Construções Metálicas: O uso do Aço na Construção Civil

1. Introdução

Desde o século XVIII, quando se iniciou a utilização de estruturas metálicas na construção civil até os dias atuais, o aço tem possibilitado aos arquitetos, engenheiros e construtores, soluções arrojadas, eficientes e de alta qualidade.Das primeiras obras – como a Ponte Ironbridge na Inglaterra, de 1779 – aos ultramodernos edifícios que se multiplicaram pelas grandes cidades, a arquitetura em aço sempre esteve associada à idéia de modernidade, inovação e vanguarda, traduzida em obras de grande expressão arquitetônica e que invariavelmente traziam o aço aparente.No entanto, as vantagens na utilização de sistemas construtivos em aço vão muito além da linguagem estética de expressão marcante; redução do tempo de construção, racionalização no uso de materiais e mão de obra e aumento da produtividade, passaram a ser fatores chave para o sucesso de qualquer empreendimento.

Essas características que transformaram a construção civil no maior mercado para os produtores de aço no exterior, começam agora a serem percebidas por aqui. Buscando incentivar este mercado e colocar o Brasil no mesmo patamar de desenvolvimento tecnológico de outros países, a COSIPA vem oferecer uma vasta gama de aços para aplicação específica na construção civil.

Produzidos com os mais avançados processos de fabricação, os aços COSIPA têm qualidade garantida através das certificações ISO 9001 e ISO 14001.A competitividade da construção metálica tem possibilitado a utilização do aço em obras como: edifícios de escritórios e apartamentos, residências, habitações populares, pontes, passarelas, viadutos, galpões, supermercados, shopping centers, lojas, postos de gasolina, aeroportos e terminais rodo-ferroviários, ginásios esportivos, torres de transmissão, etc.

2. Vantagens no uso do Aço

O sistema construtivo em aço apresenta vantagens significativas sobre o sistema construtivo convencional:

• Liberdade no projeto de arquitetura – A tecnologia do aço confere aos arquitetos total liberdade criadora, permitindo a elaboração de projetos arrojados e de expressão arquitetônica marcante.
• Maior área útil – As seções dos pilares e vigas de aço são substancialmente mais esbeltas do que as equivalentes em concreto, resultando em melhor aproveitamento do espaço interno e aumento da área útil, fator muito importante principalmente em garagens.
• Flexibilidade – A estrutura metálica mostra-se especialmente indicada nos casos onde há necessidade de adaptações, ampliações, reformas e mudança de ocupação de edifícios. Além disso, torna mais fácil a passagem de utilidades como água, ar condicionado, eletricidade, esgoto, telefonia, informática, etc.
• Compatibilidade com outros materiais – O sistema construtivo em aço é perfeitamente compatível com qualquer tipo de material de fechamento, tanto vertical como horizontal, admitindo desde os mais convencionais (tijolos e blocos, lajes moldadas in loco) até componentes pré-fabricados (lajes e painéis de concreto, painéis “drywall”, etc).
• Menor prazo de execução – A fabricação da estrutura em paralelo com a execução das fundações, a possibilidade de se trabalhar em diversas frentes de serviços simultaneamente, a diminuição de formas e escoramentos e o fato da montagem da estrutura não ser afetada pela ocorrência de chuvas, pode levar a uma redução de até 40% no tempo de execução quando comparado com os processos convencionais.
• Racionalização de materiais e mão-de-obra – Numa obra, através de processos convencionais, o desperdício de materiais pode chegar a 25% em peso. A estrutura metálica possibilita a adoção de sistemas industrializados, fazendo com que o desperdício seja sensivelmente reduzido.
• Alívio de carga nas fundações – Por serem mais leves, as estruturas metálicas podem reduzir em até 30% o custo das fundações.
• Garantia de qualidade – A fabricação de uma estrutura metálica ocorre dentro de uma indústria e conta com mão-de-obra altamente qualificada, o que dá ao cliente a garantia de uma obra com qualidade superior devido ao rígido controle existente durante todo o processo industrial.
• Antecipação do ganho – Em função da maior velocidade de execução da obra, haverá um ganho adicional pela ocupação antecipada do imóvel e pela rapidez no retorno do capital investido.
• Organização do canteiro de obras – Como a estrutura metálica é totalmente pré-fabricada, há uma melhor organização do canteiro devido entre outros à ausência de grandes depósitos de areia, brita, cimento, madeiras e ferragens, reduzindo também o inevitável desperdício desses materiais. O ambiente limpo com menor geração de entulho, oferece ainda melhores condições de segurança ao trabalhador contribuindo para a redução dos acidentes na obra.
  
• Reciclabilidade – O aço é 100% reciclável e as estruturas podem ser desmontadas e reaproveitadas.
  
• Preservação do meio ambiente – A estrutura metálica é menos agressiva ao meio ambiente pois além de reduzir o consumo de madeira na obra, diminui a emissão de material particulado e poluição sonora geradas pelas serras e outros equipamentos destinados a trabalhar a madeira.
• Precisão construtiva – Enquanto nas estruturas de concreto a precisão é medida em centímetros, numa estrutura metálica a unidade empregada é o milímetro. Isso garante uma estrutura perfeitamente aprumada e nivelada, facilitando atividades como o assentamento de esquadrias, instalação de elevadores, bem como redução no custo dos materiais de revestimento.

        

3. Aspectos de Projeto

3.1. Definição do Partido Arquitetônico

Estrutura metálica aparente ou revestida? Essa é a primeira decisão que o arquiteto deve tomar ao trabalhar com estrutura de aço. Ao contrário do que muitos possam pensar, a maior parte das obras em aço existentes no exterior são realizadas com o aço revestido. Essa solução, que pode significar redução nos custos de pintura e proteção contra incêndios, deve ser adotada quando o que importa são as inúmeras vantagens do aço como material estrutural e não a “estética do aço”. Cabe ao arquiteto definir qual a solução mais adequada para cada obra. Nessa etapa do projeto é interessante uma consulta a um calculista que poderá orientar sobre as melhores alternativas.

3.2. Detalhamento

É necessário um bom detalhamento do projeto estrutural que leve em conta possíveis interferências com os projetos de instalações elétricas, hidráulicas, ar condicionado, etc. e evitar improvisações no canteiro de obras. Independentemente do tipo de aço e do esquema de pintura empregados, alguns cuidados básicos nas etapas de projeto, fabricação e montagem da estrutura podem contribuir significativamente para melhorar a resistência à corrosão:

• Evitar regiões de empoçamento de água e deposição de resíduos;
• Prever furos de drenagem em quantidade e tamanho suficiente;
• Permitir a circulação de ar por todas as faces dos perfis para facilitar a secagem;
• Garantir espaço suficiente e acesso para realização de manutenção (pintura, etc.);
• Impedir o contato direto de outros metais com o aço para evitar o fenômeno de corrosão galvânica;
• Evitar peças semi-enterradas ou semi-submersas.

3.3. Ligações

Outro ponto importante na etapa de projeto, é a definição do sistema de ligação a ser adotado entre os elementos que compõem a estrutura metálica como: vigas, pilares e contraventamentos.

É fundamental que os elementos de ligação (chapas, parafusos, soldas, etc.) apresentem resistência mecânica compatível com o aço utilizado na estrutura. A escolha criteriosa entre um sistema de ligação soldado e/ou parafusado, pode significar uma obra mais econômica e tornar a montagem mais rápida e funcional. Alguns aspectos são importantes para essa escolha:

• Condições de montagem no local da obra
• Grau de dificuldade para fabricação da peça
• Padronização das ligações

Se a intenção do projeto for deixar as estruturas aparentes, o desenho das ligações assume uma importância maior. O formato, posição e quantidade de parafusos, chapas de ligação e nervuras de enrijecimento, são alguns dos itens que podem ter um forte apelo estético se convenientemente trabalhados pelo arquiteto em conjunto com o engenheiro calculista.

Ligações Soldadas

Para que se tenha um maior controle de qualidade, as ligações soldadas devem ser executadas sempre que possível na fábrica. É o tipo de ligação ideal para união de peças com geometria complicada.

Os processos de soldagem mais utilizados são a solda a arco elétrico, que pode ser manual ou com eletrodo revestido e automática, com arco submerso. Quando a obra empregar aços resistentes à corrosão atmosférica (família COS AR COR) deve-se empregar eletrodos apropriados.

Ligações Parafusadas

As ligações parafusadas podem utilizar dois tipos de parafusos:

• comuns: apresentam baixa resistência mecânica, sendo portanto utilizados em ligações de peças secundárias como guarda-corpos, corrimãos, terças e outras peças pouco solicitadas
• alta resistência: são especificados para ligações de maior responsabilidade. Devido à característica de alta resistência, as ligações geralmente tem um número mais reduzido de parafusos, além de chapas de ligação menores.

É importante destacar que, quando a obra empregar aços resistentes à corrosão atmosférica (família COS AR COR) deve-se empregar parafusos de aço com as mesmas características.

Não é recomendada a utilização de parafusos e porcas galvanizados sem pintura em estruturas de aço carbono comum ou resistentes à corrosão atmosférica. A diferença de potencial eletroquímico entre o revestimento de zinco e o aço da estrutura pode ocasionar uma corrosão acelerada da camada de zinco.

         

4. Peso da Estrutura

Para a elaboração de estimativas de custo, é necessário se conhecer o peso da estrutura metálica. Apresentamos a seguir, para efeito ilustrativo, uma tabela com o peso estimado da estrutura metálica em função dos diversos tipos de construção.

5. Fechamentos

As estruturas metálicas permitem grande flexibilidade quando o assunto é a escolha dos sistemas de fechamento horizontal (lajes) e vertical (paredes). De maneira geral, podemos dizer que é possível utilizar todas as alternativas de fechamento existentes no mercado, desde as mais convencionais até as mais inovadoras.

A especificação dependerá do tipo de projeto e de suas características específicas: exigências econômicas, estéticas, necessidade de rapidez de execução, etc. Dessa forma, o arquiteto tem total liberdade para optar pelo uso da solução mais adequada.

5.1. Fechamentos Horizontais

Dentre os diversos tipos de lajes usualmente empregadas, podemos destacar as seguintes:    • laje de concreto moldada “in loco”;    • laje de painel armado de concreto celular;    • laje pré-fabricada protendida;    • pré-laje de concreto;    • laje mista;    • laje de painel de madeira e fibrocimento;    • laje com forma metálica incorporada – “steel deck”.

5.2. Fechamentos Verticais

Igualmente como acontece com as lajes, as estruturas metálicas possuem compatibilidade com uma grande diversidade de materiais de vedação. Destacamos abaixo algumas dessas soluções:

• alvenarias: de tijolos de barro, blocos cerâmicos, blocos de concreto ou de concreto celular;
• painéis: de concreto celular, concreto colorido, solo-cimento, aço, gesso acartonado (“dry-wall”).

É importante deixar claro que não existem fatores de ordem técnica que impeçam o uso de estruturas metálicas em conjunto com alvenarias.

Para tanto é necessário apenas que o projetista detalhe as uniões entre os diferentes materiais o que evitará o aparecimento de patologias como trincas ou fissuras. Entre os detalhes mais comumente empregados podemos destacar:

• junta pilar/alvenaria: utilização de barras de aço de espera (também conhecida como “ferro cabelo”), com 5 mm de diâmetro e 30 a 40 cm de comprimento, soldadas ao perfil aproximadamente a cada 40 cm e solidarizadas à alvenaria durante o seu assentamento;
• junta viga/alvenaria: aplicar entre a face inferior da viga e a alvenaria, material deformável (cortiça, isopor ou poliestireno) arrematados por mata-juntas ou selantes flexíveis.

Com relação aos demais materiais utilizados como fechamento, é necessário consultar os catálogos técnicos de seus respectivos fabricantes, onde poderão ser encontradas informações úteis com relação às melhores soluções de detalhamento entre a estrutura e o conjunto de vedação.

6. Aços para a Construção Civil

Existem diversos tipos de aços adequados para utilização em estruturas metálicas. Alguns dos mais empregados conforme tabela são:

7. Estruturas Revestidas

Excetuando-se os aços COS AR COR, que sob determinadas condições podem ser utilizados sem pintura, todos os demais aços estruturais para a construção requerem algum tipo de revestimento para proteção contra os efeitos da corrosão atmosférica.

Nos países desenvolvidos, a grande maioria das edificações em aço tem a estrutura revestida. Esta técnica permite uma redução nos custos dos itens pintura e proteção contra incêndio.

Existem várias formas de revestimento sendo as mais usuais: utilização de diversos tipos de painéis industrializados, projeção de argamassas, encapsulamento com alvenarias ou concreto.

8. Estruturas Aparentes

Em estruturas metálicas aparentes, recomenda-se a utilização dos aços resistentes à corrosão da família COS AR COR. A estrutura aparente poderá eventualmente ficar sem nenhum tipo de pintura quando empregada em atmosfera urbana, rural ou industrial não muito severa.

Para que seja possível o uso da estrutura de aço aparente sem pintura, deve-se efetuar uma análise prévia do local e das condições de utilização sendo imprescindível que ocorram ciclos alternados de molhamento (chuva e umidade) e secagem (sol e vento), e que o aço esteja exposto a atmosferas que contenham substâncias químicas que favoreçam sua formação, como SO2 para que haja a formação da camada de pátina inibidora do processo corrosivo.

Óxidos provenientes de laminação (carepa), resíduos de óleo , graxa e respingos de solda devem ser totalmente removidos de modo a permitir a perfeita formação da pátina, processo que pode levar de um a três anos para se completar.

O projeto estrutural deve evitar regiões de estagnação de água e resíduos, pois isso propicia a dissolução da pátina. Se não puderem ser eliminadas do projeto, essas regiões assim como partes da estrutura não expostas à ação do intemperismo, regiões de juntas móveis e frestas, devem ser convenientemente protegidas.

9. Pintura

Na elaboração de um sistema de pintura devem ser considerados dados como: o meio ambiente e sua agressividade, o tipo de tinta, a preparação da superfície, a seqüência de aplicação, o número de demãos, as espessuras, o tipo de aplicação e as condições de trabalho a que estará submetida a superfície.

É importante destacar que não basta ter o melhor esquema de pintura definido – o preparo da superfície a ser pintada é um fator determinante para o bom desempenho do sistema.

Durante sua aplicação a superfície deverá estar isenta de pó, ferrugens, carepas, óleos ou graxas e a umidade relativa do ar não deverá estar superior a 85%.

9.1. Preparo da Superfície

As técnicas de preparo de superfície mais comumente utilizadas são:

• Limpeza Manual: remoção de materiais soltos (carepas, restos de pintura e ferrugem) com uso de ferramentas manuais (martelos, picadores, espátulas, escovas, etc.);
• Limpeza Mecânica: remoção de materiais soltos (carepas, restos de pinturas e ferrugem) com uso de ferramentas mecânicas (escovas rotativas, pistola de agulhas, lixadeiras rotativas). Apresenta maior rendimento que a limpeza manual. Ideal para áreas pequenas ou de difícil acesso, devido ao seu maior custo;
• Jateamento: remoção de óleos, graxas, carepas de laminação, restos de pintura, ferrugem, com uso de jatos abrasivos (areia ou granalha de aço) impelidos por ar comprimido. A remoção dos resíduos varia com os diversos graus de limpeza, a saber:  Jato Abrasivo Ligeiro
  – Jato Abrasivo Comercial
  – Jato Abrasivo ao Metal Quase Branco
  – Jato Abrasivo ao Metal Branco

Na seqüência apresenta-se tabela com exemplos de sistemas de pintura recomendados para todos os aços estruturais deste catálogo.

Cabe ressaltar que as orientações são genéricas, cabendo ao profissional uma consulta mais detalhada com os fabricantes de tintas ou aplicadores.

9.2. Exemplos de Esquemas de Pintura

10. Resistência ao Fogo

10.1. Isenção

No Estado de São Paulo algumas edificações estruturadas em aço são isentas de proteção contra incêndio:

• Edificações com área total menor ou igual a 750 m2;
• Edificações com até dois pavimentos cuja área total seja menor ou igual a 1500 m2 e carga de incêndio específica inferior ou igual a 700 MJ/m2 excluindo-se museus, teatros, cinemas, auditórios, boates, restaurantes e clubes sociais.
• Centros esportivos, estações de terminais de passageiros e construções provisórias (circos e assemelhados) com altura inferior a 23m, exceto as regiões de ocupação distinta;
• Depósitos de baixo risco de incêndio (tijolos, pedras, areias, cimentos, metais e materiais incombustíveis) com altura inferior a 23m;
• Garagens com ou sem acesso de público, e sem abastecimento, com altura até 23m, abertas lateralmente. Ressaltamos porém que é necessário consulta às Normas Brasileiras de Proteção ao Fogo, em especial a NBR 14323 (Dimensionamento de estruturas de aço de edifícios em situação de incêndio) bem como aos regulamentos do Corpo de Bombeiros de cada estado para certificar-se da isenção ou não de uma obra quanto a proteção ao incêndio.

10.2. Proteção

Existem dois tipos básicos de proteção: ativa (uso de sprinklers, alarmes, etc.) e passiva. A proteção passiva abrange aspectos de projeto da edificação (uso de portas corta-fogo, compartimentação dos ambientes, etc.) e a proteção dos elementos estruturais contra o fogo. A definição do tipo de proteção é feita na etapa de projeto, assegurando-se assim a especificação do material mais indicado para cada caso. Dentre os materiais mais comumente utilizados, podemos citar:

• Argamassa de Asbesto: constituída de fibras de amianto com cimento. Aplicação por spray;
• Argamassa de Vermiculita: argamassa de agregado leve, à base de vermiculita. Aplicação por spray ou com o uso de espátulas;
• Mantas de fibras cerâmicas: utilizada como revestimento tipo contorno ou como revestimento tipo caixão;
• Mantas de lã de rocha: utilizada como revestimento tipo contorno ou como revestimento tipo caixão;
• Argamassa composta de gesso e fibras: aplicação por spray;
• Concreto/Alvenaria: revestimento ou encapsulamento da estrutura metálica com concreto ou alvenaria;
• Tinta intumescente: revestimento fogo-retardante, que submetido ao incêndio transforma-se em volumosa camada, parecida com uma esponja. É a solução ideal quando há intenção de se deixar a estrutura aparente. Aplicação por pintura.

Ficha Técnica: Artigo elaborado pelo Arquiteto Roberto Inaba