FACULDADE FINOM DE PATOS DE MINAS
CURSO DE GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL
ROBSON ANDRÉ RODRIGUES
O USO DAS ESTRUTURAS METÁLICAS NA CONSTRUÇÃO
CIVIL
PATOS DE MINAS – MG
2017
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Análise Comparativa entre Estruturas Metálicas e Concreto Armado em Construção Civil, Notas de estudo de Construção
Uma pesquisa bibliográfica sobre as estruturas metálicas na construção civil, suas principais vantagas e desafios, e a comparação de sua viabilidade econômica com a de concreto armado. O texto também discute as características da obra que influenciam na escolha do sistema estrutural, como tipo de fundação, tempo de construção, tipo de ocupação, entre outros.
Tipologia: Notas de estudo
2022
1 / 30
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FACULDADE FINOM DE PATOS DE MINAS
CURSO DE GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL
ROBSON ANDRÉ RODRIGUES
O USO DAS ESTRUTURAS METÁLICAS NA CONSTRUÇÃO
CIVIL
PATOS DE MINAS – MG
ROBSON ANDRÉ RODRIGUES
O USO DAS ESTRUTURAS METÁLICAS NA CONSTRUÇÃO
CIVIL
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Curso de Engenharia Civil da Faculdade Finom de Patos de Minas, como requisito parcial para obtenção do título de Engenheiro (a) Civil.
Orientador : Prof.ª MSc Vânia Cardoso da Silva Morais
PATOS DE MINAS – MG
AGRADECIMENTOS
Agradeço a pessoa da professora Msc Vânia Cardoso da Silva Morais pelo empenho e dedicação para que eu concluísse este trabalho, por sua orientação, e, sobretudo pela coerência com que orienta ser feito para se obter qualidade.
RESUMO
Este estudo foi uma análise comparativa entre as estruturas metálicas e de concreto armado. Teve como objetivo apresentar as vantagens e desvantagens de tais estruturas e analisar a viabilidade econômica destas. E apresentado no texto os preceitos básicos para implantação das estruturas metálicas. Os resultados apontam que as estruturas metálicas podem ser um excelente método construtivo, não somente em construções industriais mais também nas construções habitacionais com ganhos em produtividade e tempo de fabricação e execução. Por sua praticidade, a rapidez e o aspecto arquitetônico, futuramente poderá ser adotado no Brasil, como ocorre nos Estados Unidos da América e Inglaterra um método construtivo bem difundido. Porém atualmente ainda existem muitos aspectos que precisam ser rompidos com estudos sobre a temática, um deles talvez o mais relevante seja a questão cultural em um país onde as edificações são predominantemente construídas de madeira e concreto.
Palavras-chave: Estruturas. Praticidade. Crescimento. Edificações.
LISTA DE QUADROS
Quadro 1: Propriedades do aço 13 Quadro 2: Configurações do aço 17 Quadro 3: Análise comparativa entre estruturas metálica e de concreto armado
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO 8
2 FUNDAMENTAÇÃO TÉORICA 10
2.1 CARACTERÍSTICAS DA OBRA E O SISTEMA ESTRUTURAL
Erro! Indicador não definido. 2.2 AS ESTRUTURAS METÁLICAS 11 2.3 VANTAGENSDAS ESTRUTURAS DE AÇO122.4 IMPLICAÇÕES DA CONFIGURAÇÃO DO SISTEMA ESTRUTURALEM AÇO Erro! Indicador não definido. 3 METODOLOGIA 20 4 ANÁLISE COMPARATIVA ENTRE ESTRUTURAS METÁLICAS E ESTRUTURAS DE CONCRETO 21 4.1ANÁLISE COMPARATIVA DE VIABILIDADE ENTRE ESTRUTURAS METÁLICAS E ESTRUTURAS DE CONCRETO 22 5 CONCLUSÃO 27 REFERÊNCIAS 28
aço, o emprego de estruturas metálicas em edificações tem sido pouco significativo, se comparado ao potencial da indústria brasileira. (PINHO, 2015). Nesse sentido, Albuquerque e Pinheiro (2002), mencionam que ainda há muito espaço para crescer no Brasil, sendo que nos Estados Unidos, 50% das construções comerciais são em aço; Na Inglaterra, chegam a 70%. Os autores pontuam que hoje, produtividade e sustentabilidade são palavras chaves na área de construção e que o aço se encaixa nessa expectativa. A resistência que ainda prossegue para a substituição do concreto pelo aço não se justifica apenas pelo preço, já que as reduções do tempo e da mão de obra equilibram a diferença. (PINHO, 2015). O que prevalece é uma cultura pelo concreto armado que vem das culturas de engenharia do país. Ainda que o uso da estrutura metálica no Brasil ainda permaneça restrito, nos últimos anos a demanda por soluções desse tipo vem acendendo. A escolha é feita, especialmente, por pessoas que carecem de racionalização na obra e de projetos e coeficientes e sustentáveis.(RODRIGUES, 2006). Diante do exposto, os objetivos deste trabalho foram analisar, através de pesquisa bibliográfica, a viabilidade das estruturas metálicas na construção civil, apresentar as principais vantagens e problemas das aplicações das estruturas metálicas e comparar a viabilidade econômica da construção metálica com a de concreto armado. Para alcançar tais objetivos foi feita pesquisa bibliográfica sobre a temática, apontando as vantagens e desvantagens da aplicação de tais estruturas na construção civil. Também foi feito estudo comparativo da viabilidade econômica destas estruturas. Apesar de já existir em outros países, o sistema estrutural metálico é relativamente novo no Brasil, gerando discussões acerca da viabilidade econômica em relação aos outros sistemas estruturais convencionais na construção civil. Diante das discussões, este trabalho é relevante por elencar as principais características das estruturas metálicas de construções civis e apresentar as principais vantagens e problemas nas aplicações dessas estruturas, além de comparar a construção metálica com a de concreto armado.
2 FUNDAMENTAÇÃO TÉORICA
2.1 CARACTERÍSTICAS DA OBRA E O SISTEMA ESTRUTURAL
Ao se escolher o sistema estrutural da obra, é relevante perceber que o que deve ser considerado são as necessidades da obra e conhecendo as características de cada um dos sistemas, escolher aquele que atende tais necessidades. Dessa maneira, antes de escolher o sistema estrutural, é preciso conhecer as características da obra, Penna e Pinto (2008, p. 19) elencam algumas características de obra que influenciam na decisão do sistema estrutural a se escolher:
- Tipo de fundação
- Tempo de construção
- Tipo de ocupação
- Disponibilidade e custo dos materiais
- Recursos da construtora
- Local da obra e acessos
- Possibilidade de adaptações
- Compatibilidade c/ sist. Complementares
- Manutenção e reparos
- Vãos livres
- Espaço livre para a estrutura
- Espaço livre para utilidades
- Altura da edificação
- Proteção contra a corrosão
- Proteção contrafogo
- Estética
- Desperdício materiais/mão-de-obra
- Segurança do trabalhador
- Custos financeiros
- Adequação ambiental
- Qualidade e durabilidade
- Desempenho
- Incômodo de áreas próximas É importante observarcaracterísticas e configurações para maior desempenho do sistema estrutural é importante, pois“o mercado [...] de construção civil é um mercado altamente competitivo fazendo com que as construtoras busquem redução de custos de modo a atender às necessidades de retorno dos investidores e manter a atratividade do setor. (CARDOSO; GONZALES, 2014, p.1). Nesse sentido as estruturas metálicas, podem ter preço maior em relação às estruturas de concreto, porém ao se considerar, tempo estimado, designe podem ser uma boa opção ao se procurar equiparar qualidade, custos e maior eficiência.
estruturais e dimensionais únicas, possuindo posicionamento particular no ambiente construído.
As estruturas metálicas no Brasil são uma tecnologia recente, se comparado a outras partes do mundo, são usadas para substituir materiais convencionais utilizados em vigas, pilares e lajes convencionais, e a escolha do tipo de aço é feita em função de aspectos ligados ao meio ambiente onde as estruturas se localizam; previsão do comportamento estrutural de suas partes, devido à geometria e aos esforços solicitantes; meio industrial com atmosfera agressiva à estrutura; manutenção necessária e disponível ao longo do tempo, dentre outros. (BRITO e SILVA, 2016)
Nos dias atuais a adoção efetiva de estruturas metálicas de forma considerável condicionada à inovação no desenvolvimento de sistemas construtivos ou à adaptação de sistemas construtivos racionalizados já existentes. (SALES; SOUZA; NEVES, 2001). O ideal é trabalhar de forma conjunta com os projetos, a viabilidade das estruturas metálicas está diretamente ligada ao sucesso de sua associação com os sistemas de fechamento, pois é a partir do bom casamento desses dois sistemas que pode se chegar a uma concepção realmente industrializada e eficiente da obra. (Sales, 2001).
2.3 VANTAGENSDAS ESTRUTURAS DE AÇO
As estruturas de aço no tocante custo são quase sempre consideradas caro quando comparado a outros sistemas estruturais, porém tem montagem mais eficiente, viabilizando retorno econômico mais rápido; possui grande e precisão além de ser o aço um material 100% reciclável atendendo a consciência ecológica de forma mais sustentável (PENNA; PINHO, 2008).
Ferraz (2003) aponta que as propriedades dos aços dependem de sua composição química, do tamanho dos grãos e de sua uniformidade sendo que os tratamentos térmicos e os trabalhos mecânicos aos quais se submetem esse material podem modificar em diferente intensidade alguns destes aspectos, bem como alterar as propriedades de um determinado tipo de aço, conferindo-lhe
características específicas, mole ou duro, quebradiço ou tenaz, dentre outras. Abaixo o Quadro 1 com as propriedades principais do aço:
Quadro 1– Propriedades do aço Propriedades Conceito Elasticidade Propriedade do metal de retornar à forma original, uma vez removida a força externa atuante. [...] Plasticidade Propriedade do material não voltar à sua forma inicial após a remoção da carga externa, obtendo-se deformações permanentes. A deformação plástica altera a estrutura de um metal, aumentando sua dureza. Ductilidade É a capacidade do material de se deformar sob a ação de cargas antes de se romper, daí sua grande importância, já que estas deformações constituem um aviso prévio à ruptura final do material, o que é de extrema importância para prevenir acidentes em uma construção, por exemplo Fragilidade É a característica dos materiais que rompem bruscamente, sem aviso prévio (um dos principais fatores responsáveis por diversos tipos de acidentes ocorridos em pontes e navios). Resiliência É a capacidade de absorver energia mecânica em regime elástico, ou seja, a capacidade de restituir a energia mecânica absorvida. Já a tenacidade é a energia total, plástica ou elástica, que o material pode absorver até a ruptura. Assim, um material dúctil com a mesma resistência de um material frágil irá requerer maior energia para ser rompido, portanto é mais tenaz. Fluência Acontece em função de ajustes plásticos que podem ocorrer em pontos de tensão, ao longo dos contornos dos grãos do material. Estes pontos de tensão aparecem logo após o metal ser solicitado por uma carga constante, e sofrer a deformação elástica. Após esta fluência ocorre a deformação continua levando a uma redução da área do perfil transversal da peça (denominada estricção). Tem relação com a temperatura a qual o material está submetido: quanto mais alta, maior ela será, porque facilita o início e fim da deformação plástica. Nos aços, é significativa para temperaturas superiores a 350° C, ou seja, em caso de incêndios Fadiga É a ruptura de um material sob esforços repetidos ou cíclicos. A ruptura por fadiga é sempre uma ruptura frágil, mesmo para materiais dúcteis.
Dureza È a resistência ao risco ou abrasão: a resistência que a superfície do material oferece à penetração de uma peça de maior dureza. Sua análise é de fundamental importância nas operações de estampagem de chapas de aço
Fonte: Ferraz (2003, p. 7 - 8).
As propriedades do aço são extremamente relevantes no campo de estruturas metálicas em que o projeto e execução se baseiam nelas, sendo também
tendência de expor esta estrutura como parte principal da arquitetura, com seus elementos retilíneos, porém deve-se atentar com maior custo na proteção contra corrosão. Figura 2 – Arquitetura moderna em aço
Fonte: Nakamura (2006, p.1). Pensando em revestimento, os painéis de revestimento de fachadas em aço se comparados com os materiais tradicionais como mármore, granito, cerâmica, apresenta vantagens como:
redução do peso do revestimento sobre a estrutura da edificação; rapidez de instalação; facilidade de manutenção e limpeza; não liberam produtos de corrosão que atacam superfícies de alumínio ou zinco ou ainda que manchem outros materiais em contato (mármores, alvenarias, etc.). (FERRAZ, 2003, p.14).
Também pode ser apontada como vantagens da estrutura de aço a adequação à questões ambientais por ser racional no uso dos materiais, rápida, limpa, e com nível baixo de desperdício e sua sucata, após vida útil da obra, pode ser reciclada sem perda de qualidade, sendo mais viável na busca por sustentabilidade. E quanto à qualidade e durabilidade, por serem produzidas industrialmente com rigor as estimativas de durabilidade são mais fáceis e confiáveis de serem calculadas em comparação a outros sistemas.
Outra vantagem da estrutura metálica em aço é a o peso, são mais leves em relação às estruturas de concreto. Nakamura afirma que a indústria de estruturas metálicas aumenta em passos largos a tecnologia aumentando também as opções de uso adquirindo maior flexibilidade de aplicação, novos desenhos e abas assimétricas, e maior resistência, cobrindo maiores vãos, ela aponta ainda a estimativa de peso dessas estruturas por metro conforme figura3: Figura 3 – Estimativa do peso da estrutura metálica por tipo de edificação
Nakamura (2006, p. 1)
2.4 IMPLICAÇÕES DA CONFIGURAÇÃO DO SISTEMA ESTRUTURALEM AÇO
A escolha do tipo de estrutura depende diretamente do tipo de utilidade ou finalidade da obra a ser construída, e essa escolha envolve conhecimento e consideração de vários fatores. Penna e Pinho (2008, p.34) afirmam que, em se tratando de um sistema estrutural misto ou de um sistema estrutural todo em aço ou em concreto, este pode se configurar pelas escolhas dos itens que foram detalhados no Quadro 2 abaixo, que foi construído baseado na caracterização destes autores.
Cada tipo de aço apresenta configuração que lhe é peculiar que atende a funções de uso específicas e o construtor deve estar atendo quanto ao que deseja para saber que tipo escolher afim de melhor atender sua demanda. O aço, apesar de todas as suas propriedades e vantagens apresentadas anteriormente, apresenta deficiências, sendo a ocorrência da corrosão quando exposto ao meio ambiente, a principal delas, por isso necessita de técnicas de proteção para impedir sua deterioração. “A economia de uma obra com estrutura metálica depende de diferentes fatores em comparação a uma obra em concreto armado e, por este motivo, devem ser muito bem analisadas, para que haja um melhor custo-benefício na escolha do sistema construtivo. ” (ROSSATTO, 2015, p. 5). Financeiramente, o custo total de uma obra resulta da soma entre os custos diretos e as despesas indiretas do empreendimento. O custo direto da obra é a soma dos materiais, mão de obra e equipamentos, onde os custos dos materiais incluem as quantidades e as especificações dos mesmos acrescidos de encargos tributários, perdas por manuseio, os fretes, despesas de armazenamento e etc., e os custos de mão de obra se relacionam à produtividade de execução da atividade e ao custo específico para a realização de cada atividade. (PENNA; PINHO, 2008). Nesse sentido, pelas informações presentes nos autores pesquisados nesta pesquisa, pode-se inferir queo sistema construtivo utilizando estruturas de aço proporciona viabilidade econômica, primeiro por responder adequadamente aos desafios ambientais, sociais e econômicos relacionados ao empreendimento. Para a decisão do o sistema construtivo mais viável, o empreendimento deve ser avaliado na maior quantidade possível de aspectos da obra, nesse sentido Rossatto (2015) em seu trabalho comparativo entre sistema estrutural metálico com um sistema em concreto armado, observou que o gasto na estrutura metálica é muito mais elevado, mas aponta que: [...] a economia de uma obra com estrutura metálica depende de diferentes fatores em comparação a uma obra em concreto armado, e por isso devem ser muito bem analisadas para que haja um melhor custo benefício na escolha do sistema construtivo. Como exemplo, estruturas metálicas geram cargas menores para a fundação, menor tempo de construção, menor consumo de revestimento, maior área útil e maior velocidade de giro do capital investido. Em contrapartida, sistemas de concreto armado exigem uma mão de obra menos especializada, o que é mais barato e acessível, sendo o concreto um material, economicamente, mais viável que o aço, mas, como possuem baixa resistência e rigidez do material, necessitam de grandes seções transversais para resistir aos esforços atuantes, dando
origem a conjuntos robustos, fator limitante ao projeto
arquitetônico.(ROSSATTO, 2015, p. 76).
Nesse sentido, atualmente no Brasil, o custo nas construções convencionais de edificações de múltiplos andares, se concentra em 40% custo de mão de obra direta ou indireta e 60% custo de materiais, na construção industrializada existe a possibilidade de reduções dos custos na diminuição das operações construtivas em campo, e projeto inteligente, para racionalização e utilização de materiais de melhor qualidade e de menores preços. Assim, os custos globais de uma construção industrializada, são inferiores ao de uma construção convencional, tomando todos os aspectos da obra, desde o planejamento, o projeto e a especificação e aquisição dos materiais, a mão de obra no canteiro, o gerenciamento e a construção propriamente dita, numericamente, em certos tipos de sistemas construtivos, a construção industrializada metálica, pode levar a uma economia de até 25%. (THECNICCA, 2017 ).