Bases para projeto estrutural na arquitetura 8585570075, 9788585570071

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Ilustrações AMD ESTÚDIO GRÁFICO CLÁUDIO ANDRADE DE MATTOS DIAS Capa: Milwuauk.ee Arts Museum

WI - EUA-Arq. SantiagoCalatrava

Revisão SÉRGIO ANDRADE DE MATOS DIAS ProjetoEditorial ZIGURATE EDITORA

CIP-Brasil. Catalogação-na-Fonte Sindicato Nacional dos Editores de Livros, RJ R233b

Rebello, YopananConrado Pereira, 1949Bases para projeto estrutural na arquitetura / Yopanan Conrado Pereira Rebello.São Paulo: ZiguraceEditora, 2007.

Inclui bibliografia.

ISBN 978-85-85570-07-1 1. Teoria das estruturas. 2. Engenharia de estruturas. 1.Título.

07-0478

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CDD: 624.01 CDU: 624.1

©COPYRIGHTde YopaoanConradoPereiraRebello COPYRIGHTdestaedição- ahil/2007-Zi.gurateEditorae ComercialIlda Todosos direitosde reproduçãoreservados.

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Zigurate Editora

Aos operários, heróis da construção civil.

Prefácio

Quando fomos literalmente chamados de alunos, tivemos lá nossos mestres preferidos. Talvez os critérios de escolha de todos nós tenham sido bem parecidos. Lembro-me que exerciam um fascínio sobre mim os professores que nos apresentavam seus próprios caminhos do aprendizado - não tinham medo de se expor, não temiam a concorrência no futuro, nos seus métodos podíamos perceber muitas habilidades, muita competência e, porque não, também os desvios de rumo que não levavam a lugar nenhum, ou até mesmo os recun;os mnemônicos, que recuperavam a segurança perdida como por encanto. E, com admiração por aqueles homens de conhecimento, descobria os passos que levavam ao saber fazer. Generosas criaturas essas que expõem seus próprios métodos, que se expõem. O Yopanan é uma delas. Naquele folhear primeiro, que damos em um livro para saber se dirá algo, podemos sentir, neste trabalho do Yopanan, o cheiro familiar das nossas próprias anotações da matéria - não fosse extrapolar minhas atribuições e eu proporia que o verso das páginas fosse deixado em branco para as memórias do leitor. Caminhos simples do entendimento: tudo exposto com simplicidade e de forma tão direta. Bem aventurados os que conseguem nos fazer ver as coisas como simples coisas. É uma arte explicar os acontecimentos de forma tão singela. Edith de Oliveira Mestre e Doutora pela FAUUSP Prof'. de Projeto da FAUUSP e da PAU USJT Chefe do Departamento de Arquitetura da Figueiredo Ferraz

Introdução

A adoção, ou escolha, de determinado material e sistema estrutural para a constituição de um espaço envolve uma série de variáveis que vão desde questões muito concretas, como custos, mão-de-obra dispotúvel, e outras, até aquelas de difícil definição, tais como valores sociais, culturais e mesmo sensações e percepções pessoal. Assim, ao optar por uma solução estrutural, é de fundamental importância não se deixar influenciar por atitudes momentâneas e modismos mas sim levar em conta o seu melhor desempenho, utilizando parâmetros que tomem a solução escolhida consistente para que possa ser defendida perante outras propostas, mostrando ser adequada aos quesitos estabelecidos no projeto. Para conceber uma estrutura, deve-se procurar conciliar o sistema estrutural e o material para se atingir os principais objetivos exigidos pela edificação: resistência, estabilidade, estética e durabilidade. Para tanto~ é de capital importância dominar os princípios básicos do comportamento das estruturas e dos materiais. É necessário conhecer como as estruturas são carregadas e os esforços e as tensões oriundos desse carregamento. Esse conhecimênto mais aprofundado pode permitir a busca de novas soluções tanto de sistemas estruturais como de materiais. Não existem regras fixas para a adoção de um material, ou de um sistema estrutural. A economia, a estética, a rapidez de execução, a disponibilidade de mão-de-obra específica, entre outros, são fatores a considerar como critérios de análise da conveniência ou não de utilizar um determinado material e sistema estrutural. Este livro pressupõe que o leitor tenha conhecimentos básicos de estabilidade e resistência dos materiais. Se assim não for, sugerimos que antes consulte o livro deste mesmo autor denominado A Concepção Estrutural e a Arquitetura.

Sumário

INTRODUÇÃO 9 PARTEI ESTRUTURAS DEAÇO 13 CAPÍTULO l

Um pouco de história 15 CAPITULO 2

Vantagens e desvantagens do uso de estruturas de aço 19 CAPÍTULO 3

Composição do material 25 CAPÍTULO 4

Produção do material 27 CAPÍTULO 5

Perfis estruturais 29 CAPÍTULO 6

Elementos de ligação 41 CAPÍTULO 7

Sistemas estruturais de aço 57 CAPÍTULO 8

Sistemas estruturais de aço mais usuais 93 CAPÍTULO 9

Edifíciosde estruturas metálicas 99 CAPÍTULO10 As estruturas metólicas e a ação de agentes externos 129 CAPÍTULO11

Consumo médio de aço nas diversas aplicações 139 PARTEli ESTRUTURAS DE CONCRETOARMADO 141 CAPÍTULO 1

Um pouco de história do concreto armado 143 CAPÍTULO 2

.

Sistemas estruturais de concreto armado 151 CAPÍTULO 3

Critérios paro lançamento da estrutura sobre o projeto de arquitetura 201 CAPÍTULO 4

Estrutura de edifícios altos de concreto armado 207

CAPÍTULO 5 Execuçãoe interpretação de plantas de fôrmas 211 CAPÍTULO 6 Execuçãoe interpretação de plantes de armação 215 CAPÍTULO 7 Cuidados na execução e conseqüências dos erros 219 CAPÍTULO 8 Outros sistemas estruturais de concreto armado 223 PARTE Ili ESTRUTURAS DE MADEIRA 229

CAPÍTULO 1 Um pouco de história 231 CAPÍTULO 2 Características biológicas da árvore 233 CAPÍTULO 3 Características físicas da madeira 235 CAPÍTULO 4 Defeitos da madeira 237 CAPÍTULO 5 Tipos de madeira para construção 239 CAPÍTULO 6 Processamento da madeira 241 CAPÍTULO 7 As bitolas comerciais e seus principais usos 243 CAPÍTULO 8 Madeiras transformadas e seus usos 247 CAPÍTULO 9 Sistemas estruturais de madeira 249 CAPÍTULO 10 Detalhes de ligações de madeira 263 CAPÍTULO 11 Coberturas de madeira 271 CAPÍTULO 12 Pisos de madeira 277 CAPÍTULO 13 Vedações de madeira 279 CAPÍTULO 14 Outros sistemas estruturais de madeira 283 BIBLIOGRAFIA

285

PARTE 1

ESTRUTURAS DE AÇO ~.

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CAPÍTULO1 Um pouco de história Os metais já eram utilizados há cerca de 4.000 a 5.000 anos a.e.. Sua descoberta provavelmente foi casual e deve ter-se originado a partir de um grande incêndio. O cobre, por se apresentar em estado nativo e ser muito dúctil, foi o primeiro metal a ser utilizado na fabricação de armas e ferramentas, em substituição à madeira e à pedra. Em seguida, surgem o ouro (também encontrado em estado nativo) e a prata, porém de uso restrito por apresentarem pequena resistência e dureza. Em seguida, iniciá-se a Idade do Ferro. O aço, porém, já era conhecido desde a antiguidade (egípcios, romanos e chineses). Foi durante a Idade Média que o estudo dos metais apresentou grande desenvolvimento, a partir de pesquisas feitas pelos alquimistas, que por isso são considerados responsáveis pela origem da Metalografia (estudo da estrutura e das propriedades físicas dos metais e seus agregados). É apenas no Séc. XIX que a ciência dos metais, entendida como método, passa a ser desenvolvida. Surge a Metalurgia, arte e ciência que estuda os metais e suas ligas a partir de seus minerais, de sua elaboração e de seu tratamento. Nessa época também, as sociedades vigentes alcançam. um estágio de desenvolvimento tecnológico, econômico e social, advindo da Revolução Industrial, que acaba por determinar certas necessidades, irrelevantes até então. As cidades crescem, os ajuntamentos humanos se tomam maiores e as edificações passam a ser solicitadas para outras necessidades além daquela de só abrigar um espaço. Os novos tempos exigem grandes espaços cobertos para mercados e estações de trens com locomotiva a vapor, onde há a necessidade de grande volume de ar. O progresso nas possibilidades de deslocamento cria a necessidade da construção de hangares para dirigíveis ou aviões; a supressão dos obstáculos visuais (paredes e pilares) - para espaços de exposições, salas de espetáculos ou de esporte, estádios e igrejas - exige grandes vãos. É nesse momento que a utilização do metal na construção de estruturas se faz importante, principalmente por sua resistência. Surgem diferentes sistemas estruturais para a execução de edifícios com grandes vãos livres e grandes alturas que ampliam as possibilidades até então oferecidas pelo material. A boa resistência aos carregamentos e a incombustibilidade foram os principais critérios adotados para o emprego dos materiais ferrosos na execução de estruturas, em substituição à madeira.

CAPÍTULO 1 - Um pouco de história

O primeiro material siderúrgico utilizado em estruturas foi o ferro fundido. Em meados do século XVIII, é aplicado em um importante exemplo: a ponte Coalbroockdale, sobre o rio Severa, na Inglaterra, com 30 m de vão.

Nesse período, são construídas diversas outras pontes usando sistemas estruturais em arcos e treliças. Seus componentes eram de ferro fundido, trabalhando principalmente a compressão. Destaca-se como uma das mais arrojadas ade Wearmouth (Inglaterra), em Dunderland, construída em 1796, usando uma estrutura em arco abatido, vencendo um vão de 70 m.

A utilização de estruturas metálicas em edifícios increII!enta-sea partir da execução de cúpula de ferro fundido do Mercado do Trigo, em Paris ( 1.802), uma reconstrução realizada após a destruição pelo fogo da cúpula original de madeira. Neste caso, como nas primeiraspontes metálicas, o método de construção é puramente empírico, sendo a cúpula metálica meramentea transposiçãoem metal da estruturaanterior em madeira

O final do século XIX caracteriza-se pela difusão do ferro fundido, do ferro laminado e do vidro como materiais construtivos. Passam a ser largamente utilizados nos edifícios públicos, como mercados, estações de trens, grandes estufas, passagens cobertas, galerias, e nos pavilhões das Exposições Universais.

CAPÍTULO l - Um pouco de história

Nestas, sobressai-se o Palácio de Cristal, de Joseph Paxton, para a Exposição Universal de Londres, em 1.851, projeto vencedor de um concurso principalmente em razão do seu processo construtivo.

Paxton propôs um sistema de unidades moduladas pré-fabricadas e padronizadas. Foi o precursor da préfabricação total em grande escala. Outro edifício importante voltado para exposições foi a Galeria das Máquinas, construído para a Exposição Universal de 1.889, em Paris.

Sua estrutura, composta de pórticos em forma de treliça triarticulados, é considerada a maior expressão da metalurgia da época.

O ferro laminado passa a ser mais utilizado a partir de meados do século XIX em substituição ao ferro fundido, dada a sua melhor adaptabilidade aos elementos a tração e a flexão. Como exemplo de sua utilização pode ser citada a Ponte Britannia (1.846), com vãos de 70 me 138 m, com estrutura de viga tubular com altura de 9,0 m dentro da qual passavam os trens.

Apesar de conhecido desde a antiguidade, é apenas após 1.856, com a invenção pelo inglês Henry Bessemer de um forno apropriado, que o aço começa a ser produzido em escala industrial. A primeira utilização estrutural do aço acontece em 1.867, na Ponte Eades, sobre o rio Mississipi, em St Louis (EUA). A partir de então, o aço passa a substituir o ferro fundido e o ferro laminado nas estruturas.

CAPÍTULO 2 Vantagens e desvantagens cio uso de estruturas de aço A escollia do aço como material estrutural para determinado projeto deve ser embasada em critérios que o confirmem como o mais indicado. É bom lembrar que optar pelo aço apenas por simpatia, ou até, por curiosidade pelo material, pode levar a soluções muito desvantajosas e mesmo criar uma visão desfavorável do material. Para ajudar a embasar, adequadamente a opção pelo aço, são mostradas a seguir as vantagens e também as desvantagens do seu uso. A grande resistência a esforços talvez seja, a maior vantagem do aço. No entanto, como será visto mais adiante, essa propriedade pode em determinadas situações ser desfavorável. Para uma melhor visão de quanto o aço é resistente, observe-se a comparação com outros materiais estruturais convencionais apresentada a seguir: resistência (J" aço (J"

à compressão:

= 1500

concreto

O" madeira

=

resistência

kg/cm2

CT aço

100 kg/ cm2

= 85

O"

kg/cm2

õ tração:

= 1500

kg/cm2

concreto = 1Okg/cm2

= 90

O" madeiro

lcg/cr.12

Vê-se pelos valores acima que o aço, além de ser o mais resistente, apresenta uma característica muito interessante para as estruturas: resistências iguais à tração e à compressão. Como conseqüência de sua maior resistência, o aço pemrite peças estruturais com menores dimensões. A figura mostra a comparação entre as dimensões finais de uma estruturaconvencional de viga e laje de concreto armado e de uma estrutura mista com viga metálica e laje em concreto armado.

concreto

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X X

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rígido

pilar elevação

corte A-A

O uso de painéis de argamassa armada, por seu baixo peso e grande resistência, é uma solução muito promissora como elemento de vedação das estruturas metálicas Contraventamentos Um elemento estrutural importante, muitas vezes não considerado no projeto de arquitetura e que pode provocar surpresas ao arquiteto, é o contraventarnento. Sendo o aço um material muito resistente, as peças estruturais resultam muito esbeltas. O que por um lado é uma grande vantagem por outro se apresenta como um inconveniente. Como as estruturas metálicas são muito esbeltas, apresentam grande instabilidade. Mesmo quando não sujeitas a esforços de vento, podem apresentar deformações indesejáveis fora dos planos dos esforços principais. Para travar a estrutura, seja pela atuação do vento, seja por efeito de flambagem ou da própria falta de rigidez do conjunto estrutural, são usados os denominados contraventamentos. Os contraventamentos podem ser usados temporariamente, durante a montagem da estrutura, ou definitivamente. Como nunca se sabe em que direção poderá ocorrer o deslocamento do conjunto estrutural, o contraventamento deverá garantir a imobilidade em todas as direções.

H)f,

CAPÍTULO9 - Edifíciosde estruturasmetálicos

Para que ele não se tome um elemento pesado, tanto do ponto de vista visual como físico, deve-se, sempre que possível, fazer com que trabalhe a tração axial (o mais favorável dos esforços).

À vista disso, a maneira mais simples de concebê-lo é na forma de X, pois dessa forma em um ou outro sentido, as barras que compõem esse X estarão submetidas a tração.

pilar

contraventomentos

tesouro

(

planto

A estabilização da estruturadeverá sergarantida tanto no plano horizontal como no verti.cal. No caso da cobertura do galpão, a estabilização horizontal é dada pela criação de contraventamento no plano inclinado da cobertura. O contraventamento horizontal é formado pelas barras em X, pelo banzo superior das tesouras e pelas terças. Esse conjunto constitui uma grande treliça de banzo paralelo que é a responsável por levar qualquer força horizontal para os pilares. Longe da região do contraventamento, as forças horizontais são transmitidas a ele pelas terças. Se a distância entre contraventamentos for muito grande, a eficiência de transmissão de forças pelas terças fica muito prejudicada, pois elas ficam muito longas. Para maior eficiência, os contraventamentos horizontais, deverão ser previstos com afastamentos convenientes. A experiência mostra que colocados a cada três ou quatro pórticos os contraventamentos são eficazes.

tesouras

treços

controventomenlos

Em outras palavras: os contraventamentos não devem ser afastados mais que 25 m entre si.

107

CAPÍTULO 9 , Edifícios de estruturas metálicos

Os contraventamentos horizontais são necessários, mas não suficientes. As forças horizontais que chegam aos pilares devem ser transnútidas às fundações. Para isso, são previstos os contraventamentos verticais executados no plano vertical e entre pilares. Quando a locação do contraventamento vertical prejudicar a circulação, a fonna em X poderá ser substituída por um pórtico treliçado. Esta solução, no entanto, será sempre mais cara que a anterior.

O arquiteto deverá estar sempre consciente da necessidade desse contraventamento, para que possa, se lhe interessar, tirar proveito estético dele. Ponte rolante Quando o uso do galpão exigir deslocamento de produtos dentro do seu espaço, deverá ser prevista a existência de talhas ou de pontes rolantes. Para isso, a estrutura principal do galpão (pórtico) deverá ser projetada para os grandes esforços oriundos desses equipamentos. As frenagens longitudinais e transversais, que correspondem a In e a 1/10 da carga da ponte rolante, respectivamente,podem introduzir esforços muito grandes nos pilares, principalmente de flexão. Com isso, os pilares dos pórticos passam a apresentar dimensões variáveis, com seção mais robusta até o nível da ponte rolante e menor daí até a cobertura.

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f2, , v ~viga

de rolamento

As vigas que apóiam a ponte rolante e que vencem o vão entre os pilares dos pórticos são chamadas vigas de rolamento. Em virtude das grandes cargas que elas suportam e ao vão que vencem, as vigas de rolamento apresentam grande altura e são normalmente executadas com perfis de chapas soldadas.

108

CAPÍTULO 9: Edifícios de estruturas metálicas

Para evitar torção nessas vigas em conseqüência da força de frenagem transversal, deve ser prevista na mesa superior uma viga horizontal, de alma cheia ou treliçada (contraventamento horizontal), que irá transferir a força horizontal diretamente aos pilares do pórtico.

rok\Ií~jz~~,:) L

Ap

viga secundório

~~~) rolomenlo

secundório corte AA

H -" cargo transversal transmitido pelos rodas da ponte rolante

Dependendo do tipo e da capacidade das pontes rolantes, são exigidas dimensões especiais, necessárias para o bom desempenho do equipamento é que deverão ser rigorosamente seguidas pelo projeto de arquitetura. À vista disso, recomenda-se que sejam cuidadosamente consultados os catálogos dos fabricantes das pontes para obtenção dessas medidas. Exemplo típico de uma cobertura de galpão:

esquema geral de um telhado de 2 óguos

Edifícios residenciais e comerciais Somente há poucos anos o uso da estrutura metálica para esses tipos de edifícios vem sendo mais intensamente implementado no Brasil. Muito desconhecimento ronda a execução dos projetos, em razão principalmente da faltade experiênciabrasileira nesse campo. O Brasil aindanão tem um domínio satisfatório das interfaces entre a execução de concreto armado e a de aço.

CAPÍTULO 9 - Edifícios de estruturas metálicos

Muitos são os erros de compatibilidade entre esses materiais em virtude, principalmente, à grande diferença de precisão entre a execução de um e de outro. É um desafio que precisa ser enfrentado. Nos países mais adiantados o uso do aço nos edifícios não industriais ocorre há décadas, tomando esse material extremamente competitivo, ocorrendo situações em que utilizar concreto toma-se totalmente anti.econômico em relação ao aço. É o caso dos edifícios com mais de dez andares, em que o uso do aço apresenta-se mais econômico. No Brasil ainda não chega a ser assim, mas, sem dúvida nenhuma, se a opção urbanística for pela grande verticalização, edifícios com mais de 50 andares poderão ser mais econônúcos de aço. O usuário brasileiro, e mesmo os profissionais da área, ainda não se acostumaram com a linguagem estética do aço e muitos tendem a transferir para o aço formas e detalhes comuns ao concreto annado, tomando a solução cara. Espera-se que uma discussão mais ampla sobre o assunto com profissionais ligados à área - principalmente o arquiteto, o gerador inicial da estrutura - possa levar a uma aplicação mais adequada e em maior escala das estruturas de aço, mesmo para as edificações de pequeno porte. Um dado sintomático dá conta de que 75% dos edifícios executados no Brasil são residências unifamiliares. Desses, apenas 1% é executado de aço. Há muito que fazer neste segmento. Os edifícios baixos e os altos apresentam a mesma solução estrutural quanto aos seus planos horizontais (lajes e vigas). A diferenciação ocorre nos planos verticais, em que soluções especiais devem ser previstas para os edifícios altos, em razão das forças horizontais do vento. Para uma análise mais organizada, a estrutura do edifício será dividida em plano horizontal e vertical:o primeiro abrange as lajes, as vigas e o contraventamento horizontal, o segundo os pilares e o contraventamento vertical.

Plano horizontal Sendo a construção metálica um processo de pré-fabricação, a repetição de elementos estruturais é um fator de simplificação e de economia na execução da estrutura. Para isso, é necessário que os projetos arquitetônicos prevejam algum tipo de modulação. Isso não implica a necessidade de projetos extremamente fechados. A prova disso é que, apesar dessa necessidade de modulação, há uma infinidade de obras que apresentam soluções muito ricas e criativas. O módulo é a base sobre a qual podemos, sem receios, introduzir jogos de planos horizontais e verticais, elementos curvos e inclinados, mantendo a possibilidade de soluções bastante ricas. Modulação nada tem a ver com pobreza de solução. l l ()

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CAPÍTULO 9 • Edifícios de estruturas metálicas

O módulo fundamental, internacionalmente conhecido, é de 1O cm ou 100 mm. A partir desse módulo são criados os multimódulos de 300 e 600 mm e os submódulos, que são obtidos pela divisão do módulo por um número inteiro qualquer. O multim6dulo maior, de 600 mm, é apropriado para ser usado como base do reticulado do qual se originará o projeto de aço. Matematicamente, o número 600 é apropriado para subdivisões pois contém um número exato de vezes os números primos (600 = 2 3 x 3 x 52), portanto admite muitos divisores. Além disso, peças de 10 x 600 mm= 6 m de comprimento apresentam facilidades de transporte e de manuseio.

Critérios para uso de lajes Em uma estrutura metálica podem ser usados os seguintes tipos de laje: - lajes maciças de concreto annado, moldadas in-loco, - lajes pré-fabricadas mistas, - lajes de concreto com fônna metálica incorporada - conhecido como steel-deck, - painéis pré-fabricados de concreto pretendido, - painéis de concreto autoclavado (Sical, Siporex, etc.), - painéis mistos de fibrocimento e madeira (wall, etc.), - chapas metálicas. As lajes maciças são usadas com vantagem econômica quando puderem ser incorporadas às vigas metálicas, formando com estas seções mistas de concreto e aço, aproveitando o comportamento mais adequado de cada material, o concreto trabalhando a compressão e o aço a tração. Durante a execução da laje as vigas metálicas podem dispensar o cimbramento da laje, enquanto não curada, pois a fôrma da laje pode ser apoiada diretamente nos perfis metálicos. Essa solução permite que sob a laje possam ocorrer outros tipos de atividades enquanto ela não estiver curada, aumentando a velocidade de execução da obra. Para que se possa usufruir as vantagens da laje maciça, é necessário que ela seja apoiada em um vigamento mais denso, com espaçamentos entre 1,5 e 3 m.. Paramaiores espaçamentos, a solução com laje maciça deixa de ser vantajosa

fôrma de madeira

viga metálica

111

CAPÍTULO9 - Ediffciosde estruturas metálicas

A laje pré-fabricada é pouco utilizada em obras de maior porte ou em edifícios verticalizados, pois não apresenta as vantagens da incorporação às vigas metálicas. Frente ao aço, seu uso torna-se muito artesanal. Por outro lado, em obras residenciais ela tem uso bastante corriqueiro, principalmente pelo aspecto econômico. A

capa de

V

concreto

~

lajota/ corte AA

V

A laje com fôrma metálica, mais conhecida por steel-deck, é uma solução cujo uso tem sido bastante diftmdido. Para a sua execução usa-se uma fônna metálica trapezoidal com capacidade de suportar o concreto ainda fresco, em vãos de até 4m, diminuindo a necessidade de cimbramentos. A forma metálica desempenha, além da sua função específica, a função de armação da laje, compondo com o concreto uma laje nervurada. A fôrma metálica pode vir pintada em diversas cores, não necessitando de acabamento posterior. Sobre a fôrma é lançado concreto para completar a altura final da laje. Essa laje. também pode .ser incorporada à viga metálica para a composição de vigas mistas. concreta

fôrmo metólica

fôrma metálica

corte AA

Os painéis de lajes pré-fabricados de concreto protendido têm uso muito freqüente por sua rapidez de execução e grandes vãos que podem vencer. Essas lajes não permitem sua incorporação às vigas metálicas. Exigem espaço, nem sempre disponível, para estacionamento do equipamento de lançamento. O uso dessa laje permiteque aproximadamente 250 m 2 possam ser executados por dia.

CAPÍTULO9 - Edifícios de estruturas metálicos

laje protendido alveolar corte M

Os painéis de concreto celular autoclavado são muito interessantes, pois são leves e podem vencer vãos de até 4m, sem qualquer cimbramento e com uma reduzida capa de concreto de 2 cm, apenas para regularização. capo

A►

painel de concreto celular corte M

Os painéis compostos de madeira maciça revestida de compensados com colagem à prova d'água (painéis wall) com dimensões de 1200 mm ic 2500 mm exigem um grande número de vigas (espaçamento de 1,20 m},já que não são adequados para vencer grandes vãos. São usados quando há necessidade de grande agilidade na execução, pois apresentam dimensões reduzidas e são muito leves. Normahnente esses painéis são aplicados em obras de pequeno porte e em locais de acesso limitado. largura = 1200 mm

painel composto

painel composto corte M

As chapas metálicas também são indicadas para pequenos espaçamentos entre vigas, em tomo de 1 m. Para maior economia as chapas são reforçadas com cantoneiras. chapa

.J .JI

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cantoneiro~

corteM

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p/ reforço do chapo

A~

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113

CAPÍnJLO

9 • Edifícios de estruturas metálicos

Concluindo: a escolha do tipo ideal de laje é função do processo construtivo, prazos, custos e até mesmo de necessidades estéticas.

Critérios para uso do vigamento O lançamento do vigamento está ligado à escolha do tipo de laje. Um critério fundamental é que a estrutura apresente menor altura total de piso, o que significa menor altura do edifício e portanto em menor despesa com materiais de acabamento e com a própria estrutura. Basicamente, tem-se três tipos de vigas: as vigas principais, as vigas secundárias e as terciárias. As vigas secundárias apóiam-se nas principais e as terciárias naquelas. As vigas principais transmitem a carga do piso para os pilares. A necessidade de existência ou não de vigas secundárias e terciárias, além de estar relacionada ao tipo de laje, está também ligada à disposição dos pilares em planta.

o) piso s.emvigamento metólico b) piso com uma ordem de vigamento

e) piso com duas ordens de vigamento

d) piso com três ordens de vigamento

114

CAPÍTU~O9 - Edifíciosde estruturas metólicos

Os painéis de laje alveolar protendida, por exemplo, podem prescindir das vigas secundárias, apoiando-se diretamente nas vigas principais. A direção das vigas principais é definida pela possibilidade de disposição dos pilares. A direção em que pode haver maior quantidade de pilares é a direção em que se desenvolve o vigamento principal. Nem sempre essa direção é única e as vigas principais podem não necessariamente estar numa única direção. De maneira geral, pode-se dizer que o vigamento será mais econômico quanto mais curto for o caminho de uma carga até o pilar_ Em edifícios em que pilares internos são arquitetonicamente indesejáveis, o uso de uma única ordem de vigas é mais econômico. Nesse caso, pode-se usar um vigamento transversal apoiado diretamente sobre os pilares de fachada, sem necessidade de outras vigas. O espaçamento econômico entre estas vigas situa-se entre 1,5 e 3 m. Para esta situação, pode ser econômico o uso de vigas com vãos de até 20 m.O uso de pilares mais próximos facilita a execução da caixilharia, que poderá ser fixada diretamente na estrutura, dispensando o uso de outros elementos.

viga secundória (só para travamento)

viga principal

Quando a arquitetura permitir a existência de pilares internos ao edifício, e quando ainda for necessária grande distância entre pilares em ambas as direções, pode-se usar duas ordens de vigamentos, ou seja: vigas principais e. secundárias. O espaçamento entre as vigas secundárias é definido pelo tipo de laje usado, sendo também econômicos espaçamentos entre 1,5 e 3 m. Como as vigas secundárias são sempre menos carregadas que as principais, cabe a elas vencer os vãos maiores dos retângulos formados pelos pilares. Com isso, tem-se uma solução mais econômica São econômicos vãos de 6 a 12 m, para as vigas principais, e de 7 a 20 m, para as vigas secundárias.

11.

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Sendo os elementos de concreto armado de menor custo que os de aço, pode-se dizer que de maneira geral, em um piso, deve-se projetar lajes com vãos maiores e vigas mais espaçadas, para diminuir o consumo de aço. A solução mais econômica, considerando custo do aço e da laje, é obtida com vãos entre pilares de 4 x 6 m. Neste caso a laje é do tipo pré e deve ser disposta na direção do vão de 6 m.

Contraventamento horizontal Como foi anteriormente comentado, os edifícios metálicos, independente de suas dimensões e por causa da sua baixa rigidez, necessitam ser contraventados (travados) tanto no plano horizontal como na vertical_ As lajes maciças ou pré-moldadas, quando convenientemente ligadas ao vigamento, comportam-se como placas horizontais de grande rigidez que dão conveniente travamento ao edifício em seu plano horizontal_ Se a ligação laje-viga não for adequada, será necessário criar um contraventamento horizontal entre as vigas. Esses contraventamentos devem ser executados com barras metálicas na forma de X para que, qualquer que seja o sentido do deslocamento, as barras funcionem a tração. Para diminuir o peso da estrutura, os perfis que constituem as barras do contraventamento devem ser barras redondas ou cantoneiras_

Plano vertical Critérios para locaCjãodos pilares De modo geral, os espaçamentos econômicos entre pilares estão entre 4 e 18 m. Outro critério que pode determinar a locação dos pilares é a necessidade do contraventamento vertical da estrutura. Dependendo da altura do edifício, para aumentar a sua rigidez pode ser necessária a execução de pilares com espaçamentos menores_ Contraventamento vertical O contraventamento vertical representa, muitas vezes, um elemento de difícil adaptação à arquitetura_

CAPÍTULO 9 • Edifícios de estruturas metólícas

Por isso, é necessário ser previsto na concepção do projeto arquitetônico, quando se pode inclusive usá-lo como elemento estético.Constituem-se elementos possíveis de serem usados como contraventam.ento vertical: - paredes de alvenaria, - paredes de concreto, - pórticos rígidos entre pilares e vigas, - diagonais na forma de X com perfis metálicos. Para um adequado enrijecimento da estrutura metálica são necessários no mínimo três planos de contraventamentos verticais, não se permitindo que sejam concorrentes em um mesmo vértice.

sim

não

1==== Apesar de possível, não é recomendável o uso das pare es de alvenaria como contraventamento, à vista de sua possível eliminação quando de reformas. As paredes de concreto, mais permanentes, são muito usadas, principalmente em edifícios altos. Neste caso, especial atenção deve ser dada ao processo construtivo, pois a diferença de velocidade de execução dos dois materiais, quando não levada em conta, pode provocar atraso na execução da estrutura metálica. O pórtico rígido e o contraventamento em X são outras formas de enrijecer a estrutura. São normalmente as mais usadas. O aporticamento consiste em enrijecer a ligação entre vigas e pilares, diminuindo a deslocabilidade da estrutura. Os pórticos rígidos, entretanto, não tomam a estrutura totalmente indeslocável. Com isso, os pilares passam a apresentar um comprimento real de flambagem maior que a distância entre as vigas dos pavimentos contíguos, o que se traduz na necessidade de pilares de maiores dimensões, aumentando o custo da estrutura. Além disso, os pórticos rígidos são estruturas que apresentam momento fletor nos pilares, o que tende a aumentar ainda mais o seu custo. O uso do contraventamento em X é bem mais econômico do que o pórtico. Neste caso, a estrutura toma-se indeslocável. Este tipo de contraventamento cria uma barreira formada pelo X, o que muitas vezes impede o seu uso. Enfim, a decisão pelo tipo mais adequado de contraventamento vertical ficará sempre na dependência das possibilidades arquitetônicas, econômicas e construtivas.

119

CAPÍTULO9 - Edifíciosde estruturos metálicas

Vedações As vedaçõesutilizadas nas construçõesmetálicasdevem ter como premissas leveza e agilidadede execução,propriedadestípicas das estruturasmetálicas. O uso de alvenariasde tijolos maciços e de blocos de concretoou cerâmicos, resulta em soluções muito interessantes esteticamente mas de certa forma não coerentes com o peso e a velocidade construtiva da estrutura metálica. Caso se opte por esse tipo de alvenaria, cuidados especiais deverão ser adotados para que as ligações entre os dois materiais reduzam ao mínimo os efeitos das diferenças de comportamentoentre eles. Duas são as posturas que podem ser tomadas: ou se opta por uma ligação bastante íntima entre os dois materiais, com o uso de esperas deixadas nas peças metálicas, ou se assume a sua total separação. Atenção especial deve ser dada às vedações externas, onde as ligações entre alvenaria e aço mesmo bem executadas podem, em conseqüência ao efeito das intempéries, apresentar fissuras. Mesmo não sendo visíveis, essas fissuras são pontos de passagem da umidade, dando como resultado não só prejuízos estéticos como também a diminuição da vida útil da estrutura. O uso de rufos e ou materiais selantes pode apresentar bons resultados. Para as vedações em estruturas metálicas, é mais interessante a utilização de painéis leves e de rápida aplicação,tais como placas de concreto celular autoclavado, painéis de placas cimentícias estruturados sobre grelha metálica, painéis de madeira com enchimento de isopor, painéis compostos de madeira maciça; os denominados dry wall, que são painéis de gesso aplicadossobrenervurasmetálicas;painéis de concreto reforçadocom fibras de vidro (GFRC)(iniciaisdas palavrasinglesasglass fiberreinforcedcement) e painéis de concreto convencional.O painel GFRC, por ser feito de material plástico, proporciona efeitos semelhantes aos painéis moldados de fibras de vidro e de outros plásticos. São usados principalmente para composição de fachadas. O dry wal é indicado para divisões "internas. O uso de painéis de argamassa armadaconstitui uma alternativapromissora, tendo em conta a afinidade existente entre ele e o aço. Detalhesde interfaceentre as alvenariasde vedação e a estrutura metálica

As alvenariasapresentamrespostasbem diferentesdas da estrutura metálica em relação aos efeitos provenientesda variaçãoda temperaturae da umidade do ambiente. Por isso, diferenças de deformação entre os dois materiais podem causarresultados desagradáveis,como trincas e descolamentos,entre outros.Para reduzir ao mínimoessesproblemas,devem ser previstas algumas medidas como as que são mostradas a seguir:

CAPÍTULO9 - Edifíciosde estruluros melólicos

a) Ligação da base da alvenaria com vigas metálicas armação do pilarele soldada na mesa da perfi1 (para grandes painéis de alvenaria)

pingodeira

!elo soldada na mesa do perfil

rufo

piloretes a cada 2 m

metólico

proteção para alvenarias externos

fixação dos alvenarias nos perfis met61icos

b) Ligação do topo das alvenarias com as vigas metálicas

.

'------~ proteção poro alvenarias externas

J3o5cm armação do pilorete soldada na mesa do perfil (para grandes painéis de alvenaria} pilaretes de concreto

v~-----~

fixação das alvenarias nos perfis metólicos

e) Ligação dos pilares com as alvenarias armação 0 5 mm fixado a cada 20 cm (poro ligação do alvenaria com o pilar metálico)

A ~

pilar

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j

j

pilor

;;;50cm corteM

d) Perfis incoporados às alvenarias

l

. ench,men1o '

telo envolvendo o perfil tela envolven o O perfil

revestimento

enchimento

revestimento

121

CAPÍTULO9 - Edifíciosde estruturasmetóliccs

Estrutura dos edifícios altos A definição de edifício alto não é muito precisa. Não é apenas a altura que define um edifício como alto, apesar de a Norma alemã considerar alto todo o edifício com mais de sete pavimentos. Um critério mais adequado é o que leva em conta a rigidez do edifício, ou seja, a relação entre sua altura e largura. Segundo esse critério, pode ser considerado alto um edifício em que a relação entre altura e sua menor largura é maior ou igual a 6. Quanto às cargas verticais, nada difere um edifício alto de um não alto a não ser as dimensões dos pilares. A transmissão das cargas verticais ao solo, nos edifícios elevados, pode ser feita pelas seguintes soluções estruturais: a) Vigas principais, secundárias e terciárias com pilares na periferia e ou centrais, com ou sem balanços b) núcleo central e balanços laterais c) colunas externas com vãos livres d) pórtico externo com pisos suspensos e) núcleo central com pisos suspensos f) núcleo central e colunas apoiadas em consoles g) tubular externo h) tubulares múltiplos a) vãos múltiplose

balanços lolerois

b) núcleo central e bolonços lolerois

e) pilares externos com vão lívre

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CAPÍTULO 9 - Edifícios de estruturas metálicas

planta (a)

planta (b)

planta (c)

planta quadrada

mm

grelho

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Q -0,

planto retangular nervurodo

i .:..J d) pórtico externo com pisas suspensos

b) núcleo central com pisos suspensos

l~º e) r.úcleo centro! e pilares apoiados em balanços

A solução (a) é a mais comum. Valem para ela todas as observações feitas no item Critérios para o uso do vigamento, páginas 114 a 117, a respeito da distribuição do vigamento. A solução (b) tem a vantagem de liberar o espaço do pavimento térreo mas conduz a soluções pesadas de fundações. As vigas do piso ficam em balanço, engastadas no núcleo central.

123

CAPÍTULO 9 - Edifícios de estruturas metálicas

O núcleo central pode ser formado por uma estrutura de concreto armado (paredes) ou metálica (conjunto de pilares muito próximos). Do ponto de vista de arquitetura, este núcleo central pode ser usado para a comunicação vertical do edifício. O efeito do vento é absorvido pelo núcleo central, que se comporta como um tubo. A solução (c) permite espaços internos livres de pilares. A solução de vigamento segue as indicações do item Critérios para o uso do vigamento, páginas 114 a 117. O efeito do vento é absorvido pelas paredes externas ou por grandes treliçados colocados nas fachadas. É comum tirar-se partido estético dessa solução de contraventamento.

~ detalhe do nó

A solução (d) permite a liberação de pilares internos no pavimento térreo. Os pisos são apoiados em tirantes fixados em um grandepórtico, cuja altura e largura correspondem às do edifício. A altura desse tipo de edifício fica limitada às deformações máximas toleráveis para os tirantes, que é de 12 pavimentos. O efeito do vento é absorvido como na solução (c). A solução (e) é semelhante à anterior no que se refere ao atirantamento dos pisos, com a diferença que os tirantes são fixados em uma grande viga em balanço executada no topo do edifício. Esse balanço é apoiado em um núcleo central. Para efeito de absorção de vento, valem as observações feitas para a solução (b). A solução (f) utiliza, em vez de tirantes, pilares que se apóiam em balanços intermediários que, por sua vez, saõ fixados no núcleo central. O contraventamento é feito como na solução (b).

CAPÍTULO9 - Edifíciosde estruturas metálicas

Como se pode ver, algumas dessas soluções são muito sofisticadas e incomuns mas podem servir de referência para novas possibilidades. A grande diferença entre a concepção estrutural de um edifício alto e de um não alto é a influência decisiva do efeito do vento. Como já foi visto, a absorção das forças horizontais na estrutura é feita por contraventamentos. Em princípio, as possibilidades de contraventamento são as mesmas já discutidas no item Contraventamento vertical, página 118, ou seja: pórticos rígidos entre vigase pilares, quadros contraventados (treliças verticais) e paredes de concreto, como as das caixas de elevadores e de escadas. Como já comentado, o uso de pórticos rígidos encarece a estrutura, aumentando seu peso final, mas por outro lado tem como vantagem a liberação de espaços. É uma solução que pode ser usada para edifícios com até 30 pavimentos.

Lembrar que, no caso do travamento do edifício por pórticos rígidos, é necessário que os pilares sejam dispostos de forma que sua direção de maior rigidez coincida com a direção de menor rigidez do edifício.

certo

.

.

, . errado

A solução decontraventamento em X é mais econômica, mas pode apresentar interferências insolúveis com a arquitetura. É usada para edifícios com até 40 pavimentos. Quando possível, o uso de paredes de concreto para contraventamento de edifícios altos é uma solução muito interessante, sendo uma alternativa muito econômica aos contraventamentos metálicos em X. Neste caso, deve ser estudado cuidadosamente o cronograma de execução, para que a execução dll,Sparedes não prejudique a velocidade de execução da estrutura metálica.

CAPÍTULO 9 - Edifícios de estruturas metálicos

De maneira geral, qualquer que seja a solução, deve-se ter o sistema de contraventamento disposto de fonna simétrica, para evitar a possibilidade de torção do edifício.

parede com rigide;r: equivalente à da c□ ixa do elevador coixo de elevador

caixa de escada

caixa de elevador

A torção no edifício provoca o aparecimento de es~orços não previstos, principalmente aumento das cargas em alguns pilares.

tração

nos pilares

~

-0-

-0-

-0-

Uma solução atípica de contraventamento e reservadaa edifícios muito altos, acima de 60 andares,é o contraven'3lllentocom os pseudo-tubos.

CAPÍTULO9 • Edifíciosde estruturasmetálicas

Nos edifícios muito altos, a principal preocupação é com os contraventamentos, cujos custos podem atingir 30 a 40 % do custo de toda a estrutura. A solução com pseudo-tubos permite uma significativa economia no cw;to do edifício.

b pseudo-tubo é um conjunto

vigo

de pilares muito próximos que, ligados às vigas do piso, formam um conjunto cujo comportamento é muito próximo ao de um tubo metálico de faces cheias. Pode haver soluções comum único tubo externo ou com tubos dentro de tubos, conforme a altura do edifício.

pilor

elevoçõo

planto

Uma solução que se tem mostrado econômica para edifícios com mais de 100 andares é a de tubos celulares. Esta solução parte da associação de pequenos pseudo-tubos que se articulam formando células.

[I] A quantidade de tubos na célula diminui ao se atingir os andares mais altos.

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li

1:

CAPÍTULO10 As estruturas metálicas e a ação de agentes externos A ação do meio ambiente Um dos fatores que pode pesar contra o uso do aço na construção civil é a ação deterioradora do meio ambiente no material. A deterioração do aço pode ocorrer por molhamento de sua superfície, pela ação da poluição atmosférica (gases do tipo S0 2, entre outros), pelo ataque de ambiente marítimo por cloretos e pela atmosfera agressiva dos ambientes industriais. Caso raro mas possível é a deterioração pelo efeito de um campo magnético. Duas são as maneiras de enfrentar esses problemas. A primeira consiste no tratamento superficial do aço mediante pintura e revestimentosmetálicos, a outra no uso de aços especiais anticorrosivos chamados aços aclimáveis ou patináveis. Os aços aclimáveis são aços de baixa liga e mais resistentes à corrosão que os aços comuns ou aços-carbono. São obtidos pela adição de cobre, principalmente, e de outros componentes como silício, cromo, etc. A resistência à corrosão desses aços é obtida pela criação de uma camada superficial de ferrugem resistente, denominada pátina. Para que a pátina se tome eficaz na proteção à corrosão, são necessários no mínimo dois anos de exposição à atmosfera. A partir desse período, cessa completamente o processo de ferrugem e o aço toma-se protegido. Essa proteção é adequada para a maioria dos ambientes, mas em atmosfera marítima a ação do cloreto prejudica o desenvolvimentoda pátina. O mesmo ocorre em atmosferas altamente poluídas. Nestes casos, deverá ser prevista também a pintura da superfície para aumentar o tempo de proteção. A ferrugem dos aços aclimáveis tem coloração marrom escura que dá à estrutura aparência agradável. Durante os primeiros anos de exposição, durante o desenvolvimento da camada protetora, ocorre o escorrimento da ferrugem, o que pode provocar manchas em outros elementos da obra. Neste caso, recomenda-se pintar as áreas que possam ser atingidas com a mesma cor da ferrugemou usar nesses locais materiais de fácil reposição. Os aços aclimáveis podem, ainda, ser galvanizados, mas esse procedimento é raramente utilizado. Os aços aclimáveis fabricados no Brasil são: o CSN COR (CSN), o COS AR COR e o USI SAC (USIMINAS) e o CST COR (CST). Outra forma de proteção do aço é pelo revestimentometálico de sua superfície.

; 129

CAPÍTULO l

O - As estruturas metálicas e a ação de agentes externos

O processo mais usado é o de revestimento com zinco, que pode ser feito por eletrodeposição ou por imersão, com camadas de diversas espessuras. O processo de imersão, também é chamado de galvanização a fogo. Uma terceira forma de proteger o aço contra a corrosão é a pintura de sua superfície. A proteção por meio de pintura exige permanente manutenção. A freqüência dessa manutenção depende do ambiente ao qual o aço está exposto. As tintas alquídicas, também denominadas esmaltes sintéticos, devem ser utilizadas apenas em interiores e em exteriores não agressivos. As tintas à base de epóxi, ou epoxídicas, são bastante resistentes a agentes agressivos, mas quando aplicadas em exteriores podem sofrer desbotamento. As tintas poliuretânicas e acrílicas são especialmente indicadas para exteriores, pois resistem às intempéries, mantendo cor e brilho originais por longo tempo. Em todas as situações, é necessária a aplicação de uma tinta de fundo, à base de zinco ou de alumínio, também denominada primer. Deve-se evitar demãos com tintas de fabricantes diferentes. Algumas medidas de projeto podem ser tomadas para evitar o desenvolvimento do processo de corrosão. Estas medidas são as seguintes: a) Evitar frestas que possam reter líquido. Quando estas existirem, deverão ser vedadas com solda ou outro produto impermeabilizante. {C) soldo ~~ntínua

(E) soldo por ponto

ou enchimento

corrosão

b) Evitar retenção de água e de poeira sobre os elementos estruturais, dotando-os de furos ou deixando-os em posição favorável ao escoamento da água. (E) retenção de 6gua

furo

(C) de drenagem

akl'&k?fMc>fiiki

(C) membro revemo

D

c) As juntas e os cantos devem ser projetados de fonna que evitem o acúmulo de poeira e permitam a livre circulação de ar, facilitando a secagem da superfície.

CAPÍTULO 1O - As estruturas metálicas e a ação de agentes externos

d) Especial cuidado deve ser dedicado a seções fechadas, do tipo caixão ou tubular. A possibilidade de acesso de umidade ou outros agentes agressivos pode provocar o processo de corrosão interna. Esse tipo de corrosão é especialmente perigoso, pois quando for visualmente percebido já estará em adiantado estado, pondo em risco a estabilidade da estrutura. Para evitar esta situação, esses elementos estruturais deverão ser projetados completamente vedados, usando sempre que possível aço resistente à corrosão. Quando isso não for possível, pode-se lançar mão de secantes, como sílica gel e outros. e) Prever proteção de peças que estejam ao nível de pisos e de solos. Usasc, para tanto, revestimento de concreto. O uso de pinturas nesta situação é pouco eficaz.

perfil

corrosão

perfil

solo

concreto

concrefo

131

CAPÍTULO l O • As estruturas metólicos e a ação de agentes externos

f) O projeto deverá prever livre acesso à manutenção de todas as superlícies da estrutura. Deverá ser prevista uma distância mínima da ordem de 1O cm. Caso contrário, a face junto a outras superfícies deverá ser totalmente agregada a estas.

--..1!+- acesso inadequado i i

para pinlura de manutenção

g) Na obra, os componentes estruturais deverão ser depositados de forma que se evite sua corrosão. Deverão ser empilhados sobre calços de madeira, distantes do solo e inclinados, de forma que evite empoçamento de água. A ação do fogo O resultado mais danoso da exposição do aço ao fogo é a perda de sua resistência com o aumento da temperatura. O aço não chega a fundir, pois sua temperatura de fusão é de aproximadamente l .500ºC, valor superior às temperaturas atingidas em incêndios, da ordem de l.200ºC.

A figura mostra como varia a resistência do aço com o aumento de temperatura. Pode-se notar que até 200ºC a resistência do aço aumenta, caindo a partir daí e chegando a ser metade a SSOºC. 2

4

6

8

deformação (%)

:O

12

CAPÍTULO10 - h, estruturas met61icas e a ação de agentes externos

O desempenho do aço em relação ao fogo depende da relação entre a superfície exposta e a massa do perfil, denominado fator de massividade. Quanto menor a massa em relação à área da superfície, mais rápida será a elevação da temperatura do perfil. Portanto, são favoráveis perfis de grande massa e de pouca superfície externa. O que significa que uma seção quadrada apresenta menor aumento de temperatura que uma retangular. A estrutura pode ser protegida da ação do fogo pelo uso de revestimentos adequados. Os elementos de proteção devem ter baixa densidade, baixo coeficiente de condutibilidade térmica e resistência a choques mecânicos. Normalmente, os materiais pouco densos apresentam baixa condutibilidade térmica de calor. Algumas medidas, se adotadas já no projeto de arquitetura, podem tomarse muito importantes na prevenção de incêndios. Tais medidas podem ser: - Adequada compartimentalização dos ambientes de maneira que evite a propagação do fogo. - Previsão de rotas de fuga que permitam rápida evacuação do edifício. - Previsão de um eficiente sistema de combate a incêndio, como detectores de fumaça e de calor e borrifadores de água (sprinklers). - Comunicação automática e rápida com a brigada de incêndio. - Posicionamento dos elementos estruturais principais de fonna que não fiquem facilmente expostos ao fogo.

A segurança contra incêndio visa proteger a vida humana e o patrimônio, sendo a primeira a maior preocupação. Por isso, dependendo do tipo de ocupação do edifício, as medidas preventivas .podem mudar de caso para caso, tomando-se mais severas nos locais em que seja significativa a quantidade de público e haja maior risco de sua exposição ao fogo, como nos shoppings, lojas, hospitais e assim por diante. Em um incêndio, a fumaça tende a ser pior que o próprio fogo, pois pode causar intoxicação, impossibilitando que as pessoas se defendam. A fumaça também provoca dificuldade de visão, não permitindo a orientação na procura por rotas de fuga. Portanto, o projeto das rotas de fuga deve prever essas questões e garantir que as saídas sejam bem demarcadas e visíveis, mesmo em situações de grande concentração de fumaça. Para tanto, deve-se consultar a norma brasileira NBR 9077. A proteção ao patrimônio visa que a estrutura mantenha-se estável o máximo de tempo possível, para que medidas de combate ao fogo sejam eficientemente ativadas.

CAPÍTULO 1O - As estruturas metólicas e o oçõo de agentes externos

A norma brasileira que trata das estruturas em situação de incêndio, a NBR 14432/2000, prevê tempos de resistência ao fogo de 30 a 120 minutos dependendo do tipo de ocupação do edifício. É óbvio que esses tempos requeridos não têm nada a ver com a vida humana, pois é impossível o ser humano suportar tanto tempo dentro de um incêndio. Para detenninar a adequada resistência ao fogo, usam-se parâmetros para estabelecer o tempo de resistência baseados em um incêndio teórico denominado incêndio-padrão, que tem condições diferentes das encontradas no incêndio real, também denominado incêndio natural. Enquanto no incêndio natural a temperatura começa a baixar após a extinção de todo o material combustível, no incêndio-padrão considera-se a temperatura sempre ascendente ao longo do tempo. As temperaturas atingidas nos incêndios reais dependem dos seguintes fatores: -A quantidade e localização dos materiais combustíveis, denominadas carga de incêndio, que é medida em Joules por m2 ou em kilogramas de madeira equivalente. -A taxa.de combustão dos materiais; - As condições de ventilação, dadas pelas aberturas; - A geometria dos compartimentos; - As propriedades térmicas das vedações. A severidade de um incêndio real é medida pela norma considerando como referência um incêndio-padrão, e em termos de Tempo Requerido de Resistência ao Fogo (TRRF), estabelecido em minutos, que na Norma Brasileira, como já foi dito, varia de 30 a 120 minutos. São consideradas as piores situações que podem ocorrer em um incêndio real.Na proteção específica dos elementos estruturais, podem ser usadas as mais diversas alternativas. A opção por uma ou algumas delas deve sempre levar em conta as exigências de tempo de resistência ao fogo, assim como custos e resultados estéticos. Quando a arquitetura não prevê estrutura aparente, as medidas podem ser as seguintes: 1. Estrutura metálica do piso imersa na estrutura de concreto. Neste caso, as vigas são projetadas de maneira que sejam contidas dentro da espessura das lajes. 134

CAPÍTULOl O - As estruturas metálicas e a ação de agentes externos

Neste caso, é comum usar vigas de chapas soldadas com seção assimétrica, nas quais a mesa inferior é maior que a superior, para melhor apoio da laje. Aqui a estrutura de concreto comporta-se como elemento de proteção para o aço. Esse tipo de proteção pode garantir até 60 minutos de resistência ao fogo, se a face inferior da mesa inferior também for protegida. Essa solução é utilizada para vãos entre 6 e 9 m, nos quais outros tipos de proteção podem ser danificados pelo uso. Essa solução traz como benefício colateral menor espessura estrutural. 2. Pilares embutidos nas alvenarias. Neste caso, os pilares são envolvidos pelos elementos de alvenaria ou mesmo colocados em suas reentrâncias, podendo-se obter, dessa forma, resistência de até 60 minutos. 3. Estrutura revestida com argamassas projetadas; Argamassas de cimento e gesso, contendo fibras minerais, vermiculita expandida entre outros agregados leves, constituem-se em proteções bastante eficientes, podendo alcançar, dependendo da espessura da camada aplicada, até 240 minutos de resistência ao fogo. Essas argamassas são normalmente aplicadas por jateamento, acomodando-se facilmente às formas dos perfis. Como contrapartida, esse jateamento provoca sujeira e aspecto não muito agradável à superfície dos elementos estruturais, razão pela qual estes são normalmente revestidos. Esse processo exige equipamentos especiais. 4. Estrutura revestida com placas e mantas São usadas placas de gesso, vermiculita e fibras minerais, materiais semelhantes àqueles jateados. Aqui na forma de placas. As placas cte·gesso e vermiculita são rígidas, mas de aparência agradável. As de fibras minerais são moles. Já as mantas são flexíveis, podendo amoldar-se em formas mais complexas. Esse tipo de revestimento, dependendo da espessura, pode alcançar até 240 minutos de resistência ao fogo. Sua aplicação, feita a seco, não provoca sujeira. O resultado final é esteticamente agradável. Quando o projeto de arquitetura prevê estrutura aparente outras medidas devem ser tomadas. Quando deixados sem qualquer proteção perfis H e I podem resistir apenas 15 minutos. Em elementos estruturais pouco solicitados, como vigas em que o dimensionamento foi definido pelos limites de deformação, ou ainda para vigas muito largas, pode-se alcançar 30 minutos de resistência. Os contraventamentos, como são pouco solicitados, podem ser considerados como resistentes a 30 minutos. Em algumas situações, a própria Norma permite que se deixe de verificar a resistência ao fogo, permitindo que essas estruturas possam permanecer aparentes, sem qualquer tratamento especial.

CAPÍTULO l O - As eslrutvras metálicas e a ação de agentes externos

Esses casos são: 1. Edificação qualquer com área inferior a 750 m2 ; 2. Edificação com área inferior a 1500 m2, desde que a carga de incêndio seja inferior a 1.000 MJ/m2 e não tenha mais que dois pavimentos; 3. Centros esportivos e terminais de passageiros com altura inferior a 23 m; 4. Garagens abertas com altura menor que 30 m; 5. Edifícios térreos com qualquer área, desde que sejam protegidos por borrifadores de água. Para maiores detalhes ver a Norma NBR 14432/2000. Um tipo especial de aço resistente ao fogo, já disponível no Brasil, o USI FIRE 350 da Usiminas, pode ser uma alternativa para o uso de estruturas aparentes. Outras medidas podem ser usadas para permitir o uso de estrutura exposta: 1. Seções em H ou I preenchidas com concreto. Se for armado, a proteção dada pelo concreto pode chegar a 120 minutos de resistência ao fogo. Essa solução pemúte também, um aumento na capacidade de carga do pilar, tornado-o um pilar misto. O enchimento com concreto pode ser feito previamente, antes da montagem do pilar. 2. Nas seções tubulares circulares, quadradas ou retangulares a relação entre o perímetro exposto e a área de seção transversal é mais baixa que nos perfis H, também utilizados em pilares. Como o aumento da temperatura no elemento estrutural é proporcional à relação entre o perímetro exposto e a área da seção transversal, parâmetro denominado ~dice de Ma,;;sivi~ade (IM), conclui-se que as seções tubulares são naturalmente mais resistentes ao fogo. 3. O preenclúmento de seções tubulares com concreto, ou até com água, são outras alternativas de proteção. A água absorve o calor antes do aço, fazendo com que a sua temperatura suba mais devagar, aumentando o tempo de resistência ao fogo. No caso de preenchimento com concreto, pode-se ainda tirar proveito do uso de pilar misto, aumentado a capacidade de carga do pilar. Com esse sistema, pode-se alcançar até 120 minutos de resistência ao fogo. 4. Uso de resina intumescente. Esse tipo de resina tem a propriedade de, à temperatura de 150 ºC, liberar gases que a fazem aumentar de volume, criando wna proteção ao elemento estrutural.Podem alcançar altíssimo nível de proteção, tendo por outro lado um custo muitas vezes proibitivo. Para resistência entre 30 e 60 minutos podem ser competitivas. 4. Estruturas externas ao edifício podem exigir menor proteção, ou mesmo serem deixadas sem proteção, desde que se compro,veque o fogo não tenha possibilidade de alcançá-la através de aberturas próximas.

CAPÍTULO 1O - As estruturas metálicas e a ação de agentes externos

Essa questão pode ser resolvida já no projeto de arquitetura. Outras providências de projeto podem ajudar a proteger a estrutura contra a ação do fogo, tais como evitar que o fogo atinja os elementos estruturais, afastando-os das aberturas. Grosso modo, esse afastamento deve estar a mais de 1,5 m de aberturas por onde o fogo possa penetrar, e assim por diante.

proleção d9 petfil

1~7

CAPÍTULO11

Consumo médio de aço nas diversas aplicações Este capítulotem como objetivo fornecer informaçõesque possam ser úteis na previsão e avaliação do consumo de material nas estruturas metálicas. É importantesalientar que os valores aqui fornecidospodem ser alterados em função de características especiais de cada pojeto.

Mezaninos Supõe-se sobrecarga entre 300 e 500 Kgf/m2• - qualquer área, consumo de 35 a 45 kgf/m2 de aço

Edifícios Supõem-se vãos entre 6 e 8 m. - até 3 pavimentos: consumo de 25 a 45 kgf/m2 de aço - de 3 a 10 pavimentos: consumo de 40 a 45 kgf/m2 de aço

Galpões Supõe-se pé-direito de 6 m. - vão de 10 a 12 m: consumo de 1Okgf/m2 de aço - vão de 12 a 15 m: consumo de 12 a 14 kgf/m2 de aço - vão de 15 a 20 m: consumo de 14 a 18 kgf/m2 de aço - vão de 20 a 30 m: consumo de 18 a 22 kgf/m2 de aço - vão de 30 a 40 m: consumo de 20 a 25 kgf/m2 de aço Nos galpões na forma de arco prever consumo 10 % a menor.

Treliças espaciais - módulo de 20 x 20 m: consumo de 18 kgf/m2 de aço - módulo de 25 x 25 m: consumo de 20 kgf/m2 de aço - módulo de 30 x 30 m: consumo de 25 kgf/m2 de aço

PARTE li

CAPÍTULO 1

Um pouco de história do concreto armado É interessante notar que, como não raro ocorre em outras áreas do conhecimento humano, os inventores da argamassa reforçada com aço, precursora do concreto armado, não eram ligados à execução de edificações. Joseph Louis Talbot e Joseph Monier, quase concomitantemente, em 1855 e 1861 respectivamente, usaram essa técnica. O primeiro na execução de estruturas de barcos e o segundo na confecção de vasos para plantas. O uso de concreto armado em vigas foi feito, pela primeira vez, pelo inglês Wilkson, ainda usando métodos empíricos no seu dimensionamento. O primeiro a racionalizar a teoria do concreto armado foi o americano Thaddeus Hyatt, em 1877, já preconizando o uso de estribos e barras dobradas nas vigas para combate aos efeitos de cisalhamento. Em 1902 o professor Emil Morsch, da Universidade de Stuttgart. na Alemanha, publica uma descrição em bases científicas e fundamentadas do comportamento do concreto-ferro; partindo dos resultados de ensaios, desenvolveu a primeira teoria realista sobre o dimensionamento de peças de concreto annado. Inicialmente usava-se a expressão concreto-ferro. A partir de 1920 foi introduzida a expressão concreto armado, denominação mais adequada, já que o material de reforço é o aço e não o ferro. Conceitos O concreto armado não é apenas a mistura de concreto com aço. O concreto armado não é concreto e aço, mas um terceiro material resultante da forte ligação desenvolvida entre o concreto e o aço. Essa forte ligação recebe o nome de aderência, que se dá por meios mecânicos (atrito) e pelo efeito colante propiciado pelo cimento. Uma analogia interessante, criada pela professora Maria Amélia, da FAUPUCAMP, compara o concreto armado ao café com leite; uma bebida que não é a simples mistura de café e leite, mas sim uma terceira, onde café e leite são indissociáveis. Assim o concreto armado não é a simples associação de dois materiais: concreto e aço, mas sim um terceiro material: o concreto armado. Os materiais componentes a) O concre1o O concreto é uma mistura controlada de materiais que criam volume, denominados agregados, e de material colante, chamado aglomerante. Os agregados mais comuns são a areia e a pedra. O aglomerante é o cimento. O efeito de cola produzido pelo cimento se dá na presença de água.

CAPÍTULO 1 - Um pouco de história do concreto armado

Portanto, o concreto comum é um material composto de cimento, areia, pedra e água. As características do concreto são dadas pela proporção entre esses materiais. Essa proporção é denominada traço. Outros elementos podem ser adicionados para se alterar determinadas características dessa mistura básica. A adição de sílica ativa, um material extremamente fino que pode ser comparado às partículas encontradas na fumaça do cigarro, aumenta em até oito vezes a resistência do concreto nonnalmente utilizado nas estruturas mais comuns. A sílica pode diminuir os vazios capilares que ocorrem no concreto, resultando em um material mais impermeável e portanto mais durável. Esse tipo de concreto é conhecido pela sigla CAD, que significa concreto de alto desempenho. Infelizmente o aumento da resistência do concreto é acompanhado por redução da ductilidade, propriedade importante nos materiais estruturais. Materiais dúcteis apresentam grandes deformações antes de romper, denunciando problemas na estrutura. Outros aditivos podem ser adicionados, visando alterar algumas características iniciais, como melhora na plasticidade da massa, aumento na resistência inicial, retardamento na pega e assim por diante. O uso desses aditivos deve ser sempre muito criterioso pois mal usados, podem prejudicar o concreto, alterando drasticamente sua resistência. Nos concretos comuns, para uma determinada relação entre agregados (traço), a resistência do concreto é dada pela proporção entre água e cimento (medida em volume), parâmetro denominado relação água-cimento. Um concreto com pouca água é mais resistente pois apresenta menos vazios, em compensação é de difícil trabalhabilidade. Um concreto com muita água toma-se mais fácil de ser manuseado, porém perde muito de sua resistência. Uma relação água-cimento que mantém boa trabalhabilidade e resistência encontra-se entre 0,5 e 0,65, ou seja, 50% a 65% de volume de água em relação ao volume de cimento. A resistência do concreto é medida em ensaios de compressão realizados em corpos de prova padronizados. O corpo de prova padrão é um cilindro que tem 15 cm de diâmetro e 30 cm de altura. O ensaio é feito com carga aplicada no eixo do cilindro. A figura mostra a forma de ruptura do corpo de prova.

CAPÍTULO 1 • Um pouco de história do concreto armado

A resistência que serve como parâmetro para o cálculo de estruturas de concreto é aquela medida em corpos de prova com 28 dias de idade. Esta resistência recebe a denominação fc28. A resistência de projeto depende da resistência fc28 e recebe a denominação fck ou resistência característica. A unidade normalmente usada é MPa (megapascal; 1 MPa = 10 Kgf/cm::?). Hoje em dia, a resistência do concreto usado nas edificações mais comuns é a fck = 20 MPa, ou 200 kgf/cm 2• A resistência à tração também pode ser determinada mediante ensaios de corpos de prova. Este tipo de ensaio, em vez de ser feito com a aplicação da carga paralela à geratriz do cilindro, é feito com uma carga aplicada perpendicularmente a essa geratriz. Dessa forma, o cilindro rompe-se no plano médio, por tração. É importante lembrar que o procedimento para medir tração no concreto foi criado por um brasileiro, o eng. Lobo Carneiro. A partir de resistências de 50 MPa, o concreto é considerado CAD, podendo atingir com a tecnologia atual e de forma economicamente viável resistências de até 160 MPa. A relação entre a resistência fck de projeto e da ruptura aos 28 dias do corpo de prova, fc28, depende do controle na execução e aplicação do concreto na obra e é estabelecida pela Norma Brasileira. NBR 12655. Grosso modo, o valor fck é da ordem de 75% do fc28. O concreto, por suas características, é um material que apresenta grande resistência à compressão e baixa resistência à tração. A resistência à tração é da ordem de 1/1O da resistência à compressão. O concreto pode ser obtido por mistura na obra ou em usina. O concreto usinado, apesar de ter um preço mais alto, possui maior confiabilidade, já que a mistura é feita dentro de critérios rigorosos. O concreto apresenta alguns tipos de deformações que são intrínsecas ao próprio material e que podem independer da aplicação de cargas externas. Entre essas deformações estão a retração, a dilatação térmica e a deformação lenta. A retração é o fenômeno de diminuição do volume de concreto que ocorre durante sua cura (endurecimento). A perda rápida da água durante a secagem pode provocar grandes retrações. É recomendável, para minimizála, manter o concreto úmido durante o processo de cura. O concreto deve permanecer umedecido pelo menos durante os três primeiros dias após o lançamento. Para isso, é comum o procedimento de aspergir água sobre a superfície de concreto, tomando o cuidado de não lavar o cimento. Concretos com alta relação água-cimento possuem muitos vazios e em conseqüência maior possibilidade de retração. Portanto, muita atenção deve ser dada a esse fator.

145

CAPÍTULO 1 - Um pouco de história do concreto armada

Armações estrategicamente colocadas também ajudam a minimizar esse fenômeno. É o caso da armação denominada armaçãode costela usada nas vigas com altura maior ou igual a 60 cm.

corleM

onnoçõo de costela

Outra deformação intrínseca é a causada pela variação térmica. A deformação térmica ocorre como em qualquer outro material; o concreto tende a aumentar de volume com o aumento de temperatura e a diminuir com a sua diminuição. O aumento ou diminuição de volume numa peça de concreto armado pode gerar esforços não previstos para as cargas normais. situação com variação de temperoturo

situação origino!

t > to

1 = IO

1

1.

Í:,. 1

!:,.=aumento do comprimento da peça causado pela variação do temperatura, se a peço pudesse se deformar livremente

C=compressão cousada pelo aumento de temperatura decorrente do impedimento de deformação nos apoios

O efeito da dilatação térmica pode ser desprezado na estrutura de concreto quando são previstas juntas de dilatação que permitam a livre movimentação da estrutura. A norma brasileira recomenda a execução de uma junta de dilatação·a cada 30 m.

146 ,

CAPÍTULO l - Um pouco de história do concreto armado

A figura a seguir mostra as possibilidades de execução de juntas. O 12 tipo é mais comum. lªtipo junto com dois pilares

11 1111F junta de 2 cm ,1,--

T junto de 2 cm 2Qtipo junto com console nos vigas

li

11 1F

Toda peça de concreto armado sofre deformação logo após ser submetida a um carregamento. Este tipo de deformação é chamado de deformação imediata. Acontece que, mesmo sem acréscimo de carga, o concreto continua a se deformar ao longo do tempo; é a chamada deformação lenta, podendo após cinco anos haver ainda deformações mensuráveis. A defonnação lenta pode atingir valores cinco vezes maiores que a deformação imediata. Muitas vezes essa é a causa de fissuras que aparecem, de repente, nas paredes de edifícios após alguns anos de uso. A quantidade de vazios na massa de concreto é de novo, a causa da maior ou menor deformação lenta. Por isso, maior atenção ainda se deve dar à relação água-cimento e ao processo de cura. Outro fator do qual depende a deformação lenta é a idade do concreto na época do seu carregamento. Concretos carregados precocemente apresentam maiores defonnações lentas. Daí, a nonna recomendar que a desforma da estrutura ocorra a partir dos 21 dias. Como curiosidade, é interessante dizer que concretos carregados após 1,5 ano de vida quase não apresentam deformação lenta, situação impossível de ocorrer na prática.

b) O a~o O aço é um material industrializado, uma liga em que os compon~nt.t:s principais são o ferro e o carbono. A quantidade de carbono na liga tem forte influência sobre suas características. Um aço com grande quantidade de carbono apresenta grande resistência mas pouca ductilidade; é um material quebradiço e não serve para uso estrutural. O aço estrutural deve ser razoavelmente deformável, para que possa avisar, através de sua grande deformação, quando estiver solicitado acima do previsto.

147

CAPÍTULO 1 - Um pouco de história do concreto armado

O aço utilizado nas estruturas de concreto armado se apresenta em forma de barras cilíndricas, com diâmetros variáveis. A especificação das barras de aço se faz através do seu diâmetro, medido em milímetros. São comuns barras de aço com diâmetros que variam de 2 mm a 40 mm. As barras de aço utilizadas no concreto armado são identificadas pela sigla CA, de concreto armado. A resistência das barras de aço é medida em ensaios de tração. Não interessam, no dimensionamento do concreto armado, tensões no aço superiores à sua tensão de escoamento. Tensão de escoamento é aquela que faz o aço sofrer grande deformação sem significativo aumento de tensão. A resistência das barras de aço é identificada pelos números 24, 50 e 60, que indicam as tensões de escoamento de cada tipo. Assim uma barra de aço identificada com a sigla CA 50 significa uma barra de aço para ser usada em concreto arma.do e que apresenta uma tensão de escoamento igual a 50 kgf/mm 2 ou 5.000 kgf/cm 2 • Hoje usamos, quase exclusivamente, aços dos tipos CA 50 e CA 60. Como ocorre com os demais materiais, a resistência do aço é obtida em ensaio de corpo de prova. No caso do aço, o ensaio é por tração. O gráfico mostra o resultado típico do ensaio de tração do aço.

a

aço tipo A

ar i----------=-

u = lensão aplicado ue = tensão de escoamento

ur = ter.são de ruptura ur = tensão aplicado

Ge

1--------,-

= E= módulo de elasticidade E = Íà. = deformação específico tga

l

E=à l

(deformação por unidade de comprimento)

O patamar quase horizontal identifica a posição onde o aço entra em escoamento. Alguns tipos de barras de aço, pela forma com que são fabricadas (laminadas a frio), não apresentam o patamar de escoamento tão definido. A tensão de escoamento é definida em função de uma deformação permanente convencional igual a 0,2%. aço tipo B

Ep = defonmação penmanente convencional

2

= 10O

a

CAPÍTULO l - Um pouco de história do concreto armado

Para distinguir um aço do outro, usa-se as letras A e B, respectivamente com e sem patamar de escoamento. Assim, pode-se ter aços do tipo CA 50 AeCASOB. Como foi dito, para que de fato exista o concreto armado, é fundamental a forte ligação entre o concreto e o aço. A essa ligação dá-se o nome de aderência. A aderência é obtida por colagem com o cimento ou por efeitos mecânicos, como o atrito entre o concreto e o aço. Barras com saliências em sua superfície apresentam maior aderência. A transmissão dos esforços de tração do concreto para as barras de aço é descontínua. A força de tração transmite-se ao longo de um determinado trecho da barra e de maneita crescente, de uma tensão nula até aquela que provoca a ruptura por tração do concreto. Após essa primeita ruptura, iniciase o processo novamente até acontecer outra ruptura, e assim sucessivamente. T = esforçode tração na barro

T

barra de aço

Esse processo de transmissão da tração do concreto para o aço faz com que toda estrutura de concreto armado apresente pequenas fissuras. Cabe ao projetista da estrutura fazer com que as aberturas dessas fissuras fiquem dentro de limites aceitáveis, de maneira que não haja degradação nem do concreto nem da armação e que os modelos matemáticos de dimensionamento permaneçam válidos. Um procedimento para diminuir a abertura das fissuras é o uso de armações mais numerosas e de diâmetros menores. Com isso, a peça apresenta um número maior de fissuras mas com aberturas bem menores. O que é mais desejável. As armações não são usadas exclusivamente para absorver as trações a que o concreto não resiste; podem ser usadas, também, para aliviar as tensões de compressão no concreto, como ocorre principalmente nos pilares. Em algumas vigas muito solicitadas a compressão pode-se também usar armação para aliviar as tensões. Neste caso, as vigas recebem a denominação de vigas duplamente• armadas, com armações para absorver tração e compressão.

- l 4Q

CAPÍTULO 1 • Um pouco de história do concreto armado

ormoçõo \ para compressão

armação para tração

As estruturas de concreto armado geralmente são dimensionadaspara que

não se atinja o denominado estado limite último, situação em que a peça de concreto armado sofre ruptura do concreto a compressão ou deformação plástica excessiva do aço ou, ainda, instabilidade. Outras condições podem também limitar o uso da estrutura antes que se atinja o estado limite último. Quando apresenta exageradas aberturas de fissuras ou grandes deformações a estrutura pode ser condenada para uso. É o chamado estado limite de utilização. Conclui-se que não é condição suficiente a estrutura resistir, mas é necessário também que ela não apresente deformações ou fissurações acima de determinados limites estabelecidos por Norma. Em princípio, pode-se achar que para evitar a ruptura de uma peça de concreto armado basta a colocação de muita armação. Essa idéia é errada e pode resultar numa situação catastrófica.A estrutura excessivamentearmada pode não apresentar problemas de fissuração, entretanto a ruptura pode se dar por excesso de compressão no concreto. Essa situação é bastante perigosa, já que o concreto, próximo à ruptura, não apresenta deformações visíveis, isto é, não dá aviso. Essa situação deve ser terminantementeevitada. Uma peça assim armada recebe o nome de peça superarrnada.A peça de concreto armado deve possuir uma quantidade de armaçãotal que possibilite que seu eventual colapso se dê por tração na armação. Como foi visto, o aço apresenta um estado plástico de deformaçãolongo. Quando solicitadoacima do limite, o aço se deforma muito, provocando na peça de concreto armado grandes fissuras que denunciam a possibilidade de colapso. Este tipo de ruptura chama-se ruptura com aviso, e a peça assim armada chama-se peça sub-armada.É a situação desejável.Logicamente, coeficientesde segurança são aplicados para que nunca se chegue a esta situação. Mas se, por alguma razão. chegar-se a ela, tem-se um fator de segurança a mais: o aviso dado p~las fissuras de que a estrutura está prestes a entrar em colapso.

, rr,

CAPÍTULO 2 Sistemas estruturais de concreto armado Lajes maciças A laje maciça é uma placa de concreto rumado cujo plano geralmente é horizontal, podendo algumas vezes apresentar pequenas inclinações. como quando utilizadas em coberturas. As lajes podem ser apoiadas em vigas locadas no seu contorno ou podem apoiar-se diretamente sobre os pilares, sem vigas intermediárias, quando recebem o nome de laje cogumelo. Este último caso terá seu estudo específico mais adiante. Este capítulo trata das lajes maciças apoiadas em vigas periféricas. Comportamento O comportamento real de uma laje maciça é razoavelmente complexo. Por isso utiliza-se um modelo mais simplificado que pennite boa aproximação com a realidade, resultando em cálculos mais simplificados e em compreensão mais fácil do fenômeno.

v, .,. ····-·-··-·-·····-·········---···-··-·-· -- i

Imagine a laje maciça, em que L é o vão maior e l o menor. Em princípio, adota-se como vão da laje a distância entre os eixos das vigas que a apóiam.

·--t 1

:~

i

'>

V2

1

-..:r 1

1

················-------·•········--·····--·--fL

Imagine ainda que a laje possa ser dividida em dois conjuntos ortogonais de fatias, de largura unitária, por exemplo 1 metro.

~

l unidade

151

CAPÍTULO 2 - Sistemas estruturais de concreto ormado

Escolham-se duas fatias quaisquer. Imagine que essas fatias possam ser subtraídas da placa, para que se possa analisar o que ocorre entre elas quando carregadas. É óbvio que cada fatia irá receber urna determinada parcela da carga sobre a laje. Sob a ação destas cargas as fatias se defonnam, mostrando a ocorrência de momento fletor. No ponto de encontro das fatias, as deformações devem ser as mesmas, já que pertencem à mesma laje. Sabe-se ainda que a deformação que cada fatia sofre é proporcional à intensidade de esforço, no caso flexão, que atua sobre ela. A fatia de vão maior, por ser menos rígida, necessita menos esforço (momento fletor) para se deformar da mesma quantidade da fatia de vão menor, mais rígida. Portanto, as fatias que se encontram na direção do menor vão da laje são mais solicitadas do que as que se encontram na direção do vão maior. Isto nos leva a concluir que a laje, nestas condições, é mais solicitada no seu vão menor. Neste caso, as armações que absorvem os esforços de tração decorrentes da flexão da laje são maiores na direção do menor vão e menores na direção do maior vão. O resultado acima pode ser conflitante com nossa intuição. Como o vão menor é mais solicitado que o vão maior? De fato, se as duas fatias fossem independentes, não pertencessem à mesma laje e fossem igualmente carregadas, a fatia de maior vão seria mais solicitada. Isso não se verifica quando fatias pertencerem à mesma laje, pelo fato de que elas devem apresentar, obrigatoriamente, no ponto em que se cruzam, a mesma deformação. Tudo se passa como se a fatia do vão menor não deixasse a do vão maior deformar tudo que quisesse, funcionando como se fosse apoio desta, aliviando-a e se sobrecarregando, tomando-se portanto mais solicitada

~--------+-------4-

~IA

L>l

61= 62

--,~

M: 2 x 2,5

---+

laje armada numa só direção

Sabendo, pela relação entre seus vãos, que se trata de uma laje armada ~m uma só direção, e que portanto a armação principal é paralela à direção · que se vai fazer o rasgo para a passagem da escada, pode-se concluir que a laje nada sofrerá, pois com o rasgo será eliminada apenas uma fatia da laje. As demais continuarão trabalhando normalmente. Se a laje fosse armada em cruz, a execução do rasgo deveria ser melhor estudada. Neste caso, deve-se prever reforços no contorno do furo para evitar danos à laje, já que sempre se estará interrompendo armações importantes, numa ou noutra direção.

em

vazio a ser aberto 1

armação principal interrompida

6,0 m

·H 3.0t1

~

---1 __

!-.,,!

~ ~

1.5_ VÃO EM MElROS• L

o

6.0

12.0

18.0

24.0

5;0

7_-5

,

30.0

36.0

42.0

48.0

54.0

60.0

48.0

54.0

60.0

ESPESSURA EM CM - T 9.0 1

1o.o

PARABOLOIDE HIPERBÓLICO CONCREIO

1.s:~ ------:--..:......----1----~-_;__'

~ 3.0

~------'-

~ VÃO EM METROS •L

o

6.0

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l B.O

24.0

30.0

36.0

42.0

Viga balcão Chama-se viga balcão aquela cujo eixo sai fora do plano vertical. Esse tipo de viga além dos esforços próprios das vigas, apresenta também momento de torção.

CAPÍTULO 8 • Outros sitemas esiruturais de concreto

Por isso, as seções das vigas balcão devem ter fonna adequada para a absorção dos esforços de torção, ou seja. as larguras das vigas desse tipo são maiores do que as das vigas mais comuns.

seção da viga

b=~-

h 2

Viga caixão Valem as mesmas observações feitas na página 98 da primeira parte deste livro.

PARTE Ili

ESTRUTURASDE MADEIRA.,

CAPÍTULO1 Um pouco de história São poucos os exemplos de estruturas antigas de madeira que sobreviveram à deterioração natural do material e a incêndios. Isso prejudica uma visão mais completa da história do uso da madeira em estruturas. Entretanto, este material foi, sem dúvida, o pioneiro. Por ser natural e possuir dimensões adequadas e estar próxima do usuário, a madeira era preferida em relação a outro material tão antigo quanto ela, a pedra Relatos de historiadores, como Vitrúvio, e os poucos indícios que resistiram ao tempo mostram que a madeira era muito usada pelos egípcios e gregos; principalmente por se adequar bem às exigências estéticas desses povos, que preferiam as linhas retas nos seus edifícios em lugar das linhas curvas proporcionadas pelos arcos e cúpulas de pedras. As execuções das primeiras estruturas de madeira eram orientadas por conhecimentos empíricos. Só a partir do século XVill, com o desenvolvimento de teorias sobre a resistência dos materiais, é que as construções de madeira passaram a ter um dimensionamento mais próximo da realidade, permitindo estruturas mais leves e com possibilidade de vencer grandes vãos. As primeiras estruturas eram constituídas apenas de vigas retas, o que limitava a possibilidade de vãos. A necessidade da ampliação dos vãos, para a execução de pontes e de grandes coberturas, fez com que as vigas retas fossem substituídas por treliças. As primeiras treliças usadas em grandes vãos foram executadas pelos romanos. Os japoneses usaram muita madeira na execução das coberturas de seus edifícios, movidos inclusive por motivos místicos. Curiosamente, nenhuma obra antiga ficou. Isso se deve ao costume que esse povo tinha de desmontá-las e reconstruí-las periodicamente. As obras japonesas que utilizam a madeira conhecidas hoje são reconstruções mais recentes de obras antigas, mas que mantêm as formas e dimensões das obras originais. O uso de estruturas de madeira convenientemente dimensionadas, usando teorias mais evoluídas da resistência dos materiais, começa a ocorrer no Brasil a partir da primeira metade do século passado, maisprecisamente a partir da exposição do Centenário da Independência, em 1922, no Rio de Janeiro. O alto custo do aço, na época totalmente importado, permitiu um abundante uso da madeira em obras nas quais hoje prevalece o aço, como indústrias, hangares, ginásios de esportes, entre outros.Mesmo sendo responsável por 20% do total mundial das reservas florestais, o Brasil não possui um desenvolvimento tecnológico capaz de sustentar seu uso .em escala, usando ainda muita madeira natural, enquanto na Europa é comum utilizar nas estruturas madeira reciclada.

CAPÍTULO l - Um pouco de história

Nos países escandinavos, a construção de madeira chega a representar 80% do total. Pode-se, em princípio, achar que o uso de madeira na execução de edificações é um risco para o meio ambiente. É uma visão estreita do problema. A questão não é o uso em si mas como é praticado. Sabe-se que toda floresta precisa de constante renovação. Árvores antigas e de grande porte prejudicam o desenvolvimento das pequenas mudas que brotam sob sua copa. Isso impede que elas cresçam, não permitindo o rejuvenescimento geral da floresta. A exploração consciente e adequada da madeira pode representar um aspecto positivo do ponto de vista ecológico, permitindo o uso indefinido deste material de construção que, comparado aos demais, apresenta a importante característica de ser permanentemente renovável. Resultados de um estudo feito na Suíça, no qual uma mesma tipologia de edifício foi executada com diversos materiais de construção, mostram que a madeira é o material de construção que menos energia consome para produzir o edifício. Os resultados obtidos nesta experiência mostram o seguinte: · Construção de alumínio: 160 unidades; · Construção de aço: 16 unidaqes; · Construção de concreto armado: 6 unidades; • Construção de madeira: 1 unidade. Outras possibilidades podem ser exploradas para reduzir ainda mais o impacto do uso desse material no meio ambiente. É o caso do uso de madeira de reflorestamento. Convenientemente selecionada e mediante a formação de florestas constantemente replantadas, a madeira de reflorestamento constitui uma fonte economicamente viável e inesgotável de matéria-prima para a construção. Por exemplo, o eucalipto, hoje relegado a segundo plano, é uma das madeiras que apresenta apreciável potencial construtivo. O Brasil, com todo o potencial de madeira que possui, encontra-se distante das aplicações existentes na Europa, Estados Unidos e Canadá, onde são comuns estruturas de madeira vencendo grandes vãos, em pontes, ginásios e até em edifícios verticalizados, com 17 andares. Uma das mais importantes construções de madeira do mundo é a Usina de Processamento de Lixo de Viena, na Áustria, com 170 metros de diâmetro, 67 metros de altura e 85 metros de vão. Outra grande construção de madeira é o Ginásio de Hóquei em Selb-Oberfranken, na Alemanha, com 73 metros de vão central, apoiado em estruturas com 59 metros de vão, cuja capacidade é de 4.800 expectadores, em uma área de 4.000 m 2•

CAPÍTULO 2

Características biológicas da árvore A figura abaixo mostra o corte transversal do tronco de uma árvore. Notamse, neste corte, três partes distintas e bem definidas, com características e funções diferentes: a parte mais central, denominada medula, uma externa, denominada lenho e uma terceira mais externa, denominada casca. A medula é constituída de uma parte morta da árvore, apresentando-se normalmente deteriorada e sem interesse de aplicação, necessitando ser removida quando do beneficiamento do tronco. O lenho é composto de duas partes: o cerne e o albumo ou branco. O branco é uma parte mais mole onde se localizam as células vivas que conduzem a seiva. O cerne é constituído de células inativas, tem uma cor mais escura e maior resistência que o branco. A madeira do cerne é a mais indicada para uso estrutural; no entanto, por urna questão de economia, o branco também é utilizado, exigindo cuidados especiais no seu emprego, principalmente quanto à possibilidade de deterioração, já que apresenta grande quantidade de seiva, alimento principal de organismos deterioradores da madeira. As células são anualmente acrescidas ao tronco na forma de anéis. Células de coloração mais clara crescem na primavera e as de coloração mais escura no outono. Esses anéis formados pelas células são denominados anéis de crescimento e mediante a sua contagem é possível determinar a idade da árvore. A casca, ainda, não apresenta aplicação na construção civil, pelo menos de fonna direta, devendo a casca ser sempre removida para melhor secagem do tronco.

olbumo ou bronco

cerne

A estrutura, resistência e peso específico das árvores estão relacionados com as regiões onde se reproduzem e crescem. Nas regiões tropicais e quentes, as madeiras são em geral duras, escuras e pesadas. Nas regiões temperadas, são mais claras e não tão duras e pesadas. Nas regiões frias, são mais esbranquiçadas, fibrosas e mais leves, mas nem por isso menos resistentes.

CAPÍTULO 3

Características físicas da madeira Anisotropia Um material é dito aniso trópico quando não apresenta as mesmas características físicas em todas as direções. A madeira, por ser formada de fibras que se orientam longitudinalmente ao tronco, apresenta, na direção dessas fibras, características muito diferentes das que se observam na direção normal a elas. A mais evidente dessas diferenças se refere à resistência à tração e à compressão, facilmente verificável. l

onisotropio do madeiro

T

l: longitudinoi R: radial T: transversal

Umidade É uma característica importante no que se refere à aplicação da madeira. O grau de umidade é medido pela relação entre o peso da água contido numa amostra e o peso dessa mesma amostra seca em estufa. Madeiras muito úmidas ou muito secas podem ser inadequadas ao uso. Retração Retração é a alteração nas dimensões da peça provocada pela perda ou ganho de umidade. A maior alteração ocorre na direção transversal às fibras, sendo praticamente desprezível na direção longitudinal.

Dilatação térmica Por ser material anisotrópico, a madeira apresenta coeficientes de dilatações diferentes nas diversas direções. O coeficiente na direção perpendicular às fibras chega a ser da ordem de 20 vezes ao da direção longitudinal. Isto implica dizer que as dilatações térmicas perpendiculares às fibras são bem maiores que ~uelas paralelas às fibras.

CAPÍTULO 4

Defeitos da madeira Os defeitos que a madeira apresenta podem ter origem no próprio processo de constituição e ou de beneficiamento. Os defeitos da madeira podem provocar diminuição de sua resistência ou resultados estéticos desagradáveis. Os principais defeitos são:

Nós O nó é uma região do tronco onde originalmente havia um galho, ou seja um desvio na direção das fibras. Se no corte da árvore o galho está vivo, o nó será firme, caso contrário será de fácil remoção. Nos nós, as fibras sofrem mudança de direção, fazendo com que essa região seja enfraquecida para esforços de tração.

Fendas As fendas são aberturas nas extremidades das peças produzidas por secagem mais rápida da superfície em relação ao material interno.

Gretas Separação dos anéis de crescimento em conseqüência inadequada ou pela própria ação de intempéries.

de secagem

CAPÍTULO4 - Defeitosdo madeiro

Abaulamento Curvatura na direção transversal da peça provocada por secagem inadequada.

abaulamento

Arqueadura Curvatura na direção longitudinal da peça provocada também por secagem inadequada_

arqueadura

Deterioração por fungos ou insetos Pode-se perceber a presença de ataque de fungos ou de insetos pela observação da cor e integridade da madeira. A existência de descoloração ou enegrecimento, de desintegração e de furos na madeira são indícios de ataques provocados por fungos ou insetos.

CAPÍTULO 5

Tipos de madeira para construção Madeira dura No Brasil, a madeira dura é proveniente de árvores frondosas (aquelas que apresentam folhas achatadas e largas). São de crescimento lento, como a peroba, o ipê, a aroeira e o carvalho, entre outras. As madeiras duras e de melhor qualidade são chamadas madeira de lei. Quando D.João VI chegou ao Brasil, já havia grande e indiscriminada retirada de madeira de boa qualidade das florestas. Com receio de que elas se esgotassem e tendo em mente interesses econômicos portugueses, baixou uma lei que proibia a retirada sem autorização de determinadas madeiras. A partir daí essas madeiras receberam a denominação de madeiras de lei. Madeiras macias No nosso país, as madeiras macias são provenientes de árvores coníferas (aquelas que apresentam folhas em forma de agulha). Apresentam crescimento rápido, como os pinheiros. As madeiras duras e macias se distinguem principalmente pela estrutura celular e não pela resistência. Algumas árvores frondosas produzem madeiras menos resistentes que algumas coníferas, como o pinho. Por outro lado, as madeiras mais pesadas são sempre mais resistentes. Comercialmente, as madeiras são classificadas segundo sua qualidade em: - Primeira categoria: aquelas que são isentas de nós, com pouquíssima tolerância a outros defeitos. São madeiras muito caras e usadas em situações especiais; - Segunda categoria: aquelas que apresentam pequena incidência de nós; os que ocorrem devem ser firmes. Pode apresentar outros defeitos. São as mais usadas na construção civil, principalmente com função estrutural; - Terceira categoria: aquelas que apresentam nós em ambas as faces e maior freqüência de outros defeitos. Não são recomendadas para uso estrutural.

CAPÍTULO 6

Processamento da madeira Até a madeira chegar às nossas mãos, para que possa ser aplicada nos objetos

e edificações, ela sofre uma série de transformações, também denominadas beneficiamento. O primeiro passo, obviamente, é o corte da árvore; em seguida é retirada sua casca, para facilitar o manuseio e o transporte. O tronco é transformado em toras de 5 a 6 metros; depois é desdobrado em pranchas que seguem para a secagem. Depois de secas, as pranchas sofrem novas transformações, sendo desdobradas em barras com seções padronizadas, denominadas bitolas comerciais. O corte da árvore feito na época correta diminui a possibilidade de deterioração. Recomenda-se que seja feito em uma época seca: no nosso país, nos meses que não têm a letra r, entre maiu e agosto. Para uma secagem mais perfeita, a casca da árvore deve ser removida logo após o seu corte. Como visto acima, as toras de 5 a 6 metros de comprimento são desdobradas em pranchões. A figura a seguir mostra duas possibilidades de desdobramento: o paralelo e o radial. Esse desdobramento dever ser feito o mais cedo possível, para evitar defeitos decorrentes da secagem. O desdobramento radial produz material mais homogêneo, sendo entretanto mais caro que o desdobramento paralelo.

desdobramento paralelo

Após esta etapa, as pranchas são postas para secar. Na madeira existem três tipos de água. A água livre que preenche os poros, a águade impregnação que adere às células e a água de constituição que faz parte da química da própria madeira. Secar a madeira consiste em eliminar a água livre e a de impregnação. A água de constituição nunca é eliminada. A secagem da madeira pode ser feita naturalmente ou por meios artificiais. A secagem natural é demorada e pode levar de 1 a 3 anos, dependendo do tipo de madeira. A secagem natural é feita colocando-se as pranchas empilhadas e separadas de modo que o ar possa circular livremente. A secagem artificial é feita em fomos alongados através dos quais a madeira se desloca lentamente. A temperatura do ar circulante é aumentada à medida que a madeira avança.

CAPÍTULO 6 - Processamento do madeira

A secagem artificial demora de dez a trinta dias por polegada de espessura da prancha. A umidade da madeira é medida pelo grau de umidade. O grau de umidade é a relação entre o peso da água contida na madeira e o peso da madeira seca. O grau de umidade é expresso em porcentagem.A madeira verde tem cerca de 30% de grau de umidade. A madeira deve ter um grau de umidade compatível com o meio ambiente onde ela vai ser aplicada. O desequih'brioentre a sua umidade e a do meio ambiente pode provocar movimentações indesejáveis,pois nesta situação a tendência é a madeira ceder ou retirar umidade do meio ambiente. A madeira meio seca tem grau de umidade acima de 23%. A madeira comercialmente seca tem de 18 a 23% e, nestas condições, pode ser utilizada na construção civil. A madeira seca ao ar tende a ser mais seca, com grau de umidade entre l3 e 18% . A norma brasileira considera aceitávelpara nossas condições médias o grau de umidade de 15%. Uma vez seca, a madeira recebe novo desdobramento para que atinja as medidas comercialmente conhecidas.

CAPÍTULO 7

As bitolas comerciais e seus principais usos Viga É uma barra com seçõesconvencionaisde 6 x 12cm e de 6 x 16 cm. Estas são as dimensõesmais tradicionais;entretanto,podem ser encontradasde 6 x 20 cme6x30cm. A viga, como o próprio nome diz, é usada principalmente para vigas de piso.

A viga também pode ser usada em outros sistemas estruturais que usam barras na sua composição, como as tesouras de telhado. A viga também é usada para terças que apóiam as telhas.

Pode ser usada também na composição de pilares.

Tábua É uma barra com seções convencionaisde 2,5 x 20 cm e de 2,5 x 30 cm, conhecidas como tábuas de 20 e de 30 respectivamente.Excepcionalmente, pode-se encontrar tábuas com espessurade 1,2 cm, mas a sua aplicação fica mais indicada a peças de mobiliário.

CAPÍTULO 7 - As bitolos comerciais e seus principais usos

Um dos usos mais comuns da tábua é como elemento de piso. As tábuas, quando adequadamente compostas, podem resultar em vigas resistentes e muito econômicas. As figuras a seguir mostram exemplos de composição de vigas com tábuas. A primeira solução é mais interessante.

caibro ou pontal ele

As tábuas de madeira de terceira são comumente usadas em fôrmas para concreto armado.

Sarrafo É uma barra que apresenta as seguintes dimensões de seção: 2,5 x 5cm, 2,5 x 10 cm e 2,5 x 15 cm, conhecidas como sarrafos de 5, 10 e 15, respectivamente. Usa-se o sarrafo na composição de vigas, nas barras de tesouras, como nervuras para apoio de forros ou, ainda, nas fôrmas de concreto armado Neste último caso, o sarrafo é usado para enrijecer as fôrmas e recebem o nome de gravatas. sarrafos

gravata

pontolete

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corte AA

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Uma solução muito interessante resulta da colagem de lâminas de sarrafo de maneira que componham vigas de grande altura; são produzidas em indústria e recebem o nome de vigas laminadas. Esse mesmo processo pode permitir a execução de arcos e pórticos de alma cheia.

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CAPÍTULO7 - As. bitolas comerciais e seus principais usos . - .

Caibro

É uma barra com seção de 5 x 6 cm. É usado para apoio das ripas em coberturas com telhas cerâmicas, na composição de vigas e pilares e em barras de tesouras.

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composição de pilar

Pontalete É uma barra com seções de 7 ,5 x 7 ,5 cm e de 10 x 10 cm. Usado na composição de vigas e pilares de maneira semelhante ao caibro e para cimbramento de fôrmas de concreto armado. Denomína-se cimbramento ao conjunto de peças de madeira ou metálicas que suportam as fôrmas e o concreto fresco, transmítindo suas cargas para o piso. fônna de

madeira

tábua

Ripa É uma barra com seção de 2,5 x 5 cm. É usada basicamente para apoio de telhas cerâmicas. Prancha É 11malâmina com espessura superior a 4 cm e largura superior a 40 cm. Pode ser usada como viga para grandes vãos, como elemento de piso para grandes cargas e vãos, e também na execução de móveis.

CAPÍTULO 8

Madeiras transformadas e seus usos Denominam-se madeiras transformadas aquelas que sofrem detenninados processos industriais para ampliar seu campo de uso. São madeiras transformadas: a madeira compensada, a aglomerada, a MDF, a OSB e a laminada. A madeira compensada é obtida pela colagem de lâminas de madeira de 1,5 mm de espessura, com fibras colocadas de maneira alternada, formando placas com dimensões padronizadas. As espessuras dessas placas variam de 4,5 a 25 mm, com larguras de 110 x 220 cm e de 160 x 220 cm. Apresentam usos bastante amplos, como elementos de vedação, pisos, composição de vigas e fôrmas para concreto armado. Apresentam boa resistência nas duas direções em virtude da alternância na direção das fibras das lâminas. A madeira aglomerada é obtida a partir do uso de fragmentos de madeira misturados com cimento portland, resinas e gesso. Funciona bem como isolante térmico e acústico. Os aglomerados, no Brasil, não apresentam boa resistência mecânica, não sendo recomendáveis para uso estrutural. A madeira laminada, já apresentada, é obtida a partir da colagem de vários sarrafos entre si. sargentos

A colagem entre os sarrafos é feita por compressão entre eles, por meio de grandes sargentos. Apresenta boa resistência para fins estruturais. Esta solução permite formas curvas para uso em arcos para grandes vãos. l\1DF são as iniciais de Médium Density Fiber, cuja tradução livre significa fibra de madeira de média densidade. As chapas de MDF são obtidas a partir de fibras de madeira aglomeradas por resina à base de uréiaformaldeído e posteriormente prensadas. As chapas de MDF podem ter até 6 cm de espessura. Podem ser usadas em ambiente externo ao edifício. Apresenta resitência adequad~ para pequenos esforços.

CAPÍTULO 8 - Madeiros !ransformodos e seus usos

OSB é outro tipo de madeira transformada. Seu nome resulta das iniciais da palavra inglesa Oriented Strand Board. É obtida com tiras de madeira alinhadas em escamas, dispostas em três camadas prensadas com resina sintética. Aplicada com estruturas metálicas pode ser usada como steel frame em pisos e paredes. As chapas apresentam dimensões de 1,22 x 2,44 m ou até 3,60 x 7,32 m, com espessuras entre 6 e 19 mm. Em outros paises já é muito comum o uso de aglomerados de alta resistência obtidos pela composição de cavacos ou restos de madeira com resinas especiais sintéticas e naturais e cimento ou gesso. Esses materiais estão substituído, com grandes vantagens, a madeira maciça.

CAPÍTULO9 Sistemas estruturais de madeira

Arco A respeito do comportamento do arco, ver página 57 da primeira parte deste livro. Algumas questões fundamentais no comportamento do arco devem ser ressaltadas. A primeira é a necessidade de o arco ter sua forma a mais próxima possível do funicular das forças predominantes. Lembrar que para determinar a forma funicular pode-se usar o cabo, a forma invertida do arco. Outra questão importante a respeito do comportamento do arco é a ocorrência de forças horizontais nos apoios, também chamadas de empuxos. Lembrar que os empuxos podem ser absorvidos nos pilares ou através de tirantes. A segunda solução é sempre mais econômica, mas por outro lado o tirante pode obstruir o espaço interno, não sendo em alguns casos a solução adequada. No caso da madeira uma das dificuldades na execução de um arco é o problema da curvatura. À vista disso, os arcos mais comuns, de madeira, são feitos em treliça. Se a intenção for dar ao arco uma aparência de barra de alma cheia , podese usar em substituição à treliça uma seção composta, formada por vigas longitudinais curvas e sarrafos pregados nessas vigas. Outra maneira de obter o mesmo resultado formal, porém de custo mais elevado, é o uso de arco laminado.

orco treliçado

arco lamino~o sarrafos c:om indinações contrórios

caibros ou pontaletes arco com sarrafos

detalhe de arco com sarrafos

CAPÍTULO 9 - Sistemas estruturais de madeira

Para facilitar a construção, o arco pode ser executado em duas partes, sendo portanto mais indicado o uso de arco triarticulado. Os arcos triarticulados apresentam grandes vantagens construtivas, poispodem ser divididos em duas partes, construídas separadamente e unidas in loco.

arco triarticulada

As articulações são executadas com chapas metálicas, da mesma maneira que nas estruturas de aço. defc,lhe de uma articulação

peço me.tólica

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Uma outra questão que não deve ser esquecida nos arcos é a da possibilidade de flambagem. O arco é um sistema estrutural cujo comprimento é longo e submetido predominantemente a compressão. Portanto, a possibilidade de flambagem é bastante elevada, principalmente fora do seu plano. Para evitar esse problema, deve ser previsto o uso de contraventamentos ao longo do arco, travando tanto a face superior como a inferior. Esse contraventamento é composto de terças e de barras de madeira (sarrafos) ou barras metálicas redondas. Para que o contraventamento trabalhe sempre a tração, deve ser disposto na forma de X.

CAPÍTULO 9 - Sistemas estruturais de madeiro

Lembrar que a função do contraventamentoé levar qualquerforça que ocorra fora do plano do arco para seus apoios. 5,0 m

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