Universidade Federal de Minas GeraisEscola de Engenharia Departamento de Engenharia de Materiais e Construo

Curso de Especializao em Construo Civil

Monografia

" DESENVOLVIMENTO DO PROJETO ARQUITETNICO EM ESTRUTURAS DEAO "

Autor: Dora Rodrigues Alves de Oliveira Orientador: Prof. Fernando Pena

Dezembro/2004 Dora Rodrigues Alves de Oliveira

Dora Rodrigues Alves de Oliveira

" DESENVOLVIMENTO DO PROJETO ARQUITETNICO EM ESTRUTURAS DE AO"

Monografia apresentada ao Curso de Especializao em Construo Civil da Escola de Engenharia UFMG

nfase: Tecnologia e produtividade das construes Orientador: Prof. Fernando Pena

Belo Horizonte Escola de Engenharia da UFMG 2004

II

SUMRIO

1 CAPTULO 1: INTRODUO........................................................................................... 09 2 CAPTULO 2: A COORDENAO DOS PROJETOS...................................................... 11 3 CAPTULO 3: CONDICIONANTES DO PROJETO ARQUITETNICO....................... 3.1 A estrutura.......................................................................................................... 14 3.2 A coordenao modular..................................................................................... 20 3.3 Os sistemas de estabilizao estrutural do edifcio ........................................... 23 3.4 A ordem de grandeza dos elementos estruturais................................................ 25 3.5 A especificao do tipo de ao........................................................................... 26 4 - DETALHES A SEREM CONSIDERADOS EM PROJETO ............................................. ..32 4.1 Ligao Ao-Alvenaria ...................................................................................... 33 4.2 Detalhes de Proteo Contra a Corroso ......................................................... 36 5 - ESTUDO DE CASO ........................................................................................................... ..38 5.1 O Centro de Arte Corpo..................................................................................... 38 5.2 A Casa Serrana .................................................................................................. 44 6 - CONCLUSO .................................................................................................................... ..47 7 - ANEXOS............................................................................................................................. ..48 7.1 Prescrio de normas tcnicas .......................................................................... 48 8 - REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS ................................................................................ ..50 8.1 Livros ................................................................................................................. 50 8.2 Artigos tcnicos.................................................................................................. 50 8.3 Manuais.............................................................................................................. 50 8.4 Encartes ............................................................................................................. 51 8.5 Monografia ........................................................................................................ 51 8.6 Sites .................................................................................................................... 51

III

LISTA DE FIGURAS Figura 3.1 - Viga de alma cheia ............................................................................................... 14 Figura 3.2 - Viga alveolar......................................................................................................... 14 Figura 3.3 - Viga em forma de trelia ................................................................................................ 14 Figura 3.4 - Viga vierendeel ou quadros .................................................................................. 14 Figura 3.5 - Viga mista ............................................................................................................ 14 Figura 3.6 - Lajes em concreto e chapa de ao dobrada .......................................................... 17 Figura 3.7 - Instalao de painis de laje reago........................................................................ 18 Figura 3.8 - Utilizao de painel wall....................................................................................... 18 Figura 3.9 - Vista inferior da laje em painel wall .................................................................... 18 Figura 3.10 - O Modulor ........................................................................................................... 20 Figura 3.11 - Srie de Fibonacci ............................................................................................... 20 Figura 3.12 - Sistema mtrico x Sistema antropomrfico ....................................................... 20 Figura 3.13 - Malhas Duais ...................................................................................................... 21 Figura 3.14 - Malhas Duais ..................................................................................................... 21 Figura 3.15 - Simulaes de descries geomtricas e projetos sobre bases modulares pr definidas .................................................................................................... 21 Figura 3.16 - Simulaes de descries geomtricas e projetos sobre bases modulares pr definidas ..................................................................................................... 21 Figura 3.17 - Representaes tcnicas da aplicao do sistema de coordenao modular em projetos ................................................................................................................ 22 Figura 3.18 - Aes atuantes na estrutura ................................................................................ 23 Figura 3.19 - Contraventamentos em Y e K...................................................................... 23 Figura 3.20 - Prtico com ligaes rgidas .............................................................................. 23 Figura 3.21 - Parede de cisalhamento....................................................................................... 23 Figura 3.22 - Edifcio contraventado em X ......................................................................... 24 Figura 3.23 - Edifcio em sistema de prticos flexveis .......................................................... 24 Figura 3.24 - Prticos flexveis ............................................................................................... 24 IV

Figura 3.25 - Prticos semi - rgidos ....................................................................................... 24 Figura 3.26 - Diagrama de aos e aplicaes .......................................................................... 31 Figura 4.1- Telas de arame zincado assentadas a cada trs fiadas ............................................. 33 Figura 4.2 Sistema de encunhamento rgido ........................................................................... 33 Figura 4.3- Sistema de encunhamento deformvel .................................................................... 33 Figura 4.4 - Ligao deformvel: Viga-alvenaria ...................................................................... 33 Figura 4.5- Cantoneiras metlicas ............................................................................................. 34 Figura 4.6 Perfil U metlico ................................................................................................ 34 Figura 4.7- Sistema de encunhamento rgido ............................................................................ 34 Figura 4.8 Vo entre alvenaria e a estrutura ........................................................................... 34 Figura 4.9 Geometria das peas ............................................................................................. 36 Figura 4.10 - Geometria das peas ............................................................................................ 36 Figura 4.11- Geometria das peas ............................................................................................ 36 Figura 4.12 - Geometria das peas ............................................................................................ 36 Figura 4.13 - Geometria das peas ............................................................................................ 36 Figura 4.14 Detalles anti-corroso das peas metlicas ......................................................... 36 Figura 4.15- Detalles anti-corroso das peas metlicas .......................................................... 36 Figura 4.16 - Detalles anti-corroso das peas metlicas .......................................................... 37 Figura 4.17 Detalhe de ligaes adequadas ............................................................................ 37 Figura 4.18 - Detalhe de ligaes adequadas ............................................................................ 37 Figura 4.19 - Detalhe de ligaes adequadas ............................................................................ 37 Figura 4.20 - Detalhe de ligaes adequadas ............................................................................ 37 Figura 5.1 Vista area............................................................................................................... 38 Figura 5.2 Perspectivas isomtricas do conjunto arquitetnico............................................... 38 Figura 5.3 - Vista area .............................................................................................................. 38 Figura 5.4 - Vista area .............................................................................................................. 38 Figura 5.5 - Centro Cultural, vista da rampa sob o vazio da caixa interna................................. 39 Figura 5.6 Foyer do teatro ....................................................................................................... 39 V

Figura 5.7 - Sede do Grupo Corpo, vista do pteo interno e rea de convvio .......................... 39 Figura 5.8 - Galeria, vista geral com portas abertas para a praa ............................................... 39 Figura 5.9 - Centro Cultural, vista da rampa sob o vazio da caixa interna................................. 39 Figura 5.10 Sistema estrutural do teatro.................................................................................. 41 Figura 5.11 - Sistema estrutural do teatro................................................................................... 41 Figura 5.12 - Pilares que sustentam o pavilho e pilar inclinado que sustenta sala e terrao..... 44 Figura 5.13 - Ponte de ligao e tirantes metlicos que compe o sistema de estabilizao...... 44 Figura 5.14 - Vista externa do bloco da sala em balano ........................................................... 44 Figura 5.15 - Fachada lateral direita........................................................................................... 44 Figura 5.16 - Planta do sub-solo setor se servios e dependncia ........................................... 45 Figura 5.17 - Planta do pavimento intermedirio, ao nvel da rua ............................................. 45 Figura 5.18 - Elevao posterior ................................................................................................ 45 Figura 5.19 - Elevao lateral esquerda...................................................................................... 45 Figura 5.20 - Planta do pavimento superior setor ntimo ........................................................ 45 Figura 5.21 - Corte Longitudinal................................................................................................ 46

VI

LISTA DE TABELAS Tabela 3.1 - Modulaes Usuais ........................................................................................... 22 Tabela 3.2 - Vigas metlicas ................................................................................................... 25 Tabela 3.3 Tabela 3.4 Tabela 3.5 Tabela 4.1 Tabela 4.2 Tabela 4.3 - As clases do ao carbono..................................................................................... 26 - Caractersticas dos aos-carbono......................................................................... 27 - Tabela de equivalncia de aos ASTM especificados pela ABNT ..................... 28 - Resistncia das ligaes ...................................................................................... 34 - Resistncia das ligaes ...................................................................................... 34 - Resistncia das ligaes ...................................................................................... 34

Tabela 7.1 Normas Tcnicas.................................................................................................... 48

VII

RESUMO Para se entender o desenvolvimento de um projeto de estrutura metlica deve-se primeiro entender que o ao como elemento de construo significa uma obra racionalizada, uma obra para a qual a fbrica vai produzir peas que foram otimizadas no projeto de arquitetura e que sero, depois de transportadas, montadas no canteiro de obras. (SANTOS, 1996)

O projeto de uma obra em ao tem importncia fundamental para o seu sucesso e, portanto, dever ser desenvolvido de modo a atender aos requisitos de qualidade e custo necessrios ao bom resultado da obra. Ele demanda uma lgica projetual prpria, onde devem ser consideradas as exigncias do material ao, as exigncias que o processo construtivo industrializado requer e, ainda, ter qualidade arquitetnica.

Para que isto seja possvel, os arquitetos devem seguir um caminho projetual especfico para o ao. Ou seja, conhecer as vantagens e restries do processo de projeto, as linguagens tcnicas, ter capacidade de planejamento e coordenao e etc., para ento usufruir as diversas possibilidades funcionais e formais que envolvem o uso desta sofisticada tecnologia construtiva, resultando em projetos arquitetnicos desde os mais arrojados, segundo diversas formas estticas, at os mais tradicionais.

So etapas a serem considerados para a execuo de uma obra em ao: projeto, fabricao, pr-montagem, transporte e montagem. Porm, como objeto primeiro desta monografia, abordaremos neste trabalho os aspectos intrnsecos ao desenvolvimento do projeto arquitetnico para a tecnologia em ao, deixando em aberto os demais procedimentos que envolvem a execuo deste modelo de obra.

Primeiramente sero abordados aspectos referentes coordenao do projeto, j que este um item relevante dentro da cadeia de produo de um edifcio metlico. Em seguida, apontaremos pontos condicionantes que restringem o partido arquitetnico deste tipo de projeto, terminando por abordar os detalhes considerados relevantes ao bom desempenho de uma edificao em ao.

Finalmente, o trabalho se conclui com a anlise de dois projetos concebidos para serem desenvolvidos em estrutura metlica. O primeiro discorre sobre o projeto para as instalaes da sede do Grupo Corpo em Nova Lima, MG, dos arquitetos Alexandre Brasil Garcia, Carlos Alberto Maciel, olo Maia e J Vasconcellos. O segundo, aborda uma residncia tambm em Nova Lima, MG, e se desenvolve com base em entrevistas feitas no perodo de outubro a novembro 2005 ao arquiteto autor do projeto: Joo Diniz. Nesta etapa so tratadas questes ento ponderadas ao longo do trabalho, no sentido de se vislumbrar na prtica o que foi discorrido durante a monografia.

VIII

1.

INTRODUO

A construo metlica est atravessando um perodo de grande expanso no Brasil. Desde os anos oitenta tem-se tido a oportunidade de vivenciar o crescimento do mercado de estruturas em ao, incrementado principalmente por novas tendncias do setor da construo de edifcios: a construo industrializada e os conceitos relativos ao meio ambiente, principalmente aqueles relacionados ao desenvolvimento humano sustentvel.

A industrializao na produo de edifcios um objetivo perseguido a partir da instalao das idias de racionalizao e gesto da qualidade no mercado global, onde o controle da cadeia de produo leva a melhores resultados no produto final e maior economia. Estas idias tm o sentido de promover a organizao da cadeia produtiva a partir do controle de procedimentos e do desenvolvimento de solues que buscam diminuir desperdcios e agilizar o tempo de produo, atendendo exigncias de prazo, custo e qualidade cada vez maiores no mercado imobilirio. Na construo metlica, a industrializao se d desde a elaborao do projeto, passando pela fabricao dos perfis at a montagem no canteiro de obras, o que permite um maior controle da cadeia produtiva, fazendo com que prazos, custos e qualidade possam ser estabelecidos ao incio e atingidos ao final do processo.

J os conceitos relativos ao meio ambiente, na construo metlica, so traduzidos por se tratar de um material totalmente reciclvel, uma vez que esgotada a vida til da edificao, este material pode retornar sob forma de sucata aos fornos das usinas siderrgicas para ser re-processado sem perda de qualidade. Tambm no processo de produo dos perfis, a emisso de CO2 caiu pela metade e a emisso de partculas foi reduzida em mais de 90%. Os dispositivos de filtragem de partculas permitem que estes derivados da produo do ao sejam quase totalmente reciclados. A escria, por exemplo, empregada como material mineral para construo de estradas, como lastro, e na produo de cimento. A melhoria contnua no processo de produo de perfis inclui ainda uma reduo no consumo de gua e a reutilizao de praticamente todos os gases residuais para produo de energia. Simultaneamente, dentro do canteiro de obras, a maior organizao, o menor desperdcio de materiais e a menor emisso de partculas fazem com que este modelo de construo seja menos agressivo ao meio ambiente que os modelos tradicionais, o que justifica o maior interesse que este sistema vem despertando no mercado da construo de edifcios.

Tambm, os novos investimentos em aos especficos para a engenharia e arquitetura tm difundido esta tecnologia. Atualmente, so fabricados pelas siderrgicas aos com maior resistncia mecnica, maior resistncia corroso atmosfrica e melhor aderncia pintura. Este desenvolvimento da tecnologia do material, juntamente com o desenvolvimento da tecnologia de construo em ao, fazem da estrutura metlica uma opo competitiva em relao a outros processos construtivos. Hoje, sua aplicao extrapola a utilizao em empreendimentos como shopping centers, supermercados e escolas, se tornando atraente tambm para as construes de baixa renda, de edifcios residenciais de mltiplos andares e andares simples.9

Porm, apesar de toda a expanso que este modelo estrutural alcanou no mercado nacional, a produo de edifcios em ao ainda representa uma parcela bastante inferior produo em concreto armado. Esta realidade se deve a diversas situaes, uma delas a cultura do concreto armado consolidada no setor. Alguns fatores que contribuem para que a produo de edifcios em estrutura metlica no seja maior no mercado brasileiro esto expostos abaixo:

A escassez de mo de obra: a produo em ao exige um preparo da mo de obra diferente da construo em estrutura tradicional. Isto leva a uma menor qualidade e quantidade de mo de obra disponvel para a produo em estrutura metlica e a um maior valor quanto remunerao dos profissionais qualificados.

As escolas de formao profissional de engenharia e de arquitetura, na maioria das vezes, dispoem de uma grade curricular baseada no ensino da produo de edifcios em estruturas em concreto armado, no promovendo a disseminao e o entendimento de outros sistemas, como a estrutura em ao. Esta postura leva formao de profissionais vinculados a um nico sistema construtivo, ou seja, inseguros quanto atuao em outros modelos estruturais.

O afastamento e a inverso de valores profissionais, principalmente nos ltimos vinte anos, por parte de arquitetos e engenheiros diminuiu substancialmente o trabalho de equipes multidisciplinares formadas por estes dois agentes. Esta situao contribui para o processo de inibio do desenvolvimento de sistemas que exigem a formao de uma equipe multidisciplinar, como o caso das construes em ao.

Com o intuito de compreender a utilizao do ao na construo civil, principalmente suas potencialidades e complexidades relativas produo de projetos arquitetnicos, este trabalho vem abordar o tema DESENVOLVIMENTO DE PROJETOS ARQUITETNICOS EM ESTRUTURAS DE AO.

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2.

A COORDENAO DOS PROJETOS

O grande desafio dos arquitetos conseguir conciliar o sistema subjetivo e individual da qualidade arquitetnica com a preciso construtiva rigorosa normatizada pelos processos industriais. (SANTOS, 1996)

O sistema de construo em ao uma tecnologia industrializada, onde sua execuo exige um perfeito planejamento logstico de todo o processo construtivo e um grau de detalhamento milimtrico da estrutura a ser executada, tendo em vista a preciso do processo de fbricao e montagem da obra.

Para que se atinja a qualidade exigida pela estrutura, necessrio que haja uma coordenao interativa entre cada uma das etapas da cadeia construtiva, desde definio do produto, passando pela concepo do projeto at a finalizao da obra. Esta coordenao torna-se parte fundamental do processo, j que a estrutura metlica no se adapta a improvisos e qualquer alterao projetual ou executiva devem ser planejadas com antecedncia. Do contrrio, tais modificaes podem levar a um alto desprendimento de custo, reduo da qualidade e a um aumento do tempo de execuo da obra. (MERRIGUI, 2004)

Qualquer que seja o sistema construtivo, a coordenao dos projetos deve ser iniciada ainda na fase de definio do produto imobilirio. Esta fase, que na maioria dos processos definida apenas por investidores e construtores, deve ter tambm a participao da equipe de projeto, que auxiliar na definio do produto baseados nos pr requisitos estipulados, agindo tambm como direcionadora na procura e compra do terreno que melhor atender a estes parmetros.

A etapa de anlise de viabilidade para compra do terreno deve ser abordada alm dos aspectos legais de restries construtivas e documentaes. Devero ser elaborados tambm, antes da compra do terreno, os levantamentos plani-altimtricos, as sondagens e feita a verificao dos fatores de exigncia do material ao quanto a ambientes agressivos, ventos e etc. Estes estudos levaro a um conjunto de informaes ligadas aos aspectos estticos, tcnicos e funcionais os quais restringiro o desenvolvimento do produto e orientaro na elaborao de um estudo preliminar inicial, chamado briefing, o qual caracterizar a aptido do terreno de acordo com os objetivos finais do empreendimento.

Aps definido o produto imobilirio e feita a escolha e compra do terreno, inicia-se o desenvolvimento do projeto a partir da formao de uma equipe multidisciplinar de trabalho. A inter-relao da equipe de projeto arquitetnico s demais equipes envolvidas, principalmente ao trabalho do calculista, atua de modo que as interfaces tcnico construtivas que interferem no projeto arquitetnico sejam bem definidas e reduzam qualquer possibilidade de reavaliao de projetos durante a fabricao dos perfis e da obra . O entrosamento destas disciplinas torna-se assim um aspecto definidor da imagem e da expresso de uma obra e um fator relevante para o bom desenvolvimento, organizao e estruturao da concepo do produto e de todo o projeto arquitetnico.11

Este processo implica, ento, para os arquitetos, o problema da troca do trabalho individual, artesanal, pelo trabalho tcnico de uma equipe multidisciplinar, onde so dividas e repartidas responsabilidades de forma a viabilizar o produto final edificado com qualidade arquitetnica e construtiva. Pela sua formao, o arquiteto quem deve controlar e assumir a responsabilidade do processo de projeto em todas disciplinas envolvidas, definindo os parmetros estruturais bsicos que sero desenvolvidos e depurados na atuao do calculista. A partir da o projeto deve ser detalhado com a interao entre esses profissionais, dividindo assim a responsabilidade pelas definies que resultam na integridade fsica da construo. (MERRIGUI, 2004)

Como interface entre o anteprojeto e os projetos executivos arquitetnico e estrutural, de fabricao e montagem, deve ser transmitido s equipes um conjunto de procedimentos de execuo dos servios, diretrizes e detalhes importantes que visam padronizar o processo projetual. So tambm organizadas todas as informaes existentes que caracterizam o produto e definem o projeto, como memorial descritivo, sondagem e levantamento planialtimtrico, projeto legal, etc.

A inspeo dos projetos deve ser feita atravs da adoo de mecanismos de compatibilizao e conferncias que garantam a qualidade das solues e o atendimento s normas tcnicas 1 . As alteraes a serem feitas devem seguir os procedimentos de solicitao de alterao de projetos formulado pela equipe de trabalho.

Concluindo, a coordenao de projetos em ao deve buscar promover a integrao entre os participantes do processo construtivo, garantindo alta preciso do produto final e a comunicao fluida e exata entre todos os nveis da cadeia de produo, com uma maior ateno s interfaces das etapas. Estes pontos tornam-se importantes a medida que customizam os prazos de obra, apesar de aumentar os prazos de projeto, diminuem os custos da obra, apesar de aumentar os custos iniciais, bem menores que os finais, e buscam efetivamente concretizar os objetivos iniciais apontados pelos investidores e a qualidade final desejada pelas empresas e pelo mercado de edificaes.

1

Anexas esto as principais normas que regulamentam a construo em ao 12

3.

CONDICIONANTES DO PROJETO ARQUITETNICO

As idias iniciais de projeto definidas na etapa de Estudos Preliminares e apresentadas sob a forma de fluxograma, setorizao e definio da tipologia da edificao, resultam das informaes levantadas pelo arquiteto junto ao cliente, aos rgos pblicos e entidades regulamentadoras. Os principais balizadores dessas idias para o desenvolvimento de projetos de qualquer sistema construtivo so: os anseios dos proprietrios; os dados fsicos relativos ao terreno e seu entorno; as necessidades levantadas na definio do programa; as limitaes da legislao; as dimenses definidas; e a disponibilidade de investimento no projeto.

Porm, o projeto em estrutura metlica exige ainda do arquiteto definies de alguns parmetros auxiliares na fase de Estudo Preliminar e anteprojeto que direcionaro o Partido Arquitetnico a ser adotado. So eles:

A estrutura: na construo industrializada em ao, vrias so as formas com que este material pode ser utilizado. Cabe ao arquiteto identificar e balizar a melhor aplicao para cada caso;

O sistema de coordenao modular: a coordenao modular serve como forma de planejamento da fabricao, transporte e montagem do sistema proposto e como ferramenta direcionadora ao melhor aproveitamento de materiais e menor desperdcio de esforos;

Os sistemas de estabilizao estrutural do edifcio: o arquiteto deve estabelecer o sistema ao qual a estrutura se submeter, respondendo s solicitaes do projeto arquitetnico e s aes de foras a serem absorvidas pela estrutura sem que esta seja abalada;

A ordem de grandeza dos elementos estruturais: este aspecto deve ser proposto pelo arquiteto ainda na fase de anteprojeto.

A especificao dos aos: a equipe multidisciplinar de projeto deve estabelecer os aos adequados ao bom desempenho da obra. Esta definio dever restringir o partido arquitetnico, permitindo que o projeto se desenvolva de acordo com as caractersticas de cada tipo de ao;

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3.1

A ESTRUTURA

Na construo civil o ao pode ocorrer de duas formas: 3.1.1 COMO SISTEMA CONSTRUTIVO

Devido s suas caractersticas tcnicas e acompanhando a evoluo tecnolgica, o ao tem substitudo outros materiais na construoindustrializada, sendo aplicado tambm como sistema construtivo. O ao pode ser empregado, por exemplo, como componente industrializado, substituindo materiais como tijolos, madeiras, vigas e pilares deFig. 3.1 - Viga de alma cheia

concreto, como ocorre no sistema denominado internacionalmente denominado por Steel Frame.

3.1.2

COMO ELEMENTO ESTRUTURAL

a.

VIGAS VIGAS DE ALMA CHEIA

So formadas por duas mesas, interligadas por uma alma, e se caracterizam pelo acentuado afastamento entre as mesas. Os perfis tipo I soldados, da srie CVS e VS, I laminados e os pedis U estruturais formados a frio so os mais utilizados para vigas. Pela prpria forma da seo, so bastante adequados para resistir, por intermdio das mesas, os esforos de compresso e de trao. As mesas dos perfis I so sempre mais espessas do que as almas. Os valores de referncia, para efeito de pr - dimensionamento das alturas das vigas de alma cheia (seo I) simplesmente apoiadas, so: - Vigas principais - 1/14 a 1/20 do vo (para vos de 8 a 30 m); - Vigas secundrias - 1/20 a 1/25 do vo (para vos de 4,5 a 18 m).

Fig. 3.2 - Viga alveolar

Fig. 3.3 - Viga em forma de trelia

VIGAS ALVEOLARES

So obtidas a partir dos perfis tipo I, normalmente por recorte longitudinal das almas, na forma de colmeias, com posterior deslocamento e soldagem, ou mesmo por meio da execuo de aberturas nas almas desses perfis. Na pea obtida por recorte da alma, a nova geometria da seo transversal apresentar uma alturaFig. 3.4 - Viga vierendeel ou quadros

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significativamente maior do que a do perfil original, com a mesma massa inicial, portanto, com uma considervel economia de peso. (DIAS, 2002)

VIGAS EM FORMA DE TRELIAS

As trelias so constitudas de barras coplanares articuladas entre si e submetidas a carregamentos nodais. Nessas vigas, as barras podem-se articular por meio de ligao direta ou indireta. Na ligao direta, as barras so diretamente fixadas uma s outras por soldagem. A ligao indireta utiliza um elemento chamado chapa de ligao ou chapa de Gousset . Os valores de referncia, para efeito de pr - dimensionamento da altura das trelias, so: 1/lOa 1/25dovo(para vos de 12a35m).

VIGAS VIERENDEEL

So vigas compostas de barras resistentes na forma de quadros, unidas entre si por meio de ligaes rgidas, que devem resistir as foras normais e cortantes e tambm aos momentos fletores. Em virtude da caracterstica dos vnculos, as vigas-quadro so mais deformveis do que as vigas trelias planas. Valores de referncia: 1/15 a 1/20 do vo.

VIGAS MISTAS

Resultam da associao de uma viga de ao com uma laje de concreto, sendo a ligao laje-viga realizada por meio de conectores. Esse trabalho solidrio proporciona grande economia no peso das vigas de ao, principalmente quando se tratar de vigas simplesmente apoiadas. No caso da utilizao de perfis I, a laje de concreto recebe boa parte dos esforos de compresso que deveriam ser absorvidos pela mesa superior do perfil, enquanto os esforos de trao so normalmente absorvidos pela mesa inferior do perfil de ao. Os conectores cumprem a funo de absorver os esforos de cisalhamento horizontal e impedir o afastamento vertical entre a laje e a viga. Dentre os vrios tipos de conectores, os mais recomendados so os classificados como flexveis, do tipo pino com cabea, que so igualmente os mais utilizados. Alguns tipos de lajes podem trabalhar no sistema misto, como, por exemplo, as lajes moldadas in loco, as lajes pr - fabricadas do tipo pr-lajes e as lajes com decks metlicos (steel decks). O valor de referncia, para efeito de pr-dimensionamento da altura das vigas mistas, so: 1/20 a 1/25 do vo (para vos de 6 a 20 m).

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b.

LAJES E PISOS

O esqueleto metlico permite a utilizao de vrios tipos de laje como:

Laje convencional em concreto armado ou protendido ; Laje mista com vigas pr-moldadas, metlicas ou no, e tijolos furados; Laje de concreto com vigas metlicas, trabalhando com viga mista ao-concreto; Lajes em elementos pr-fabricados de concreto, servindo de forma e trabalhando como laje mista aoconcreto;

Lajes com forma metlica trabalhando como laje mista ao-concreto.

Porm, alguns destes tipos de laje se caracterizam pelo baixo peso, facilidade de execuo e rapidez de montagem sendo as mais indicadas para edifcios em estruturas metlicas.

As lajes metlicas apresentam uma srie de vantagens em relao s lajes convencionais, entre elas podemos citar: rapidez e facilidade de colocao, com o mnimo emprego de mo-de-obra; leveza, o que permite fcil manuseio dos painis metlicos; dispensam a utilizao de formas, j que seus elementos so pr-fabricados; admite que se obtenha logo aps a montagem do esqueleto metlico, fixando as chapas corrugadas na estrutura, uma plataforma de trabalho a qual permite a execuo de todos os trabalhos inerentes construo; reduz a altura do prdio, da seo das colunas e das cargas nas fundaes devido ao menor peso da laje; etc. (Freire, 2005)

LAJES COMPOSTAS CONCRETO-CHAPA DE AO DOBRADA

Estas lajes consistem da substituio da armadura de trao convencional em ferro por uma chapa fina de ao laminado a frio, com espessura da ordem de 1mm, dobrada de forma com que trabalhe em conjunto com a camada de concreto. A chapa dobrada alm de atuar como armadura, tambm recebe o papel de forma para a concretagem.

de grande importncia que exista uma boa aderncia entre o concreto e a chapa de ao. A ausncia de aderncia provocaria um deslizamento entre os dois materiais fazendo com que ambos deixam de trabalhar em conjunto, alm de impossibilitar a transferncia de esforos.

So utilizados vrios dispositivos para garantir uma boa aderncia entre o concreto e a chapa de ao, sendo os mais comuns a utilizao de estampagem de mossas na superfcie da chapa, o dobramento de chapa em ngulos reentrantes e a soldagem de barras no sentido transversal.

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A capacidade de carga das lajes compostas vai depender da geometria da chapa, da sua espessura, do tipo de ao e do tipo de concreto, podendo ser adequada para vos de 2.5 a 4.5m, trazendo uma grande economia no dimensionamento das vigas e na altura do peso.

Fig. 3.6 - Lajes em concreto e chapa de ao dobrada Fonte: Freire, 2005

PISO STEEL DECK

O piso steel deck consiste na utilizao de perfis de ao A446 pr-fabricados, em forma de telha trapezoidal revestidos por uma camada de concreto leve (argila expandida como agregado), cuja resistncia mnima compresso 20MPa. Ele utilizado como uma viga mista, como descrito anteriormente.

Para o controle de fissurao empregado uma tela soldada com rea mnima igual a 0,1% da rea de concreto acima do topo do perfil.

A altura do perfil de 75 mm com largura igual a 820mm, o comprimento varia conforme o desejado.

Peso Prprio (P.P.) = 100kg/m2 Sobrecarga = 450kg/m2. (Freire, 2005)

LAJE PR-PROTENDIDA

O painel treliado um elemento composto por uma base de concreto estrutural e armao treliada, englobada parcialmente na regio da armadura inferior de trao, obtendo-se junto com uma capa de concreto, adicionado em obra, com trabalhabilidade e espessura de acordo com o projeto da laje, obtendo-se uma laje treliada macia e pr-fabricada.

Dimenses dos painis: Largura: 250mm ou 300mm Comprimento: definido pelo projeto Trelia: altura e composio de ao em funo do projeto

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Para uma laje de 10cm de altura com capa de concreto de 7cm, temos um peso prprio equivalente a 250kgf/m2.

P.P.: 250kg/m2 S.C.: 300kg/m2 (Freire, 2005)

LAJE REAGOFig. 3.7 - Instalao de painis de laje reago

A laje composta por painis vazados de concreto protendido, que acomodam facilmente todos os tipos de dutos de servios eltricos ou de comunicaes, trazendo uma reduo de at 10cm por altura do piso.

Os painis apresentam largura de 990mm, comprimento varivel conforme o projeto e as seguintes alturas: 100, 150, 200 e 250mm.Fig. 3.8 - Utilizao de painel wall como laje para um estacionamento

P.P.: 160kg/m2 S.C.: 390kg/m2

PAINEL WALL

Os Painis Wall so compostos de madeira macia revestida de compensados com colagem prova dgua, com espessura total de 4 cm. Suas superfcies so revestidas de manta fenlica anti-derrapante que impermeabiliza e protege o painel. Suporta altas cargas podendo ser utilizado em estacionamentos, e mezaninos.Fig. 3.9 - Vista inferior da laje em painel wall de um estacionamento

As placas apresentam as seguintes dimenses: 2.500 x 1.2000 x 40mm e necessitam de apoios a cada 1,25m. Peso Prprio: 20kg/m2 Resistncia: 700 kgf/m (Freire, 2005)

CHAPA DE PISO OU CHAPA XADREZ

So chapas de ao que apresentam relevos em sua superfcie, obtidos na laminao das chapas ou atravs de operaes de estampagem. Podem ser fabricadas a partir de chapas grossas ou finas, laminadas a quente e zincadas ou no. Normalmente, as chapas de piso so fornecidas sem especificao de composio qumica ou propriedades mecnicas.

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GRADE DE METAL ELETROFUNDIDO

As grades de metal eletrofundido sos compostas de barras de ao sob a forma de uma malha ortogonal soldadas, que apresentam diferentes capacidades de sobrecargas conforme a altura e o espaamento entre as barras.

GRADE DE METAL EXPANDIDO

A grade de metal expandido apresenta mais rigidez e resistncia que as chapas lisas. confeccionada a partir de chapas grossas de metal, zincadas ou no, que sofrem operaes de corte e so expandidas.

Por serem malhas de grande rea aberta, no impedem a passagem de luz e ar, no acumulam resduos sobre o piso e comportam-se como piso antiderrapante.

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3.2

A COORDENAO MODULAR

Historicamente vrios sistemas de medidas e modulaes foram propostos por arquitetos, principalmente ao longo do sculo XX. A primeira tentativa efetiva de padronizao da indstria foi a adoo do metro com seus mltiplos e sub-mltiplos decimais no Sistema Internacional (S.I.), que tambm englobava grandezas como o peso e a fora. O sistema mtrico de medidas comeou a ser comparado a sistemas antropomrficos por arquitetos interessados em estabelecer relaes entre as necessidades humanas e as dimenses mtricas. Um dos primeiros a fazer uma correlao mtrico-antropomfica foi o arquiteto Le Corbusier, na experincia do Modulor, que combinava diretamente medidas relacionadas com o corpo humano e seu valor direto em metros. A base cientfica do estabelecimento de valores numricos foi a srie de Fibonacci, que compe o nmero com a soma dos dois valores que o precedem. Neufert foi o primeiro a parametrizar medidas humanizadas com uma frao do metro, mais precisamente sua oitava parte. Com este valor, o mdulo de 125 mm, estabeleceu o sistema de coordenao modular, que serviria de base para a reconstruo da Alemanha no ps-guerra na dcada de vinte atravs de sistemas industrializados. Ainda hoje, as medidas propostas pelo alemo so usadas para o desenvolvimento de projetos, sem contudo, relacionar os valores apresentados base que os geraram: um sistema de coordenao modular com mdulo bsico de 1/8 metro ou 125mm . (MERRIGUI, 2004)Fig. 3.10- O Modulor Fonte: MERRIGUI, 2004

Com a interferncia da ISO, International Organization for Standardization definiu-se como Mdulo Fundamental de Norma a medida de 600 milmetros e sistemas de coordenao modular baseados em seus mltiplos e sub-mtiplos. Estes valores no possuem ainda suas referncias mtricas estabelecidas globalmente, ficando os pontos de interseo restritos aos grandes mdulos de transporte: as dimenses padronizadas dos containers, dos vages de trens e carrocerias de carretas, de 12 metros com o meio mdulo de 6 metros. Nestas dimenses at mesmo o sistema imperial de medidas (em ps e polegadas) est coordenado nas medidas de 20 e 40 ps do meio container e do container respectivamente. O Mdulo Fundamental de Norma tambm rege as dimenses das peas de perfis estruturais e chapas metlicas feitos em srie (3, 6 e 12 metros), e os materiais de acabamento como as cermicas de fachada (de 100x100 mm e as vrias medidas comuns a estes materiais: 150x150mm e 300x300),20Fig. 3.12 - Sist. Mtrico x Antropomrfico (1metro/8): Mdulo = 125 mm Fonte: Merrigui, 2004 Fig. 3.11 - Srie de Fibonacci: Un+1=Un+Un-1(U0= 0, U1=1) Ex..: 1 : 1 : 2 : 3 : 5 : 8...

passando por placas industrializadas e painis pr-moldados. Paralelamente padronizao ISO, temos o sistema imperial usado pelos americanos e o sistema dos Japoneses baseado na referncia histrica local das medidas dos Tatamis, com mdulo bsico de 900mm. (MERRIGUI, 2004)

Em projetos para a construo em ao, o grid modular feito em malhas reticulares tridimensionais e, usualmente definido pelo Mdulo Fundamental de Norma, estabelecendo 600mm (e seus mltiplos) para cada lado. As malhas reticulares mais comuns so as quadradas, triangulares e hexagonais. Outros tipos de malhas podem ser adotados, sendo que preferencialmente devero manter a razo de 600mm em suas dimenses. tambm comum o trabalho com a malha principal e sua correspondente dual, fazendo com que o projeto de arquitetura tenha muitas possibilidades de variao de formas e volumes dentro do sistema de controle industrial.Fig. 3.13 Malhas Duais Fonte: SANTOS, 1996

Porm, modular no significa que todos os componentes construtivos devam necessariamente ter suas dimenses padronizadas de acordo com a fbrica ou que o projeto deva obrigatoriamente estabelecer-se em um nico mdulo. necessrio sim ponderar sempre os parmetros especficos de cada situao, j que as malhas espaciais so apenas referncias, podendo ser abandonadas em parte ou no todo, em casos especficos, quando no atenderem aos requisitos dimensionais da arquitetura.Fig. 3.14 Malhas Duais Fonte: SANTOS, 1996

O objetivo do mdulo fundamental no projeto de arquitetura metlica proporcionar ao arquiteto inmeras possibilidades de um desenho variado dentro do processo de fbrica. O sistema de coordenao modular torna-se portanto a principal ferramenta de estruturao, organizao e relao entre a definio de medidas e as aes logsticas que tornaro possvel sua implementao prtica. Alm disso, atua tambm no controle de perdas, reduzindo custos, tempo e o impacto ambiental e social, aumentando ainda a qualidade da obra. Contudo, apesar de permitir a racionalizao da etapa de fabricao, pequenas perdas durante o processo sempre existiro, as malhas reticulares apenas contribuem para que estas perdas se mantenham em limites admissveis.Fig. 3.15 e 3.16 - Simulaes de descries geomtricas e projetos sobre bases modulares pr definidas. Fonte: Merrigui, 2004

funo do arquiteto elaborar um projeto bem coordenado, concebido dentro da lgica de produo industrializada, que ao entrar em processo de fabricao e montagem minimize perdas de materiais e esforos de implementao sendo, concebido em direo favorvel a sua viabilidade econmico-financeira. As modulaes mais comuns usadas de acordo com o padro industrial de perfis so:21

Tabela: 3.1

MODULAES USUAIS 3000 mm x 3000 mm 6000 mm x 6000 mm 6000 mm x 12000 mm 8000 mm x 8000 mm 7500 mm x 5000 mm 7500 mm x 7500 mm 7500 mm x 10000 mm 7500 mm x 15000 mm

O esquema abaixo representa as relaes entre os elementos de projeto e a coordenao modular atravs dos eixos estruturais. Todos estes elementos de notao tcnica e estruturao da idias de projeto so ferramentas de controle do desenvolvimento do processo em direo sua viabilidade e manuteno dos conceitos iniciais de projeto.

Fig. 3.17 - Representaes tcnicas da aplicao do sistema de coordenao modular em projetos Fonte: norma Alem DIN 1800 appud Merrigui, 2004

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3.3

OS SISTEMAS DE ESTABILIZAO ESTRUTURAL DO EDIFCIO

Em estruturas metlicas a definio do princpio de estabilizao tem relao direta com a proposta arquitetnica e deve ser decidido pelo arquiteto juntamente com a equipe multidisciplinar de projeto, direcionando assim o partido arquitetnico.

Toda soluo estrutural seja ela em ao ou no, sofre solicitao de esforos tais como as aes verticais (sobrecarga e peso prprio da estrutura) e aes horizontais (como a ao do vento). Para que estas estruturas apresentem resistncia tais solicitaes preciso que se desenvolva um sistema de estabilizao que garanta sua performance dentro dos parmetros estabelecidos em projeto. Em linhas bsicas, estabilizar a estrutura significa garantir que sua forma no seja abalada durante a ocorrncia de quaisquer solicitaes, as quais a edificao foi projetada a suportar.(MERRIGUI,2004)Fig. 3.18 - Fonte: Merrigui 2004 Aes atuantes na estrutura induzindo desestabilizao dos quadros estruturais: variao da diagonal variao dos ngulos

Usualmente, as solues de estabilizao em estruturas metlicas dos planos verticais, tanto transversal quanto longitudinalmente, so os sistemas de prticos rgidos, os sistemas de contraventamento, e as solues de paredes de cisalhamento em prticos deslocveis, os quais veremos mais

Fig. 3.19 - Fonte: SANTOS, 1996 Contraventamentos em Y e K

detalhadamente a seguir. Porm, no plano horizontal a estabilizao garantida pela interao da laje (pano rgido) com a retcula de vigas (vigas-mistas), funcionando como um sistema de parede de cisalhamento horizontal. Na ausncia da laje ou de um outro elemento que possa acrescentar rigidez suficiente ao plano horizontal, deve-se utilizar o sistema de contraventamentros, ligaes rgidas entre as vigas ou engradamento de cobertura. Um caso tpico de estabilizao por contraventamento horizontal so as coberturas de galpes, quase sempre estabilizadas com cabos ou barras no plano abaixo das telhas.Fig. 3.20 - Fonte: MERRIGUI, 2004 Esquema de edifcio estruturado em prtico com ligaes rgidas

a.

CONTRAVENTAMENTO

Este sistema caracterizado pela insero de uma pea estrutural na diagonal do quadro metlico, de modo a permitir o uso de elementos mais leves que adquiram resistncia ao conjunto atravs da geometria indeformvel do tringulo. Este princpio nos leva a considerar que, do ponto de vista esttico, uma barra diagonal suficiente para garantir a estabilidade do quadro. Porm, o acrscimo de duas barras em forma de23Fig. 3.21 - Fonte: MERRIGUI, 2004 Esquema de edifcio estruturado em parede de cisalhamento

X, nos leva solues mais econmicas. Outras formas de contraventamentos tambm podem ser utilizadas, dependendo da necessidade de uso da edificao, assim temos os sistemas em K e em Y.

b.

LIGAES RGIDASFig. 3.22 - Fonte: DIAS, 2002. Edifcio contraventado em X

Estas ligaes mantm estvel o prtico formado por colunas e vigas metlicas, a partir do enrijecimento de uma ou mais de suas ligaes, o que impede diretamente a variao angular deste quadro. Este tipo de soluo inclui procedimentos mais complexos devido insero de placas de ligao mais espessas e maior volume de solda ou parafusos, aumentando tambm o peso global da estrutura e o trabalho homem - hora necessrio para a fabricao e montagem das conexes. Estes procedimentos fazem com que o enrijecimento completo das junes dos prticos seja uma soluo menos econmica do que o acrscimo de barras de travamento, sendo, por isso, menos utilizada.

c.

PAREDES DE CISALHAMENTOFig. 3.23 - Fonte: DIAS, 2002. Edifcio em sistema de prticos flexveis, sua estruturao vertical acontece atravs das paredes de cisalhamento.

A insero de um elemento dentro ou faceando o quadro estrutural, com rigidez suficiente para garantir sua forma inicial tambm uma soluo para o problema estrutural. A rigidez necessria para garantir a performance da parede como estabilizadora da estrutura pode ser atingida com alvenarias de blocos, tijolos, painis pr-moldados, ou com paredes moldadas no local, e deve ser calculada por um profissional da rea.

d.

NCLEO CENTRAL RGIDOFig. 3.24 - Fonte: DIAS, 2002. Prticos flexveis estruturados atravs do sistema de paredes de cisalhamento.

Esta opo consiste basicamente em amarrar a retcula estrutural, com ligaes semi-rgidas e sem contraventamentos, a uma torre com rigidez suficiente para garantir que o esquadro e o prumo das peas estruturais permaneam os mesmos estabelecidos no projeto e na montagem. A torre do ncleo central, rgida quase sempre, pode ser combinada a elementos do programa, mais precisamente aqueles associados circulao vertical da edificao como caixa de escadas e elevadores .

Fig. 3.25 - Fonte: DIAS, 2002. Prticos semi - rgidos estruturados atravs de um ncleo central rgido.

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O inconveniente desta soluo o descompasso entre as tecnologias. A opo mais frequente para execuo do ncleo rgido em concreto armado, sua velocidade de execuo, por necessidade tcnica da cura do material, pode comprometer o rendimento global da execuo do edifcio em estrutura metlica.

3.4

A ORDEM DE GRANDEZA DOS ELEMENTOS ESTRUTURAIS

Segundo o arquiteto Joo Diniz, a geometria ocupao do arquiteto ele quem deve lanar, mesmo que intuitivamente, a estrutura no projeto e sua geometria, para depois o discutir com o engenheiro estrutural as diversas possibilidades de solues. A dimenso da pea estrutural est relacionada ao vo o qual esta pea se submete. A tabela abaixo apresenta as dimenses para vigas segundo esta relao. J as definies da ordem de grandeza das colunas so menos complexas, pois sua resistncia pode ser ajustada com a variao da espessura da chapa que as compe.

Tabela 3.2 Vigas metlicas - Fonte: MERRIGUI 2004

TIPO DE VIGA

REPRESENTAO GRFICA ALTURA (a) x VO (v) (sem escala)

Vigas I - Alma Cheia

a = v / 20

Vigas I-Alma Vazada (Alveolares) Trelias Seo Fixa Trelias Seo Varivel Vigas Vierendeel Vigas Mistas

a=v/x

a = v / 10 ~ a = v / 25

am = v / 10 ~ a = v / 25

a=v/x

a = v / 20 ~ a = v / 30

25

3.5

A ESPECIFICAO DO TIPO DE AO

No desenvolvimento de um projeto arquitetnico, compreender o comportamento do material que se trabalha, as caractersticas que o torna adequado ou no a determinado uso importante para que se possa potencializar seu desempenho atravs do desenvolvimento de solues adequadas e econmicas para a aplicao que se deseja.

No caso do ao, este estudo torna-se complexo j que o ao produzido em uma grande variedade de tipos e formas, cada qual atendendo eficientemente a uma ou mais aplicaes e s exigncias especficas que surgem no mercado, levando ocorrncia de 3500 tipos 1 diferentes de aos.

Os aos so ligas de ferro e carbono com teor de C de 0,002 2%, aproximadamente. Para a sua aplicao na construo civil so utilizados os aos com teor de carbono na ordem de 0,18 0,25%, chamados aos de baixa liga, e os ao-carbono, que apresentam propriedades de resistncia e ductilidade especiais para esta aplicao e adequados para a utilizao em elementos da construo sujeitos a carregamento. As propriedades do ao podem variar consideravelmente a partir da variao da concentrao de carbono e de outros elementos de liga adicionados propositadamente como o mangans, nquel, cromo, etc.

a.

AOS-CARBONO (Mdia resistncia mecnica)

De acordo com a NBR 6215, o ao-carbono aquele que apresenta elementos de liga em teores residuais mximos admissveis. Em funo do teor mximo de carbono eles so divididos em trs classes de acordo com a 2 tabela abaixo:Tabela 3.3 As clases do ao carbono

CLASSE

LIMITE USUAL DE RESISTNCIA (MPa)

CARACTERSTICAS

PRINCIPAIS APLICAES

BAIXO CARBONO (C