principios de arquitetura em aço

principios de arquitetura em aço

(Parte 2 de 3)

Carvão Metalúrgico

Minério de Ferro

Fundentes Sinterização

Coqueria

Alto-Forno Dessulfuração Conversor LD

Forno-Panela RH

Estação de Argônio

Lingotamento Contínuo

Benzeno Tolueno Xileno

Naftaleno Amônia Anidra Outros

25 COLETÂNEA DO USO DO AÇO

3.1.2 - Sustentabilidade

“O desenvolvimento sustentável significa atender as necessidades do presente, sem comprometer a capacidade das gerações futuras de atender suas próprias necessidades” (World Comission on Environment and Development WCED 1987).

Cada nova edificação, impacta o meio, consumindo energia, recursos naturais, esgoto e água tratada, aumentando a poluição.

Cabe aos arquitetos, engenheiros, empreendedores e construtores estudar as conseqüências deste empreendimento a longo prazo:

• Fazendo bons projetos arquitetônicos• Incentivando novas tecnologias

• Otimizando o uso de energia• Diminuindo os desperdícios

• Utilizando materiais recicláveis• Inovando

Um assunto muito discutido é o reaproveitamento das edificações após os 50 anos da longevidade prevista.

Nos edifícios de estruturas em aço as opções são: • Reformar a edificação ao invés de demolir

• Desmontar e reutilizar os componentes

• Desmontar reciclando o material

Aço, a escolha natural da Sustentabilidade. • É um dos materiais mais abundantes da Terra

• A energia consumida é co-gerada

• O processo é controlado e não lança poluentes na atmosfera

• Consome 41% menos de água no processo que o concreto

• Todos os componentes gerados pela produção são aproveitados

•A fabricação da estrutura elimina os desperdícios na obra, pois o processo é industrializado

•O menor peso da estrutura requer fundações menores, diminuindo o impacto das mesmas no solo

•A rapidez na montagem reduz o impacto na comunidade local

•Permite grandes vãos, fachadas abertas e coberturas que facilitam a utilização da energia solar

•É um dos componentes da construção industrializada

•Sua sucata tem alto valor agregado

•O processo de reciclagem é simples e eficiente

O aço é 100% reciclável. Metade da produção anual de aço é resultado de reciclagem.

26 COLETÂNEA DO USO DO AÇO

3.1.3 - Perfis de aço

Laminados de abas inclinadas

São os perfis tipo I, H, U, L, T segundo normas específicas, oriundos do processo de laminação. As alturas variam de 75 a 150 m.

Laminados de abas paralelas

São os perfis tipo I (W) e H (W e HP), laminados dentro de padrões rígidos no que se refere às dimensões, forma e qualidade do aço.

Os Perfis Gerdau Açominas seguem a norma ASTM A 6 / A 6M e são produzidos através do mais moderno processo de laminação com bitolas variando de 150 a 610 m.

Nomenclatura de Perfis em aço: Tipo de Perfil x altura nominal (m) x peso por metro (kg/m) Exemplo: W 410 x 53,0 (Perfil tipo W, com altura de 410 m e peso 53 kg/m).

Aba Alma

27 COLETÂNEA DO USO DO AÇO

Extrudados São os perfis tubulares de seção circular, quadrado e retangular.

Soldados

São perfis de seções variadas, compostos por chapas soldadas. Os mais usados são os perfis tipo I (VS - Viga Soldada, CVS Coluna / Viga Soldada, CS - Coluna Soldada) soldados por processo automático, em séries normalizadas.

27 a 356 40 a 225

0,5 h h h h

1,5 h

28 COLETÂNEA DO USO DO AÇO

Chapas corrugadas e Perfis conformados a frio

São perfis dobrados a partir de chapas finas a frio (U, UE, Z, cartola, tubos com costura, telhas, painéis, formas de lajes).

Cabos de aço

São perfis constituídos por vários arames trefilados de alta resistência, apresentando excelente desempenho sob esforços de tração. Sua utilização requer detalhes e complementos especiais para perfeita interação entre o cabo e os demais elementos estruturais.

29 COLETÂNEA DO USO DO AÇO

3.1.4 - Soluções especiais

Furos em vigas podem ser feitos, mas é necessário que sejam compatíveis com a seção das vigas.

Quando não há solução com furações localizadas, o ideal é a adoção de Perfis Castelados, Vigas Vierendel ou Perfis Celulares.

Seu uso resulta em aumento das inércias, otimização de vãos e pé direito, redução do peso da estrutura e passagem de utilidades.

Perfis Castelados

Vigas Vierendel e Perfis Celulares

30 COLETÂNEA DO USO DO AÇO

Protensão

É a técnica de introduzir num elemento estrutural, um esforço controlado, com características contrárias aos esforços a que ele estará submetido em sua condição de trabalho, criando uma compensação que reduz a situação crítica.

A protensão é feita através de cabos de aço, vinculados as barras, externa ou internamente, pré tensionadas por macacos (grandes cargas), esticadores (pequenas cargas), ou pelas próprias cargas atuantes, como no caso de vagonamento.

Viga Vagonada Viga Protendida

31 COLETÂNEA DO USO DO AÇO

3.2 - O Projeto

3.2.1 - O nascimento do projeto

É só uma etapa,

Que vem depois da intenção da forma, Que vem depois da escolha do partido, Que vem depois do conceito

3.2.2 - Vantagens do uso do aço

É importante que o projeto de estrutura em aço já comece a ser pensado com o conceito do material: o objeto formado pelo desenho das arestas, das linhas, a permeabilidade do olhar, reticulados e clareza na intenção dos detalhes.

A obra concebida sob conceitos de otimização de vãos, pé direito, grid, tomando partido das pequenas alturas das vigas e colunas com seções exíguas ampliando os espaços úteis.

A padronização das peças é um conceito muito importante, pois como todo sistema industrializado, a repetitividade barateia o processo.

Decidir se a estrutura fica aparente ou revestida, leva o arquiteto a pensar nos prós e contras de cada opção. A estrutura aparente pode mostrar a plasticidade do aço, mas pode demandar proteção do material (contra corrosão e fogo). A estrutura revestida cumpre seu papel de esqueleto e minimiza custos com proteção. Uma obra com parte contida e parte à mostra pode valorizar e diferenciar o empreendimento.

• Organização do canteiro de obra • Alívio nas fundações

• Vãos livres maiores

• Racionalização de material e de mão de obra

• Menor prazo de execução

• Retorno financeiro mais rápido

• Garantia de níveis e prumos

• Redução de acidentes

• Facilidade de montagem e desmontagem

• Otimização de ampliações e reformas

• Compatibilidade com sistemas construtivos

32 COLETÂNEA DO USO DO AÇO

3.2.3 - Construção industrializada

3.2.4 - Fechamentos

É a composição de uma obra com elementos pré-fabricados em indústrias especializadas que garantem a qualidade dos componentes e transformam o canteiro em um local de montagem.

Pensando na obra como um todo, a racionalização de materiais e mão de obra, agilidade na execução com planejamento detalhado de entregas e baixíssimos índices de desperdícios são vantagens importantes oferecidas pela construção industrializada.

A estrutura é uma parte importante da obra, completada por painéis de piso, vedações, elementos de definição de espaços, equipamentos, instalações, caixilhos, etc.

O uso de lajes pré-moldadas, treliçadas, protendidas ou forma-laje (steel deck), dispensam escoramentos, permitem um bom nivelamento, podem eliminar a necessidade de forros e permitem o trabalho conjunto com as vigas metálicas (vigas mistas).

Para fechamento, os painéis metálicos e de gesso acartonado permitem rapidez de instalação, fácil embutimento de tubulações, boa qualidade de acabamento e adaptação de lay-outs.

Painéis pré-fabricados de fachada permitem melhor previsão de detalhes na interface com estrutura e caixilhos, na estanqueidade e na padronização dos acabamentos.

Banheiros prontos agilizam os prazos e minimizam problemas de acabamento, instalações, impermeabilização e em associação com tubos flexíveis elimina problemas com conexões.

A composição destes elementos proporciona muito mais rapidez na conclusão da obra e retorno financeiro mais rápido.

Os fechamentos podem ser em painéis pré-fabricados, placas, alvenarias vinculadas ou não às estruturas.

A escolha do sistema de vedação impacta na estrutura, tanto no dimensionamento quanto na definição de juntas de movimento.

Este assunto é abordado com detalhes no Volume 1 da Coletânea do Uso do Aço - "Interface Entre Perfis Estruturais Laminados e Sistemas Complementares".

3 COLETÂNEA DO USO DO AÇO

3.2.5 - Coberturas

Grande parte do conforto térmico e acústico do empreendimento está ligada ao projeto de cobertura.

A “respiração” de um telhado se faz através das telhas.

Telhados com inclinação muito pequena exigem total vedação, impedindo a saída do ar aquecido através das frestas das telhas.

Além das alternativas formais, lanternim ou Shed, pequenas aberturas junto às cumeeiras permitem a saída do ar sem risco de infiltração.

O caimento do telhado, além das recomendações em função do tipo de telha, deve levar em conta o tamanho das águas da cobertura.

2As calhas podem ser pré-dimensionadas por uma fórmula empírica: para cada 10m de cobertu- 2ra 15 cm de calha.

22Para os tubos de descida de água pluvial 1 cm para cada m de área drenada.

Telha de aço Telha superior

Telha inferior

Telha sanduíche Isolamento termo - acústico

Espuma poliuretano ou lâmineral

34 COLETÂNEA DO USO DO AÇO

3.2.6 - Corrosão 3.2.7 - Tratamento de superfície e revestimentos

3.2.8 - Estruturas mistas

Todos os metais e ligas comumente utilizados em estruturas são suscetíveis à corrosão. A intensidade deste ataque depende, entre outros, das condições ambientais e da composição química da liga.

A corrosão atmosférica do aço carbono é um processo eletroquímico que depende basicamente de três parâmetros: água, oxigênio e corrente elétrica, que flui da liberação de elétrons.

Limpeza de superfície, aplicação de tintas de cobertura e acabamento corretamente especificados retardam e evitam o processo.

Um programa de manutenção consistente permite que as estruturas estejam em perfeito estado “ad eterno”.

Antes de receber qualquer sistema de proteção, o aço deve passar por uma limpeza que remova de sua superfície óleos, graxas, poeiras, ferrugem solta e carepa.

Normalmente esta limpeza é feita por jato abrasivo (areia ou granalha) ou por processo manual. Os principais tipos de revestimentos são: •Contra corrosão: pintura e galvanização

•Contra fogo: materiais projetados, placas de gesso acartonado, lã de rocha e tinta intumescente.

Este assunto é abordado com detalhes no Volume 2 da Coletânea do Uso do Aço - "Princípios da Proteção de Estruturas Metálicas em Situação de Corrosão e Incêndio".

É a associação do aço (que resiste bem à tração) com o concreto (que resiste bem à compressão) obtendo uma peça composta, com a melhor performance de cada elemento.

Cumprem, porém, etapas diferentes de comportamento ao longo de seu processo de consolidação.

O aço já tem, desde a produção, forma e resistência definidas, o que não acontece com o concreto que precisa do processo de cura para que sua forma e resistência sejam alcançadas. Sua capacidade também depende da armadura, tanto para aumentar sua resistência quanto para limitação de fissuras de retração.

1. Montagem e lançamento do concretosituação em que o aço trabalha sozinho, antes da

O projeto de estruturas mistas deve, portanto ser elaborado considerando três fases: cura do concreto, sendo responsável pelo peso próprio da estrutura e cargas de obra.

2.Resistência da estrutura mistasituação em que trabalham juntos o aço e o concreto.
3.Deformação da estrutura mista para cargas de longa duraçãosituação em que se leva

em conta o efeito da perda de elasticidade do concreto ao longo do tempo.

35 COLETÂNEA DO USO DO AÇO

Vigas mistas

É a associação de uma parcela da laje (como aba colaborante) e a aba superior da viga de aço.

Haverá um sensível aumento na capacidade da viga, e correspondente redução nas deformações, resultando numa economia do peso das vigas de aço de até 30%.

Além disto a viga estará travada lateralmente na face comprimida, o que impede a sua perda de estabilidade.

A vinculação entre a laje de concreto e a viga é feita por conectores, peças metálicas soldadas à aba superior com um espaçamento pequeno (da ordem de 20 a 50 cm), que impedem o escorregamento do concreto em relação ao aço, obrigando-os a trabalharem em conjunto.

B= Min (16 H + B,Vão)

Aba colaborante (comprimida)

Forma ou material inerte

Aba tracionada Conectores h > 5 h > 0

Alma dt b t

36 COLETÂNEA DO USO DO AÇO

Pilares mistos

São peças compostas de maneira a utilizar as qualidades do concreto à compressão associada a capacidade e esbeltez do aço. Este trabalho é garantido pela utilização de conectores que eliminam o escorregamento nas superfícies de contato.

Uma das vantagens da utilização de pilares mistos é dispensar a proteção contra fogo.

Ligações mistas

A necessidade de armadura de tração nas lajes de concreto leva a possibilidade de outros tipos de associação aço-concreto, como na adoção de ligações mistas.

Neste tipo de ligação a laje participa da transmissão de esforços dos momentos fletores das vigas permitindo a sua continuidade sobre os apoios. Neste caso a armadura da laje é reforçada, de maneira a absorver as tensões de tração.

Armadura de tração dando continuidade às vigas secundárias

Laje em concreto

Transmissão da compressão

Viga principal

Ligação mista

37 COLETÂNEA DO USO DO AÇO

3.2.9 - Outros

Iluminação

A maioria das atividades requer iluminação, que pode ser natural ou artificial. A iluminação natural pode vir diretamente do sol ou feita pelas aberturas das superfícies do edifício. Itens como níveis de calor, sombras, reflexão e cores resultantes, devem ser analisados.

Em casos em que ela não seja suficiente, ou em que o atendimento ao programa crie espaços que busquem outras soluções (galerias internas, salas de distribuição ou em espaços muito grandes) é possível buscar superfícies iluminantes nas coberturas, substituindo-se parte do material opaco por materiais translúcidos, ou adotando clarabóias, lanternins ou telhados em dente de serra (Shed).

A iluminação artificial produz energia térmica, normalmente, incandescente ou fluorescente, combinando luz e calor radiante.

Ventilação

O planejamento da ventilação deve considerar o aproveitamento máximo dos ventos dominantes.

O ar se move por mudança de pressão e diferenças de temperatura. Um estudo sobre as aberturas de entradas de ar e vãos de saída, suas colocações e obstáculos permitem dirigir a ventilação para o interior da construção.

A ventilação pode acontecer: • Naturalmente por janelas, venezianas ou lanternins

• Naturalmente por convecção de exaustores eólicos, lanternins ou sheds

• Artificialmente por convecção direta com ventiladores

• Artificialmente por radiadores alimentados em sistema fechado

• Artificialmente por dutos de ar condicionado.

Vidro ou telha translúcida

Telha

38 COLETÂNEA DO USO DO AÇO

Conforto térmico

O conforto térmico depende da renovação do ar.

Uma combinação de materiais isolantes adotados nos elementos de vedação com materiais permeáveis no sistema de ventilação permitem a circulação natural do ar.

São também extremamente úteis os sistemas de brises ou sombreamentos em áreas com grande insolação.

Utilidades

Além dos itens já abordados, outros elementos constantes numa edificação terão interface com a estrutura.

Tubulações hidráulicas, dutos de ventilação, condutores elétricos, elementos de automação, iluminação, proteção de incêndio entre outros, vão precisar de sustentação, espaço de caminhamento e acesso para manutenção.

Isso tudo no mesmo lugar entre o volume e o espaço arquitetônico, entre o oculto e a estética.

A melhor solução é a coordenação entre os projetos complementares. A escolha conjunta do caminhamento das tubulações, caimentos, posição dos pontos de iluminação e acesso, devem levar a uma solução harmônica com a estrutura.

(Parte 2 de 3)

Comentários