Tcc Luciana Teofilo 2018 Finalizado (1).docx

LUCIANA TEÓFILO MARQUES

ESTRUTURAS METÁLICAS O USO DO AÇO NA CONSTRUÇÃO CIVIL Todo trabalho, em cada uma das etapas, será submetido às ferramentas de varredura para a detecção de plágio. Assim caso seja detectado percentual acima do tolerado, seu trabalho será invalidado em qualquer uma das atividades. Antes de começar o trabalho, leia o Manual do Aluno e Manual do Plágio para compreender todos itens obrigatórios e os critérios utilizados na correção.

LUCIANA TEÓFILO MARQUES

ESTRUTURAS METÁLICAS O USO DO AÇO NA CONSTRUÇÃO CIVIL Cidade Ano

Trabalho de Conclusão de Curso apresentado à Faculdade Pitágoras, como requisito parcial para a obtenção do título de graduado em Engenharia Civil. Orientador: Ricardo Henrique Dutra

Belo Horizonte 2018

LUCIANA TEÓFILO MARQUES

ESTRUTURAS METÁLICAS O USO DO AÇO NA CONSTRUÇÃO CIVIL

Trabalho de Conclusão de Curso apresentado à Faculdade Pitágoras, requisito parcial para a obtenção do título de graduado em Engenharia Civil.

BANCA EXAMINADORA

Prof(a). Titulação Nome do Professor(a)

Prof(a). Titulação Nome do Professor(a)

Prof(a). Titulação Nome do Professor(a)

Belo Horizonte, 22 de novembro de 2018.

Dedico este trabalho a meus filhos Otávio, Bruno e Isabella, pois por eles consegui realizar meu grande sonho. A meus pais a gratidão eterna.

AGRADECIMENTOS

Agradeço a todos os mestres que compartilharam seus conhecimentos ao longo da minha jornada acadêmica no curso de Engenharia Civil.

MARQUES, Luciana Teófilo. Estruturas Metálicas: O uso do aço na construção civil. 2018. Número total de folhas, 40. Trabalho de Conclusão de Curso de Engenharia Civil – Faculdade Pitágoras, Belo Horizonte, 2018. RESUMO

Com características diferenciadas o aço é o um dos elementos que apresenta maior eficiência e qualidade durante a elaboração de projetos construtivos. Em estruturas em aço, as peças são medidas em milímetros, já nas estruturas em alvenaria, as mais usuais no Brasil, usa-se como unidade de medida centímetro (cm). A grande vantagem de escolher um projeto de estrutura em aço, é que as peças são cortadas milimetricamente, tendo a garantia de uma estrutura superiormente nivelada e aprumada, evitando gastos com materiais de revestimento. Em edificações onde é escolhido o processo construtivo em aço, tem-se também o grande benefício em que a compatibilidade com os materiais como tijolos, blocos, painéis de concreto, componentes pré-fabricados, dry-wall entre outros sejam eficazes quanto a fechamentos nessas estruturas. Nos canteiros de obra, temos uma melhoria quanto a coordenação do espaço. A limpeza e organização, faz com que o ambiente fique livre de depósitos de areia, ferragens, madeiras, brita, cimento, criando um ambiente com menor produção de entulhos e consequentemente com maior segurança para o colaborador da obra evitando assim acidentes. Portanto, tem-se como consequência a conservação do meio ambiente visando a sustentabilidade.

Palavras-chave: Aço; Estruturas Metálicas; Construção Civil; Sustentabilidade.

MARQUES, Luciana Teófilo. Steel Structures. The Steel in civil constructions. 2018. Total number of sheets, 40. Course Completion Work Civil Engineering - Pitágoras College, Belo Horizonte, 2018.

ABSTRACT The potential of steel in the construction industry

With the differentiated categories of one of the elements that present greater efficiency and quality during the elaboration of constructive projects. The steel structures, like the outlets are measured in millimeters, already in structures in masonry, like the usual ones in Brazil; the measure of the centimeter (cm) is used. The great advantage of choosing a steel frame design is that the pieces are milimetrically cut, having a guarantee of an evenly level and upright structure, avoiding expenses with coating materials. The buildings are used as components of bricks, concrete panels, prefabricated components, dry walls, among others Structures. In the corners of work, we have an improvement over space. The cleanliness and organization make the environment free from sand, rust, wood, gravel, cement, an environment of low litter production and, consequently, greater safety for the developer, thus avoiding accidents. Therefore, it has as a consequence a conservation of the environment aiming at sustainability.

Key-words: Steel; Steel Structures; Civil Construction; Sustainability.

LISTA DE ILUSTRAÇÕES

Figura 1 – Ponte de Coalbrookdale ......................................................................... 15 Figura 2 – Edifício Home Insurance Building ........................................................... 16 Figura 3 – Torre Eiffel .............................................................................................. 16 Figura 4 – Ponte de Paraíba do Sul ........................................................................ 17 Figura 5 – Pavilhão industrial com estrutura em aço ............................................... 18 Figura 6 – Estádio de Wembley............................................................................... 19 Figura 7 – Tipos de produtos siderúrgicos para estruturas em aço ......................... 26 Figura 8 – Produção de seleção de sucatas para formação de novos aços ........... 31 Figura 9 – Gasto de energia na fabricação do aço em fornos.. ............................... 32 Figura 10– Impacto ambiental...................................................................................33 Figura 11 – Limites do Sistema ACV - Análise de Ciclo de Vida. ........................... 34 Figura 12 – Bloco intertravado produzido por agregados de aço siderúrgico .......... 35

LISTA DE TABELAS Tabela 1 – Condições de redução, entre aço e concreto NBR14323/2013 ............. 28

LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS

ABNT

Associação Brasileira de Normas Técnicas

ACV

Análise de Ciclo de Vida

ASTM

American Society for Testing and Materials

BNDES

Banco Nacional de Desenvolvimento Econômico e Social

NBR

Norma Brasileira

SUMÁRIO

1.

INTRODUÇÃO ................................................................................................... 13

2.

O AÇO NA CONSTRUÇÃO CIVIL .................................................................... 15

3.

INFRAESTRUTURAS METÁLICAS .................................................................. 26

4.

O AÇO E A SUSTENTABILIDADE ................................................................... 30

5.

CONSIDERAÇÕES FINAIS ............................................................................... 37 REFERÊNCIAS. ....................................................................................................38

13

1. INTRODUÇÃO A inovação na engenharia civil aconteceu no século XVIII na revolução industrial. Com a utilização das estruturas metálicas em importantes obras da época, fez com que esse o novo método construtivo implantasse a modernidade em edificações e contribuísse com o desenvolvimento da economia, influenciando positivamente o setor da construção civil. Possuindo particularidades que viabilizam soluções de projetos arrojados, as estruturas metálicas permitem vantajosos benefícios em relação às estruturas de concreto armado, tornando-as excelentes soluções para engenheiros e arquitetos. Deste modo, ao longo dos anos, novas tecnologias surgiram no mercado global em beneficio das estruturas metálicas, tornando seus projetos mais eficientes e projetos seguros. O aço por ser totalmente reciclável, contribui com o meio ambiente se comparado com o concreto armado. Com as estruturas metálicas, evita-se a utilização de recursos naturais em obras, consequentemente, esse método construtivo colabora com a preservação do meio ambiente. Edificações com estruturas metálicas podem ser desmontadas e reaproveitadas, produzem menos rejeitos e alcança grande destaque na atualidade, pois, 50% do aço gerado mundialmente provem da própria reciclagem. Apesar de todos esses benefícios, os projetos em estruturas metálicas são menos usuais no Brasil, sendo o método do concreto armado mais utilizado. A utilização da estrutura em aço enfatiza melhor o desenvolvimento de um projeto construtivo, assim alguns argumentos são impostos. De que maneira um novo método construtivo eficiente e reciclável, porém mais oneroso em certos aspectos, pode trazer vantagens ao ramo da construção civil? O objetivo geral deste trabalho foi demonstrar a eficácia das estruturas metálicas em relação a outros métodos construtivos, e os objetivos específicos foram demonstrar sua importância do aço na construção civil, conhecer os tipos de infraestruturas em aço mais usuais e apresentar os benefícios relacionados ao meio ambiente ao escolhê-las como método construtivo. O presente trabalho obteve em seu processo de desenvolvimento, toda a tese por meio de revisão bibliográfica, com pesquisas a vários materiais apropriados e análises que propiciaram a composição do mesmo. Nos próximos capítulos, serão

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apresentadas as etapas relatadas anteriormente, de modo que a compreensão do tema seja alcançada.

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2.

O AÇO NA CONSTRUÇÃO CIVIL A partir do século XVIII, iniciou-se o processo de industrialização do aço para

a utilização na construção civil como elemento um novo elemento construtivo para edificações. Com o passar dos anos, o aço mantém uma importante influência na construção civil e economia mundial (BELLEI 2003). Uma das primeiras obras construídas em ferro fundido na Revolução Industrial foi a ponte em arco de Iron Bridge, na Inglaterra, no ano de 1757 conforme mostra a figura 1. O novo elemento construtivo foi uma das grandes conquistas da época para obras de transposição (BELLEI 2003). Figura 1: Ponte de Coalbrookdale, sobre o Rio Severn na Inglaterra, 1779.

Fonte: Petero, (1981)

As pontes passaram a ter mais destaques após a Revolução industrial, pois construir pontes para se transportar sobre vales ou rios fazia com que naquela época a economia fosse acelerada (BELLEI 2003). Nos Estados Unidos, na cidade de Chicago, por volta de 1880, a maioria dos edifícios de andares múltiplos, utilizou o ferro como elemento construtivo em suas estruturas. No ano de 1885, o engenheiro Willian Le Baron Jenney, finalizou sua obra, o edifício Home Insurance (BELLEI 2003).

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Na figura 2, são mostradas as fases da construção do Home Insurance Building, o primeiro edifício do mundo a ser construído com estrutura de ferro com altura de dez andares (BELLEI 2003).

Figura 2 - Edifício Home Insurance Building

Fonte: UFMG (2018)

Salientando que a invenção do elevador em 1853, foi de extrema importância para a viabilidade desses edifícios. Com relação a construções arrojadas, com grandes alturas, concluídas no final do século XIX, merece destaque a Torre Eiffel, apresentada na figura 3, em sua fase de montagem e depois de construída. Esta torre, símbolo Frances, foi finalizada em 1889, por Gustave Eiffel, com 312 m de altura (BELLEI 2003).

Figura 3 - Torre Eiffel

Fonte: UFMG (2018)

A ponte Paraíba do Sul foi construída em 1889, sobre o Rio Paraíba do Sul, Rio de Janeiro, para a travessia de trens. A figura 4 mostra a estrutura da ponte com

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seu formato inglês que, com o passar das décadas foi adaptada para o transporte rodoviário ligando os distritos de São Fidelis e Itapuca (PFEIL, M, PFEIL, W. 2009).

Figura 4 - Ponte de Paraíba do Sul

Fonte: PFEIL, M, PFEIL, W. (2009).

Construída pelo Barão de Mauá e projetada pelo engenheiro Douglas Dogson, possui quatro pilares maciços para a sua sustentação. Sua inauguração trouxe grandes benefícios em relação à travessia do rio, apesar de ser cobrado na época pedágio para atravessá-la durante longos anos (PFEIL, M, PFEIL, W. 2009). Com o desenvolvimento do progresso da construção civil, foi criado o elemento construtivo, com características mais leves, maior resistência mecânica e resistência à corrosão que o ferro fundido, o aço surgiu como nova tecnologia para estruturas eficientes. Os aços são produzidos pela junção de elementos químicos que lhes proporcionam propriedades específicas, ou mesmo pela eliminação de produtos indesejáveis (PARREIRAS, 2001). A substituição do minério de ferro é feita através das usinas que usam a sucata do aço como matéria prima, diminuindo os custos da produção, passando a ser qualificadas como usinas siderúrgicas não integradas. Podendo ser reciclado inúmeras vezes, o aço não perde suas particularidades, tornando sua reciclagem um importante meio para o desenvolvimento sustentável (BENEVOLO, 1989). A aplicação considerada do uso do aço na construção civil, portanto, gera a demanda de sucata reduzindo eficientemente o consumo de minério de ferro. Outros resíduos gerados com a produção do aço como a escória do alto forno, são

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reutilizados pelas indústrias como matéria prima de alguns tipos de cimento, já a escória aciaria pode suceder a brita na construção civil (PARREIRAS, 2001). Conforme a modernização do setor da construção civil vai aumentando, mais se emprega projetos de estruturas metálicas. Por possuir características peculiares, o aço é um dos elementos responsáveis pelas inovações e soluções de projetos viáveis em edificações contemporâneas e ultramodernas (DIAS, 1997). A preferência de arquitetos e engenheiros civis na elaboração de projetos estruturais arrojados descartam os métodos construtivos tradicionais como o do concreto armado. O aço é um elemento que proporciona a esses profissionais a eficácia em relação à economia, provendo segurança, melhoria de gastos, qualidade no desempenho das obras e durabilidade (DIAS, 1997). Segundo Chaves (2007), as características deste sistema construtivo conforme sua resistência mecânica e compatibilidade com outros elementos edificantes propõem ao profissional maior eficácia para obras que necessitam de curtos prazos em relação à entrega. A figura 5 demonstra o desenho esquemático de um pavilhão industrial com estrutura em aço.

Figura 5 - Pavilhão industrial com estrutura em aço

Fonte: Chamberlain Pravia, (2010).

Projetos estruturais em aço são os mais utilizados para a construção arrojadas como, pavilhões, telhados, torres, hangares, lojas com grandes vãos, passarelas, pontes, ginásios, estádios de futebol, mezaninos entre outros (CHAMBERLAIN, et .al 2010).

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A figura 6 abaixo mostra o estádio de Wembley, situado em Londres, Inglaterra que uma das construções ultramodernas e sustentáveis da atualidade. Figura 6 – Estádio de Wembley

Fonte: Esporte IG (2018)

Projetada em aço, sua estrutura suporta aproximadamente 60% do peso total do teto principal, que pesa aproximadamente 1750 toneladas, com dimensões de 315 metros de comprimento e135 metros de altura (CONSTRUCTALIA, 2007).

2.1 VANTAGENS E DESVANTAGENS DAS ESTRUTURAS METÁLICAS

Como as peças em aço são produzidas nas indústrias, enquanto se prepara a fundação, as peças para as estruturas são confeccionadas, chegando aos canteiros de obras prontas para a montagem. Assim contribui para o desenvolvimento harmônico do projeto e evitando maior demanda de mão de obra in loco (RIBEIRO, 2002). Os profissionais para este tipo de obra devem ser altamente qualificados, capacitados e treinados para as respectivas operações com os diversos tipos de equipamentos, desde os mais pesados como gruas e guindastes aos mais leves como ferramentas de solda. Deste modo, com uma equipe de profissionais

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instruídas, tem-se uma montagem de qualidade, ágil, econômica e segura (ROSSO, 1980). Segundo Chaves (2007), quando se tem uma edificação industrializada e padronizada, é eliminado dos canteiros de obras uma série de improvisação e atividades que se prolongariam no decorrer do processo da construção. Os equipamentos individuais ou coletivos devem ser utilizados com obrigatoriedade, e para não ocorrer acidente é fundamental que a construção da estrutura metálica seja desenvolvida com a manipulação de equipamentos adequados como escadas permanentes ou temporárias, plataformas temporárias modulares, barreiras, guarda- corpo, pontos de ancoragem, proteção de quedas, redes de segurança, pisos metálicos ou pranchas no andar inferior entre outros. Importante acrescentar que peças em aço devem ter cantos e pontas eliminados, ligações parafusadas executadas em campos e soldadas em fabricas. A figura 7 Casa em steel frame, apresenta um projeto residencial em estrutura metálica (RIBEIRO, 2002). No projeto estrutural em aço, tem-se a redução da área do canteiro de obra, pois as peças vêm cortadas de fabrica conforme o projeto. Um canteiro organizado e limpo sem a geração de entulhos é o que se projeta, evitando custos desnecessários com remoção com descarte de material (RIBEIRO, 2002). Um dos grandes privilégios dos projetos realizados em estruturas metálicas é entregar uma obra no prazo proposto ou até mesmo antes dele. Além do mais, esse tipo de estrutura não sofre com as condições climáticas quando está em andamento, como por exemplo, em climas chuvosos (FERREIRA, 1998). Conforme Bellei (2003), as fundamentais vantagens de propósito das estruturas metálicas quando comparada a estruturas e concreto armado são, a alta resistência do material em relação ao estado de tensão, choques e vibrações, fabricação das estruturas em precisão milimétrica evitando desperdício de materiais, opção de desmontagem caso houver a necessidade, reaproveitamento de material, resistência estrutural possibilitando estruturas leves e com grandes vãos sem a necessidade de pilares, cumprimento de prazos, reformas flexíveis, possibilidade de maior área útil em projetos, reciclagem, alta compatibilidade com outros materiais e qualidade garantida.

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Desvantagens como a dificuldade de transportes que limitam a entrega de maiores perfis estruturais até a obra, corrosão devido ao contato com o ar atmosférico, desprovimento de mão de obra qualificada para a montagem da estrutura, custo elevado em certos aspectos, contraindicação para pequenas construções, indisponibilidade de reserva de dinheiro, amarração, precisão em medidas, são alguns dos fatores desvantajosos que podem inviabilizar uma obra em estruturas metálicas (BELLEI, 2003).

2.2 MONTAGENS E PRÉ-MONTAGEM DAS ESTRUTURAS METÁLICAS

Exige-se uma avaliação acertada e planejada da fixação das peças ao longo da construção das estruturas metálicas, qualquer que seja a peça deve-se ter a fase correta de instalação, seja ela em seções circulares, quadrada ou retangular (PFEIL, M, PFEIL, W. 2009). Sendo

um

processo

criterioso,

a

estrutura

metálica

tem

o

maior

aproveitamento de tempo e praticidade em relação a montagem. O que poderá interferir na agilidade da montagem dessas estruturas são as características das ligações, dificuldade de montagem, ingresso de equipamentos na obra e profissionais qualificados (PFEIL, M, PFEIL, W. 2009). Conforme a ABNT, Associação Brasileira de Normas Técnicas (2008), os projetos de estruturas metálicas devem ser executados por profissionais qualificados e habilitados. Já que o processo industrializado da obra pode ser tanto total ou parcial, obedecendo às especificações técnicas detalhadas em projetos e atendendo as necessidades dos investidores. Existem três tipos de projetos especificados pela Norma 8800 sendo eles, projeto básico, de fabricação e de montagem. Em construções que utilizam as estruturas metálicas, é imprescindível a exatidão do cálculo estrutural, fazendo com que superdimensionamento seja evitado. É de grande importância que todos os pontos da edificação sejam verificados antes de estabelecer o material que será utilizado junto com as estruturas metálicas, deste modo define-se como será feita a proteção em relação à ação do tempo nessas estruturas (BRUNA, 1976). Adequações, reformas, alterações ou ampliações, podem ocorrer em estruturas metálicas, pois a flexibilidade permite que mudanças se tornem mais

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simplórias do que em uma estrutura de concreto. Por serem flexíveis e versáteis para os projetos ousados dos arquitetos, as estruturas metálicas possibilitam que se tenham obtenção de espaços com grandes vãos, ou seja, que espaços sejam livres de pilares ou paredes estruturais (BRUNA, 1976). Alguns aspectos devem ser observados e definidos pelos profissionais ao elaborarem projetos de estruturas metálicas, como, se a edificação será aparente ou não, definições dos perfis, espessuras corretas de cada peça, elementos que serão usados para fechamento, acabamento e proteção das estruturas dentre outros. O destaque das estruturas em aço na construção civil é mais interessante do que outros materiais por sua capacidade de resistência mecânica (CHAVES, 2007).

2.3 PRECAUSÕES EM OBRAS NA MONTAGEM DAS ESTRUTURAS METÁLICAS

Como são produzidas e feitas em lugares diferenciados, são necessárias as disponibilidades para o deslocamento das peças através do meio viário. As peças com maior carga devem ser transportadas primeiramente e sucessivamente os mais leves (PFEIL, M, PFEIL, W. 2009). Para o adequado armazenamento, é necessário espaço para a acomodação das peças, para não afetar no bom desenvolvimento da obra. Utiliza-se o método de separação das peças com sua respectiva demarcação de carga em caso de empilhamento tomando os devidos cuidados não sofrerem corrosão (PFEIL, M, PFEIL, W. 2009). Com a necessidade de máquinas pesadas para o método da confecção, é importante estudar as características do empreendimento e disponibilidade de equipamentos na região em que será feita a obra. Deve avaliar também as condições do solo para sustentação dos pesos dos equipamentos como gruas, guindastes entre outros, ventos fortes, carregamento fora do alinho, nível do terreno e impacto devido a balanço de cargas (PFEIL, M, PFEIL, W. 2009). Conforme a norma essas ligações devem ser inspecionadas as estruturas metálicas. A responsabilidade da particularidade e precisão das soldagens é dever do montador quanto a ligações soldadas. Devem ser conferidas todas as referências ao método como tipos de juntas e configurações, especificação dos materiais

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depositantes, controle de material de solda, padrão de soldagem, classificação da área do material base, temperaturas mínimas e máximas, procedimentos de soldagens qualificados de acordo com as normas validas, equipe qualificada e verificação de solda (PFEIL, M, PFEIL, W. 2009). Nas ligações parafusadas, o montador deve primeiramente separar e classificar os parafusos de acordo com a orientação do projeto, evitando confusão e utilização errada nas estruturas. A preparação da área para a junção das peças é de grande importância, assim devem estar livres de elementos que impeçam o contato para fixação. A aplicação correta do torque no parafuso é de extrema importância, pois evita tensões de tração e o alongamento do mesmo (PFEIL, M, PFEIL, W. 2009). As peças das estruturas metálicas possuem limite de tolerância estabelecido por normas ou projeto estrutural. Cuidadosamente o montador verifica com base nos limites de tolerância se há erros e se esses erros não afetam o desempenho da estrutura ou se impossibilitam a montagem. Há três tipos de limites de tolerância para serem analisados para cada tipo de peça estrutural que designam como; tolerância industrial, tolerância de montagem e tolerância de fabricação, e são classificadas pelo EUROCODE como, normais, especiais e particulares (PFEIL, M, PFEIL, W. 2009). Quanto à estabilidade das estruturas ao longo da montagem, leva-se em consideração o funcionamento das peças com o acréscimo de cargas. Para se ter bom resultado é fundamental seguir o projeto de montagem, para uma perfeita funcionalidade e menor custo da estrutura em todo o processo de construção (PFEIL, M, PFEIL, W. 2009).

2.4 AÇOS ESTRUTURAIS E SUAS PROPRIEDADES

Aços estruturais são aços que conforme a sua particularidade, são ideais para a estrutura de uma edificação, podendo ser classificados conforme suas propriedades e classes. Em sua composição, contém 98% de ferro e em torno de 0,002% a 2% de carbono conforme a composição química, os aços estruturais são decompostos em dois grupos, sendo o aço-carbono e o aço de baixa liga (PFEIL, M, PFEIL, W. 2009).

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A elucidação da conduta dos aços é feita através das propriedades mecânicas quando submetidas a esforços, estabelecendo a sua eficiência em reagir e conduzir esforços sem que o mesmo se rompa ou que tenha grande deformidade (PFEIL, M. PFEIL, W. 2009). Os aços possuem propriedades físicas adquiridas por vários tipos de aços estruturais quanto à normalidade da temperatura atmosférica como ductilidade, que é a capacidade de deformação do material em relação a ações de cargas a ponto de atingir ruptura, fragilidade, que ao contrário do material dúctil se torna frágil a baixas temperaturas, possuem resiliência e tenacidade, onde o material tem capacidade e absorver energia mecânica, propriedade de dureza, quando tem a resistência a abrasão, fadiga, resistência a ruptura e elasticidade, onde o aço tem a capacidade de deformação antes de atingir o escoamento (PFEIL, M, PFEIL, W. 2009). Conforme ASTM, (American Society for Testing and Materials), a classificação dos aços designa em aço A36, o aço mais utilizado para estruturas metálicas de pontes, edifícios e demais edificações, empregado em ligações soldadas, rebitadas e parafusadas. O aço A570 é empregado em confecções de perfil devido à ductilidade, o A500, é empregado na fabricação de tubos com costura ou não, em tubos retangulares, circulares e quadrados, o aço A501, possui a mesma resistência do Aço A36, onde são empregados na produção de tubos com costura ou não, em tipos retangulares, quadrados e circulares. O aço A572 é usado onde se pede um grau de resistência maior, podendo ser empregado em qualquer tipo de estrutura, já o aço A558 é utilizado onde solicita uma resistência maior a corrosão atmosférica como em pontes, viadutos, estruturas especiais, dispensando a pintura devido a sua resistência a corrosão (PFEIL, M, PFEIL, W. 2009). Denomina-se corrosão o processo de reação do aço com alguns elementos presentes no ambiente em que se encontra exposto, sendo o produto desta reação muito similar ao minério de ferro. A corrosão promove a perda de seção das peças de aço, podendo se constituir em causa principal de colapso. A proteção contra corrosão dos aços expostos ao ar é usualmente feita por pintura ou por galvanização. A vida útil da estrutura de aço protegida por pintura depende dos procedimentos adotados para sua execução nas etapas de limpeza das superfícies, especificação da tinta e sua aplicação. Em geral, as peças metálicas recebem uma ou duas demãos de tinta de fundo (primer) após a limpeza e antes de se iniciar a fabricação

25 em oficina, e posteriormente são aplicadas uma ou duas demãos da tinta de acabamento (PFEIL, M, PFEIL, W. 2009).

O aço A441 possui pouca liga e bastante resistência mecânica, utilizando ligações soldadas quando se pede um grau de resistência maior podendo ser empregado em qualquer tipo de estrutura com ligações soldadas, rebitadas ou parafusadas (PFEIL, M, PFEIL, W. 2009).

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3. INFRAESTRUTURAS METÁLICAS Acompanhando as tendências mundiais, a engenharia introduz o aço em estruturas de edificações, desenvolvendo tecnologias para redução de tempo de entrega de obras com qualidade, segurança e modernidade (PFEIL, M, PFEIL, W. 2009).

3.1 TIPOS DE ESTRUTURAS METÁLICAS

São materiais como, chapas, fios trefilados, barras, perfis laminados, cordoalhas e cabos. A figura 7 demonstram os tipos de produtos siderúrgicos para estruturas em aço laminados como chapas, barras e perfis que atuam como produtos siderúrgicos de utilização estrutural (PFEIL, M, PFEIL, W. 2009).

Figura 7: Tipos de produtos siderúrgicos para estruturas em aço.

Fonte: PFEIL, M, PFEIL, W. (2009)

As chapas podem se classificar como chapas grossas, de espessura de 5,0 mm e chapas finas, que podem ser fabricadas a quente e a frio. Já as barras, são produtos laminados nas seções circulares, quadradas, retangulares alongadas (PFEIL, M, PFEIL, W. 2009). Em estruturas metálicas são utilizados pórticos de alma cheia são modelos de estrutura é simples e simétrico, onde se tem vão de 15m a 45m e alturas de 5m a 12m, inclinação que varia de 5° a 20° e com espaçamentos entre pórtico de6m a

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12m, pórticos simples com viga castigada ou circular, são perfis laminados formando vigas castigada e celular, possui a mesma estrutura do porte simples, podendo ter um aumento em sua altura de 50% e conseguindo vencer vãos até 60 cm não aumentando a massa linear (PFEIL, M, PFEIL, W. 2009). Os pórticos com tirantes são usados para evitar momentos nas colunas e deslocamentos horizontais, com inclinação maior que 15°. Obs. Os tirantes podem ser indesejáveis por causar obstáculos em algumas atividades. Já os pórticos com escoras centrais a redução de vigas, proporciona maior economia, pois tem a capacidade de obter grandes vãos, pois o pórtico apresenta escora centra (PFEIL, M, PFEIL, W. 2009). O pórtico com estrutura poligonal é utilizado quando a altura do galpão é reduzida e com grandes vãos e são utilizados tirantes na horizontal para maior economia. Com o pórtico com cobertura em aço somente é utilizado quando há necessidade de funções arquitetônicas. Para se curvar as vigas laminadas é necessária à calandragem a frio e ligações em vigas cuidadosamente medidas (PFEIL, M, PFEIL, W. 2009). O galpão com ponte rolante são pórticos com ponte rolante, os dotados de trilhos para movimentação em armações industriais. Sua construção é complexa, exigindo apoio em suas estruturas e a carga recebida por esses pórticos inclui esforços verticais, horizontais e impactos (PFEIL, M, PFEIL, W. 2009).

3.2 RESISTENCIA DO AÇO EM RELAÇÃO AO FOGO E AÇÕES DO TEMPO

Em Londres, em1666, surgiram às primeiras exigências de proteção a incêndio, mas somente no final do século XXI começou a ser debatido entre os órgãos competentes, analises de diferentes tipos de incêndios. Em 1952, as regulamentações passaram a ter atenção global nas estruturas, possibilitando maior liberdade em projetos (ANDRADE, 2010) Em edificações de estruturas metálicas, uma das preocupações é com a sua resistência ao fogo, em caso de incêndio. Com desenvolvimentos tecnológicos, criaram-se aços mais resistentes que retardada a deformação da estrutura proporcionando ao usuário a garantia de desocupação do local mais segura (ANDRADE, 2010).

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O crescente interesse da arquitetura e da engenharia civil em construções de estruturas metálicas faz com que siderúrgicas investem em novas tecnologias específicas em relação à proteção, para que as peças em aço tenham maiores resistências mecânicas quanto a pintura, aderência, corrosão atmosférica e incêndios (ANDRADE, 2010). Todo o material em aço é protegido por pinturas intumescentes, fibras, proteções passivas ou argamassas leves, vermiculita expandida, cerâmica, dentre outros. Os sprinklers é um meio eficaz para o resfriamento das estruturas metálicas quando há incêndios (MANDOLESI, 1981). Conforme a tabela 1 mostrada abaixo, a duração do incêndio quanto à temperatura poderá ultrapassar 1000°c. Aos 800°c, essas estruturas começam a perder resistência, e a partir de 1000°c, chega a apenas 25% da temperatura ambiente. Quando aquecido a 400°c, os aços laminados, podem recuperar suas características primárias após o resfriamento (MENDES, 2004).

Tabela 1 - Condições de redução, entre aço e concreto NBR14323/2013.

Fonte: Mendes (2004).

A NBR 14432/2001 determina que nos itens 3.3 e 3.4: 3.3 cargas de incêndio: Soma das energias caloríficas que poderiam ser liberadas pela combustão completa de todos os materiais combustíveis em um espaço, inclusive os revestimentos das paredes divisórias, pisos e tetos. (ABNT, 2013, p.2). 3.4 cargas de incêndio específicas: Valor da carga de incêndio dividido pela área do piso considerado (ABNT, 2013, p.2).

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A NBR 14323/2013 determina em 5.5 – Materiais de proteção contra incêndio que: [...] as propriedades térmicas e mecânicas, a aderência ao aço e a eficiência das juntas dos materiais de proteção contra incêndios devem ser determinadas por ensaios realizados em laboratório nacional ou laboratório estrangeiro, de acordo com a NBR 5628/2001 ou de acordo com a norma ou especificação estrangeira.

Segundo a ABNT, (2013), as ligações em estrutura metálica, elas devem ser preparadas para resistir às solicitações em situação de incêndio. De acordo com a NBR 14323/2013, não há necessidade de verificações em ligações caso estas forem envoltas por proteção contra incêndios por possuírem as mesmas espessuras dos respectivos elementos estruturais conectados, reduzindo também a proteção em parafusos conforme indica o item 8.4.6.1.4, e se determina a proteção em cantoneiras, elemento de ligação. Para manter o tempo necessário de resistência ao fogo, utiliza-se a aplicação de materiais que tem a funcionalidade de isolantes térmicos, como a zincagem, que age como uma barreira protetora baseada na junção do zinco com o ferro, tornando o aço mais resistente à corrosão e evitando a permeabilidade de água e ar, esse tipo de tratamento à base de zincagem permite a maior durabilidade às estruturas metálicas como a galvanização que é a imersão quente da zincagem (SILVA & VARGAS, 2010). A pintura é eficiente em garantir a proteção contra a corrosão. Para a aplicação da pintura no aço, deve-se ter uma limpeza eficiente da peça que poderá ser feita por escoamento, jateamento e solventes. Já o primer garante maior aderência em camadas subsequentes, como a camada final que atua como estética e também atua como proteção (SILVA & VARGAS, 2010). A resistência do aço é reduzida, quando afetada pelo fogo e diminuição do seu estado limite de escoamento a 400°, em temperaturas aproximadamente a 500°. Recebendo proteção adequada para sustentar o fogo, o aço volta recupera suas propriedades após o cessar das chamas, além das suas funções estáticas. Os materiais usados são vermiculita, gesso e amianto (SILVA & VARGAS, 2010).

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4. O AÇO E A SUSTENTABILIDADE

O uso em larga escala de recursos naturais torna os métodos construtivos convencionais insustentáveis, em relação às edificações construídas com estruturas metálicas, principalmente quando se trata de combustíveis fósseis não renováveis. (MAYDL, 2004). A matéria prima do aço é encontrada na crosta terrestre em grande abundância, tornando-o um importante elemento construtivo que contribui para o desenvolvimento sustentável na área da construção civil sem comprometer futuras gerações (MAYDL, 2004). A essencialidade da sustentabilidade nos dias atuais do setor da construção civil tem um importante papel a desempenhar quanto aos impactos ambientais e sociais. Por serem totalmente recicláveis as estruturas metálicas, se tornou um dos métodos construtivos mais adequados para a construção sustentável. Já os outros métodos convencionais são os grandes responsáveis pela defasagem dos recursos naturais (MAYDL, 2004). Com seu processo de reciclagem, o aço se tornou um dos elementos construtivos que menos consomem energia ao fabrica-lo. É capaz de reduzir o impacto ambiental, preservando os recursos naturais e reduzindo a emissão de CO2. Profissionais do ramo da construção civil, quando escolhem para seus projetos estruturas metálicas, têm maiores benefícios em canteiros de obras, pois se elimina gastos com madeiramento e água reduzindo custos e beneficiando a natureza (BREDARIOL, 2001). A reciclagem do metal é importantíssima para o meio ambiente, pois esse elemento pode levar ate 100 anos para se decompor. Pela difícil decomposição do aço, se aplica a reciclagem fazendo com que este não seja descartado em locais impróprios como aterros sanitários, rios, lagos solo, matas e oceano (BREDARIOL, 2001). Atualmente os sucateiros, pessoas responsáveis pelo recolhimento e correto destino do aço, fazem um grande papel social em grandes centros urbanos, recolhendo desde lata de alumínio a carcaça de automóveis. Este material recolhido pelos colaboradores do meio ambiente é levado aos fornos para se transformarem em novos elementos construtivos (COSTA, 2002).

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A figura 8 demonstra o processo de seleção de sucatas de um ferro-velho, com objetivo de envia-las aos fornos das usinas e transforma-las em novos aços resistentes, pois o aço quando reciclado não perde suas particularidades.

Figura 8: Processo de seleção de sucatas para formação de novos aços

Fonte: Qualidade online, (2010).

A construção sustentável visa manter um canteiro de obras limpo e organizado, livre de madeiramento, consumo de água, materiais que produzem resíduos e partículas transmitidas para o ar, remoção de terras, entulhos e transporte desnecessários responsáveis pela emissão de CO2 (MAYDL, 2004). O grande desafio é transformar a indústria da construção civil, responsável pelo grande uso de recursos naturais em indústrias sustentáveis. Assim, vários países têm investido em tecnologias que promovem o desenvolvimento e estratégias

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para a redução dos impactos ambientais, melhorando gradativamente as condições para a competitividade dos elementos construtivos nesse setor em relação aos convencionais (MAYDL, 2004).

4.1 PRODUÇÃO DO AÇO

O aço é produzido por matérias prima em alto forno, sendo 60% da fabricação feita por minério de ferro, coque e calcário. Este processo é denominado como integrado. Outro meio de produção é através do forno de arco elétrico, onde se usa a sucata como matéria prima. Este processo chega a produzido 95% de aço reciclável. Uma das vantagens da produção do aço em forno de arco elétrico é que a produção é mais rápida e facilidade (GENTIL 2007). A figura 9 demonstra a comparação entre a eficiência da reciclagem do aço produzida no forno de arco elétrico e a reciclagem do aço produzida pelo alto forno (GENTIL,2007).

Figura 9: Gasto de energia na fabricação do aço em fornos.

Fonte: Gervásio e Silva, (2005).

A produção do aço em alto forno gera impactos ambientais mais severos, pois as indústrias siderúrgicas utilizam excesso de energia e materiais, fazendo com que

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esse processo industrial produza em grande quantidade o gás CO2 e outros poluentes lançando na atmosfera, tornando o efeito estufa é mais drástico (GENTIL 2007). Na figura 10, são apresentados os danos ao meio ambiente com a fabricação do aço.

Figura 10: Impactos ambientais

Fonte: Gervásio e Silva, (2005).

Para a produção de 1 Kg de aço em alto forno é emitido aproximadamente 2500 gr de CO2, enquanto que na produção de aço em forno de arco elétrico essa emissão cai para 462 gramas de CO2 (GERVÁSIO E SILVA, 2005)

4.2 CONSTRUÇÕES SUSTENTÁVEIS

Algumas medidas estão sendo tomadas por grandes siderúrgicas mundiais, para transformar o aço em um material mais ecológico em relação a outros elementos. A determinação dos fabricantes em desenvolver múltiplas pesquisas para encontrar soluções em decrescer a emissão de gases poluentes e a redução de energia são alguns dos desafios para que o processo de produção sustentabilize (GERVÁSIO et al., 2005). Com os recursos naturais em escassez, os profissionais da construção civil estão dando preferência aos elementos construtivos sustentáveis. O aço surge como o elemento sustentável para construções duradouras, flexíveis, sem necessidade periódica de manutenções, excelência em aproveitamento de energia solar, capacidade desmontar suas estruturas dentre outras vantagens. Contudo o aço se

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torna a cada dia um elemento renovável e reciclável que se adéqua a soluções para um ambiente mais equilibrado e consequentemente mais saudável (LIPPI,1979). Com largas vantagens em relação a métodos construtivos convencionais, são estruturas que utilizam a pré-fabricação ganhando mais eficiência, rapidez e segurança quando inseridas em projetos de edificações. Outro aspecto importante é que as estruturas metálicas reduzem a movimentação de terra, permitindo a preservação do solo e projetos modernos com painéis de faixadas de aço vazado e superfícies envidraçadas que permitem a condução de maior ganho de luz natural para iluminação de ambientes (LIPPI, 1979). Algumas edificações como os edifícios sustentáveis, têm analisados seus ambientes devido aos procedimentos de construção. Foram criados ferramentas e sistemas que averiguam a classificação ambiental e que analisa o ciclo de vida do mesmo (GERVÁSIO et al., 2005). Seguindo uma serie de critérios, as construções como edifícios, seguem as regras para que possam receber o certificado ambiental de construção sustentável, conforme o andamento e finalização da obra (GERVÁSIO et al., 2005). A figura 11, abaixo apresenta um esquema metodológico ACV, Análise de Ciclo de Vida, de como edifícios que desejam ter o certificado de construções sustentáveis devem proceder ao longo de sua vida.

Figura 11: Limites do Sistema ACV - Análise de Ciclo de Vida

Fonte: Metálica

O termo “ciclo de vida” é denominado para avaliar as edificações desde a construção, utilização, manutenção e demolição. Inclui-se também a avaliação

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quanto à aquisição de matérias-primas para a fabricação dos materiais utilizados para a respectiva edificação (USEPA, 2001).

4.3 RESÍDUOS SOLIDOS

O setor da construção civil que usa métodos construtivos se tornou um dos maiores geradores de resíduos do mundo. O que se retira da natureza ao escolher meios convencionais, somente 20% a 50% se transforma em matéria prima. Diferentemente das estruturas metálicas onde suas demolições são recicladas, as estruturas convencionais descartam seus resíduos sólidos muitas vezes em locais inadequados e impróprios quando demolidas (GERVÁSIO E SILVA, 2005). A produção do cimento que é um elemento fundamental para as construções de alvenaria, mas causa o aumento de efeito estufa, pois ultrapassam os limites tolerados em CO2 e partículas. Sua fabricação é responsável por gerar em torno de 600 Kg de CO2 que são emitidos a atmosfera. Atualmente esses níveis de poluentes aumentam consideravelmente pelo do crescimento da indústria cimentícia, fazendo com que os insumos de CO2 dobrassem entre as décadas de 50 a 80 (GERVÁSIO E SILVA, 2005). O processo de reciclagem do aço é um dos processos que menos consomem energia, aproximadamente 80% a menos dos demais, reduzindo o impacto ambiental, contribuindo com o meio ambiente, preservando os recursos naturais e reduzindo a emissão de CO2 (GERVÁSIO E SILVA, 2005). Novas pesquisas criam tecnologias que transformam o aço em agregados siderúrgicos, que com suas particularidades podem substituir a areia, pó de brita e a brita para a fabricação de blocos sustentáveis. Esses elementos estão hoje inseridos em calçadas para transito de pedestres e trafego de carros de passeio. (DIÁRIO DO AÇO, 2017). Novas análises são feitas frequentemente para o melhoramento dessa nova solução de agregado, para obter produtos mais resistentes que suportem cargas maiores para o transito de caminhões e ônibus, produtos que necessitam de resistência contra água como blocos estruturais, manilhas dentre outro.

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A figura 12 apresenta o bloco para pisos intertravado, produzido por agregado de aço siderúrgico (DIÁRIO DO AÇO, 2017).

Figura 12: Bloco para piso intertravado produzido por agregados de aço siderúrgico.

Fonte: Diário do aço, (2017).

Os agregados siderúrgicos alem de são baratos e de qualidade alem de trazer uma serie de benefícios para o meio ambiente, reduzindo a necessidade de extração de recursos naturais frequentes, consequentemente abrindo um novo caminho para a economia (DIÁRIO DO AÇO, 2017).

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5.

CONSIDERAÇÕES FINAIS

As estruturas metálicas ganha visibilidade no ramo da construção civil por serem reconhecidas como o método construtivo que se adéqua facilmente a outros elementos, mesmo sendo relativamente caras ao serem comparadas às edificações de alvenaria. Graças à versatilidade no processo de montagem da estrutura de aço, engenheiros e arquitetos tem a liberdade de elaborarem projetos arrojados e esbeltos. Esse modo construtivo possibilita grande economia em fundações, racionalizando canteiros de obras, tornando céleres os processos de construções que consequentemente possibilitam o retorno mais rápido de investimento aplicado. As infraestruturas metálicas exigem excelência quanto a seus projetos. Cada peça é medida milimetricamente, para que a obra não tenha perca de material. Quando são encaminhadas aos canteiros para serem parafusadas, as estruturas metálicas necessitam de profissionais qualificados diferentemente dos profissionais que realizam obras de alvenaria. A conscientização ecológica nos canteiros de obras é uma realidade. Com práticas sustentáveis a redução do consumo de recursos naturais é visível quando se utiliza estruturas em aço. O grande desafio para a indústria da construção civil é criar novas tecnologias que diminuam o grande impacto causado pela retirada de matérias primas do meio ambiente criando soluções que produzam elementos construtivos ecologicamente corretos.

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REFERÊNCIAS ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR 14432. Exigências de resistência ao fogo de elementos construtivos de edificações. Rio de Janeiro, 2001. ABNT- Associação Brasileira de Normas Técnicas NBR 14323. - Projeto de estruturas de aço e de estruturas mistas de aço e concreto de edifícios em situação de incêndio. Rio de Janeiro, 2013. ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR8800. Projeto e Execução de Estruturas de Aço em Edifícios – Procedimento. Rio de Janeiro, 2008. Aço, Portal do. Usiminas destina agregado siderúrgico para fabricação de blocos sustentáveis. 14 de agosto de 2017. Disponível em: < https://www.diariodoaco.com.br/ler_noticia.php?id=52449&t=usiminas-destinaagregado-siderurgico-para-fabricacao-de-blocos-sustentaveis> Acesso: 31 de outubro de 2018. ANDRADE, P.A., A construção com Estruturas Metálicas, São Paulo: Revista do Instituto de Engenharia, No. 500, 2010. ARCHDAILY. Estádio nacional de Wembley. 25 de agosto de 2017. Disponível em: Acesso: 28 de outubro de 2018. BELLEI, Ildony Hélio. Interfaces aço-concreto. 2 a. e d. Rio de janeiro: IBS/CBCA, 2009. (Série manual de construção em aço). BENEVOLO, L. História da Arquitetura Moderna. São Paulo, Perspectiva, 1989. BREDARIOL, C.S. 2001. Conflito ambiental e negociação: para uma política local de meio ambiente. Tese de doutorado, Universidade Federal do Rio de Janeiro. BRUNA, P.J.V. Arquitetura, industrialização e desenvolvimento. São Paulo, Perspectiva, 1976. CHAMBERLAIN, Z.M.; FICANHA R.; FABEANE, R. Projeto e cálculo de estruturas de aço: Edifício industrial detalhado. Rio de Janeiro: Elsevier, 2010. CHAVES, M. R. Avaliação do desempenho de soluções estruturais para galpões leves. 2007. 125 f. Dissertação (Mestrado do Programa de Pós-graduação em Engenharia Civil) - Universidade Federal de Ouro Preto, Ouro Preto, 2007.

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