Construções em Aço Projeto - USP

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

í

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:

2

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:

3

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.

4

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.

5

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:

6

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.

8

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

9

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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67 90 91 110

1 50 ~1 66.

Fig. 1.1.k- Sears Building

11

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.

12

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

13

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

15

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

r-......._ _.-"\ I -......._ / \

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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

n

Figura 1.3.3.j- Pontes Estaiadas

47

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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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

'I I

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I L ------4 ll I

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

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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

.--, _...::, ~ '):::._ --

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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

Fig. 2.5.1.b- Esquemas de lantemins

61

Fig. 2.5.1.c- Esquemas de Lanternins

62

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 .

I i à. ~'" D)

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

======-o o o o

•I I ! I

I

I I o o o o

I ·~ = -Ílllllll

I

li

li I

J Li::-,

I llljll

~ .... I "V

I I

I ' '"" ,,,J i::-,

) l r I

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

.J

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

'" "

I I+ I I I

a ..

a '" m

"

..

a

..

..

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.

10

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.

13

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.

15

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

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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.

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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.

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Construções em Aço Projeto - USP

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