobre a parte posterior do chassis de caminhão, com contrapesos para
balancear a carga, com cabina frontal para operações de modo que o guindaste
possa girar de 360° . Em cada lado do chassis existem apoios salientes para
suspendê-lo do chão até uma altura suficiente para que as cargas não se transmitam
às rodas. Estes apoios permitem maior capacidade, aumentando a estabilidade do
guindaste ao tombamento. Contrapesos adicionais são usados algumas vezes para
proporcionar o levantamento de cargas maiores, dentro dos limites de capacidade da
lança e dos equipamentos de içamento.
Algunsguindastessobrepneustêmcapacidadesuperiora300toneladas
e possuem lança normal de 1OOm. Eles podem manusear cargas leves, com lança
mais comprida e um braço adaptado, atingindo alturas superiores a 90m acima do
piso. Podem ainda se autoiocomover em rodovias, o que simplifica bastante o
deslocamento de uma obra para outra.
O guindaste sobre esteiras tem as mesmas características do anterior,
com a vantagem de operar com mais eficiência e rapidez em terrenos que
apresentam condições desfavoráveis de locomoção. É mais pesado e geralmente de
maior capacidade do que o guindaste sobre pneus.
Para se obter maior estabilidade operacional, suas esteiras podem
prolongar-se para os lados ou retrair-se, quando transportados por rodovia ou ferrovia.
A capacidade de içamento destes guindastes atinge valores superiores
a 300 toneladas, podendo, com lanças adaptadas, levantar cargas leves até 122m de
altura, acima do piso.
O guindaste atirantado é caracterizado por um mastro muito alto,
geralmente cerca de 3m maior do que a lança, suportado por cabos atirantados na
estrutura onde se apóia. Ele tem, como principal vantagem, a facilidade de manuseio
de cargas e pode girar até 360°, quando a lança estiver junto ao mastro e os tirantes,
embaixo, desembaraçados. Usualmente, seu mastro tem 30m de altura e sua
capacidade ultrapassa a 70 toneladas.
33
O guindaste atirantado é próprio para a montagem de edíficios de
andares múltiplos. Deve localizar-se de maneira a não interferir com a estrutura
permanente, ao mudar de nível.
O guindaste sobre barcaça é usado na montagem de estruturas
localizadas sobre rios ou canais navegáveis. De um modo geral, ele tem mastro
atirantado ou escorado rigidamente, em ambos os lados e na parte posterior, para
suportar a lança. As barcaças pequenas têm capacidade limitada, enquanto as
maiores são equipadas para o manuseio de cargas de até 500 toneladas. Sua
capacidade está limitada não só pela resistência dos elementos do guindaste e de
seus equipamentos, como também pela inclinação máxima permitida à barcaça, o que
depende, por sua vez, da flutuabilidade e da borda livre permitida.
Em alguns casos, coloca-se um guindaste sobre esteiras ou um giratório
sobre barcaças fixando-os firmemente às mesmas. Outra alternativa consiste em se
usar uma barcaça ou duas delas amarradas entre si, sobre as quais se coloca uma
torre de montagem; por cima desta torre é colocado um guindaste de pernas rígidas.
A construção do guindaste sobre um vagão é similar à do guindaste
sobre esteiras, com a particularidade de ser montado com prancha rebaixada, apoiado
em cada extremidade por jogos de rodas de quatro ou seis unidades. A maioria tem
seu próprio meio de locomoção, adequado para baixas velocidades e curtas
distâncias. O corpo giratório é balanceado com contrapeso para permitir maior
capacidade de lança e o trole é equipado com escoras salientes, que se prolongam
para os lados e se apóiam, para dar maior estabilidade.
O guindaste locomotiva é usado principalmente para trabalho em pátios
ferroviários e para montagem de pequenas pontes ferroviárias. Alguns têm
capacidade para levantar até 200 toneladas, com lança normal. Fazendo-se
adaptações na lança, com prolongadores, é possível alcançar altura de 60m acima
dos trilhos para içamento de cargas menores.
O guindaste de pernas rígidas é constituído por elementos rígidos: uma
lança, um mastro vertical suportado por duas escoras ou pernas rígidas, posteriores
e inclinadas, duas longarinas horizontais apoiadas no piso, além dos cabos e
34
mecanismos de içamento.
O guindaste de pernas rígidas é geralmente usado em posição fiXa, com
limites de giro da lança entre 270° e 300°.
A lança é geralmente duas a três vezes maior do que o mastro, cuja
altura normal é de 15m. A capacidade usual é de 60 toneladas, entretanto algumas
atingem 180 toneladas. Esta limitação é causada pela resistência dos elementos e
dos tirantes de fixação, que se conectam às longarinas horizontais para combater o
tombamento.
A grua de torre consiste de uma lança colocada sobre uma torre,
podendo ser montada sobre pneus ou sobre vagonetas, chumbada ao concreto ou
livre para deslocar-se verticalmente. Pode, pois, ser móvel, fiXa ou ascendente,
dependendo das necessidades e condições de montagem.
A seção da torre é quase sempre quadrada, com elementos principais
em cantoneiras ou tubos, sendo as diagonais em cantoneiras, chapas e tubos.
A grua caracteriza-se por um braço horizontal comprido, com funções
de lança, contrabalançado por um menor, na extremidade do qual se colocam os
contrapesos.
As torres são geralmente construídas para permitir rotação horizontal de
360° e prolongamento de seções verticais, para se atingir a níveis mais elevados.
Geralmente são montadas externamente, próximas ao conjunto a ser construído.
Algumas gruas podem levantar cargas acima de 300m do piso. Nestes
casos, a capacidade máxima fica reduzida para cerca de 1 O toneladas. A grua
ascendente é uma variante da grua fixa e deve ser presa ou contraventada à
estrutura permanente em vários pisos.
Frequentemente uma estrutura de grande largura pode ser melhor
montada por meio de um ou dois guindastes que se movem ou se deslocam em toda
a sua extensão, são os chamados guindastes "viajor'', que são vantajosos sobretudo
quando se trata de edifícios baixos com peças estruturais pesadas.
Se são disponíveis gruas de suficiente capacidade, pode ser mais
conveniente usá-las ao invés de guindastes. Quando isto não for possível, devido às
35
más condições do terreno ou a outros motivos, um ou mais guindastes viajares
podem ser usados.
"Viajor'' é um termo usado para designar qualquer espécie de guindaste
montado sobre estrados, que se desloca facilmente sobre a estrutura, graças aos
dispositivos de deslizamento ou de rodas.
O guindaste é usualmente uma peça de equipamento padrão. O estrado
é projetado de modo a se adaptar à estrutura e deve ser disposto de maneira a
distribuir, convenientemente, as reações do guindaste sobre a mesma, sem que
ocorra sobrecarga de esforço com qualquer de seus membros.
Algumas vezes, estes elementos devem ser reforçados, como também
as suas conexões.
Sempre que possível, o engenheiro projetista deve verificar as reações
do guindaste viajor sobre a estrutura, embora esta operação seja unicamente de
responsabilidade do engenheiro montador.
6.3. 7- Responsabilidades
Ao engenheiro supervisor cabe a responsabilidade do planejamento da
montagem, objetivando sua rapidez, precisão, segurança e economia. Para tanto, ele
deve ter conhecimento amplo e especifico dos principais fatores que possam influir
na definição do processo de montagem e de sua correta execução no campo.
Ao engenheiro montador cabe a administração do pessoal, bem como
a responsabilidade técnica da montagem propriamente dita, em todas as suas fases,
e o acompanhamento dos trabalhos de içamento, prumo, alinhamento, ajustagem,
soldagem, parafusagem, suprimento, ferramenta!, etc. Ele deve também dispensar
atenções especiais à estabilidade da estrutura, à disposição das equipes e dos
equipamentos, sem descuidar de quaisquer ações que infrinjam as normas de
segurança, os regulamentos, as cláusulas de contrato ou as especificações técnicas.
Em caso de acidente pessoal ou material deve-se fazer, de imediato, uma
investigação minuciosa e um relatório da ocorrência, submetendo-os à apreciação da
36
administração da obra, objetivando localizar a causa e evitar a sua repetição no
futuro.
6.3.8- Sequência Básica de Operações
A sequência básica de operações numa montagem é a seguinte:
-preparação das bases das colunas;
-movimentação e deposição dos componentes;
-estabilização do conjunto;
-ajustes;
-execução das ligações definitivas.
A correta preparação das ligações das colunas, sobretudo de suas
bases, é fundamentai, pois elas são a referência primeira da montagem.
No caso de um edifício com um único nível de colunas, como na maioria
dos edifícios industriais, ou do primeiro nível de colunas, como nos edifícios de
múltiplos andares, deve ser dada especial atenção às bases das colunas, que servem
de interface entre a infra e a superestrutura do edifício.
Assim, deve-se sempre checar o correto posicionamento dos centros de
colunas e dotar a ligação de meios que facilitem o seu alinhamento e nivelamento.
Uma vez posicionados os chumbadores, na etapa seguinte se garante
o correto nivelamento da coluna. Dependendo do porte desta, pode-se utilizar
diversas técnicas, como descritas a seguir:
-No caso de colunas de pequeno porte, a base é preparada e nivelada com um
concreto especial - "grout"- sobre o qual pode-se colocar uma fina chapa de aço.
Após endurecimento, posiciona-se a coluna já com sua placa de base, corrigem-se
eventuais desnivelamentos com finas chapas de aço, e se posicionam as porcas dos
chumbadores.
-Quando se utilizam colunas de médio porte, as mesmas podem ser niveladas através
de contra porcas colocadas nos chumbadores, antes do "grouteamento".
37
-Já colunas de maior porte devem ter apenas suas placas de base posicionadas,
sendo depois soldadas a elas no local. Tais placas podem ser dotadas de parafusos
especificamente utilizados para o nivelamento, antes do "grouteamento", e possuir
ainda furos que facilitem o lançamento do "grout", já que sua superfície é bastante
grande, o que pode prejudicar a concretagem.
Após a preparação das bases das colunas e posicionamento destas, são
posicionados os componentes de desenvolvimento horizontal, como vigas, treliças,
arcos, etc.
Alguns comentários devem ser feitos sobre os cuidados a serem
observados na movimentação e disposição dos componentes em geral.
Assim, um componente deve ser sempre transportado o mais próximo
possível da condição de apoio para a qual foi projetado. Por exemplo, uma tesoura
para uma cobertura de duas águas não deve ser erguida pelo seu ponto central, mas
sim com o emprego de balancins que permita com que ela seja segura por dois
pontos o mais próximo possível de seus extremos. Outro problema possível é a perda
de estabilidade de vigas de grandes dimensões.
Em resumo, ruínas localizadas, perda de estabilidade e deformações
irreversíveis devem a todo custo ser evitadas.
Cuidados especiais devem ainda ser dispensados quando mais de um
equipamento de transporte for utilizado para movimentar um componente, como dois
guindastes, por exemplo. Se o centro de carga não coincidir com o centro de
gravidade da peça, cada equipamento responderá por uma parcela diferente da carga.
Além disso, ambos devem operar perfeitamente sincronizados, para se evitar que a
peça se desequilibre, balançando e pondo em risco a operação. Deve-se evitar
transportes horizontais com dois equipamentos.
Uma vez posicionado, o componente precisa ser liberado do
equipamento de transporte, passando a se apoiar nos componentes previamente
posicionados. No entanto, como este conjunto ainda está em montagem, podem
ocorrer problemas de perda de estabilidade.
38
Assim, a estabilização do conjunto tem que ser obtida por meios
externos, como pelo uso de estais auxiliares, os quais, o mais rápido possível, devem
ser substituídos por meios de estabilização da própria estrutura em montagem.
Por exemplo, a sequência simplificada de montagem de um edifício
industrial composto por uma nave, colunas de aço e cobertura em duas águas
treliçada deve ser: colocação de quatro colunas: montagem da primeira treliça sobre
duas delas; estaiamento do conjunto; montagem da segunda treliça; montagem das
terças ligando os dois conjuntos, estabilizando-os; montagem dos contraventamentos;
liberação dos estais, e assim sucessivamente para os demais conjuntos colunas
treliça-terças.
Deve-se observar, que toda a montagem até essa etapa se baseia em
fixações provisórias, e no não aperto definitivo dos parafusos e no não
"grouteamento" das bases, que só serão feitos após o correto ajuste da estrutura.
Assim, após o posicionamento de um certo número de componentes,
função do tipo da estrutura, todo o conjunto deve ser alinhado, nivelado e aprumado.
Após checagem do correto posicionamento por meio de um nível de
prumo, e observadas as tolerâncias previstas, o conjunto pode ser aparafusado ou
soldado de modo definitivo, e os estais removidos. Em certos tipos de estruturas mais
ieves ou mais sujeitas a ação dos ventos, os mesmos são mantidos até que a
estrutura se torne mais rígida, com a concretagem das lajes de piso, por exemplo.
Pode ser que nas operações de ajuste se constate que algum
componente tenha sido produzido com dimensões incorretas, para menos ou para
mais. Nesses casos, pode ser necessária operações como a execução de novas
furações, no caso de ligações parafusadas, ou a soldagem de peças complementares,
no caso de ligações soldadas.
A execução das ligações definitivas encerra o processo, implicando no
"grouteamento" das bases de colunas, e na soldagem ou aparafusamento das
conexões.
O aparafusamento de uma conexão com mui:tos parafusos deve se dar
dos centrais para os periféricos.
39
6.3.9- MONTAGEM DE EDIFÍCIOS INDUSTRIAIS
É difícil falar de modo completo dos processos de montagem de edifícios
industriais, já que estes apresentam uma diversidade muito grande, que depende do
porte do edifício, dos vãos e pés-direito, do sistema estrutural da estrutura principal
e da cobertura, da presença de ponte rolante, etc.
Por este motivo, serão feitos apenas comentários sobre os processos
de montagem de edifícios industriais de uso corrente, do tipo "galpão industrial", e
para estruturas de médio porte. Em linhas gerais, tal edifício é composto por:
-duas linhas de colunas maciças ou treliçadas, de seção constante ou variável;
-cobertura e fechamentos verticais em estrutura reticulada, composta por treliças,
terças, longarinas, colunetas, correntes, contraventamentos, etc.;
-telhas e fechamentos em perfilados de aço, com rufos, calhas e demais arremates
também em chapa de aço;
-vigas de ponte rolante (vigas de rolamento).
Como já dito, a sequência mais simples da montagem é: colocação de
parte das colunas, montagem da primeira treliça de cobertura, estaiamento provisório,
montagem da segunda treliça, colocação das terças e contraventamentos, liberação
dos estais, e assim sucessivamente.
Evidentemente essa sequência é bastante simplificada, não envolvendo,
por exemplo, os casos onde existam vigas de transição na cobertura.
As tesouras iniciais devem constituir, obrigatoriamente, um dos módulos
contraventados da estrutura, a partir do qual desenvolver-se-á toda a montagem.
Após a montagem das terças e contraventamentos, pode-se montar a
tesoura seguinte, tomando-se o cuidado de ligá-la por meio das terças ao módulo já
40
montado, e assim sucessivamente.
Em coberturas um pouco mais complexas, a ordem da montagem se
altera um pouco: colunas, vigas longitudinais de borda, tesouras, vigas longitudinais
centrais, vigas transversais, contraventamentos horizontais e terças, sempre a partir
do módulo contraventado e tomando-se cuidado com a estabilização dos
componentes.
No caso de coberturas em "shed", deve ser montada a viga mestra logo
após a colocação das colunas, a seguir as traves, os contraventamentos e as terças.
A montagem de arcos ou de pórticos tri-articulados pode exigir o uso de
um cimbramento provisório.
Após a montagem dos dois semi-arcos, estes são ligados aos arcos já
montados através de contraventamentos e terças, podendo-se liberar o cimbramento.
Quanto às vigas de rolamento, deve-se tomar especial cuidado quanto
à precisão na sua montagem, já que vigas desalinhadas, desniveladas ou com
qualquer tipo de dano, como partes amassadas, podem prejudicar a movimentação
e a segurança da ponte rolante, e levar, inclusive, ao surgimento de esforços na
estrutura não previstos em projeto.
6.3.1 0- MONTAGEM DE EDIFÍCIOS EM MÚLTIPLOS ANDARES
Também é difícil tratar de modo completo dos processos de montagem,
já que são várias as técnicas que podem ser empregadas. A escolha da melhor delas
baseia-se sobretudo no sistema estrutural do edifício e nas suas dimensões em planta
e na vertical, e também, é claro, nos fatores condicionantes, como condições do
canteiro, prazos, disponibilidade de equipamentos e de mão-de-obra, etc.
O sistema estrutural pode ser decisivo, sobretudo quando o edifício
utiliza sistemas construtivos específicos, como o "lift-slab" e o "Port de Lilas",
comumente empregados no exterior.
41
O primeiro deles caracteriza-se pela concretagem no solo das lajes de
concreto armado dos diversos pavimentos, uma sobre as outras, seguida da
montagem das colunas de aço passantes e posterior ascenção das lajes guiadas
pelas colunas e erguidas, por exemplo, por macacos hidráulicos montados no topo
das colunas. Nesse sistema, apenas as colunas são de aço.
No sistema "Port de Lilas", cada um dos conjuntos de vigas e pilares
transversais do edifício é montado no terreno, sendo depois içado até a posição
definitiva por um sistema de talhas, segundo uma técnica que prevê articulações
provisórias nas bases das colunas. As lajes são pré-moldadas no terreno, umas sobre
as outras, e já sob o seu local definitivo, sendo depois içadas.
Outro sistema estrutural que condicionao processo de montagem é o
que se baseia em estruturas suspensas. Nessas situações, a construção se inicia pela
execução de um núcleo central rígido, muitas vezes de concreto, seguida da
montagem das vigas em balanço da cobertura, ou de fixação dos. cabos de
suspensão, com posterior execução dos pisos.
A não ser nesses casos ou em outros não citados, em edificios com
estrutura retícula da convencional o processo de montagem não obriga ao uso de uma
técnica específica.
Cada situação pode, no entanto, privilegiar um dado processo ou um
dado equipamento.
As dimensões do ediflcio podem obrigar a uma certa sequência de
montagem e, por conseguinte, o Uso de determinado tipo de equipamento.
Assim, edifícios de grande altura. conduzem a uma montagem pavimento
a pavimento.
A montagem pavimento a pavimento tem a vantagem de permitir que os
demais serviços sejam executados de modo mais racional, como as vedações, os
revestimentos, as esquadrias, as instalações, etc.
Já na montagem vertical, cada módulo ou conjunto de módulos de
colunas e vigas de uma dada prumada é montado por completo, usualmente com o
uso de um guindaste móvel, que se movimenta à medida que a montagem avança.
42
Uma solução bastante empregada em edifícios com sistema estrutural
em tubo com núcleo central rígido e de grandes alturas consiste em se trabalhar com
o "derrick" contraventado fixado em plataformas que se ligam à parte externa da
estrutura.
Também situações nas quais os "derricks"são fixados a núcleos rígidos
de concreto são comuns.
Por fim, as gruas são também muito utilizadas, tanto estacionárias
apoiadas no terreno, quanto a da forma ascencional.
Suas vantagens típicas são o grande alcance em planta possibilitado por
sua lança, e a liberdade que essa tem de girar sem interferências; além disso, a área
ocupada pela grua no canteiro praticamente limita-se à área da torre.
À semelhança dos "derricks", terminado o serviço da grua ascencional,
essa é desmontada e transportada em partes por meio de guincho.
- Guindaste robte pnew
4 3
Tirante ~,
Conoxao d ~ / ã plat to gurndoste~
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Vista 10 terei
:-onaxao do . a plataforma gurndcste
-Guindaste . . VIaJO r
-Grua
45
torre &!!Ciend.ente
I '.1!
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froatol
BIBUOGRAFIA
1- Associação Brasileira de Normas Técnicas - ABNT,
- NBR-6120- Cargas em Edificações, novembro de 1986.
- NBR-6123- Forças Devidas ao Vento em Edificações, novembro de 1980.
-NBR-6402 - Desenho de Estruturas Metálicas, dezembro de 1980.
-NBR-7188 -Cargas Móveis em Ponte Rodoviária e Passagem para Pedrestres.
-NBR-7189 -Carga Móveis para Projeto Estrutural de Obras Ferroviárias
-NBR-8681 -Ação e Segurança nas Estruturas, dezembro de 1984.
-NBR-8800- Cálculo e Execução de Estruturas de Aço, novembro de 1986.
2 AISE 13- "Guide for the Design and Construction of Mill Buildings"- 1979.
3- American lnstitute of Steel Construction - Load and Resistance Factor Design -
(LRFD)- 1993.
4- AMBROSE,- "Building Structures", John Willey & Sons- 1988.
5- BAKER, J. it alli - "Steel Designer's Manual" - Granada Publishing - London,
1972, 4a. Edition.
6- BALLIO, G. and MAZZOLANI, F.M. - "Theory and Design of Steel Structures",
Chapman and Hall, London, 1983.
7- BEEDLE, L.S.; it alli, "Structural Steel Design", The Ronald Press Company, New
York, 1964.
8- BILLINGTON, O.W.- "The Tower and the Bridge" Basic Books Inc. Publishers
N.Y., 1983.
9- BLODGET, O.W. - "Design of Weided Structures", The James F. Lincoln Are
Welding Foundation, Cieveland, Ohio, 1983.
10. BOWLES, J.E. "Structural Steel Design", McGraw-Hill Book Company, 1985.
11- CHEN, W.F. "Connection Flexibility and Steel Frames", New York, ASCE, 1985.
12- ."Joint Flexibility in Steei Frames", London, Elsevier Applied
Science, 1987.
13- . "Structural Stability: Theory and lmpiementation", Elsevier Applied
Science, 1989.
14- COOPER, S.E. and CHEN, A.C. "Designing Steel Structures - Methods and
Cases", Prentice-Hall, Inc., New Jersey, 1985.
15- DONNEL, L.H. "Beams, Piates, and Shells" McGraw-Hili Book Compay, 1985.
16- FAKURY, R.H. "Estruturas Metálicas, UFMG, Apostila, 1984.
17- FRUCHTENGARTEN, J. "Projeto de Estruturas Metálicas, EPUSP, Apostila,
1988.
18- GALAMBOS, T.V. "Guide to Stability Design Criteria for Metal Strucutres". The
Ronald Press Company, New York, 1989.
19- GOMES, F.M. "História da Siderurgia no Brasil", EDUSP/Itatiaia, 1983.
20- HART. F.; HENN, W.; SONTAG, H. - "Multi-Storey Buildings in Steel" - Ed.
Nichols Publishings Company- New York, 1982.
21- HICKS. J.G. "Welded Joínt Design" - 2a. Edition, BSP - Professional Books,
1987.
22- HOLGATE, A. "The Art in Structurai Design" Oxford University Press, New York,
1986.
23- HOLWES, M. and MARTIN L.H. "Analysis and Design ofStructural Connections"
Ellis Horwood Limited, 1984.
24- JOHNSTON, B.G.; LIN, F.; GALAMBOS, T.V. "Basic Steel Design". 3a. Edition
Prentice-Hall, Inc., New Jersey, 1985.
25- KULAK, G.L.; FISHER, J.W. and STRUIK, J.H.A "Guide to Design criteria for
Bolted and Reveted Joints"- 2a.
26- Manual Brasileiro para Cálculo de Estruturas Metálicas - MC - Secretaria de
Tecnologia Industrial, Brasília, 1988.
27- MCCORMAC, J.C. "Structural Steel Design"- Harper & Row, Publishers, New
York, 1981.
28- McGUIRE, W. "Steel Structures" - Prentice-Hail - Inc. Englewood Cliffs, New
Jersey, 1968.
29- "Modem Welded Structures"- The James F. Lincoln and Welding Foundation -
Cleveland, Ohio, Vol. I & 11, 1965; Vol. 111, 1971.
30- MACGINLEY. T.J. and ANG. T.C. "Structural Steeiwork- Design to Limite State
Theory"- Butterworths e Co .. London, 1987
31- MALITE. "Vigas Mistas Aço-Concreto: ênfase em edifícios". EESC-USP
Apostila. 1993
32- MAU TE. "Estruturas de Aço Constituídas por Perfis de Chapa Dobrada
Dimensionamento de Ligações" - EES-USP. Apostila. 1993
33- MALITE, .; SÁLES. J.J -"Estruturas de Aço Constituídas por Perfis de Chapa
Dobrada- Dimensionamento de Bombas"- EESC-USP, Apostila. 1993
34- MCGUIRE,
Jersey. 1968.
"Steei Structures", Prentice-Hall Inc. Englewood Clifs New
35- MRAZIK, ; SKALOUD. .; TOCHACEK. and PAVLOVIC, M.N "Piastic
Design of Steel Structures", John Wiley & Sons. London. 1987.
36- UKHANOV, K. "Estruturas Metálicas" - Ed. Mir. Mosou, 1980.
37- NARAYANAN, R. "Piated Structures: Stability and Strength", Applied Science
Pu blishers, London, 1983.
38- ______ . "Beams and Beams-Columns: Stabiiity and Strength", Applied
Science Publishers. London, 1983.
39- ______ . "Axially Comprossed Structures: Stability and Strength", Applied
Science Publishers, London, 1982
40- ______ ."SteeiFramedStructures:StabilityandStrength",AppliedScience
Publishers, London, 1985.
41- . "Shell Structures: Stability and Strength", Appiied Science
Publisher S., London, 1986.
42- PALERMO JR. L. - Estruturas Metálicas - Dimensionamento, Ligações -
UNICAMP, Apostila, 2 volumes, 1990.
43- PAVLOVIC, .N. "Sheli Structures: Stability and Strength", Applied Science
Pu blishers, London, 1986.
44- PFEIL, W. "Estruturas de Aço", 3 volumes, L TC editora S.A., 1988.
45- QUEIROZ, G. "Elementos das Estruturas de Aço", 2a. edição, 1988.
46- RODRIGUES, I.L "Estruturas Metálicas" -Apostilas- Instituto de Engenharia -
São Paulo, 1981.
47- SÁLES, J.J.; GONÇALVES, R.M.; MAUTE, M. - "Sistemas Estruturais -
Segurança nas Estruturas", EESC-USP, Apostila, 1993.
48- ______ . "Sistemas Estruturais - Elementos Estruturais". EESC-USP,
Apostila, 1994.
49- ."Elementos de Estruturas de Aço-Dimensionamento"- EESC-
USP, Apostila, 1994.
50- . "Edifícios Industriais em Aço com Ponte Rolante - Exemploa
Cálculo"- EESC-USP, Apostila, 1994.
51- .. "Coberturas em Arco Metálico Treliçado-Exemplo de Cálculo"
EESC-USP, Apostila, 1994.
52- . "Coberturas Metálicas do Tipo SHED- Exemplo de Cálculo"
EESC-USP, Apostila, 1994.
53- . "Ação do Vento nas Edificações" - EESC-USP, Apostila,
1994.
54- .. "Exercícios Propostos de Estruturas Metálicas e Tabelas
Gerais"- EESC-USP, Apostila, 1993.
55- SALMON, C.G. and JOHNSON, J.E. "Steel Structures"- 3a. Edition- Ed. Harper
e Row, 1990.
56- SANTOS, A.F. "Estruturas Metálicas: projeto e detalhes para fabricação", 3a.
Edição, MacGraw Hm, 1982.
57- SCHUL TE, H. e YAGUI, T. "Estruturas de Aço- Elementos Básicos", EES-USP,
1981.
58- SIDERBRÁS -Siderurgia Brasileira S.A.
-Volume I - Galpões para uso geral
-Volume 11 - Ligações em Estruturas Metálicas
-Volume 111 - Pontes Rodoviárias Metálicas
59- SILVIO, E. and SCANLAN, R.H. "Wind Effects on Structures"- 2a edition- John
Wiley & Sons, 1986.
60- WHITE, R.N. and SALMON, C.G. "Building Structural Design Handbook"- John
Wiiey & Sons, New York- 1987.