Estruturas Metálicas

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  • 1. VedaçõesEmbora o processo de fabricação, fornecimento e montagem de perfilados e componentes estejaligado ao parque industrial brasileiro de forma direta, os elementos de vedação ainda são assentadosconforme o método artesanal do tijolo sobre tijolo, um pouco por conservadorismo, um pouco porfalta de interesse talvez das empresas que desenvolvem e produzem painéis pré-fabricados paravedação.Não deixa de representar um paradoxo, o conflito alta tecnologia para estrutura x processo artesanalpara assentamento dos elementos de vedação.As alvenarias são construídas com:• Tijolo maciço• Tijolo laminado de 21 furos• Bloco cerâmico• Bloco de concreto• Bloco de concreto celularA solidarização entre estrutura e alvenaria é obtida com esperas de bitola reduzida (5 mm).Exatamente como se dá nas estruturas de concreto armado convencionais. Apenas é necessáriosoldar as esperas aos perfis.
  • 2. É conveniente também aplicar-se um material de comportamento neutro como isopor ou cortiça nasjunções dos perfis com as alvenarias.Da mesma forma como se executa o “encunhamento” da parte superior das paredes utilizando-setijolos comuns.Recomendável também “envelopar” os elementos estruturais com tela antes do revestimento comargamassa, quando a estrutura não for mantida aparente.Apesar de pouco freqüente sua utilização, podemos encontrar no mercado, painéis pré-fabricados deconcreto celular, gesso, cimento, amianto com miolo de fibra de madeira, etc.ConexõesAssim como as ligações em uma estrutura convencional de concreto armado são chamadas vínculos,através dos quais a estrutura trabalha solidária distribuindo e absorvendo esforços por intermédio deseus elementos devido ao princípio da ação e reação, o mesmo se dá na estrutura metálica quenecessita também de conexões entre as peças.Tais conexões são executadas por solda ou parafusos comuns ou de alta resistência.
  • 3. As conexões efetuadas através de parafusos são resistentes à tração, à força cortante ou a esforçoscombinados de tração e cortante.As conexões soldadas são mais eficientes do que as parafusadas, todavia não permitem a desmontagemda estrutura, fatos que as vezes pode acarretar prejuízo de ordem econômica.São classificadas da seguinte forma:a. Rígidas: Quando não permitem rotação dos elementos. Ex.: Nós de pórticos.b. Flexíveis: Quando permitem rotação. Ex.: Apoios articulados.Conceito importante:“As estruturas como um todo e seus subsistemas, devem possuir ligações adequadas para que fiquegarantida a não hipostaticidade do conjunto. As barras necessitam de secção, vínculos ecomprimentos adequados para evitar problemas de flambagem. Para cada caso deve-se estudar omelhor esquema estrutural: Estrutura isostática ou hiperestática, ligação rígida ou flexível, em funçãoda economia, da funcionalidade e dos aspectos arquitetônicos do edifício.” [1][1] DIAS, Luís Andrade de Mattos. Estruturas de aço. São Paulo: Zigurate, 1997. p. 48.
  • 4. Conforme explicitado nos capítulos anteriores, a estrutura deve resistir às solicitações de formaconjunta. Seu comportamento deverá ser o de um bloco rígido, e embora o processo de cálculo leve emconta as ações e reações e momentos em cada ligação, a estrutura deverá resistir de forma solidária, demodo que ao ser projetada sua idealização inicial deve considerar em primeiro lugar o desempenho doconjunto, e posteriormente o comportamento dos elementos em separado. O conceito de estabilidadeaplica-se à estrutura como um todo, porém devemos proceder à analise dos elementos isoladamente,visto que em alguns casos devido ao seu posicionamento, algumas peças podem apresentar perda deestabilidade quando sujeitas por exemplo à flexo-torção.Nesses casos específicos, pode se tornar necessário a adição de elementos estabilizantes para assegurara manutenção da estabilidade do conjunto. Ex.:
  • 5. Outras combinações possíveis:Também se pode garantir a estabilidade do sistema alterando-se o tipo de conexão entre asbarras. Ex.:
  • 6. Neste caso as ligações estão presentes tanto na ancoragem no terreno como nos nós das barras,formando o conjunto classificado como pórtico. [1]Ou ainda, é possível garantir a estabilidade do sistema associando um conjunto instável, a umelemento rígido denominado placa, construído com material de natureza diferente do aço, comoalvenaria ou concreto.[1] O aço na construção. São Paulo: Curso de atualização realizado pela COSIPA, mai. 1994. Publicação técnica nº 9, “Sistemasestruturais de edifícios de aço”. p. 9-10.
  • 7. Um tipo de conjunto rígido como uma parede de concreto, além de grande eficiência no que se refere ao travamento de empuxos horizontais, também pode ser utilizado como componente de caixas de escadas e elevadores, elementos de circulação vertical sempre presentes em edifícios com muitos pavimentos. [1] “Os chamados sistemas estruturais verticais são aqueles cuja função principal é a de agrupar cargas dos pavimentos colocados uns sobre os outros, e transmiti-las verticalmente à base. Para tanto, requerem continuidade dos elementos que transportam a carga à base, e portanto necessitam da coincidência dos pontos de agrupamento da carga, para cada planta.” [2][1]ENGEL, Heino. Sistemas de estruturas. São Paulo: Hemus, 1981. cap.5[2]O aço na construção. São Paulo: Curso de atualização realizado pela COSIPA, mai. 1994. Publicação técnica nº 9, “Sistemas estruturais de edifícios de aço”. p. 9-10.
  • 8. Ocorre que, cargas horizontais provenientes do vento atuam sobre as laterais do edifício, produzindopressão sobre as fachadas, devendo ser levado em conta para efeito de resolução e cálculo do sistema,o arrasto aerodinâmico resultante de tais esforços.De modo geral, a estrutura do edifício adquire configurações típicas conhecidas, em função damaneira como resiste a empuxos horizontais:A - Estrutura com pórticos rígidosB - Estrutura contraventada com barras diagonaisC - Estrutura com paredes enrijecidasD - Estrutura com núcleo de concretoE - Estrutura tubular.Para definição de um sistema estrutural em aço, devemos sempre levar em consideração anecessidade de se resistir aos esforços com limitação de deslocamento. Esse efeito se obtém de váriasformas:
  • 9. A. Estrutura com pórticos rígidos:Deve-se prever um conjunto de pórticos rígidos com H = altura do edifício, conforme diagrama abaixo:
  • 10. B. Estrutura contraventada:A rigidez é obtida através de contraventamentos verticais ao longo do edifício, formando painéis emforma de treliça. Para facilidade de ligação convém prever ângulos nunca inferiores a 30º, e nãoultrapassar 4 pisos. Também não devem estar afastados mais do que 25 m. entre si.
  • 11. C. Estruturas com paredes enrijecidas:A rigidez é obtida construindo-se uma parede de concreto no vão entre 2 pilares, ou ocupando uma linhainteira de colunas.
  • 12. D. Estrutura com núcleo de concreto:Esta solução tem dupla função: dar estabilidade horizontal ao sistema, ao mesmo tempo queabriga a torre de circulação vertical. O núcleo poderá estar situado fora do centro de gravidade dobloco principal. Para edifícios de aço esse tipo de solução é mais aconselhável.A transferência da ação do vento ao núcleo é realizada pelas lajes.É mais aconselhável colocar o núcleo simétrico em relação à planta devido aoaparecimento de momentos torçores provocados pela ação do vento.
  • 13. E. Estrutura tubular:Os nós são dispostos em todo o perímetro da planta do pavimento térreo até a cobertura, funcionando aestrutura como um tubo vertical treliçado capaz de resistir a esforços de compressão, flexão e torção.
  • 14. Comparativo dos materiais estruturais Aço Concreto Administração da Obra• Execução na fábrica • Execução no canteiro (cm)• Somente montagem no canteiro (mm) • Maior dificuldade de precisão de• Precisão quantitativa de materiais quantidades• Poucos itens de materiais (aço, • Maior diversificação de materiais (cimento, parafusos, eletrodos) areia, brita, fôrmas, água, ferro, etc.)•Qualidade garantida dos materiais • Dificuldade de garantia de qualidade• Pouca mão de obra • Maior quantidade de pessoas na obra• Canteiro diminuto • Canteiro maior• Obra seca • Obra com muito uso de água• Fácil fiscalização
  • 15. Fundações Aço Concreto• Leveza estrutural • Peso estrutural maior• Menor carga nas bases • Bases mais solicitadas• Volumes menores nos blocos • Maiores volumes nos blocos• Sistemas mais econômicos • Sistemas mais onerosos Lajes• Fôrmas apoiadas no vigamento • Maior necessidade de escoramento para• Rigor nos níveis fôrmas• Pavimento liberado para outros serviços • Menor rigor nos níveis• Velocidade de construção • Impedimento de trânsito enquanto escorado • Depende da cura do concreto
  • 16. Paredes Aço Concreto• Precisão milimétrica • Variação dimensional• Esquadro e prumos exatos • Irregularidade de prumos• Economia na execução • Maior custo devido a imperfeições Prazos & Custo Financeiro• Prazos finais reduzidos • Maiores prazos• Antecipação de uso• Retorno mais rápido
  • 17. Vantagens na utilização da estrutura metálicaDe acordo com o boletim 09/87 da ABCEM – Associação Brasileira de Construção Metálica, asprincipais vantagens na utilização da estrutura metálica são:Menores dimensões das peças.A alta resistência a esforços solicitantes leva automaticamente a um dimensionamento capaz deprever peças de dimensões e pesos menores. No caso de vigas, por exemplo, metade da h é 1/6 dopeso em se tratando de comparação aço x concreto.Liberdade no projeto / facilidade de vencer grandes vãos.A maior resistência do aço à tração e à compressão permite aos seus elementos vencer vãos maiorescom menores dimensões das peças e menores pesos.Precisão das dimensões dos componentes estruturais / garantia de níveis e prumos.A fabricação obedece a rigorosas especificações dimensionais.Pode-se encomendar os acessórios (portas, janelas, etc.) antecipadamente. No caso de edifícios, apósa montagem da estrutura ela está totalmente nivelada e aprumada, podendo servir de guia para asdemais etapas. Como conseqüência e desde que a mão de obra seja especializada, a qualidade daobra é melhor devido à compatibilidade com os processos industrializados.Maior facilidade de reforço.Quando houver necessidade de aumento de carga, a estrutura pode ser facilmente reforçada, atravésda soldagem de chapas e perfis por exemplo.
  • 18. Resistência à corrosão.Desde que as precauções devidas sejam tomadas, como por exemplo pintura e/ou galvanização, aestrutura metálica apresenta excelente resistência à corrosão.Redução de carga nas fundações.Pode-se conseguir um grande alívio de carga nas fundações devido à maior resistência aos esforçossolicitantes.As estruturas em aço são cerca de seis vezes menos pesadas que as estruturas em concreto armado.A economia ( $ ) situa-se em torno de 30%.Redução dos prazos de execução da obra.Esta é sem dúvida a maior vantagem oferecida pela utilização das estruturas de aço: sua rapidezconstrutiva.O cronograma da obra poderá sofrer uma redução de tempo de 30 a 40% quando comparado com oconcreto armado.Não há necessidade de se aguardar a “cura” como no caso do concreto, e além disso os acabamentospoderão ser iniciados imediatamente após a montagem da estrutura, o que significa racionalização nautilização dos materiais e mão de obra e redução de desperdício
  • 19. Simplicidade na organização do canteiro de obras.Como a estrutura metálica é pré-fabricada e naturalmente trazida de fora, o espaçonecessário diretamente relacionado à ela, visa apenas acomodar o trânsito de gruas eguindastes, além da montagem propriamente dita.Como suas ligações via de regra são feitas utilizando-se parafusos, sua desmontagem éperfeitamente possível, assim como a recuperação e reaproveitamento.Desvantagens na utilização da estrutura metálica• Alto custo inicial da estrutura: Concreto: 20% do custo da obra. Aço: 25% a 30% do custo da obra.• Mão-de-obra especializada.• Resistência ao fogo: Aço perde em média 50% de sua resistência em temperaturas acima de 550ºC.
  • 20. Detalhes recomendados para projetoEstas recomendações constam na publicação “Estruturas de aço, conceitos, técnicas e linguagem” do ”do Arqº L. A. de Mattos Dias.Prever furos na estrutura em quantidade e tamanho suficientes para prever o escoamento de água.A. As cantoneiras devem ser projetadas para permitir o livre fluxo de ar, facilitando a secagem da superfície.B. Prever espaços amplos e acessos facilitados para permitir adequada manutenção.C. Não deixar cavidades nas soldas.D. Evitar juntas sobrepostas.E. Evitar que peças fiquem semi-enterradas ou semi-submersas. [1]] DIAS, Luís Andrade de Mattos. Estruturas de aço: conceitos, técnicas e linguagem. São Paulo: Zigurate, 1997. p.115.
  • 21. DetalhesREICHSTAG – NORMAN FOSTER –GERMANY, 1993-1999
  • 22. Estruturas
  • 23. Emendas de pilares tipo I ou Hparafusados.
  • 24. Emendas de pilares caixãoparafusados.
  • 25. Emendas de pilares tipo I ou Hsoldados.
  • 26. Ligações vigas com pilaresparafusadas.
  • 27. Ligações vigas com pilares Ligações vigas com pilaressoldadas. soldadas e parafusadas.
  • 28. Ligações viga - viga.
  • 29. Estruturas retesadas
  • 30. Vedações
  • 31. Painéis Pré-MoldadosFonte: Açominas
  • 32. Placas / Pele de Vidro
  • 33. Parede Cortina
  • 34. Paredes Moldadas “in loco”Alvenaria Desvinculada
  • 35. Alvenaria Vinculada
  • 36. Cabo do Aço Plastificado
  • 37. FUNDAÇÃO : ESTRUTURA METÁLICA SOBRE BLOCO DE CONCRETO ESTRUTURA MISTA