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Trabalho de Conclusão de Curso apresentado à Universidade Anhembi Morumbi no âmbito do Curso de Engenharia Civil com ênfase Ambiental.

Trabalho de Conclusão de Curso apresentado à Universidade Anhembi Morumbi no âmbito do Curso de Engenharia Civil com ênfase Ambiental.

Orientador: Prof. Tiago Garcia Carmona

i Aos meus queridos pais Hiroshi e Yuriko

Aos meus colegas de faculdade e serviço que colaboraram na busca de informações e contatos para elaboração deste trabalho, em especial aos meus amigos Emerson, Penha e Luciano.

Ao CBCA – Centro Brasileiro da Construção em Aço, COSIPA (Companhia Siderúrgica Paulista), Açominas e ABCEM (Associação Brasileira da Construção Metálica) pelo apoio e materiais fornecidos.

Aos professores da Universidade Anhembi Morumbi, especialmente ao prof. Tiago Garcia Carmona e Dr. Antônio Carlos da Fonseca Bragança Pinheiro que coordenou as idéias e orientou na busca de informações para elaboração deste trabalho e a professora mestra Jane Luchtenberg Vieira, professor mestre Célio Daroncho e Dr. Wilson Shoji Iyomasa sempre nos incentivando e contribuindo com todas as normas e conhecimentos para elaboração e formatação deste documento.

A Construtora Inpar, a Codeme e ao Escritório de arquitetura Roberto Candusso, em especial a arquiteta Malu e ao engenheiro Faversani, pelas informações e imagens cedidas e ao Fagner por toda a paciência, o incentivo e a colaboração às visitas e fotos da obra estudada.

As edificações tem apresentado sistemas industrializados de construção em vários segmentos, porém quanto a execução da estrutura, é comum a utilização do concreto armado. Este trabalho visou apresentar fatores que devem ser analisados na escolha do método estrutural de estruturas metálicas para construção de prédios comerciais.

Os sistemas de estruturas de concreto armado e as estruturas metálicas não devem ser comparadas de modo competitivo mas sim a de tirar proveito do melhor de cada um dos sistemas, portanto, são apresentadas as vantagens proporcionadas com a utilização do sistema de estrutura metálica em diversas atividades executadas em uma obra.

No estudo de caso apresentado neste trabalho, a rapidez da construção em estruturas metálicas não foi a característica que motivou a construtora a optar por este sistema e sim a redução do consumo de concreto devido a dificuldade de logística de acesso dos caminhões betoneira.

Palavras Chave: Estruturas Metálicas, Construção em Aço

The building have presented industrialized systems of construction in some segments, how ever the execution of the structure is common the use of the armed concrete. This work aimed at to present factors that must be analyzed in the choice of the structural method of metallic structures for construction of commercial building.

The systems of structures of armed concrete and the metallic structures do not have to be compared in competitive way but to take off advantage of the best of each one of the systems, therefore, the proportionate advantages with the use of the system of metallic structure in diverse activities executed in a workmanship are presented.

In the study of case presented in this work, the speed of the construction in metallic structures was not the characteristic that motivated the constructor to choose this system and yes, the reduction in the concrete consumption because the access of the concrete truck mixer was too difficulty and restricted.

Key Worlds: Metallic structures, Steel building

Figura 5.1: Treliças telescópicas apoiadas na mesa superior do perfil. 25 Figura 5.2: Balizamento da alvenaria pelos pilares de aço. 26 Figura 5.3: Assentamento de alvenaria com blocos de concreto, utilizando barras de espera, soldadas nos pilares. 26

Figura 5.4: Lajes de painéis armados de concreto celular . 27 Figura 5.7: Detalhe da marquise. 43 Figura 5.8: Projeto de Montagem, planta da marquise. 46 Figura 6.1: Fachada frontal do Hotel Íbis Paulista. 49 Figura 6.2: Comparativo de custo entre as estrutura quanto ao tipo. 52 Figura 6.3: Comparativo de custo entre as estrutura quanto a fundação. 53 Figura 6.4: Comparativo de custo entre as estrutura de aço e convencional, considerando as instalações e manutenção de canteiro de obra. 56

Figura 6.5: Comparativo de custo entre as estrutura de aço e convencional em relação aos itens comuns. 57

Figura 6.6: Economia obtida entre as estrutura de aço e concreto armado 59 Figura 6.7: Ilustração da laje Steel Deck. 61 Figura 6.8: Concretagem de laje Steel Deck. 61 Figura 6.9: Cobertura em policarbonato e estrutura metálica. 62 Figura 6.10: Execução da estrutura metálica. 63 Figura 6.1: Montagem da cobertura em estruturas metálicas. 64 Figura 6.12: Ambiente limpo em estrutura steel frame para receber placas de gesso acartonado. 64 Figura 6.13: Ambiente fachada pré-fabricada GFRC. 65 vi LISTA DE TABELAS

Tabela 2.1: Consumo de aço bruto de alguns países17
Tabela 5.1: Comparativo quanto a administração da obra30
Tabela 5.2: Comparativo quanto a Fundação31
Tabela 5.3: Comparativo quanto a execução das lajes32
Tabela 5.4: Comparativo quanto a execução das paredes3
Tabela 5.5: Comparativo quanto a execução dos revestimentos3
Tabela 5.6: Comparativo quanto as Instalações34
Tabela 5.7: Comparativo quanto aos prazos de execução34
Tabela 5.8: Comparativo quanto aos custos financeiros35

Tabela 5.9: Critérios para utilização do aço..............................................................36 vii a.C Antes de Cristo CET Companhia de Engenharia de Tráfego CSN Companhia Siderúrgica Nacional FEM Fábrica de Estruturas Metálicas GFRC Glass Fiber Reinforced Concrete SMT Secretaria Municipal dos Transportes SPEM São Paulo Estruturas Metálicas PMSP Prefeitura do Município de São Paulo PVC Policloreto de Vinila viii SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO10
1.1 Primeiras Evidências da Utilização do Aço10
1.2 Construções em Aço dos Séculos 19 e 201
1.3 Construções em Aço no Brasil13
2 OBJETIVOS17
2.1 Objetivo Geral18
2.2 Objetivos Específicos18
3 METODOLOGIA DO TRABALHO19
4 JUSTIFICATIVA20
5 ESTRUTURAS METÁLICAS2
5.1 Vantagens no Uso do Aço23
Armado29
5.3 Critérios para a Utilização de uma Estrutura de Aço35
5.4 Critérios de Viabilidade Econômica36
5.5 Projeto da Estrutura37
5.5.1 Projeto de Engenharia38
5.5.2 Projeto de Fabricação41

5.2 Comparação entre Estruturas Metálicas com Estruturas de Concreto 5.5.3 Projeto de Montagem .............................................................................. 45

6 ESTUDO DE CASO49
6.1 Apresentação49
6.2 Custo das estruturas51
6.3 Custo de fundações52
6.4 Custo de alvenarias e revestimentos53
canteiro54
6.6 Custos comuns56
6.7 Custos financeiros58
6.8 Logistica da obra59
6.9 Fornecimento e montagem da estrutura62
6.10 Fechamentos internos e externos64
7 CONCLUSÕES6
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS70
APÊNDICE74

1 INTRODUÇÃO

No início do século 21, principalmente em regiões desenvolvidas como os Estados Unidos, a Europa e o Japão, a utilização de sistemas de estruturas metálicas em aço, vem sendo implementada em grande escala, devido às vantagens proporcionadas e a boa performance construtiva em vários tipos de edificações. Porém, a utilização de aço no Brasil ainda é pequena se comparada com estes países, não passa de 5 kg de aço estrutural por habitante. Em média, o consumo na Europa é de 20 kg de aço estrutural por habitante e nos Estados Unidos, aproximase a 30 kg de aço estrutural por habitante (FREITAS, 2005).

1.1 Primeiras Evidências da Utilização do Aço

Aproximadamente a 6 mil anos a.C. , em civilizações como as do Egito, Babilônia e Índia, encontraram-se as primeiras evidências da obtenção do ferro para fins militares, ou como elemento de adorno nas construções, pois era considerado um material nobre devido a sua raridade (BELLEI et al., 2004).

Muito tempo depois, com a Revolução Industrial, em meados do século 19, em países mais desenvolvidos como Inglaterra, França e Alemanha, ocorreu um aumento da utilização do ferro em escala industrial. Paralelamente, desenvolveram- -se progressos na elaboração e conformação deste metal. Em 1830, eram laminadas para utilização em trilhos para estradas de ferro e, em 1854, na França surgem os perfis de seção I de ferro forjável, peça fundamental na construção civil em aço.

Em 1779, foi construída a ponte sobre a Severn em Coalbrokdale, na Ingleterra, que foi considerada como a primeira obra importante em ferro. Em 1851, inicia-se a era dos grandes edifícios metálicos, com o Palácio de Cristal em Paris, e em Londres, em 1872, Jules Saulnier construiu a fábrica de chocolates de Noisiel-Sur-Name. Trata-se de um edifício de andares múltiplos, construído sobre quatro pilares da antiga ponte sobre o rio Marne, de forma a aproveitar a energia hidráulica do rio. Este edifício antecipa alguns elementos estruturais da construção em aço, devido à estabilidade lateral do prédio garantida por uma rede de diagonais. O sistema é idêntico ao de contraventamento encontrado em construções em estruturas metálicas existentes no ano de 2005 (BELLEI et al., 2004).

1.2 Construções em Aço dos Séculos 19 e 20

Em 1868, fundador e líder da Escola de Chicago, Willian le Baron Jenney, abriu seu escritório de Arquitetura em Chicago e, em 1879, no Leiter Bulding 1, provou suas teorias sobre a estrutura de ferro. O Home Insurance Building, projetado por Jenney em 1885, apresentou um sistema estrutural pioneiro das modernas estruturas de aço do ano 2005. Neste projeto, o peso das paredes era transferido para um vigamento de ferro e respectivas colunas embutidas em alvenaria que, por sua vez, só serviu de enchimento do vão livre (BELLEI et al., 2004).

Holaird e Roche construíram, em 1884, o Tocama Building, o primeiro edifício com ligações rebitadas que resultaram maior rigidez nas estruturas metálicas, o que não era possível de se obter anteriormente com parafusos comuns (BELLEI et al., 2004).

As estruturas metálicas construídas em Chicago nos anos de 1890 a 1893, apresentavam características típicas como as ligações rebitadas, os contraventamentos verticais e janelas salientes.

Com o salto tecnológico em 1885, as vigas de ferro forjado foram substituídas pelas vigas laminadas de aço doce, produzidas pela primeira vez nos Estados Unidos pela Carnegie Steel Company. Após essa inovação, a coluna de ferro fundido caiu rapidamente na obsolência, bem como os perfis complexos de colunas compostas de perfis padronizados, laminados ou caixão.

Entre 1890 e 1930, devido às condições materiais e intelectuais favoráveis na França e na Bélgica, se desenvolveram as primeiras construções em aço de edifícios de vários andares. Na França, foram construídas as primeiras estruturas de cobertura em ferro forjado, antes das pontes em ferro fundido terem sido construídos na Inglaterra. Muitos progressos foram feitos nos métodos de executar ligações nas estruturas de aço, quando se fez a transição do rebite para a solda e para os parafusos de alta resistência (BELLEI et al., 2004).

Nos Estados Unidos, a posição de liderança na construção de edifícios altos foi assumida por Nova York, batendo recordes de altura e mérito arquitetônico. Em 1913 foi construído o Woolworth Tower, com 234 metros de altura e 5 andares. Em 1929 foi construído o Chrysler Building, com 320 metros de altura e 75 andares e em 1931 o Empire State, com 380 metros de altura e 102 andares. O maior edifício do mundo foi construído em Chicago, o Sears Tower, em 1972 com 109 andares e 445 metros de altura, projetado por B. Graham, (BELLEI et al., 2004).

Em 1973, foram construídas as torres gêmeas do World Trade Center, com 110 andares e 417 metros de altura no centro de Manhatan que foram alvo de um ataque terrorista em 1 de setembro de 2001 e em 2005 o prédio considerado como mais alto construído em estrutura metálica foi a Torre Taipei 101 em Taiwan, com 101 andares e 508 metros de altura, concluída sua construção no final do ano de 2004 (CAMBRIDGE, 2005).

1.3 Construções em Aço no Brasil

Na década de 20, o Brasil começou realmente a desenvolver sua incipiente indústria siderúrgica, com a criação da Companhia Siderúrgica Belgo Mineira. Nesta mesma década, considerando-se também a produção de outras pequenas fundições, a produção de aço atingiu a casa de 35 mil toneladas. No final da década, já alcançava a casa de 96 mil toneladas (BELLEI et al., 2004).

Em plena segunda guerra mundial, foi fundada a CSN - Companhia Siderúrgica Nacional, que entrou em operação em 12 de outubro de 1945, com a finalidade de produzir chapas, trilhos e perfis, nas bitolas americanas. Para consolidar o mercado, entraram em operação na década de 60 as usinas da Usiminas e Cosipa, para produção de chapas, e mais recentemente a entrada da Açominas para produção de perfis laminados de abas paralelas. A partir daí, grandes expansões foram realizadas no setor siderúrgico, produzindo o Brasil, em 2005, perto de 25 milhões de toneladas de aço. O Brasil, que até a década de 70 ainda importava, passou a exportar, devido ao baixo consumo interno.

Para difundir o uso do aço nas construções, a CSN criou em 1953, como um dos seus departamentos, a FEM – Fábrica de Estruturas Metálicas (desativada em 1998), que iniciou a formação de mão-de-obra especializada, bem como do ciclo completo de produção das estruturas metálicas (BELLEI et al., 2004).

Em 1957, foi construído o Edifício Garagem América, projetado pelo arquiteto Rino Levi e Paulo R. Fragoso, trata-se de uma garagem coletiva construída em terreno de 1024 m², com frente para duas vias públicas, apresentando um desnível de 17 m entre a entrada principal, no pavimento térreo, que situa na Avenida 23 de Maio. Foi a primeira garagem coletiva de grande proporções construída em São Paulo na década de 50 e o primeiro edifício de andares múltiplos pavimentos de estruturas metálicas do país fabricado pela FEM.

Ainda em São Paulo, em 1959, ao lado do Teatro Municipal, ergue-se o Palácio do Comércio, primeiro edifício comercial em estruturas metálicas construído no País pelo arquiteto Lucjan Korngold e estrutura projetada por Paulo R. Fragoso. Com vinte e quatro pavimentos e 73 m de altura, sua montagem foi iniciada em 24 de setembro de 1956, com fabricação e montagem pela FEM. A estrutura metálica compreende colunas compostas de quatro perfis “L” laminados, chapa de alma e chapas de mesa; em alguns casos, de dois perfis “U” interligados por chapas reforçadas na alma e por vigas, na sua maioria de perfis “I” laminados, toda a estrutura é rebitada e foi executada em noventa e três dias efetivos de trabalho.

Em 1961, no Rio de Janeiro, é construído o Edifício Avenida Central, pelo arquiteto Henrique E. Mindlin e estrutura por Paulo R. Fragoso, com montagem e fabricação pela FEM. A estabilidade vertical do edifício é garantida por contraventamentos localizados nas paredes divisórias de lojas e salas, no sentido transversal, e junto aos elevadores, no sentido longitudinal. A estrutura está protegida contra incêndio pelo revestimento das vigas com concreto, dos pilares internos com tijolos furados e dos pilares e vigas externos com asbesto projetado (DIAS, 1999).

No centro da cidade de Porto Alegre, no Rio Grande do Sul, em 1964, foi construído o Edifício Santa Cruz, com trinta e três pavimentos para fins comerciais pelo arquiteto Jayme Luna dos Santos e estrutura por Paulo R. Fragoso. Foi estruturado com aço desde as fundações com fabricação e montagem pela FEM. Foi executada em duas etapas: a primeira, iniciada em 4 de abril de 1960, terminado em 20 de agosto de 1961, e a segunda, iniciada em 25 de fevereiro de 1962, encerrando-se em 8 de março do ano seguinte.

Em 1965, arquitetado por Affonso Eduardo Reidy e projeto estrutural por Paulo R. Fragoso, com fabricação e montagem pela FEM, foi construído no centro do Rio de Janeiro o edifício sede do IPERJ, sede de instituição destinada a conceder pensão e benefícios de assistência social aos empregados municipais, o edifício tem 24 pavimentos e 76,5 m de altura.

Em 1966 é construído o escritório central da CSN, em Volta Redonda, no Rio de Janeiro. Nesta obra foram empregados pela primeira vez, forros de bandeja de aço perfuradas, revestidas na parte superior com mantas de lãs-de-rocha ensacadas, para dar proteção acústica aos ambientes de trabalho. A arquitetura é de Glauco do Couto Oliveira com estrutura, fabricação e montagem pela FEM.

Projetado por Oscar Niemeyer e estrutura por Paulo Franco Rocha, em 1973 é construído em Brasília o edifício Palácio do Desenvolvimento, com estrutura em concreto armada até o quarto pavimento e estrutura metálica nos pavimentos superiores.

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