Estruturas Metálicas - Estudo de viabilidade em edifícios comerciais

8/19/2019 Estruturas Metálicas - Estudo de viabilidade em edifícios comerciais

1/82

MÁRCIA LIE ITO

ESTRUTURAS METÁLICASESTUDO DE VIABILIDADE EM

EDIFÍCIOS COMERCIAIS

Trabalho de Conclusão de Cursoapresentado à Universidade

Anhembi Morumbi no âmbito doCurso de Engenharia Civil comênfase Ambiental.

SÃO PAULO2005


2/82

MÁRCIA LIE ITO

ESTRUTURAS METÁLICASESTUDO DE VIABILIDADE EM

EDIFÍCIOS COMERCIAIS

Trabalho de Conclusão de Cursoapresentado à Universidade

Anhembi Morumbi no âmbito doCurso de Engenharia Civil comênfase Ambiental.

Orientador:Prof. Tiago Garcia Carmona

SÃO PAULO2005


3/82

i

Aos meus queridos pais Hiroshi e Yuriko


4/82

ii

AGRADECIMENTOS

Aos meus colegas de faculdade e serviço que colaboraram na busca de informações

e contatos para elaboração deste trabalho, em especial aos meus amigos Emerson,

Penha e Luciano.

Ao CBCA – Centro Brasileiro da Construção em Aço, COSIPA (Companhia

Siderúrgica Paulista), Açominas e ABCEM (Associação Brasileira da Construção

Metálica) pelo apoio e materiais fornecidos.

Aos professores da Universidade Anhembi Morumbi, especialmente ao prof. Tiago

Garcia Carmona e Dr. Antônio Carlos da Fonseca Bragança Pinheiro que coordenou

as idéias e orientou na busca de informações para elaboração deste trabalho e a

professora mestra Jane Luchtenberg Vieira, professor mestre Célio Daroncho e Dr.

Wilson Shoji Iyomasa sempre nos incentivando e contribuindo com todas as normas

e conhecimentos para elaboração e formatação deste documento.

A Construtora Inpar, a Codeme e ao Escritório de arquitetura Roberto Candusso, em

especial a arquiteta Malu e ao engenheiro Faversani, pelas informações e imagens

cedidas e ao Fagner por toda a paciência, o incentivo e a colaboração às visitas e

fotos da obra estudada.


5/82

iii

RESUMO

As edificações tem apresentado sistemas industrializados de construção em váriossegmentos, porém quanto a execução da estrutura, é comum a utilização doconcreto armado. Este trabalho visou apresentar fatores que devem ser analisadosna escolha do método estrutural de estruturas metálicas para construção de prédioscomerciais.

Os sistemas de estruturas de concreto armado e as estruturas metálicas não devemser comparadas de modo competitivo mas sim a de tirar proveito do melhor de cadaum dos sistemas, portanto, são apresentadas as vantagens proporcionadas com autilização do sistema de estrutura metálica em diversas atividades executadas emuma obra.

No estudo de caso apresentado neste trabalho, a rapidez da construção emestruturas metálicas não foi a característica que motivou a construtora a optar poreste sistema e sim a redução do consumo de concreto devido a dificuldade delogística de acesso dos caminhões betoneira.

Palavras Chave: Estruturas Metálicas, Construção em Aço


6/82

iv

ABSTRACT

The building have presented industrialized systems of construction in somesegments, how ever the execution of the structure is common the use of the armedconcrete. This work aimed at to present factors that must be analyzed in the choiceof the structural method of metallic structures for construction of commercial building.

The systems of structures of armed concrete and the metallic structures do not haveto be compared in competitive way but to take off advantage of the best of each oneof the systems, therefore, the proportionate advantages with the use of the system ofmetallic structure in diverse activities executed in a workmanship are presented.

In the study of case presented in this work, the speed of the construction in metallic

structures was not the characteristic that motivated the constructor to choose thissystem and yes, the reduction in the concrete consumption because the access ofthe concrete truck mixer was too difficulty and restricted.

Key Worlds: Metallic structures, Steel building


7/82

v

LISTA DE ILUSTRAÇÕES

Figura 5.1: Treliças telescópicas apoiadas na mesa superior do perfil. 25

Figura 5.2: Balizamento da alvenaria pelos pilares de aço. 26

Figura 5.3: Assentamento de alvenaria com blocos de concreto, utilizando barras de

espera, soldadas nos pilares. 26

Figura 5.4: Lajes de painéis armados de concreto celular . 27

Figura 5.7: Detalhe da marquise. 43

Figura 5.8: Projeto de Montagem, planta da marquise. 46

Figura 6.1: Fachada frontal do Hotel Íbis Paulista. 49

Figura 6.2: Comparativo de custo entre as estrutura quanto ao tipo. 52

Figura 6.3: Comparativo de custo entre as estrutura quanto a fundação. 53

Figura 6.4: Comparativo de custo entre as estrutura de aço e convencional,

considerando as instalações e manutenção de canteiro de obra. 56

Figura 6.5: Comparativo de custo entre as estrutura de aço e convencional em

relação aos itens comuns. 57

Figura 6.6: Economia obtida entre as estrutura de aço e concreto armado 59

Figura 6.7: Ilustração da laje Steel Deck. 61

Figura 6.8: Concretagem de laje Steel Deck. 61

Figura 6.9: Cobertura em policarbonato e estrutura metálica. 62

Figura 6.10: Execução da estrutura metálica. 63

Figura 6.11: Montagem da cobertura em estruturas metálicas. 64

Figura 6.12: Ambiente limpo em estrutura steel frame para receber placas de gesso

acartonado. 64

Figura 6.13: Ambiente fachada pré-fabricada GFRC. 65


8/82

vi

LISTA DE TABELAS

Tabela 2.1: Consumo de aço bruto de alguns países ...............................................17

Tabela 5.1: Comparativo quanto a administração da obra........................................30

Tabela 5.2: Comparativo quanto a Fundação. ..........................................................31

Tabela 5.3: Comparativo quanto a execução das lajes.............................................32

Tabela 5.4: Comparativo quanto a execução das paredes. ......................................33

Tabela 5.5: Comparativo quanto a execução dos revestimentos..............................33

Tabela 5.6: Comparativo quanto as Instalações. ......................................................34

Tabela 5.7: Comparativo quanto aos prazos de execução. ......................................34

Tabela 5.8: Comparativo quanto aos custos financeiros...........................................35

Tabela 5.9: Critérios para utilização do aço. .............................................................36


9/82

vii

LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS

a.C Antes de Cristo

CET Companhia de Engenharia de Tráfego

CSN Companhia Siderúrgica Nacional

FEM Fábrica de Estruturas Metálicas

GFRC Glass Fiber Reinforced Concrete

SMT Secretaria Municipal dos Transportes

SPEM São Paulo Estruturas Metálicas

PMSP Prefeitura do Município de São Paulo

PVC Policloreto de Vinila


10/82

viii

SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO ...............................................................................................10

1.1 Primeiras Evidências da Utilização do Aço................................................10

1.2 Construções em Aço dos Séculos 19 e 20.................................................11

1.3 Construções em Aço no Brasil ...................................................................13

2 OBJETIVOS...................................................................................................17

2.1 Objetivo Geral...............................................................................................18

2.2 Objetivos Específicos ..................................................................................18

3 METODOLOGIA DO TRABALHO.................................................................19

4 JUSTIFICATIVA.............................................................................................20

5 ESTRUTURAS METÁLICAS .........................................................................22

5.1 Vantagens no Uso do Aço ...........................................................................23

5.2 Comparação entre Estruturas Metálicas com Estruturas de Concreto

Armado..........................................................................................................29

5.3 Critérios para a Utilização de uma Estrutura de Aço ................................35

5.4 Critérios de Viabilidade Econômica............................................................36

5.5 Projeto da Estrutura .....................................................................................37

5.5.1 Projeto de Engenharia.............................................................................38

5.5.2 Projeto de Fabricação .............................................................................41

5.5.3 Projeto de Montagem ..............................................................................45


11/82

ix

6 ESTUDO DE CASO .......................................................................................49

6.1 Apresentação................................................................................................49

6.2 Custo das estruturas....................................................................................51

6.3 Custo de fundações .....................................................................................52

6.4 Custo de alvenarias e revestimentos..........................................................53

6.5 Custo de instalações de unidades, equipamentos e manutenção de

canteiro..........................................................................................................54

6.6 Custos comuns.............................................................................................56

6.7 Custos financeiros .......................................................................................58

6.8 Logistica da obra..........................................................................................59

6.9 Fornecimento e montagem da estrutura ....................................................62

6.10 Fechamentos internos e externos...............................................................64

7 CONCLUSÕES ..............................................................................................66

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS.........................................................................70

APÊNDICE................................................................................................................74

ANEXO .....................................................................................................................78


12/82

10

1 INTRODUÇÃO

No início do século 21, principalmente em regiões desenvolvidas como os Estados

Unidos, a Europa e o Japão, a utilização de sistemas de estruturas metálicas em

aço, vem sendo implementada em grande escala, devido às vantagens

proporcionadas e a boa performance construtiva em vários tipos de edificações.

Porém, a utilização de aço no Brasil ainda é pequena se comparada com estes

países, não passa de 5 kg de aço estrutural por habitante. Em média, o consumo na

Europa é de 20 kg de aço estrutural por habitante e nos Estados Unidos, aproxima-

se a 30 kg de aço estrutural por habitante (FREITAS, 2005).

1.1 Primeiras Evidências da Utilização do Aço

Aproximadamente a 6 mil anos a.C. , em civilizações como as do Egito, Babilônia e

Índia, encontraram-se as primeiras evidências da obtenção do ferro para fins

militares, ou como elemento de adorno nas construções, pois era considerado um

material nobre devido a sua raridade (BELLEI et al., 2004).

Muito tempo depois, com a Revolução Industrial, em meados do século 19, em

países mais desenvolvidos como Inglaterra, França e Alemanha, ocorreu um

aumento da utilização do ferro em escala industrial. Paralelamente, desenvolveram-

-se progressos na elaboração e conformação deste metal. Em 1830, eram laminadas

para utilização em trilhos para estradas de ferro e, em 1854, na França surgem os

perfis de seção I de ferro forjável, peça fundamental na construção civil em aço.


13/82

11

Em 1779, foi construída a ponte sobre a Severn em Coalbrokdale, na Ingleterra, que

foi considerada como a primeira obra importante em ferro. Em 1851, inicia-se a era

dos grandes edifícios metálicos, com o Palácio de Cristal em Paris, e em Londres,

em 1872, Jules Saulnier construiu a fábrica de chocolates de Noisiel-Sur-Name.

Trata-se de um edifício de andares múltiplos, construído sobre quatro pilares da

antiga ponte sobre o rio Marne, de forma a aproveitar a energia hidráulica do rio.

Este edifício antecipa alguns elementos estruturais da construção em aço, devido à

estabilidade lateral do prédio garantida por uma rede de diagonais. O sistema é

idêntico ao de contraventamento encontrado em construções em estruturas

metálicas existentes no ano de 2005 (BELLEI et al., 2004).

1.2 Construções em Aço dos Séculos 19 e 20

Em 1868, fundador e líder da Escola de Chicago, Willian le Baron Jenney, abriu seu

escritório de Arquitetura em Chicago e, em 1879, no Leiter Bulding 1, provou suas

teorias sobre a estrutura de ferro. O Home Insurance Building, projetado por Jenney

em 1885, apresentou um sistema estrutural pioneiro das modernas estruturas de aço

do ano 2005. Neste projeto, o peso das paredes era transferido para um vigamento

de ferro e respectivas colunas embutidas em alvenaria que, por sua vez, só serviu

de enchimento do vão livre (BELLEI et al., 2004).

Holaird e Roche construíram, em 1884, o Tocama Building, o primeiro edifício com

ligações rebitadas que resultaram maior rigidez nas estruturas metálicas, o que não

era possível de se obter anteriormente com parafusos comuns (BELLEI et al., 2004).


14/82

12

As estruturas metálicas construídas em Chicago nos anos de 1890 a 1893,

apresentavam características típicas como as ligações rebitadas, os

contraventamentos verticais e janelas salientes.

Com o salto tecnológico em 1885, as vigas de ferro forjado foram substituídas pelas

vigas laminadas de aço doce, produzidas pela primeira vez nos Estados Unidos pela

Carnegie Steel Company. Após essa inovação, a coluna de ferro fundido caiu

rapidamente na obsolência, bem como os perfis complexos de colunas compostas

de perfis padronizados, laminados ou caixão.

Entre 1890 e 1930, devido às condições materiais e intelectuais favoráveis na

França e na Bélgica, se desenvolveram as primeiras construções em aço de

edifícios de vários andares. Na França, foram construídas as primeiras estruturas de

cobertura em ferro forjado, antes das pontes em ferro fundido terem sido construídos

na Inglaterra. Muitos progressos foram feitos nos métodos de executar ligações nas

estruturas de aço, quando se fez a transição do rebite para a solda e para os

parafusos de alta resistência (BELLEI et al., 2004).

Nos Estados Unidos, a posição de liderança na construção de edifícios altos foiassumida por Nova York, batendo recordes de altura e mérito arquitetônico. Em

1913 foi construído o Woolworth Tower, com 234 metros de altura e 55 andares. Em

1929 foi construído o Chrysler Building, com 320 metros de altura e 75 andares e em

1931 o Empire State, com 380 metros de altura e 102 andares. O maior edifício do

mundo foi construído em Chicago, o Sears Tower, em 1972 com 109 andares e 445

metros de altura, projetado por B. Graham, (BELLEI et al., 2004).


15/82

13

Em 1973, foram construídas as torres gêmeas do World Trade Center, com 110

andares e 417 metros de altura no centro de Manhatan que foram alvo de um ataque

terrorista em 11 de setembro de 2001 e em 2005 o prédio considerado como mais

alto construído em estrutura metálica foi a Torre Taipei 101 em Taiwan, com 101

andares e 508 metros de altura, concluída sua construção no final do ano de 2004

(CAMBRIDGE, 2005).

1.3 Construções em Aço no Brasil

Na década de 20, o Brasil começou realmente a desenvolver sua incipiente indústria

siderúrgica, com a criação da Companhia Siderúrgica Belgo Mineira. Nesta mesma

década, considerando-se também a produção de outras pequenas fundições, a

produção de aço atingiu a casa de 35 mil toneladas. No final da década, já

alcançava a casa de 96 mil toneladas (BELLEI et al., 2004).

Em plena segunda guerra mundial, foi fundada a CSN - Companhia Siderúrgica

Nacional, que entrou em operação em 12 de outubro de 1945, com a finalidade de

produzir chapas, trilhos e perfis, nas bitolas americanas. Para consolidar o mercado,

entraram em operação na década de 60 as usinas da Usiminas e Cosipa, para

produção de chapas, e mais recentemente a entrada da Açominas para produção de

perfis laminados de abas paralelas. A partir daí, grandes expansões foram

realizadas no setor siderúrgico, produzindo o Brasil, em 2005, perto de 25 milhões

de toneladas de aço. O Brasil, que até a década de 70 ainda importava, passou a

exportar, devido ao baixo consumo interno.


16/82

14

Para difundir o uso do aço nas construções, a CSN criou em 1953, como um dos

seus departamentos, a FEM – Fábrica de Estruturas Metálicas (desativada em

1998), que iniciou a formação de mão-de-obra especializada, bem como do ciclo

completo de produção das estruturas metálicas (BELLEI et al., 2004).

Em 1957, foi construído o Edifício Garagem América, projetado pelo arquiteto Rino

Levi e Paulo R. Fragoso, trata-se de uma garagem coletiva construída em terreno de

1024 m², com frente para duas vias públicas, apresentando um desnível de 17 m

entre a entrada principal, no pavimento térreo, que situa na Avenida 23 de Maio. Foi

a primeira garagem coletiva de grande proporções construída em São Paulo na

década de 50 e o primeiro edifício de andares múltiplos pavimentos de estruturas

metálicas do país fabricado pela FEM.

Ainda em São Paulo, em 1959, ao lado do Teatro Municipal, ergue-se o Palácio do

Comércio, primeiro edifício comercial em estruturas metálicas construído no País

pelo arquiteto Lucjan Korngold e estrutura projetada por Paulo R. Fragoso. Com

vinte e quatro pavimentos e 73 m de altura, sua montagem foi iniciada em 24 de

setembro de 1956, com fabricação e montagem pela FEM. A estrutura metálica

compreende colunas compostas de quatro perfis “L” laminados, chapa de alma e

chapas de mesa; em alguns casos, de dois perfis “U” interligados por chapas

reforçadas na alma e por vigas, na sua maioria de perfis “I” laminados, toda a

estrutura é rebitada e foi executada em noventa e três dias efetivos de trabalho.

Em 1961, no Rio de Janeiro, é construído o Edifício Avenida Central, pelo arquiteto

Henrique E. Mindlin e estrutura por Paulo R. Fragoso, com montagem e fabricação

pela FEM. A estabilidade vertical do edifício é garantida por contraventamentos


17/82

15

localizados nas paredes divisórias de lojas e salas, no sentido transversal, e junto

aos elevadores, no sentido longitudinal. A estrutura está protegida contra incêndio

pelo revestimento das vigas com concreto, dos pilares internos com tijolos furados e

dos pilares e vigas externos com asbesto projetado (DIAS, 1999).

No centro da cidade de Porto Alegre, no Rio Grande do Sul, em 1964, foi construído

o Edifício Santa Cruz, com trinta e três pavimentos para fins comerciais pelo

arquiteto Jayme Luna dos Santos e estrutura por Paulo R. Fragoso. Foi estruturado

com aço desde as fundações com fabricação e montagem pela FEM. Foi executada

em duas etapas: a primeira, iniciada em 4 de abril de 1960, terminado em 20 de

agosto de 1961, e a segunda, iniciada em 25 de fevereiro de 1962, encerrando-se

em 8 de março do ano seguinte.

Em 1965, arquitetado por Affonso Eduardo Reidy e projeto estrutural por Paulo R.

Fragoso, com fabricação e montagem pela FEM, foi construído no centro do Rio de

Janeiro o edifício sede do IPERJ, sede de instituição destinada a conceder pensão e

benefícios de assistência social aos empregados municipais, o edifício tem 24

pavimentos e 76,5 m de altura.

Em 1966 é construído o escritório central da CSN, em Volta Redonda, no Rio de

Janeiro. Nesta obra foram empregados pela primeira vez, forros de bandeja de aço

perfuradas, revestidas na parte superior com mantas de lãs-de-rocha ensacadas,

para dar proteção acústica aos ambientes de trabalho. A arquitetura é de Glauco do

Couto Oliveira com estrutura, fabricação e montagem pela FEM.


18/82

16

Projetado por Oscar Niemeyer e estrutura por Paulo Franco Rocha, em 1973 é

construído em Brasília o edifício Palácio do Desenvolvimento, com estrutura em

concreto armada até o quarto pavimento e estrutura metálica nos pavimentos

superiores.

Em 1979, é construído na Praia da Armação, em Salvador, na Bahia, o Palácio de

Congressos da Bahia projetado pelos arquitetos Jader Tavares, Oton Gomes,

Fernando Frank e Márcio Roberto, estrutura de Carlos Emílio Strauch com

fabricação e montagem pela Fichet. Tem seu sistema estrutural constituído por duas

grandes treliças que se desenvolvem paralelamente ao eixo longitudinal, distantes

38,5 m entre si, apoiando-se em duas linhas de quatro torres de circulação vertical

de concreto armado formando três vãos de 50 m, enquanto as extremidades se

apóiam, de um lado nas torres e, de outro, nas sobrelevações artificiais do terreno,

com vãos de 60 a 70 m (DIAS, 1999).

Foram surgindo em todo o país um grande número de fabricantes, projetistas,

desenhistas e outros profissionais do ramo e o Brasil chegou, na década de 1970, a

produzir cerca de 500 mil toneladas de estruturas metálicas, mas totalmente voltada

para o setor industrial (BELLEI et al., 2004).


19/82

17

2 OBJETIVOS

O Brasil, apesar de ser o sétimo maior produtor em aço do mundo, não apresenta

níveis de utilização de estruturas metálicas significativos (Tabela 2.1), isto pode ser

devido a fatores como a não existência de uma cultura voltada para o uso de

estruturas metálicas (DIAS, 1998).

Tabela 2.1: Consumo de aço bruto de alguns países

CONSUMO PER CAPITA DE AÇO BRUTO – 2001

PaísesConsumo Per Capita de Aço

Bruto (Kg/hab)

Japão 557

EUA 458

Alemanha 469

Coréia do Sul 757

Itália 552

Espanha 469

Brasil 105

México 123

Argentina 91

Chile 122

Fonte: Anuário Estatístico IBS 2001

A elaboração deste trabalho visa apresentar as estruturas metálicas incentivando a

sua utilização como sistema estrutural para edifícios comerciais.


20/82

18

2.1 Objetivo Geral

Este Trabalho de Conclusão de Curso, tem como objetivo geral apresentar os

sistemas estruturais em aço, conceituando suas principais características para

aplicações em edifícios comerciais construídos no Brasil.

2.2 Objetivos Específicos

Os objetivos específicos deste trabalho são:

- Apresentar as principais características mecânicas e geométricas dos sistemas de

estruturas metálicas;

- Identificar parâmetros para relação custo x benefício em edifícios comerciais;

- Comparar as vantagens e desvantagens principais de uma estrutura metálica com

a estrutura de concreto armado;

- Indicar fatores para o reaproveitamento de materiais e a conseqüente redução no

impacto ambiental ao utilizar as estruturas metálicas.


21/82

19

3 METODOLOGIA DO TRABALHO

Este Trabalho de Conclusão de Curso, foi baseado em teses de doutorado,

dissertações de mestrado, trabalhos de conclusão de curso, livros técnicos,

catálogos de empresas e sites da Internet.

A pesquisa, também, foi desenvolvida considerando visitas as obras para verificação

de sistemas utilizados na atualidade e entrevistas com profissionais e empresas que

executam obras utilizando sistemas de estruturas metálicas em edificações

comerciais, citando as vantagens e desvantagens na utilização deste sistema.

Para realização do estudo de caso, foram realizadas visitas ao local da obra, ao

escritório de arquitetura que desenvolveu a concepção do projeto, a construtora

Inpar e correspondências via correio eletrônico com a empresa fabricante daestrutura metálica CODEME.


22/82

20

4 JUSTIFICATIVA

Nas metrópoles brasileiras, a grande maioria das edificações são de concreto

armado. Apesar de todas as vantagens proporcionadas pela utilização dos sistemas

em estruturas metálicas são poucas as obras já executadas até o ano de 2005. A

cultura, assim como nas próprias universidades, a enfatização nas estruturas de

concreto armado e protendido são maiores em comparação com a cadeira de

estruturas metálicas (DIAS, 1998).

Segundo Rezende (2003), a construção em estruturas metálicas apresentou um

suave crescimento até 1998 e a tendência no aumento de construções em

estruturas metálicas para os próximos anos é aumentar. Em outros países

desenvolvidos, de acordo com Dias (1998), o sistema metálico é muito mais

utilizado, pois é comprovado que adotando este processo construtivo as etapas deconstrução são simplificadas, além de executadas rapidamente em relação ao

processo convencional em concreto armado. A estrutura é fabricada nas instalações

metalúrgicas, deixando o canteiro de obras livre, resumindo apenas na montagem da

estrutura no canteiro de obras, que é feita com equipamentos e mão de obra

especializada do fabricante.

Os estoques de cimento, areia e brita no canteiro de obras ficam reduzidos

consideravelmente além de reduzir, também, a movimentação de pessoas na obra.

Com a utilização do sistema de estruturas metálicas, o peso próprio da edificação é

reduzida a 1/5 da estrutura convencional, com este alívio de cargas temos uma

redução nas fundações (SPEM, 2004).


23/82

21

A inexistência de formas para as colunas e vigas, reduz entulhos, bota-foras,

conseqüentemente uma redução em custos de formas e mão-de-obra. Devido a

precisão milimétrica de prumo e nível, as argamassas de nivelamento e

regularização são dispensadas (SPEM, 2004).

O sistema de estrutura metálica proporciona melhor aproveitamento das áreas úteis,

reduzindo números de pilares e aumento de vagas na garagem. Todas as

facilidades construtivas apresentadas, fazem com que um edifício comercial seja

executado num prazo bastante curto e com estes meses ganhos na execução da

obra, o retorno financeiro para o cliente representa substancial vantagem (SPEM,

2004).

Devido as grandes vantagens apresentadas na utilização do sistema construtivo em

estruturas metálicas e a tendência em industrializar as etapas de execução das

obras, o aço tem sido utilizado em grande escala nos países europeus e asiáticos,

países estes que apresentaram grande desenvolvimento e avanços tecnológicos.

No Brasil, a grande maioria dos projetistas e engenheiros de estruturas optam pelo

método tradicional de concreto armado devido ao fator custo da obra, pois, asconstruções em aço ainda possuem custo elevado devido à falta de mão de obra

especializada e produção da estruturas em si. Estes sistemas apesar de ainda

apresentarem um custo elevado, proporcionam um prazo de entrega inferior além de

minimizar os impactos ambientais devido a mínima utilização de madeira e

proporcionar menos perdas e desperdícios de materiais durante a obra (SPEM,

2004).


24/82

22

5 ESTRUTURAS METÁLICAS

“A tendência na área de construção é de aumentar a utilização da estrutura metálica,

ainda carente no Brasil por um fato cultural e histórico” (ANDRADE, 2000).

Segundo Dias (1999), a utilização de estruturas metálicas é mais antiga que o

concreto armado. É uma solução largamente utilizada e consagrada nos países

industrializados, como Inglaterra, Japão, França, Canadá e Estados Unidos, de onde

vêm os grandes exemplos de edificações construídas em aço.

A comparação entre os sistemas de estruturas de concreto armado e as estruturas

metálicas, segundo Andrade (2000) existe para cada tipo de construção, não

devendo existir uma mentalidade competitiva, mas sim a de se tirar proveito do

melhor de cada um dos sistemas, podendo ainda as soluções mistas serem as maisproveitosas, onde cada material é adequadamente utilizado num trabalho conjunto.

Cada caso deve ser examinado tecnicamente, visando o satisfatório resultado custo-

benefício.

Em modernas cidades, megalópoles, a disponibilidade e o custo dos terrenos em

suas áreas mais centrais, passaram a exigir a implantação de edifícios cada vez

mais altos e para a viabilização destas edificações, com o avanço tecnológico foram

desenvolvidos esqueletos metálicos, transporte vertical de cargas e pessoas como

elevadores, escadas rolantes, e de sistemas adequados de utilidades prediais como

a energia elétrica, água, esgoto, telecomunicações, condicionamento de ar etc

(SALÉS, 1999).


25/82

23

5.1 Vantagens no Uso do Aço

A utilização de estruturas metálicas na construção civil tem possibilitado aos

arquitetos, engenheiros e construtores, soluções arrojadas, eficientes e de alta

qualidade segundo Inaba (2003). A arquitetura em aço sempre esteve associada à

idéia de modernidade, inovação e vanguarda, traduzida em obras de grande

expressão arquitetônica e que invariavelmente traziam o aço aparente. Segundo

Inaba (2003), as vantagens na utilização de sistemas construtivos em aço vão muito

além da linguagem estética de expressão marcante; redução do tempo de

construção, racionalização no uso de materiais e mão de obra e aumento da

produtividade, passaram a ser fatores-chave para o sucesso de qualquer

empreendimento.

O sistema construtivo em aço apresenta vantagens significativas sobre o sistema

construtivo convencional, segundo Inaba (2003), mas a simples comparação entre

as estruturas metálicas ou de concreto, para cada tipo de construção existiram

vantagens e desvantagens podendo as soluções mistas serem as mais proveitosas

(ANDRADE, 2000).

A tecnologia do aço confere aos arquitetos liberdade no projeto de arquitetura,

permitindo a elaboração de projetos arrojados e de expressão arquitetônica

marcante. Devido as seções das colunas e vigas de aço apresentarem seções mais

esbeltas do que as equivalentes em concreto, resultando em melhor aproveitamento

do espaço interno e aumento da área útil, fator muito importantes principalmente em

garagens (INABA, 2003).


26/82

24

Quanto a flexibilidade, a estrutura metálica mostra-se especialmente indicada nos

casos onde há necessidade de adaptações, ampliações, reformas e mudança de

ocupação de edifícios. Torna mais fácil a passagem de utilidades como água, ar

condicionado, eletricidade, esgoto, telefonia, informática etc (COSIPA, 2003).

A empresa SPEM – São Paulo Estruturas Metálicas (2004), verificou que utilizando o

sistema de estruturas metálicas, as etapas de construção ficaram muito bem

definidas e simplificadas, além de executadas muito mais rapidamente do que no

processo convencional em concreto armado, pois a estrutura é executada nas

instalações do fabricante, deixando o canteiro de obras livre, para a execução das

fundações. A construção se resume apenas na montagem da estrutura no canteiro

de obras, que é feita com equipamentos e mão-de-obra especializada, do fabricante.

Os estoques de cimento, areia e brita no canteiro de obras ficam reduzidos

consideravelmente. A movimentação de pessoas e materiais no canteiro é

extremamente reduzida com a conseqüente redução do custo administrativo.

A estrutura metálica tem peso próprio aproximadamente 1/5 da estrutura

convencional de concreto armado, o que permite uma redução nas cargas de

fundações. Esta economia pode ser quantificada em torno de 25%, em condições

normais, ou mais em casos específicos.

Como no processo convencional, as lajes podem ser moldadas in loco ou pré-

moldadas, o que deve ser analisado caso a caso. A estrutura metálica, permite que

as formas sejam executadas imediatamente após sua montagem, através de treliças

telescópios apoiadas diretamente nas abas inferiores ou superiores das vigas

conforme figura 5.1, ou mesmo utilizando pré-lajes apoiadas diretamente sobre as


27/82

25

abas superiores. O uso de pontaletes pode ser dispensado. A inexistência de formas

para as colunas e vigas, reduz entulhos e bota-foras. Tudo isso imprime maior

velocidade e facilidade na execução das lajes, reduzindo os custos de formas e

mão-de-obra (SPEM, 2004).

Figura 5.1: Treliças telescópicas apoiadas na mesa superior do perfil.

Fonte: Dias (1998)

A precisão milimétrica de prumo e nível, permite que a estrutura metálica já sirva

como referência para se estabelecer o prumo das alvenarias (Figura 5.2). A fixação

das alvenarias à estrutura metálica é feita com simplicidade, soldando-se nos pilares

metálicos vergalhões com comprimento de aproximadamente 30 cm, que são

embutidos entre os tijolos da parede de elevação (Figura 5.3).


28/82

26

Figura 5.2: Balizamento da alvenaria pelos pilares de aço.

Fonte: Dias (1998)

Figura 5.3: Assentamento de alvenaria com blocos de concreto, utilizando barras de espera,

soldadas nos pilares.

Fonte: Dias (1998)

Como as lajes ficam niveladas com grande precisão, a argamassa de nivelamento

da parte superior é dispensada e a argamassa de revestimento inferior pode ser feita

com espessura de até 0,5 cm. No sistema de lajes de painéis de concreto celular


29/82

27

(Figura 5.4), ao final, necessitam receber um capeamento de argamassa da ordem

de 25 a 40 mm de espessura, para maior solidarização, que irá servir também como

contrapiso (DIAS; 1998).

Figura 5.4: Lajes de painéis armados de concreto celular .

Fonte: Dias (1998)

A economia nesta argamassa de nivelamento e revestimento da laje é considerável.

Da mesma forma, devido ao prumo, as alvenarias podem ser revestidas com

argamassa de espessura 0,5 cm, dando acabamento perfeito. Isto faz com que o

volume de argamassa de nivelamento e revestimento de um edifício, seja reduzido à

quinta parte do que se gasta no processo convencional, onde é comum se observar

excesso de argamassa de regularização em paredes externas, de até 10 cm de

espessura. É importante salientar que utiliza-se a precisão em milímetros na

estrutura metálica, quando no processo convencional utiliza-se centímetro. Excessos

na obra, não só trazem como conseqüência a perda de materiais e mão-de-obra


30/82

28

desnecessária, como fatalmente, vários metros cúbicos de entulhos gerados na

obra.

As escadas são pré-fabricadas e de extrema facilidade de montagem, permitindo o

seu uso imediato durante a execução da obra, o que dificilmente ocorre na

construção convencional, onde as formas são elaboradas num processo artesanal

de carpintaria, demandando tempo a custos elevadíssimos.

Quando da elaboração dos projetos estrutural, hidráulico, elétrico, ar condicionado,

telefonia etc, deve-se à localização das passagens de dutos. As vigas metálicas

podem vir de fábrica com estas passagens, evitando-se improvisações na obra,

racionalizando o emprego de materiais, evitando-se desperdícios e agilizando sua

execução.

As vigas e colunas metálicas, em comparação a outros processos construtivos,

proporcionam melhor aproveitamento das áreas úteis, reduzindo números de pilares

e, conseqüentemente, aumentando número de vagas na garagem.

Todas as vantagens apresentadas anteriormente, além de inúmeras outras que são

observadas durante o andamento da obra, traduzem sistematicamente em trêsfatores de economia (ANDRADE, 2000):

• De mão-de-obra

• De materiais

• De prazo de construção

Fabricada em paralelo aos serviços de movimentação de terra e fundações, a

estrutura metálica tem sua montagem iniciada imediatamente após o término das


31/82

29

fundações, dispensando formas, escoramentos e tempo de cura. A execução das

lajes, fechamento e instalações, simultaneamente, implica em redução no prazo final

da obra.

A ocupação antecipada do imóvel tem que ser considerada, através de um estudo

comparativo de custo X benefício, para cada processo construtivo.

Segundo a empresa SPEM (2004), todas as facilidades construtivas apresentadas,

fazem com que um edifício seja executado num prazo bastante reduzido. Os meses

ganhos, sobre o tempo normal de construção representam substancial vantagem

para o cliente, à medida que este avanço lhe permite dispor das instalações mais

cedo que o previsto.

Logo, o capital investido na construção tem um menor custo. Alem disso, há um

investimento antecipado deste capital, decorrente da antecipação da exploração do

imóvel.

5.2 Comparação entre Estruturas Metálicas com Estruturas de Concreto

Armado

Andrade (2000), informa que é quase impossível afirmar que a estrutura metálica

seja melhor ou pior que a de concreto armado pois para cada caso deverá ser

examinado tecnicamente, visando o satisfatório resultado custo-benefício.


32/82

30

Na tabela 5.1 é apresentado um comparativo entre um edifício de estruturas

metálicas e de concreto armado quanto a administração da obra.

Tabela 5.1: Comparativo quanto a administração da obra.

Edifício Estruturas metálicas Edifício com estruturas de concreto

Na administração da obra

Execução em fábrica

Apenas montada no canteiro

Execução predominantemente no canteiro

Grande precisão dimensional Menor precisão dimensional

Grande precisão quantitativa dos materiais Maior dificuldade de precisão de

quantidades

Poucos itens de materiais (aço, parafusos,

eletrodos) (tintas)

Maior diversificação de materiais

(cimento, areia, brita, água, formas de

madeira, ferros, aceleradores, etc.)

Qualidade garantida das matérias primas

(pelas usinas)

Dificuldade de garantia de qualidade -

maior controle necessário

Uniformidade das matérias primas Variedade dependendo da procedência

Pouca quantidade de homens na obra

(menos problemas trabalhistas) com maior

qualificação

Maior quantidade de pessoal na obra, com

menor qualificação (mais do dobro ou

triplo)

Canteiro diminuto (material chega pronto no

tempo certo)

Canteiro maior para matérias primas e

manuseio

Simplificação do canteiro (minimização ou

exclusão de escoramento para forros de laje)

Canteiro mais completo, existência de

escoramento com pontaletes

Obra seca Obra com muito uso de água

Maior facilidade de fiscalização Fiscalização mais completa

Fonte: ANDRADE (2000).

A execução da estrutura é realizada na fábrica e montada no canteiro de obra, é um

sistema industrializado, fazendo com que o desperdício seja sensivelmente reduzido.


33/82

31

Na tabela 5.2 são apresentados os benefícios proporcionados pelo uso do sistema

de estruturas metálicas na fundação.

Tabela 5.2: Comparativo quanto a Fundação.


Nas fundações

Leveza estrutural Peso estrutural maior

40 a 80 kg/m2 (vigas e colunas) 250 a 350 kg/m2 (vigas e colunas)

Menores cargas nas bases Bases mais solicitadas

Volumes menores nos blocos Maiores volumes

Sistemas mais econômicos Sistemas mais onerosos


Devido a leveza estrutural da estrutura metálica, as cargas nas bases de fundação

são menores proporcionando volumes menores de blocos e sistemas de fundações

mais econômicos.


34/82

32

As lajes são executadas com maior rapidez conforme apresentado na tabela 5.3.

Tabela 5.3: Comparativo quanto a execução das lajes.

Edifício Estruturas metálicas Edifício com estruturas de concreto Nas lajes

As fôrmas são apoiadas direto nas vigas

metálicas podendo ser dispensando o uso de

pontaletes

Necessita maior escoramento para fôrmas

Grande rigor nos níveis Menor rigor nos níveis

Liberação antecipada dos pavimentos para

outras operações

Impedimento de trânsito enquanto

escorado

Maior velocidade da construção Velocidade dependendo da cura do

concreto das colunas

Facilidade de escadas pré-fabricadas Dificuldade na execução de formas para

escadas


A estrutura metálica aceita praticamente qualquer sistema de laje, industrializada ou

não. Para o cimbramento das fôrmas podem ser empregados sistemas de treliças

telescópicas como apoios dos caibros e dos compensados. Estas se apóiam

diretamente sobre as vigas de aço da laje a ser concretada, dispensando o uso de

pontaletes (DIAS, 1998).


35/82

33

Na tabela 5.4 são apresentadas as vantagens proporcionadas quanto a alvenaria ao

utilizar o sistemas de estruturas metálicas.

Tabela 5.4: Comparativo quanto a execução das paredes.


Nas paredes (alvenarias ou outros materiais)

Precisão milimétrica Maior variação dimensional

Esquadros e prumos exatos resultando em

maior perfeição da execução, com tempo

reduzido

Irregularidade de prumos e esquadro,

aumentando o tempo de execução com

enchimentos

Sensível economia na mão de obra de

execução

Custo de execução mais onerosa em vista

de imperfeições


A nivelação das lajes e prumos são precisas proporcionando economia conforme

tabela 5.5.

Tabela 5.5: Comparativo quanto a execução dos revestimentos.


Nos revestimentos

Níveis precisos nas lajes e prumos exatos,

minimiza massas de revestimento em pisos e

paredes com economia do peso morto

Necessidade de maior espessura de

revestimento em lajes e paredes

Facilita o uso de materiais completares pré-

fabricados (painéis, forros, etc.)

Necessita aplicação de insertes e

elementos de regulagem na fixação



36/82

34

Na tabela 5.6 é apresentado as facilidades proporcionadas quanto as instalações.

Tabela 5.6: Comparativo quanto as Instalações.


Instalações elétricas - hidráulicas - proteção contra fogo e instalação docanteiro

Pilares e vigas podem ser furados na fábrica

ou na obra

Dificuldade de execução de furos nas

colunas e vigas

Facilita passagem de tubulações, permite

alteração nas instalações na obra

Impossibilidade de alteração após a

execução da estrutura

Necessita proteções contra fogo mais

sofisticadas Proteção contra fogo simplificada


O sistema de estruturas metálicas otimiza o tempo de execução em várias etapas da

obra conforme apresentado na tabela 5.7.

Tabela 5.7: Comparativo quanto aos prazos de execução.


Prazos

Simultaneidade de execução da estrutura e

fundações

Dependência de terminar as fundações

para iniciar execução da estrutura

Avanços da montagem de 3 em 3

pavimentos Avanços de um em um pavimento

Possibilidade de alvenarias acompanharem a

montagem

Dificuldade de execução de paredes

enquanto a estrutura estiver escorada



37/82

35

Na tabela 5.8 é apresentado que a utilização de estruturas metálicas, reduz o prazo

de execução, antecipando o uso da edificação proporcionando um retorno financeiro

antecipado.

Tabela 5.8: Comparativo quanto aos custos financeiros.


Custo financeiro

Prazos finais reduzidos

Antecipação de utilização

Maiores prazos aumentam os custos

Retorno mais rápido e utilização antecipada - Fonte: ANDRADE (2000).

Além das vantagens citadas acima, a utilização do sistema de estruturas metálicas

proporciona um reaproveitamento das estruturas em aço e a preservação do meio

ambiente.

O aço é 100% reciclável e as estruturas podem ser desmontadas e reaproveitadas

com menor geração de rejeitos. A estrutura metálica é menos agressiva ao meio

ambiente pois além de reduzir o consumo de madeira na obra, diminui a emissão de

material particulado e poluição sonora geradas pelas serras e outros equipamentos

destinados a trabalhar a madeira (COSIPA, 2004).

5.3 Critérios para a Utilização de uma Estrutura de Aço

A estrutura de aço é a alternativa mais econômica quando um ou mais requisitos

listados na tabela 5.9 for necessário ser atendidos (SALÉS, 1999).


38/82

36

Tabela 5.9: Critérios para utilização do aço.

Critérios para utilização da estrutura em aço

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

Fonte: SALÉS (1999).

5.4 Critérios de Viabilidade Econômica

Para Salés (1999), 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, como o número de

andares, as cargas impostas, os espaçamentos de pilares nas duas direções, o tipo

de estrutura de piso, a altura total dos pisos, o método de enrijecimento ou

contraventamento da estrutura e a qualidade do aço escolhido.

A otimização de custos depende, também, da escolha correta dos elementos de

fechamentos (pisos, paredes, coberturas, sistemas de circulação vertical, etc.)


39/82

37

compatíveis com a estrutura de aço. É, portanto, necessário que esses elementos

preencham certas condições (SALÉS,1999):

• 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 da construção;

• sejam leves, de modo a minimizar o peso global do edifício;

• sejam adaptáveis a um layout interno flexível e as modificações de seus

componentes;

• sejam projetados de modo a se adaptar às propriedades e às características

específicas da estrutura de aço;

• sejam condizentes com um sistema econômico de proteção ao fogo.

Para Salés (1999), 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.

5.5 Projeto da Estrutura

Para Bellei (2004), o projeto das estruturas é a escolha dos arranjos e dimensões

dos elementos estruturais de forma que as cargas de serviço decorrentes estejam

dentro de limites aceitáveis.

Segundo Romano (2003), uma vez adotado o sistema estrutural metálico, deverá

ser elaborado o projeto estrutural mostrando todas as indicações para locação dos


40/82

38

insertos, chumbadores e cargas, plantas e elevações, desenhos unifilares com

representação esquemática dos perfis componentes e seu posicionamento, detalhes

típicos de ligações com indicações dos esforços a serem transmitidos, detalhes

típicos de interfaces e interferências com outros componentes de obra, cortes e

detalhes executivos dos chumbadores e insertos, lista preliminar de materiais por

tipo de material e por conjunto estrutural.

O procedimento para projeto completo da estrutura de uma obra em aço, segundo

Dias (1998), envolve três atividades distintas, o projeto de engenharia, o projeto de

fabricação e o projeto de montagem.

5.5.1 Projeto de Engenharia

No projeto de engenharia de uma estrutura são definidos os carregamentos e a

concepção estrutural onde serão discriminados os tipos de perfis a serem utilizados,

com os comprimentos correspondentes e as características geométricas das seções

transversais, a caracterização teórica dos vínculos, que deverão corresponder à

realidade física da estrutura, o cálculo dos esforços atuantes nas seções ou nos

pontos mais importantes da estrutura, o dimensionamento, o plano de carga nas

fundações, a estimativa aproximada do consumo de aço, etc. Ao final, são

elaborados os desenhos de acordo com o nível desejado de projeto, com a

representação da definição estrutural, por meio de desenhos unifilares elaborados

por escritórios de engenharia especializados em estruturas metálicas (DIAS, 1998).

Como exemplo ilustrativo, é apresentado a seguir um desenho de elevação de uma

marquise, num projeto de engenharia básico é representado na figura 5.5, consiste


41/82

39

numa elevação de duas marquises iguais F1 e F2, projetado pela empresa Poliaço,

onde são indicadas as chapas trapezoidais de aço galvanizado como cobertura, os

rufos e perfis definidos para a construção da estrutura da marquise.


42/82

40

F i g u r a 5 . 5 : D e s e n h o d e e l e v a ç ã o d a m a r q u i s e .

F o n t e : D i

a s ( 1 9 9 8 )


43/82

41

5.5.2 Projeto de Fabricação

No projeto de fabricação é elaborado o detalhamento de todos os elementos

componentes da estrutura. As peças são mostradas isoladamente ou em conjunto.

Para uma treliça, por exemplo, são indicados os comprimentos das peças, a

localização dos furos, os parafusos, as listas de materiais, etc. Toda a representação

gráfica normalmente vem acompanhada de medidas não-acumuladas e acumuladas,

critério adotado por muitos fabricantes para obter maior precisão de marcação. Por

isso, esses desenhos são elaborados sem escala (DIAS, 1998).

Na figura 5.6 são apresentados o desenho de elevação com as marcações de furos

para parafuso, comprimento das barras, as cantoneiras e materiais para montagem

da estrutura e na figura 5.7, a ampliação de um trecho da estrutura da marquise com

as indicações dos diâmetros para furação, dimensões das peças e especificações de

um projeto de fabricação executado pela empresa Poliaço.


44/82

42

F i g u r a 5 . 6 : P r o j e t o d e e x e c u ç ã o d a

m a r q u i s e .

F o n

t e : D i a s ( 1 9 9 8 )


45/82

43

Figura 5.7: Detalhe da marquise.

Fonte: Dias (1998)

Nas fábricas de estruturas, os componentes estruturais são produzidos segundo um

processo industrializado, que se caracteriza pela mecanização e racionalização, com

conseqüentes ganhos de produtividade, prazos, custos, e menor desperdício de

material (DIAS, 1998).

A partir dos desenhos detalhados para fabricação, são preparados os traçados das

peças, com todas as informações necessárias para a fabricação, tais como: linhas

de centro, linhas de furação, posicionamentos das furações, linhas de corte

devidamente cotadas, detalhes das chapas de ligação e das demais chaparias

envolvidas. Esses detalhes são executados em tamanho real para que na fábrica

possam servir de moldes para a fabricação.


46/82

44

De maneira geral, segundo Dias (1998), as operações típicas no processo de

fabricação das estruturas metálicas consiste em:

• verificar a disponibilidade de estoque, com o abastecimento de matérias-

primas e o suprimento às linhas de fábrica tais como: o aço, na forma de

chapas, bobinas e perfis, parafusos, porcas, arruelas, eletrodos, arames, etc;

• preparação das chapas para corte racionalizado, pois as chapas são

comercializadas no mercado nas dimensões-padrão de comprimento, largura

e espessura pelas usinas siderúrgicas;

• traçagem sobre a superfície da chapa com riscadores de giz ou de pedra

sabão, e marcação dos centros dos furos, mediante puncionamento;

• usinagem ou preparação das peças é a seção em que são gerados os cortes,

recortes, furações, dobramentos, desempenos e ajustes que forem

requeridos;

• pré-montagem ou agrupamento dos componentes de um mesmo sub-

conjunto, dando forma final às peças da estrutura;

• soldagem, esta etapa envolve um grande contingente de soldadores, pois as

operações são quase sempre muito trabalhosas e demoradas;

• acabamento, correção das peças empenadas, esmerilhamento das bordas;

• tratamento da superfície e pintura e;

• expedição para o local onde a estrutura será montada. Essa operação deve

ser coordenada com as necessidades da execução da obra, evitando

estocagens desnecessárias no canteiro ou a remessa de peças em ordem

não adequada à montagem.


47/82

45

5.5.3 Projeto de Montagem

O projeto de montagem é elaborado pela empresa fabricante e montadora da

estrutura segundo Dias (1998). Nesse projeto é apresentado uma representação

mais esquemática, sob a forma de diagramas, mostrando o sistema estrutural, a

indicação das numerações ou marcas de cada peça, o seu posicionamento e a

seqüência de montagem, a metodologia de montagem, etc (Figura 5.8).


48/82

46

Figura 5.8: Projeto de Montagem, planta da marquise.

Fonte: Dias (1998)

Geralmente os desenhos de montagem contém marcas de todas as peças a serem

montadas, elevações, detalhes, seqüências de montagem, indicações de solda,

referências, notas, recomendações especiais sobre os procedimentos de montagem,


49/82

47

enfim, todas as informações necessárias para que a estrutura seja montada

rapidamente e sem erro. Em decorrência destas informações, outras providencias

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

(SALÉS, 1999).

5.6 Estruturas metálicas e o Meio Ambiente

O aço é 100% reciclável, pode ser indefinidamente reciclado em sua totalidade sem

perder nenhuma de suas qualidades. Mais da metade do aço produzido na França e

na União Européia e 40% da produção mundial de aço é obtida de aço reciclado.

Este índice vem aumentando ano após ano, preservando recursos e o meio-

ambiente (LEMOINE, 2002).

A vida útil de qualquer edificação não é ilimitada. Feita com uma pá mecânica, uma

britadeira ou explosivos, a demolição gera ruídos, poeira, poluição e outros aspectos

adversos prejudiciais ao ambiente. Estes problemas são evitados com a utilização

de edificações em aço por serem facilmente desmontáveis, de maneira segura e

limpa, permitindo despojo seletivo. O baixo peso das estruturas previne a

deterioração do solo e quando um prédio é demolido, de acordo com Lemoine

(2002), o peso dos materiais a serem removidos é mais baixo e os custos com aterro

são reduzidos.

As estruturas metálicas podem ser desmontadas e reaproveitadas com menor

geração de rejeitos. É menos agressiva ao meio ambiente pois além de reduzir o


50/82

48

consumo de madeira na obra, diminui a emissão de material particulado e a poluição

sonora geradas pelas serras e outros equipamentos destinados a trabalhar a

madeira (COSIPA, 2004).

Apresenta um balanço ecológico positivo, para Lemoine (2002), a análise do ciclo

vital de uma edificação feita em aço comparada à de uma feita em concreto armado

revela uma redução de 41% no consumo de água durante a construção. A

construção em aço faz cair pela metade o movimento de caminhões na locação e

resulta em menos de 57% de detritos inertes. Ao longo da vida útil da edificação,

devido a valiosas técnicas de isolamento externo, o aço possibilita economia

significativa de energia, facilidade de manutenção e adaptabilidade. Ao final de sua

vida útil, é facilmente reciclável. No total, a economia gerada durante a vida útil de

uma edificação (i.e. 92% da energia consumida) contribui para um balanço ecológico

altamente favorável ao aço.


51/82

49

6 ESTUDO DE CASO

6.1 Apresentação

Construído no ano de 2003, o Hotel Íbis Paulista apresentou desafios quanto a sua

execução, pois, trata-se de uma obra de média altura, com canteiro bastante

complicado e localização problemática.

O prédio de 11 andares e dois subsolos, situado na Avenida Paulista no n.° 2345 em

São Paulo (Figura 6.1), foi totalmente construído em estrutura metálica com exceção

da fundação.

Figura 6.1: Fachada frontal do Hotel Íbis Paulista.Fonte: MENEGHETTI (2005).


52/82

50

Segundo Candusso (2005), responsável pelo projeto e coordenação geral, a

construtora responsável pela obra, realizou dois estudos que comparavam os

resultados em caso de utilização de aço e de concreto e a estrutura metálica

apresentou várias vantagens.

Arquitetonicamente, as colunas de aço ocupam um menor espaço em relação aos

pilares de concreto armado, implicando em uma redução do número de pilares

necessários proporcionando, principalmente nas garagens, uma maior área líquida

para a comercialização, item de extrema importância em edifícios comerciais.

Em entrevista com Maradei, colaboradora no projeto do Hotel Íbis Paulista, e em

outras obras, a concepção do projeto em estruturas metálicas, proporcionou

liberdade de formas, flexibilidade de utilização dos espaços e condições de projetar

grandes vãos livres e facilidades na utilização de materiais complementares pré-

fabricados.

Outro fator decisivo para a concepção do projeto desta obra em estruturas metálicas,

foi levantado pela construtora Inpar quanto a economia nos prazos de execução da

obra, pois, a construção transformou-se em uma simples tarefa de montagem edevido a precisão das estruturas, transmitidas aos demais itens como redução de

insumos para regularização das lajes, revestimentos das alvenarias, esquadrias,

elevadores, etc.

A rapidez da construção em estruturas metálicas não foi a característica que motivou

a construtora Inpar a optar por este sistema, foi procedido uma criteriosa avaliação e


53/82

51

análise da obra. Em uma análise superficial, pode-se concluir erroneamente que um

edifício estrutura em aço tenha o seu custo final superior ao do mesmo edifício

estruturado convencionalmente , porque o preço da estrutura metálica é superior ao

preço das estruturas de concreto armado. Não se trata de uma simples substituição

do sistema estrutural, e sim de uma troca de sistema construtivo, sendo necessário

aproveitar a alta qualidade do aço e das características das estruturas obtidas a

partir dele: resistência, leveza, prumo, esquadro, nível, rapidez e principalmente pela

possibilidade de abordagem industrial com grande planejamento e racionalização do

processo construtivo.

A análise foi dividida em 6 etapas, sendo a primeira delas a que se refere aos custos

das estruturas.

6.2 Custo das estruturas

Nesta etapa foram comparadas percentualmente sobre o valor total da obra, o custo

de lajes, vigas, pilares e os contraventamentos metálicos, com lajes, vigas e pilares

de concreto armado como pode ser visto na figura 6.2.


54/82

52

Figura 6.2: Comparativo de custo entre as estrutura quanto ao tipo.

Fonte: ARQUIVOS INPAR (2003).

Considerando o custo total da obra 100%, verificou-se que devido ao custo elevado

das estruturas metálicas de 29%, nesta etapa foi constatado que a estrutura

convencional em concreto armado seria mais viável, 10% mais barato que a

estrutura metálica.

6.3 Custo de fundações

O aço é um produto nobre, com uma maior relação carga suportada / peso daestrutura de aço traduzido numa edificação mais leve. Devido as condições

encontradas do terreno, obteve-se reduções de até 30% no custo das fundações. O

alivio das cargas de fundações obtido com a utilização de Estrutura Metálica permitiu

que se utilizassem tubulões a céu aberto. Na figura 6.3 são indicados em

porcentagens relativas ao custo total da obra os custos para fundações devido as


55/82

53

cargas de fundações e proporcionadas pelas estruturas em aço e estruturas de

concreto armado.

Figura 6.3: Comparativo de custo entre as estrutura quanto a fundação.


6.4 Custo de alvenarias e revestimentos

A precisão construtiva da estrutura de aço proporcionou ausência de desvios de

posição das formas para concretagem, propiciando assim, a economia de mão-de-

obra e argamassas de retificação de prumo e nivelamento de pisos. Para execução

da alvenaria, os consumos dos insumos de mão-de-obra e material para

regularização foram reduzidos.


56/82

54

No sistema de estrutura em concreto armado, foi estimado a utilização de

argamassas de nivelamento com até 8 cm de espessura, para a planificação de

fachadas e pisos, aumentando o consumo de material e horas de mão-de-obra

elevando nesta etapa o custo da obra.

6.5 Custo de instalações de unidades, equipamentos e manutenção de

canteiro

As estruturas de aço, como elementos pré-fabricados, se apresentam como

ferramentas para racionalização do processo construtivo, através de uma concepção

industrial do ato de construir.

Os projetos de instalações de dutos (hidráulicos – sanitários, elétricos, telefonia, ar

condicionado e outros equipamentos) devem estar concluídos antes da elaboração

do detalhamento de fabrica das estruturas de aço. As passagens para os dutos

devem ser executados na fábrica, para reduzir custos e evitar a improvisação de

canteiro pois o terreno é de pequenas proporções impossibilitando este serviço no

local da obra.

Pôde-se assim, obter uma economia de 25% no custo das instalações, tanto na

redução de desperdício como na elevada produtividade decorrente da racionalização

do processo.

A aquisição das estruturas metálicas montadas, representou neste estudo uma

redução na contratação e manutenção de equipes de coordenação e apoioadministrativo, necessários para a execução de uma estrutura convencional, assim


57/82

55

como dos custos decorrentes da elevada rotatividade de recursos humanos.

Contribuem também na redução de custos para manutenção do canteiro, limpeza e

racionalização da construção, permitindo a aplicação de técnicas modernas de

administração de materiais, eliminando desperdícios e riscos de desvios

orçamentários.

Na figura 6.4 é comparado os custos gerados devido a estrutura, fundação,

alvenarias e revestimentos, instalações e unidades e manutenção de canteiro

utilizando construções em aço e em concreto convencional.


58/82

56

Figura 6.4: Comparativo de custo entre as estrutura de aço e convencional, considerando as

instalações e manutenção de canteiro de obra.


No sistema convencional de estrutura de concreto armado, são previstos perdas de

materiais além de proporcionar desperdícios e entulhos, atingindo valores de 15 a

20% do valor total da obra.

6.6 Custos comuns

Os custos dos demais componentes da edificação, tais como: esquadrias, vidros,

limpeza, etc., foi denominado como itens comuns que representam 30% dos custos

diretos de construção.

Na figura 6.5 é apresentado um comparativo de custo entre as estruturas de

concreto armado e as estruturas metálicas, considerando os custos comuns.


59/82

57

Figura 6.5: Comparativo de custo entre as estrutura de aço e convencional em relação aos

itens comuns.



60/82

58

6.7 Custos financeiros

Para conclusão do estudo comparativo de custos, foram agregados o custofinanceiro referente a mobilização dos recursos aplicados na construção do hotel.

Entretanto, não é somente a redução de custos que define a viabilidade da utilização

das estruturas em aço, é necessário que se proceda às quantificações e respectivas

valorizações dos benefícios que se podem esperar:

• Aumento da área líquida construída, proporcionando maior número de quartos e

vagas de estacionamento de veículos,

• Antecipação da ocupação do imóvel permitindo o rápido atendimento às

condições de mercado, minimizando os riscos do empreendimento,

• Giro rápido do capital empregado.

Na figura 6.6 são apresentados os resultados finais do estudo de comparação de

custo entre a estrutura de aço e a estrutura convencional em concreto armado onde

é constatado uma economia de 8% na utilização dos sistemas estruturais metálicos.


61/82

59

Figura 6.6: Economia obtida entre as estrutura de aço e concreto armado


6.8 Logística da obra

Definida a concepção do projeto estrutural, buscaram-se diversas opções

tecnológicas e sistemáticas construtivas industrializadas para viabilização da obra

pois o abastecimento de materiais só podia ser realizado no período noturno devido


62/82

60

a localização e restrições de acesso impostos pela CET (Companhia de Engenharia

de Tráfego), SMT (Secretaria Municipal dos Transportes) e PMSP (Prefeitura

Municipal de São Paulo).

A localização na Avenida Paulista é ótima do ponto de vista empresarial, mas

representava um desafio logístico pela dificuldade de acesso para caminhões com

suprimentos, principalmente as betoneiras, que só poderiam circular entre sete e dez

horas da manhã.

A obra poderia ser executada das oito horas da noite até às sete horas da manhã,

mas a existência de um prédio residencial no terreno ao lado impossibilitou a

realização dos trabalhos à noite. Dessa forma, se a construtora optasse pela

estrutura de concreto, os serviços de concretagem poderiam ser realizados apenas

entre sete e dez horas da manhã devido a Portaria 27 – artigo 2 (Anexo 1), elevando

os custos e o tempo de execução da obra.

Segundo o coordenador Faversani (2003), a concretagem de uma laje em estrutura

convencional de concreto armado demoraria de três a quatro dias e a solução

encontrada para driblar o problema foi construir o prédio com estrutura metálica, com

lajes do tipo steel deck (Figura 6.7) que consiste em uma fôrma metálica que suporta

o concreto e trabalha também como armadura positiva da laje, esta laje substitui a

armadura de tração, para momentos fletores positivos além de funcionar como

plataforma de serviço e proteção aos operários que trabalham nos andares

inferiores, propiciando maior segurança. As lajes foram concretadas aos poucos,

num período de 3 horas por dia, 15 m³ de concreto bombeado foram lançados por


63/82

61

dia, devido as restrições de horário conforme Portaria 27 – artigo 2 (Anexo 1) e a

impossibilidade de estacionar mais de 1 caminhão devido as dimensões da obra.

Figura 6.7: Ilustração da laje Steel Deck.

Fonte: PEGORARO (2005)

Não foi necessário utilizar escoramentos, muito menos formas, pois, a chapa de aço

tem esta função inicialmente e após a concretagem substitui a armadura (Figura

6.8). Sua montagem é realizada independente das condições atmosféricas e permite

incorporar facilmente canalizações, fios elétricos, bem como tirantes para

sustentação de forro.

Figura 6.8: Concretagem de laje Steel Deck.

Fonte: PEGORARO (2005)


64/82

62

Assim foi possível executar antes a estrutura fornecida e montada pela Codeme,

responsável também pelo projeto estrutural em apenas 75 dias, e concretar as lajes

aos poucos conforme mencionado anteriormente, seguindo as restrições de horário.

Com o aço, a obra tornou-se mais rápida e simples, diminuindo consideravelmente

suas etapas, ao contrário do que exigiria uma obra convencional.

6.9 Fornecimento e montagem da estrutura

A empresa responsável pela fabricação e montagem da estrutura de aço (Figura

6.9), CODEME Estruturas Metálicas, utilizou o aço ASTM A-36 (Aço carbono

estrutural comum).

Figura 6.9: Cobertura em policarbonato e estrutura metálica.

Fonte: MENEGHETTI (2005).


65/82

63

Como a estrutura metálica (Figura 6.10) é totalmente pré-fabricada, há uma melhor

organização do canteiro devido, à ausência de grandes depósitos de areia, brita,

cimento, madeiras e ferragens, reduzindo também o inevitável desperdício desses

materiais.

Figura 6.10: Execução da estrutura metálica.

Fonte: CBCA (2005).

As datas de entrega dos conjuntos em estruturas metálicas são combinadas com a

empresa fabricante de acordo com o andamento da obra. A medida que o prédio é

construído, a estrutura é entregue na obra em peças e o canteiro de obras é

utilizado apenas para sua montagem. As peças são erguidas por gruas conforme

figura 6.11.


66/82

64

Figura 6.11: Montagem da cobertura em estruturas metálicas.

Fonte: CBCA (2005).

6.10 Fechamentos internos e externos

O ambiente limpo com menor geração de entulho, ofereceu ainda melhores

condições de segurança ao trabalhador contribuindo para a redução dos acidentes

na obra.

Figura 6.12: Ambiente limpo em estrutura steel frame para receber placas de gesso

acartonado.

Fonte: CBCA (2005).

Para otimização do tempo de execução da obra quanto aos fechamentos internos

(figura 6.12), e externos, foram utilizadas paredes em drywall fixadas a estruturas

steel frame e fachada pré-fabricada GFRC (Glass Fiber Reinforced Concrete), um


67/82

65

concreto de alto desempenho reforçado com fibra de vidro, mais leve e que permite

uma espessura menor. A parede possui 9 cm de largura e é constituída por duas

placas de GFRC, cada uma com 1 cm, e miolo de fibra de lã-de-rocha. As placas já

possuem o acabamento final (Figura 6.13).

Figura 6.13: Ambiente fachada pré-fabricada GFRC.

Fonte: MENEGHETTI (2005).

A construtora optou pelo banheiro pronto, um monobloco em GFRC. O piso é

cerâmico nas áreas frias e carpete nos quartos. O forro é em gesso acartonado e as

esquadrias são de PVC (policloreto de vinila), para proporcionar melhor isolamento

termoacústico.

As fundações foram executadas por sistemas de tubulões a céu aberto, pois, foram

estudados outros tipos de fundações, por exemplo, a hélice contínua que é

atualmente o sistema mais moderno e seguro, mas a diferença de custo não se

justificou nesta obra.


68/82

66

7 CONCLUSÕES

As construções de edifícios comerciais requerem uma entrega rápida da obra e

geralmente apresentam-se em locais de difícil acesso ou intensa densidade

demográfica, desafiando a logística para entrega de insumos para a realização da

obra como também a possibilidade de sua estocagem no canteiro de obras.

Com o avanço tecnológico, as construções estão frequentemente sendo executadas

em prazos menores com a elaboração de processos industrializados. Banheiros são

entregues como monoblocos, ou seja, já pronto com revestimentos, instalações

elétricas e hidráulicas, louças sanitárias, bastando o seu encaixe na estrutura. As

fachadas com molduras, paredes texturizadas também são entregues em placas

prontas transformando a obra em um processo somente de montagem.

Em relação à estrutura, a grande maioria das obras no Brasil, ainda são executadas

no modo convencional, em estruturas de concreto armado, exigindo um trabalho

artesanal por parte da marcenaria para montagem de formas, ferreiros para corte e

dobra das barras de aço, além da montagem das peças (vigas e pilares).

A estrutura metálica é um dos sistemas que poderia substituir este trabalho artesanal

de concreto armado, reduzindo o número de pessoas circulando na obra como

também a quantidade de madeira utilizada para montagem das fôrmas e seu

escoramento. Há uma maior precisão milimétrica diminuindo gastos com

argamassas para regularização e nivelamento das paredes, além de aliviar as

cargas nas fundações. Geralmente, as obras em estruturas metálicas são modulares

facilitando a ampliação do edifício sem afetar o setor que já se encontra em


69/82

67

funcionamento. É um sistema estrutural que possibilita a desmontagem da estrutura

e montagem em outro local como também reaproveitar o aço proporcionando

menores impactos ao meio ambiente.

Os elementos estruturais como colunas e vigas em aço são fabricadas fora da obra,

chegando prontas bastando executar as ligações soldadas ou parafusadas das

peças que compõe a estrutura no todo, não dependendo mais das condições do

tempo para montagem de fôrmas, concretagem e cura para início dos próximos

pavimentos, reduzindo o tempo de execução da obra.

Infelizmente a cultura da sociedade é visar benefícios quanto ao custo financeiro,

onde a estrutura metálica é descartada logo de início por apresentar custos entorno

de 10% mais caro que a estrutura de concreto armado, sem analisar outros

benefícios como redução no tempo de execução proporcionando aos investidores

retorno mais rápido do capital investido, racionalização do processo construtivo,

reduzindo custos de mão-de-obra e material e possibilitar diversas formas estruturais

com leveza, vencendo grandes vãos que em projetos arquitetônicos bem elaborados

traduzem em aspectos de arrojo e modernidade.

O desenvolvimento e a aplicação da arquitetura não devem ser barrados por

limitações de cunho histórico ou técnico, como se pode perceber claramente no

Brasil, onde notadamente tem sido empregado um conservadorismo muito grande

em termos de processos construtivos. Não se tem o costume de analisar novas

técnicas e métodos, apenas porque, ilusoriamente, os métodos convencionais são

mais baratos, ou pelo menos não sofrem a interferência de setores especializados


70/82

68

da construção. Esta tradição construtiva, que emprega basicamente o concreto

como elemento estrutural tem sido tão forte, que mesmo nos casos onde seria

recomendado o uso da estrutura metálica, usa-se a de concreto com conseqüente

aumento de custo. Isto tem bloqueado o avanço da estrutura metálica pois cada

método tem o seu campo de atuação, sem que tenha que bloquear ou prejudicar o

outro.

Deve ficar bem claro que o uso da estrutura metálica deve necessariamente estar

associado a casos onde ela de fato seja economicamente mais viável que outras

técnicas, caso contrário, corre-se o risco de criar uma nova tradição de uso do aço,

em detrimento do uso destas outras técnicas. Em nenhum instante deverá ser dita a

frase “a estrutura metálica é mais barata que a de concreto”, de maneira absoluta,

mesmo porque, não é verdade, já que para obras simples onde a arquitetura não

exige o uso da esbeltez do aço ou não seja necessário o uso de grandes vãos,

balanços e formas de difícil execução em concreto, a estrutura de concreto passa a

ser economicamente vantajosa.

Analisando-se financeiramente a estrutura metálica em comparação com a estrutura

de concreto, mais em nível d

Documents

Estruturas Metálicas - Estudo de viabilidade em edifícios comerciais