Dimensionamento de estrutura em Light Steel Frame

Buscando eficiência construtiva com o aumento da produtividade, diminuição do desperdício e o atendimento da alta demanda por edificações, haja vista a necessidade advinda do déficit habitacional brasileiro, o sistema LSF, formado por perfis formados a frio (PFF), é tratado como solução estrutural viável para o país. Nessa perspectiva, o trabalho produzido permite conhecer esse método construtivo, tais como materiais, terminologias empregadas, características de projeto e considerações de Usando principalmente as normas brasileiras ABNT NBR 8800:2008, NBR 14762:2010, NBR 15253:2104 e NBR 15575:2013, a avaliação dos esforços resistentes para cada perfil e dos deslocamentos máximos da estrutura é discutida a fim de possibilitar o adequado dimensionamento dos elementos da construção. Por fim, a estimativa de quantidades e perfis utilizados no projeto final é brevemente explorada no intuito de que, em um trabalho futuro, possa ser pesquisada a viabilidade econômica desse sistema em comparação aos métodos construtivos tradicionais.

ESTUDOS DE CASO EM OBRA DE UNIDADE BÁSICA DE SAÚDE UBS EM LIGHT STEEL FRAME. Viabilidade de construção. Deverá ser utilizada a NBR 6118 e 6120 para os dimensionamentos, atentar para o isolamento contra umidade e objetivando melhores condições térmicas e acústicas deverá ser instalado uma fita seladora na parte inferior da alma da guia inferior da estrutura. Estrutura Metálica e Fechamentos em Light Steel Frame Deverá possuir de acordo com o sistema, perfis de aço formados a frio, aço ZAR 230, perfis industrializados, formando os painéis estruturais auto portantes, treliças, vigas, tesouras, lajes, contraventos, ancorados a fundação de forma rígida e com reforços nos vãos de janelas e portas, assim como nos encontros dos elementos componentes do sistema em geral.

Os perfis serão do tipo Ue (U enrijecido) e U (simples) com espessura entre 0,80 mm e 1,25 mm e utilizando parafusos autobrocantes. Para o revestimento externo das paredes serão utilizadas placas cimentícia com a espessura de 12 mm e barreira a vapor. Para o revestimento interno das paredes serão utilizadas placas de gesso acartonado com espessura de 12 mm, preenchimento interno das paredes será executado com lã de vidro em camada de 100 mm para paredes externas, 50 mm para paredes internas e forros que deverão ser executados com placas OSB (oriented standard board) com espessura de 18 mm. Laje de Cobertura da UBS:  Placa OSB com espessura de 14 mm  0,014  6,4 = 0,0896 KN/m²  Placa de gesso com espessura de 12 mm  0,012  10 = 0,12 KN/m²  Lã de vidro com espessura de 50 mm  0,05  0,12 = 0,006 KN/m²  Manta asfáltica  0,04 KN/m²  Vermiculita expandida com espessura de 50 mm  0,05  1,6 = 0,08 KN/m² Totalizando em 0,3356 KN/m² a laje de cobertura e com sobrecarga em toda a cobertura com estrutura de madeira de acordo com a norma com o valor de 0,5 KN/m².

Parede (face externa):  Placa cimentícia com espessura de 12 mm  0,012  17 = 0,204 KN/m²  Placa de gesso com espessura de 12 mm  0,012 10 = 0,12 KN/m²  Lã de vidro com espessura de 50 mm  0,05  0,12 = 0,06 KN/m² Totalizando em 0,33 KN/m² a face externa das paredes laterais da edificação de UBS. Parede (face interna):  Placas de gesso com espessura de 12 mm  0,012  10 = 0,12 KN/m²  Placa cimentícia para paredes internas (COZ, WC. com espessura de 12 mm  0,012  17 = 0,204 KN/m².  Revestimento porcelanato considerando pior caso  0,3 KN/m²  Lã de vidro com espessura de 50 mm  0,05  0,12 = 0,006 KN/m² Totalizando em 0,75 KN/m² a parte interna das paredes da edificação. Os valores dos coeficientes de ponderação das ações também são determinados pela mesma norma anterior, sendo: g1 = 1,25 (peso próprio de estruturas metálicas, ABNT NBR 8800) g2 = 1,35 (Estrutura moldada no local, de elementos construtivos industrializados a empuxo permanente) g3 = 1,5 (Ações variáveis) Para o nosso dimensionamento teremos  Nsd = 1,25  0,015 + 1,35  0,1342 + 1,5  0,2  Nsd = 0,5 KN  qsd = 1,4  0,288  qsd = 0,403 KN/m Gráficos utilizados para escolha de dimensões das vigas em steel frame de acordo com norma ABNT NBR 14762:2010: Gráfico - Barras submetidas à flexão simples: Perfil Ue 140x40x12; Lz = Ly = Lx / 3 Gráfico - Barras submetidas à flexão simples: Perfil Ue 200x40x12; Lz = Ly = Lx / 3 Através dos gráficos fornecidos pelas normas adotadas nesse projeto de construção em light steel frame de uma unidade básica de saúde, podemos constatar que para os ambientes com vão até 3,0 m podemos utilizar o perfil do gráfico acima, Ue (enrijecido) 140 x 40 x 12 x 0,95 que será mais utilizado devido as dimensões dos ambientes da unidade básica de saúde.

Para vão acima de 3 m utilizaremos o perfil Ue (enrijecido) 200 x 40 x 12 x 0,95 que esta na sucessão do anterior em termos de resistências e porque são perfis industrializados e resistentes aos esforços solicitantes nesse projeto. Para os montantes, principal estrutura vertical nesse sistema construtivo, as forças normais de compressão são:  Peso próprio  0,015  (3/2+2,8) = 0,0645 KN  Carga Permanente  1,5  0,1342 + 2,8  0,132 = 0,5709 KN  Sobrecarga  1,5  0,2 = 0,3 KN. Utilizando a sobrecarga e o vento como ações variáveis principais, a força de compressão no montante e a carga distribuída lateral solicitante de calculo é:  Nc = 1,25  0,0645 + 1,35  0,5709 + 1,5  0,3  Nc = 1,30 KN  qsd = 1,4  0,3 (considerando a ação do vento)  qsd = 0,42 KN/m Gráfico - Barras submetidas à flexo-compressão: Perfil Ue 90x40x12x0,95; Para escolher o montante ideal foi utilizado a comparação através da norma brasileira do gráfico acima entre a carga lateral distribuída e a força axial de compressão, sendo escolhido o montante acima com L = 2,8m e demais dimensões de perfil enrijecido Ue 90 x 40 x 12 x 0,95.

A figura a seguir representa as nomenclaturas das dimensões nominais a que utilizaremos nesse procedimento de dimensionamento das barras, essa é a seção transversal do perfil viga ou montante e esta dividida em elementos 1,2,3, para podermos dimensioná-los de forma organizada e com referência ilustrativa. 0= b ÷ t / 0,623  ÷   0= 3,634 ÷ 0,0914 / 0,623 20000 ÷ 23 = 2,164 0= 2,164  0,673  Dimensionamento do enrijecedor (elemento3) do perfil terá: d = 1,2  2 t = 1,2 – [2  (0,95 – 0,0036)]  d = 1,017 cm. Is= d³ t  12  Is = 1,017³  0,0914  12 = 0,0080 cm4, onde: Is corresponde ao momento inércia da seção bruta do enrijecedor. Ia= 399 t4 [0,487 λo - 0,328]3 = 399 x 0,09144 x [0,487 x 2,164 – 0,328]3 = 0,0106cm4 Ia≤ t4 [56 λo + 5] = 0,09144 x [56 x 2,164 + 5] = 0,0088 cm4 Ia corresponde ao momento de inércia de referência do enrijecedor de borda, esse momento ajuda no apoio ao elemento2 da viga que estamos analisando. n = (0,582 – 0,122 λo) ≥ 1/3 n = (0,582 – 0,122 x 2,164) = 0,3180 < 1/3  n = 0,3333 D = 1,2  0,0036 = 1,1964 cm b = 3,634 cm D é a largura nominal do enrijecedor de borda do perfil.

D = 1,1964 = 0,329 b 3,634 0,25 < D / b ≤ 0,80. bef = b (1 ÷ )  (1  0,22 ÷ ) ≤ b bef = 13,634  (1 ÷ 1,091)  (1  0,22 ÷ 1,091)  bef = 9,977 cm ≤ b = 13,634 bc = 7,091  2  0,0914 = 6,098 cm , onde: bc é a largura da região comprimida da alma. Calculando as propriedades geométricas da seção efetiva temos: Elemento L (cm) y (cm) Ly (cm²) Mesa Superior 3,403 0,046 0,157 0,007 Canto Superior Esquerdo 0,215 0,095 0,020 0,002 0,00038 Canto Superior Direito 0,215 0,095 0,020 0,002 0,00038 Enrijecedor Superior 0,925 0,645 0,597 0,385 0,06595 Elemento Inefetivo da Alma 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 Alma 13,634 7,000 95,438 668,066 211,1974 Mesa Inferior 3,634 13,954 50,709 707,593  Enrijecedor Inferior 1,017 13,309 13,535 180,137 0,08766 Canto Inferior Esquerdo 0,215 13,905 2,990 41,576 0,00038 Canto Inferior Direito 0,215 13,905 2,990 41,576 0,00038 166,456 1639,344 211,353 Soma 23,473 - Ly² (cm³) Ix’ (cm³)  Ix’ = Σ Ly² + Σ Ix’ - [(ycg)²  Σ L] = 1639,344 + 211,353 – [(7,091)² x 23,473] = 670,4210 Ix’= 670,4210 cm³ Ix = Ix’ t = 670,4210 x 0,0914 = 61,276 cm4 Ix’ é o momento de inércia da seção efetiva considerando-se o “método linear”. Ix é o momento de inércia da seção efetiva do perfil. O módulo de resistência elástico da seção efetiva Wef , e apresentado de acordo com a equação a seguir: Wef = x  Wef = 61,276 = 8,64138 cm³ ycg 7,091 Com este resultado do módulo de resistência podemos calcular momento fletor resistente, calculado com base no início do escoamento da seção efetiva: MRd = Wef  fy  8,64138  23  MRd = 180,68 kN.

cm 1,1 MONTANTE UE 90X40X12X0,95 SUBMETIDO À FLEXÃO COMPOSTA Montante escolhido através do pré-dimensionamento feito anteriormente. No que se refere ao sistema construtivo Light Steel Framing (LSF) verifica-se que este é um sistema construtivo que apresenta muitas vantagens sobre os sistemas de construção convencionais, e que devido características próprias do sistema exige um nível de detalhamento de projetos muito mais amplo, constante atenção na compatibilização dos projetos arquitetônicos, de instalações prediais (elétricos, hidráulicos, etc. decoração e entre outros. Como verificado em visitas técnicas e estudos desenvolvidos ao longo deste trabalho a realidade do canteiro de obras de uma construção em Light Steel Framing (LSF) é bem distinta do canteiro de obras tradicionais, e o gerenciamento de todo o processo faz com os desperdícios sejam praticamente nulos, e o prazo de execução da seja significamente inferior aos métodos convencionais.

Por fim é possível constatar que as empresas do ramo da construção civil têm potencial de inovação e de desenvolvimento do conhecimento de forma a se capacitar e fazer frente aos desafios mercadológicos e técnicos a serem desenvolvidos em consonância com o crescimento do País. O avanço no cenário atual é uma questão de tempo para o aculturamento. Rio de Janeiro, 2003. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (ABNT). NBR 14. Chapas de gesso acartonado – Requisitos. Rio de Janeiro, 2001. Perfis de aço formados a frio, com revestimento metálico, para painéis reticulados em edificações - Requisitos gerais. Rio de Janeiro, 2005. ABNT NBR 15. Placa plana cimentícia sem amianto - Requisitos e métodos de ensaio. Rio de Janeiro, 2007.