sistema light steel framing como fechamento externo

CONSTRUMETAL – CONGRESSO LATINO-AMERICANO DA CONSTRUÇÃO METÁLICA
São Paulo – Brasil – 09, 10 e 11 de Setembro 2008
SISTEMA LIGHT STEEL FRAMING COMO FECHAMENTO
EXTERNO VERTICAL INDUSTRIALIZADO
Alexandre Kokke Santiago (1)
Ernani Carlos de Araújo (2)
1 . FECHAMENTOS INDUSTRIALIZADOS NA REALIDADE BRASILEIRA
Processos predominantemente artesanais, onde são marcantes baixa produtividade
e enorme desperdício, ainda compõem a maior parcela da construção civil brasileira.
Entretanto, diante da crescente demanda do mercado por novas edificações e da
disponibilidade técnica de alternativas, várias correntes desse setor têm se mostrado
abertas ao emprego de soluções industrializadas. Sistemas construtivos com
concepção racionalizada têm ganhado espaço conforme cresce a aceitação da
tecnologia por parte dos setores produtivos e, principalmente, dos consumidores.
Algumas das características dos sistemas construtivos industrializados, como mãode-obra qualificada, produção seriada e em escala de elementos padronizados,
racionalização e possibilidade de gestão rígida dos processos e cronograma da
obra, se contrapõem aos problemas próprios da construção artesanal.
Os fechamentos verticais industrializados são utilizados atualmente no Brasil com
freqüência significativa, sendo o dry-wall (internamente) e os painéis metálicos e de
concreto pré-moldado (externamente) suas formas mais comuns. Maior organização
e limpeza do canteiro, rapidez e facilidade na execução das vedações, facilidade de
controle e menor desperdício de materiais são algumas das vantagens desses
fechamentos industrializados sobre a alvenaria tradicional (SILVA e SILVA, 2004).
(1)
Arquiteto e Urbanista (UFMG) e Mestre em Engenharia Civil (UFOP), Coordenador de Steel
Framing da Flasan Construção a Seco (Belo Horizonte, MG). [email protected]
(2) Professor
Associado, Programa de Pós-graduação em Eng.Civil (UFOP). [email protected]
1
2 . LIGHT STEEL FRAMING COMO FECHAMENTO EXTERNO
O Light Steel Framing (LSF) é um sistema construtivo de concepção racionalizada,
que vem passando por processo de aceitação e desenvolvimento no mercado da
construção civil nacional. Trata-se de um sistema caracterizado pelo uso de perfis de
aço galvanizado formados a frio, bastante esbeltos e que compõem sua estrutura.
Esse sistema trabalha em conjunto com subsistemas leves (acabamento, cobertura,
etc.), também racionalizados, proporcionando uma construção industrializada, com
grande rapidez de execução e a seco (RODRIGUES, 2006).
O principal emprego do sistema LSF no Brasil é na execução de habitações
unifamiliares de pequeno porte (até dois pavimentos). Seu uso também abrange
construções bastante variadas, como hospitais, escolas (figura 1) e edifícios de
apartamentos de até quatro pavimentos, além de retrofit de edificações existentes
(FREITAS e CRASTO, 2006).
Figura 1 - Obra de escola em LSF no Rio de Janeiro
Fonte: SANTIAGO, 2008
Uma das aplicações do sistema que vem despertando interesse de vários
profissionais da construção civil é o uso do LSF como fechamento externo de
fachadas para edifícios de múltiplos pavimentos com estrutura principal portante. O
uso desse tipo de fechamento externo é bastante recorrente em países com cultura
construtiva industrializada. No Brasil, seu emprego ainda é pouco usual, mas vem
mostrando significativo potencial de crescimento, visto o interesse do mercado da
construção em encontrar alternativas mais eficientes do que os sistemas artesanais
predominantes (figura 2).
2
Figura 2 - Obra com fechamento externo em LSF em Belo Horizonte
Fonte: SANTIAGO, 2008
O sistema de fechamento utilizando painéis de LSF oferece vantagens construtivas,
em relação à alvenaria, semelhantes aos painéis pré-fabricados em concreto ou aos
painéis metálicos. Além dessas vantagens, o fechamento em LSF possui ainda
montagem simples, seu peso próprio é baixo (implicando em alívio nas solicitações
da estrutura principal e nas fundações) e o transporte do sistema para o canteiro e
dentro dele é fácil, uma vez que os elementos industrializados, como perfis e placas
de acabamento, possuem dimensões e peso próprio pequenos (figura 3). Outro
ponto importante é o fato do LSF ser um sistema aberto, onde os elementos
industrializados padronizados podem ser adaptados a qualquer exigência de projeto,
diferente dos painéis em concreto, produzidos sob medida para cada obra.
Figura 3 - Instalação de painel de LSF como fechamento externo. Local: Inglaterra.
Fonte: SANTIAGO, 2008
3
2.1 - Princípios estruturais e de dimensionamento
O sistema LSF empregado como fechamento externo pode ser dimensionado para
colaborar no contraventamento vertical e horizontal da estrutura principal do edifício,
aumentando a rigidez de seus quadros, principalmente com a diminuição dos
comprimentos de flambagem de pilares (PEREIRA JUNIOR, 2004). Porém, na
maioria dos casos, o fechamento em LSF é dimensionado como um sistema
secundário, ou seja, não possui papel estrutural global no edifício. Nesta situação, a
estrutura principal do edifício deve ser dimensionada sem considerar o sistema de
fechamento para sua estabilização ou suporte de cargas (SCHAFER, 2003).
A responsabilidade estrutural do fechamento em LSF, neste caso, é resistir às
cargas verticais decorrentes de seu peso próprio e dos materiais de acabamento e
esquadrias ligados diretamente aos painéis, transmitido-as à estrutura principal do
edifício. Além de resistir às cargas horizontais decorrentes da incidência do vento e
de impactos causados pela utilização normal do edifício.
É importante estudar os deslocamentos aos quais a estrutura principal do edifício
está sujeita para a escolha da forma de execução do fechamento, especialmente em
edificações muito altas, instaladas em locais de grande incidência de vento ou
sujeitos a cargas sísmicas. O dimensionamento da estrutura do fechamento em LSF
pode ser feito considerando que tais deslocamentos serão isolados do fechamento
por meio de detalhes não-rígidos na montagem da estrutura de LSF e dos
acabamentos dos painéis. Pode-se, ainda, optar por admitir que os deslocamentos
da estrutura principal não são isolados do fechamento e implicam em esforços nos
seus perfis, que devem ser geralmente mais robustos que os de painéis isolados.
Não
há
disponíveis,
inclusive
fora
do
Brasil,
normas
que
determinem,
quantitativamente, quando é necessário empregar no painel de fechamento detalhes
construtivos para absorver os deslocamentos da estrutura principal ou quando estes
são dispensáveis. As prescrições de associações técnicas norte-americanas
voltadas para o sistema LSF recomendam que toda montagem de fechamento
permita uma movimentação vertical independente do painel em relação à estrutura
principal do edifício e que os deslocamentos horizontais sejam avaliados para cada
caso pela equipe de projeto (LGSEA, 2004). No entanto, a prática comum do
mercado é preocupar-se em isolar os deslocamentos, tanto verticais quanto
horizontais, apenas em edificações mais altas (acima de 25 pavimentos).
4
2.2 - Princípios de montagem e execução
O Método Embutido é uma das possibilidades mais recorrentes de solução
construtiva para fechamento de fachadas com o sistema LSF. Neste processo, os
painéis, fabricados anteriormente ou na obra, são montados internamente aos
quadros da macroestrutura do edifício e transmitem suas cargas ao elemento
estrutural imediatamente abaixo (figura 4).
Figura 4 - Fechamento em LSF – Método Embutido
Fonte: SANTIAGO, 2008
Este modelo de montagem do fechamento não oferece restrição ao porte do edifício
e nem requer sistemas auxiliares de sustentação e transmissão de sua carga para a
estrutura portante do edifício, porém possui como limitação a dificuldade em
compensar eventuais problemas de alinhamento e prumo decorrentes da execução
da estrutura principal. A fixação dos painéis à estrutura é normalmente feita com
pinos acionados à pólvora e deve ser previsto isolamento com manta emborrachada
entre os painéis e a estrutura.
Os diversos detalhes de montagem existentes, que definem o isolamento ou não do
fechamento em relação aos deslocamentos da estrutura principal, se localizam na
extremidade superior do painel. Na montagem rígida, a mais simples de ser
executada e que não permite deslocamento independente, a fixação dos montantes
à guia superior é feita com os mesmos parafusos e processos de montagem comuns
ao sistema LSF portante (figura 5A).
Por sua vez, detalhes não-rígidos apresentam diversas variações na forma de
execução, cada uma delas com vantagens, desvantagens e limitações diferentes,
que devem ser consideradas para o planejamento da obra (SSMA, 2007). Entre
5
suas variações estão: a montagem com as extremidades superiores dos montantes
não parafusadas à guia e travadas horizontalmente, o quê deixa espaço para
deslocamento e não requer peças especiais (figura 5B); as guias superiores com
furos oblongos nas mesas para fixação dos montantes, que permitem a préfabricação e o transporte dos painéis de fechamento (figura 5C); e a fixação
individual da extremidade superior dos montantes com cantoneiras com furos
oblongos nas suas abas, que é capaz de absorver tanto deslocamentos verticais
quanto horizontais (figura 5D).
(A)
(B)
(C)
(D)
Figura 5 - Variações de detalhes para montagem de fechamentos no Método Embutido
Fonte: SANTIAGO, 2008
Os fechamentos para fachadas em Light Steel Framing podem ser também
executados como Painéis Contínuos externos, concebidos independentemente dos
quadros da estrutura principal (figura 6). Os painéis contínuos maximizam o
aproveitamento da área interna do edifício, já que não ocupam espaço na laje
executada, e permitem ajustes no alinhamento vertical da fachada, livre de sujeição
a eventuais imprecisões na execução da estrutura principal. Para sua conexão com
a estrutura principal, são necessárias peças especiais (inserts) executadas em aço
galvanizado, com chapa mais espessa (acima de 2,0 mm) e com conformações que
variam de acordo com o propósito da conexão.
6
Figura 6 - Fechamento em LSF – Método Contínuo
Fonte: SANTIAGO, 2008
Os fechamentos contínuos em LSF devem ser divididos, verticalmente, em painéis
com altura de um ou dois pavimentos. Esses painéis podem ser apoiados uns sobre
os outros, de forma que cada painel descarregue seu peso próprio no painel abaixo,
até que o primeiro painel transmita toda a carga do fechamento para a fundação.
Neste caso, os inserts são responsáveis apenas por resistir às cargas horizontais de
vento e devem permitir a transmissão livre das cargas verticais para baixo. A forma
mais simples de insert com tal característica é uma chapa dobrada em L, com furos
oblongos na face, em contato com os montantes do fechamento (figura 7A).
Os painéis contínuos podem, também, ser divididos verticalmente e possuir apoios
intermediários, conectados à estrutura principal, que resistem tanto às cargas
horizontais quanto aos carregamentos verticais decorrentes do peso próprio dos
painéis. Estas peças, os inserts rígidos, podem ser bem simples, utilizando uma
chapa dobrada em L conectada com parafusos ao montante do painel de
fechamento (figura 7B).
(A)
(B)
Figura 7 - Variações de inserts de fixação para painéis contínuos
Fonte: SANTIAGO, 2008
7
No projeto de fechamentos em painéis contínuos de LSF, é preciso avaliar as cargas
as quais o fechamento está sujeito e a amplitude dos deslocamentos previstos, para
que se determine a melhor forma de fixação, que pode ser rígida ou não-rígida
verticalmente. É usual nos fechamentos com painéis divididos a combinação entre
formas de fixação em cada um dos painéis, sendo a rígida (responsável pela
sustentação do painel) instalada na extremidade inferior, e a não-rígida (fundamental
para o equilíbrio do painel) locada na extremidade superior (LGSEA, 2004).
2.3 - Cuidados na execução dos acabamentos
No planejamento da montagem da estrutura do fechamento vertical em Light Steel
Framing, é importante dedicar atenção aos detalhes de execução dos acabamentos,
que são montados, preferencialmente, a partir de placas industrializadas, leves e
moduladas.
Nos fechamentos embutidos, as placas de acabamento externo podem ser
montadas também entre os quadros, deixando a estrutura principal do edifício
aparente (figura 8A). Neste caso, deve haver cuidado na interface entre as placas e
a estrutura, pois os materiais envolvidos no processo possuem naturezas e
comportamentos diferentes. Já quando se opta por ocultar a estrutura principal, as
placas são montadas contínuas e suas interfaces são mais simples e menos
problemáticas (figura 8B). Em ambos os casos, é preciso atenção no planejamento
dos detalhes quando se prevê a ocorrência de deslocamentos independentes entre
estrutura principal e estrutura do fechamento.
(A)
(B)
Figura 8 - Acabamentos dos painéis sobrepondo ou deixando a vista a estrutura
Fonte: SANTIAGO, 2008
8
Os fechamentos montados contínuos eliminam os pontos de interface entre
acabamentos externos e estrutura principal, uma vez que tanto os painéis em LSF
quanto as placas de acabamento são montados em planos diferentes da estrutura
principal e por isso possuem desempenho independente (figura 9). Assim, um dos
pontos com maior potencial de patologias é eliminado, facilitando o detalhamento da
montagem e sua satisfatória execução.
Figura 9 - Acabamento sem interrupção em painéis contínuos
Fonte: SANTIAGO, 2008
3 . CONSIDERAÇÕES FINAIS
Os fechamentos verticais externos em LSF são uma alternativa industrializada
interessante para a execução de fachadas em edifícios de múltiplos andares. Sua
utilização, que apresenta diversas vantagens em relação à alvenaria tradicional, se
mostra viável no Brasil, pois nosso pais já possui todos os insumos e mão de obra
especializada disponíveis no mercado.
O desempenho satisfatório do fechamento em LSF é garantido pela combinação do
correto planejamento estrutural com o bom detalhamento das interfaces dos
acabamentos. Sem o diálogo entre estes dois fatores, o fechamento pode
apresentar patologias que podem vir a comprometer o desempenho estrutural,
estético e a salubridade da edificação.
A execução desse tipo de fechamento deve ser planejada por equipe de projeto –
arquitetos, engenheiros e profissionais de execução – qualificada para desenvolver a
forma de montagem mais apropriada, de forma a atender às características e
demandas próprias de cada edifício.
9
4 . REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
FREITAS, Arlene M. S.; CRASTO, Renata C. M. Steel Framing: Arquitetura. Rio de
Janeiro: IBS/CBCA, 2006. (Série Manuais da Construção em Aço).
LIGHT GAUGE STEEL ENGINEERS ASSOCIATION (LGSEA). Technical Note 544
(TN-544) – Design of by-pass Slip Connectors in Cold-Formed Steel
Construction. LGSEA, Washington, 2004. 8p.
PEREIRA JÚNIOR, Cléber José. Edifícios de pequeno porte contraventados com
perfis de chapa fina de aço. Dissertação (Mestrado) – COPPE, Universidade
Federal do Rio de Janeiro. Rio de Janeiro, 2004.
RODRIGUES, Francisco Carlos. Steel Framing: Engenharia. Rio de Janeiro:
IBS/CBCA, 2006. (Série Manual da Construção em Aço).
SANTIAGO, Alexandre Kokke. O uso do sistema Light Steel Framing associado a
outros sistemas construtivos como fechamento vertical externo não-estrutural.
Dissertação (Mestrado) – Departamento de Engenharia Civil, Universidade Federal
de Ouro Preto. Ouro Preto, 2008. 153p.
SCHAFER, B. W., et al. Accommodating Building Deflections: What every EOR
should know about accommodating deflections in secondary cold-formed steel
systems. Structure Magazine, EUA, Março 2003.
SILVA, Maristela Gomes; SILVA, Vanessa Gomes. Painéis de Vedação. Rio de
Janeiro, IBS/CBCA, 2004. (Série Manuais da Construção em Aço).
STEEL STUD MANUFACTURERS ASSOCIATION (SSMA). Cold-Formed Steel
Details. SSMA, Glen Ellyn, EUA, 2007.
10