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PROJETO APLICADO III INSTITUTO POLITÉCNICO – Centro Universitário UNA

Light Steel Framing

CURSO: Engenharia Civil Professor PA: Davidson Andreoni Rocha Andréia Rocha, Bruno Valadares, Frederico Guimarães, Giovanna Alves, Júlio

César, Láisa Martins, Marcela Leite, Stener Marcelo

Resumo: O objetivo desse trabalho consiste em estudar as características do sistema estrutural denominado Light Steel Framing, tais como: redução de cargas nas fundações, economia e rapidez na execução, sustentabilidade, facilidade na manutenção, visando os princípios da construção enxuta. O processo da construção civil convencional está sujeito a várias patologias e improdutividade na execução de uma obra. O sistema Steel Framing apresenta-se como uma das opções viáveis de novos sistemas construtivos que gradativamente vem ganhando espaço no mercado brasileiro. Palavras-chave: Light Steel Framing, Construção a seco, Sistema Construtivo, Sistema Estrutural.

1. Introdução

O atual cenário econômico brasileiro mostra-se bastante favorável ao setor da construção civil. No entanto, fortes investimentos em um determinado setor implicam em aumento da concorrência entre as empresas e, consequentemente, em desafios determinantes para a sobrevivência das mesmas. A lucratividade torna-se decorrente da capacidade das construtoras em racionalizar o processo produtivo, reduzir custos, aumentar a produtividade e satisfazer a exigências do cliente [1].

Visando atender à enorme demanda habitacional no Brasil, a indústria da construção civil passa por um processo de substituição de tecnologias construtivas usuais, como as alvenarias de vedação e estrutural, por tecnologias construtivas alternativas, como paredes de concreto e Light Steel Framing. Entre os principais fatores que favorecem tal tendência, pode-se citar: o alto custo e a escassez de mão-de-obra especializada, a necessidade de se minimizar o tempo de execução das obras, a busca por maior sustentabilidade no setor da construção civil, uma vez que ele é responsável pela extração de grande parte dos recursos naturais não renováveis do planeta.

A partir século XX, nos Estados Unidos, como evolução do Wood Framing, que utiliza perfis de madeira para fins estruturais, surge as estruturas de perfis de

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aço galvanizado, que associadas a elementos de vedação industrial, como placas cimentícias, drywall e OSB (Oriented Strand Board), foram denominadas Steel Framing. Pode-se relatar dois conceitos básicos em relação ao sistema Light Steel Framing. São eles: Frame, que é o esqueleto estrutural que dá forma e suporta a edificação, composto de elementos leves; e Framing, que é o processo utilizado para vincular esses elementos [2].

O texto irá apresentar maiores detalhes sobre o sistema estrutural Light Steel Framing, bem como compatibilizações com outros projetos e algumas comparações com sistemas estruturais convencionais no Brasil. 2. Revisão Bibliográfica 2.1 Tipos e dimensões de peças metálicas

O elemento fundamental da tecnologia Light Steel Frame é o perfil metálico. Ele pode ser encontrado em diversas composições e geometrias no mercado. Há normas específicas para cada tipo de aço (chapa de aço de alta resistência zincada, chapa de aço-carbono zincada, chapa de aço lisa revestida com liga alumínio-zinco, entre outros). Sendo que o processo utilizado na fabricação é contínuo e por imersão à quente. No que se diz respeito à geometria dos perfis deve-se seguir as determinações da NBR 6355. Ver na Figura 1(anexos).

2.2 Tipos de placas e chapas para fechamento vertic al Nacionalmente os produtos mais usados para fechamento são: as placas de

OSB, as placas cimentícias e o gesso acartonado, este somente para ambientes internos.

Painéis de OSB: podem trabalhar como diafragmas rígidos quando aplicados a painéis estruturais e lajes de piso. Sem função estrutural podem ser aplicados em paredes externas ou internas, como forros, pisos e como substrato para a cobertura do telhado, não resistem às intempéries, sendo então necessário um acabamento impermeável nas partes externas [3].

Placas Cimentícias: compostas de Cimento Portland, fibras de celulose ou sintética e agregados. São usadas para fechamentos interno e externo, principalmente em áreas molháveis. As principais características destas placas são: elevada resistência a impactos; grande resistência à umidade; não são combustíveis [3].

Placas de gesso acartonado: compostas por uma mistura de gesso, água e aditivos, revestida em ambos os lados com lâminas de cartão, que conferem ao gesso resistência à tração e flexão. A vedação do gesso acartonado é um tipo de vedação vertical, utilizada na compartimentação e separação dos espaços internos das edificações [5].

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Os componentes de vedação devem atender aos seguintes quesitos: segurança estrutural; segurança ao fogo; estanqueidade; conforto termo-acústico; conforto visual; adaptabilidade ao uso; higiene; durabilidade e economia [3].

2.3 Principais elementos construtivos

Os principais elementos construtivos usados na tecnologia Ligth Steel Frame são: fundação, piso, paredes estruturais, paredes não estruturais, vergas, lajes, vigas, e telhados. Estes elementos, dentre outros, estão ilustrados na Figura 2 (anexos):

Fundações: geralmente são construídas através de uma laje de concreto armado tipo “radier”, apoiada sobre um terreno nivelado e compactado, com função de transmitir as cargas verticais (pilares ou paredes) para o terreno. Podendo ser menos dispendiosas em relação a uma construção convencional, pois não recebem cargas concentradas, somando ao fato que o peso próprio da edificação é muito inferior comparado a construção de alvenaria. No concreto são colocados chumbadores metálicos onde os pilares são aparafusados. Outros tipos de fundações podem ser utilizadas, dependendo do tipo de solo e do projeto estrutura [3]; Paredes estruturais: também chamadas de painéis estruturais, são elementos verticais de seção transversal tipo U enrijecido denominados montantes. E elementos horizontais de seção transversal tipo U denominados guias. As guias são responsáveis por definir o tamanho do painel e fixar os montantes. Os montantes definem a altura. A disposição dos montantes deverá ser de forma alinhada e sua distância definida de acordo com a solicitação da estrutura. À medida que a distância entre os perfis aumenta, a carga sobre cada um cresce. A conexão entre os montantes e guias é feita com parafusos galvanizados [3];

Paredes não estruturais: possui apenas função de vedação, e, portanto, apenas precisa suportar seu peso próprio e pequenas cargas incidentais (apoio, entre outros);

Verga: são utilizadas como um reforço estrutural, quando é necessária a abertura de um vão para uso de janelas e portas, uma vez que os montantes são interrompidos. Sua função é transmitir as cargas aos montantes que delimitam lateralmente o vão denominados ombreiras, conforme Figura 3 (anexos);

Laje: sua estrutura emprega o mesmo princípio dos painéis construídos por perfis galvanizados e espaçados igualmente de acordo com as cargas em que cada perfil está submetido. Esses perfis denominados vigas de pisos devem ser capazes de suportar as cargas e evitar deformações acima das exigidas por normas (de acordo com o Manual de Aço);

Outros elementos importantes são: escadas, contraventamento, rampas e telhados.

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3.1 Instalações Hidráulicas

As instalações hidráulicas para água fria ou quente, no sistema de construção Light Steel Framing, podem ser executadas com tubulações de mesmos materiais empregados em edificações de alvenaria convencional. Apresentando o mesmo desempenho e mesmas considerações para projeto. Comumente é utilizado nas tubulações de água fria ou quente, o PVC (policloreto de vinila), o CPVC (policloreto de vinila cloratado), o PEX (polietileno reticulado), o cobre, o PPR (polipropilenocopolímetro random), entre outros [4]. 3.2 Instalações Sanitárias

As instalações sanitárias devem de ser executadas antes da concretagem da fundação. Diferente das instalações hidráulicas, as instalações sanitárias possuem tubos de dimensão maiores, devido ao fato da pressão ser sempre igual ou próxima à pressão atmosférica, ao contrário do sistema de água, que trabalha sempre com pressões superiores. Assim, apesar de possuírem maiores diâmetros, as paredes dos tubos e conexões sanitárias podem ser mais finas, sem comprometer a segurança. Por isso é interessante que esses tubos se posicionem sob a laje, em seu encaminhamento horizontal. 3.3 Instalações Elétricas

As instalações elétricas no processo construtivo Steel Framing são

executadas logo após a colocação dos perfis nas paredes. A passagem dos eletrodutos através dos montantes e vigas é executada por meio de furos, de acordo com a norma NBR 15253:2005, devidamente considerados no dimensionamento estrutural. Já as embutidas em laje são executadas da mesma forma que os métodos convencionais. As caixas de passagem utilizadas nesse método construtivo tem um formato diferente, pois possui uma estrutura adequada para a fixação nas placas de gesso acartonada através de garras de pressão.

3.4 Aspectos e Projetos

Os locais de passagem das tubulações sejam elétricas ou hidráulicas são detalhadas no projeto, embora o sistema permita que as tubulações se posicionem em qualquer direção entre os montantes. Isso evitaria que o proprietário do imóvel perfurasse a tubulação na tentativa de fazer furos na parede, evitando acidentes. A execução das instalações é feita após a montagem de toda a estrutura em light steel frame. Portanto, os perfis metálicos que formam os painéis estruturais devem vir da fábrica devidamente serrado e já contendo os furos determinados no projeto, de modo que, no canteiro de obra, ocorra apenas a montagem dos painéis, caracterizando o sistema industrializado [2]. Os orifícios dos montantes furados

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devem ser protegidos com um protetor, peças plásticas ou espumas. Os protetores evitam transmissão de vibrações durante a execução, que ocorram cortes nos conduítes ou tubulações em virtude ao atrito provocado com a borda dos furos.

A passagem de dutos das instalações elétricas e hidro-sanitárias pode ser favorecida pela geometria das lajes de Steel Deck (Figura 4 - anexos), tal qual a fixação de forros, contanto que tais instalações sejam previstas na fase de projeto. Um outro fator positivo do Steel Deck é eliminação parcial ou total da necessidade de escoramentos para a execução de lajes, o que diminui custos com projeto, aluguel, montagem e desmontagem de escoramento. Tal peculiaridade reflete positivamente no cronograma da obra, uma vez que há a possibilidade se trabalhar, simultaneamente, em vários pavimentos, não havendo necessidade de se aguardar a cura do piso de concreto [6].

4. Materiais e métodos Quanto ao caráter, o presente trabalho é do tipo qualitativo, pois busca diferentes percepções e esclarecimentos em relação ao sistema construtivo Ligth Steel Framing e sua aplicação como sistema estrutural. Quanto aos fins, o trabalho é do tipo explicativo, pois dentro do conteúdo foi explicado como é processo estrutural de Ligth Steel Framing. Quantos aos meios, o trabalho foi elaborado com o uso de fontes primárias e secundárias, tais como livros, revistas, bem como artigos acadêmicos e livros da área de Engenharia Civil e Arquitetura. Portanto, as informações disponíveis no presente artigo foram fundamentadas a partir de critérios estabelecidos para se configurar em uma pesquisa científica. O protótipo apresentado é uma peça de aço galvanizado em que os perfis metálicos verticais e horizontais são parafusados uns aos outros, já que são produzidos em dimensões exatas, com encaixes e cortes precisos.

5. Resultados Experimentais

Como a execução da alvenaria não condiz com a metodologia de construção do Steel Framing – obra limpa, seca, sem desperdício de material e o mais industrializado possível – esse elemento está agora limitado a função decorativa de fachadas, sendo necessária a utilização de uma manta de polietileno entre a estrutura e alvenaria [7].

Na figura 6, uma tabela estabelece a compatibilização ideal entre os tipos de perfis de aço, bem como suas respectivas espessuras e espaçamento entre eles, tamanho do vão da edificação e velocidade básica do vento para projetos em Light Steel Framing, considerando os Montantes para pé-direito de 2,70m, com incidência, somente, das cargas do telhado e forro [3].

Nas figuras 7 e 8 (em anexos), depois da entrega das fundações concluídas, os cronogramas de duas obras, uma em Light Steel Framing e outra em Alvenaria

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Autoportante, revelam a grande vantagem do primeiro em relação ao prazo de execução, que é reduzido para menos da metade [12].

De acordo com a CBIC (Câmara Brasileira da Construção Civil), figura 9 (em anexos), para se neutralizar o CO2 produzido por dado projeto em Alvenaria Estrutural são necessárias 3 vezes mais a quantidade de árvores em relação a um projeto semelhante em Light Steel Framing [12] [13].

De acordo com Crasto 2005, entre outras vantagens quanto a aspectos produtivos, apresentadas de forma resumida na figura 10 (em anexos), o Sistema Light Steel Framing pode reduzir em até 70% a carga da fundação e 50% o tempo no canteiro de obras [14] [15].

6. Conclusão

Pode-se observar que todos os sistemas construtivos industrializados, e entre

eles o Light Steel Framing, são uma boa opção para a habitação popular, por proporcionarem a rapidez na execução, além de qualidade e padronização satisfatórias. Sendo assim, o sistema Light Steel Framing é uma boa alternativa de construção industrializada para se produzir em grande escala, podendo ser economicamente viável em programas habitacionais do governo brasileiro.

7. Referência Bibliográfica

[1] SOUZA, Roberto de; Abiko, Roberto. São Paulo, 1997. Metodologia para Implantação de Sistema de Gestao Da Qualidade. Boletim Técnico - Série BT/PCC/190. Escola Politécnica da USP. Departamento de Eng. de Construção Civil. [2] PINI WEB. Steel Framing - Casa Rápida. Anuário Pini da Construção, 2012. Disponível em: <http://anuario.piniweb.com.br/construcao-servicos/2012/steel-framing-leveza-velocidade-de-execucao-baixa-geracao-de-253693-1.asp> Acessado em: 05/09/2012. [3] RODRIGUES, Francisco Carlos. Steel Framing: Engenharia.(Manual de construção em aço). CBCA. Rio de Janeiro, 2006. [4] RODRIGUES, Mariuza. Hidráulica Simples. Revista Téchne, n 50, jan 2011. Disponível em: <http://www.revistatechne.com.br/engenharia-civil/50/artigo32374-1.asp> Aceso em: 26/10/2012. [5] SABATINI, Fernando Henrique. Estruturas metálicas e a construção civil. In: Seminário sobre Os Edifícios de Estruturas Metálicas. São Paulo, 1986.

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[6] TAMAKI, Luciana. Obstáculos Urbanos. Revista Téchne, n 177, 2012. Disponível em <http://www.revistatechne.com.br/engenharia-civil/177/artigo242862-1.asp?o=r>. Acesso em: 26/10/2012. [7] COELHO, R. A. Sistema construtivo integrado em estrutura metálica. Dissertação (Mestrado) – Departamento de Estruturas, Universidade Federal de Minas Gerais, Belo Horizonte, 2003. [8] FREITAS, A. M. S.; CASTRO, R. C. M. de. Steel Framing: arquitetura. IBS - Instituto de Siderurgia CBCA - Cento Brasileiro de Construção em Aço. Rio de Janeiro, 2006. [9] ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 15253: Perfis de aço formados a frio, com revestimento metálico, para painéis reticulados em edificações: Requisitos Gerais. Rio de Janeiro, 2005. [10] ISO 6241: Performance Standards in buildings: principles for their preparation and factors to be considered. Londres, 1984. [11] RODRIGUES, Francisco Carlos. Tabela de Dimensionamento Estrutural para Edificações com o Sistema Construtivo em Steel Framing. Escola de Engenharia. UFMG. Belo Horizonte, 2008. [12] Palatnik, Sidnei. Steel Framing – Versatilidade na Construção Industrializada. CBIC (Câmara Brasileira da Construção Civil) – 84ª ENIC (Encontro Nacional da Industria da Construção Civil). Data: 27 a 29 de junho de 2012. Expor Minas, Belo Horizonte, MG. Disponível em: http://www.cbic.org.br/sites/default/files/4-Steel_Frame_Sidnei_Palatnik_Comat_84ENIC_0.pdf. Acesso em: 29/11/2012. [13] Santiago, Alexandre Kokke.; Rodrigues, Maíra Neves.; Oliveira, Márcio Cerqueira de.; Light Steel Framing como alternativa para a construção de Moradias Populares. Construmental – Congresso Latino-Americano da Construção Metálica. São Paulo. Brasil. 31 de agosto a 02 de setembro 2010. [14] CRASTO, Renata Cristina Moraes de. Arquitetura e tecnologia em sistemas construtivos industrializados: Light Steel Framing. Dissertação (Mestrado) – Departamento de Engenharia Civil, Universidade Federal de Ouro Preto. Ouro Preto, 2005. 231p. [15] Fonte: Comparação entre Aspectos Produtivos de Edificações em Light Steel Framing e Alvenaria Estrutural. Enteca 8 a 10 de novembro de 2011 – Anais VIII Encontro Tecnológico da Engenharia Civil e Arquitetura.

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Anexos:

Figura 1. Perfis típicos para uso em Steel Framing - “U simples”, “U enrijecido” e

cartola (nomenclatura para Steel Framing, segundo a NBG 2365). (ABNT, 2005).

Figura 2- Desenho esquemático de uma residência em LSF

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Figura 3- Distribuição dos esforços através da verga para a ombreira (Fonte:

RODRIGUES, 2006).

Figura 4. Laje Steel deck (TAMAKI, 2012).

Figura 5. Caixa para interruptores e tomadas de embutir em placas de gesso acartonada.

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Figura 6. Montantes para pé-direito de 2700mm, suportando somente telhado e forro. m(Residência de um pavimento ou o segundo andar de uma residência de doispavimentos). Aço 345 MPa. (RODRIGUES, 2008)

Figura 7 - Cronograma de execução para a residência popular – Light Steel Framing

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Figura 8 - Cronograma de execução para a residência popular – Alvenaria

Figura 9 – Comparativo de emissão de CO2 entre Light Steel Framing e Alvenaria

Estrutural

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Figura 10 – Comparação entre a produção de um elemento em Alvenaria Estrutural

e em Light Steel Framing.