Concepção e Projecto de Estruturas Metálicas Sustentáveis

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1 ISEP 04 Dezembro 2013 Concepção e Projecto de Estruturas Metálicas Sustentáveis Rodrigo Falcão Moreira [SOPSEC]

2 Índice 1. Porquê Estrutura Metálica? 2. Economia da Solução; 3. Optimização da Solução; 4. Projecto de Estruturas Metálicas; 5. Sustentabilidade da Construção; 6. Sustentabilidade do Aço; 7. Steel Life Cycle Analysis (LCA); 8. Caso Real Nova Ponte Pedonal de St. Tirso. 1/29

3 Porquê Estrutura Metálica? Factos Históricos: 1º material estrutural não natural: Ferro Fundido (antecessor do aço); 1ª ponte metálica (ferro fundido) foi construída em ; No final do séc. XIX, ferro fundido, ferro forjado e aço tinham-se tornado materiais de construção muito populares, vindo a ser desafiados apenas pelo betão armado; A possibilidade de resistir a estados de tensão não compressivos marcou o início de uma nova era das estruturas. 2/29

4 Porquê Estrutura Metálica? Coalbrookdale Bridge England ( ) 3/29

5 Porquê Estrutura Metálica? Características relevantes do material: Elevada resistência à tracção e à compressão; Peso específico baixo para resistência elevada: Aço S355: f yd = kn/m 2 γ = 77 kn/m 3 Betão C30/37: f cd = kn/m 2 γ = 25 kn/m 3 Consequência: LEVEZA das estruturas metálicas. 4/29

6 Porquê Estrutura Metálica? Armazém da CEREALIS Trofa (35 m vão, 30 m altura) 5/29

7 Porquê Estrutura Metálica? Acessos à Nova Ponte Pedonal de Santo Tirso 6/29

8 Porquê Estrutura Metálica? Nova Ponte Pedonal de St. Tirso (60 m vão livre) 7/29

9 Porquê Estrutura Metálica? Museu do Vinho S. João da Pesqueira 8/29

10 Porquê Estrutura Metálica? Efeitos das Características Mecânicas: Secções resistentes menores e peças mais leves (maior facilidade de transporte e movimentação); Maior sensibilidade a fenómenos de instabilidade (peças muito esbeltas necessidade de contraventamento); Maior relevância das restantes cargas permanentes face ao peso próprio da estrutura; Menor relevância da forças de massa (sísmicas) estruturas mais leves, ideais para vãos grandes e edifícios de grande altura. 9/29

11 Economia da Solução Custo da Construção Metálica: Preparação: 0,04 /kg a 0,05 /kg; Material: 0,60 /kg a 0,80 /kg Fabrico: 11 h/ton a 30 h/ton (custo horário 20 /h); Protecção anti-corrosiva: 0,15 /kg a 0,20 /kg; Transporte: 0,06 /kg a 0,10 /kg; 10/29

12 Economia da Solução Custo da Construção Metálica: Montagem (incluindo reparação da protecção anti-corrosiva estaleiro, equipamento, pessoal, etc.): aprox. 0,20 /kg; Custos indirectos (encargos de estrutura, financeiros); Margem; Custo Total: 1,80 /kg a 2,00 /kg NOTA: Protecção ao fogo + 0,60 /kg a 0,85 /kg. Fonte: CMM 11/29

13 Economia da Solução Custos na Construção Metálica Evolução Temporal Fonte: CMM 12/29

14 Optimização da Solução Aspectos a levar em consideração: Os custos com mão-de-obra representam nos últimos anos mais de 60% do custo da solução metálica; É com base nesses custos que se deve tentar optimizar a sua produção; Será então sobre os custos de fabrico, transporte e montagem que deverá incidir o esforço de optimização; É comum os projectistas pensarem que optimizar é apenas reduzir ao mínimo a secção dos perfis utilizados 13/29

15 Projecto de Estrutura Metálicas O objectivo do projecto é obter uma estrutura: Segura; Funcional; Económica; Durável; Sustentável; Enquadrada esteticamente (se relevante). 14/29

16 Sustentabilidade da Construção Factos: Os edifícios são responsáveis por 40% da totalidade das emissões de CO 2 ; a produção e transporte de materiais de construção representam outros 10%; Todos os Governos da Europa se comprometeram a reduzir as emissões de CO2 nos próximos anos; A Indústria da Construção é um dos maiores consumidores de recursos e criadores de resíduos; É então da maior importância utilizar os materiais de forma eficaz, reduzindo os resíduos de produção e de construção, e encorajar a reciclagem e reutilização de componentes. 15/29

17 Sustentabilidade da Construção Critérios de avaliação usualmente aplicados para estabelecer o rating ambiental global: Utilização de Energia; Necessidades de Transporte; Poluição gerada; Materiais utilizados (e Resíduos produzidos); Conservação da Água, Ecologia e Utilização dos Solos; Critérios de Saúde e Bem-estar. 16/29

18 Sustentabilidade do Aço Atributos do Aço na Construção Sustentável: Eficiência: pré-fabricação em processo industrial eficiente com utilização mínima de recursos; Rapidez: instalação rápida em obra, minimizando as perturbações locais; Minimização de resíduos: poucos resíduos de produção e os que existem podem ser reciclados; Qualidade: material de alta qualidade e de grande rigor dimensional; 17/29

19 Sustentabilidade do Aço Atributos do Aço na Construção Sustentável: Transporte: entrega em obra na altura exacta de instalação; Vida útil: longa e com deterioração reduzida, se protegido; Saúde e bem-estar: a construção em aço é um processo seguro e proporciona grande qualidade arquitectónica; Reciclagem: integralmente reciclável (actualmente cerca de 45% do aço aplicado é proveniente de reciclagem); Reutilização: grande parte dos componentes em aço podem ser desmontados e reutilizados. 18/29

20 Steel Life Cycle Analysis (LCA) ECCS Steel LCA Calculator (ipad / iphone) 19/29

21 Steel Life Cycle Analysis (LCA) ECCS Steel LCA Calculator Objectivos: Realizar uma Análise de Ciclo de Vida simplificada de perfis I laminados a quente e de secções tubulares; A análise é realizada de acordo com as Normas ISO 14040:2006 e 14044:2006, em conjugação com a Norma Europeia EN 15804:2012; De acordo com este conjunto de normas, a análise compreende 4 parâmetros fundamentais: secção transversal do perfil, comprimento do elemento e classe do aço, período de vida útil em análise, enquadramento da ACV. 20/29

22 Steel Life Cycle Analysis (LCA) ECCS Steel LCA Calculator Indicadores 21/29

23 Caso Real Nova Ponte Pedonal de St. Tirso 22/29

24 Nova Ponte Pedonal de St. Tirso Critérios de Sustentabilidade: Leveza / Esbelteza / Eficiência / Reciclagem do material; Pré-fabricação de módulos para posterior montagem; Optimização dos processos de transporte e montagem; Economia global da solução; Vida útil longa, com custos de manutenção reduzidos; Qualidade arquitectónica elevada. 23/29

25 Nova Ponte Pedonal de St. Tirso Características Geométricas Desenvolvimento total = 84m Corda do arco = 60m Flecha do arco = 6m Largura total da plataforma = 5,40m 24/29

26 Nova Ponte Pedonal de St. Tirso Ponte muito esbelta Vibrações excessivas Vão da ponte claramente dentro do intervalo onde os efeitos dinâmicos induzidos por peões se tornavam importantes; Exigências de Conforto: nível máximo em situação corrente, nível intermédio em situações de maior densidade de peões; Sistema de controlo de vibrações foi indispensável (TMD s); 25/29

27 Nova Ponte Pedonal de St. Tirso 26/29

28 Nova Ponte Pedonal de St. Tirso 27/29

29 Nova Ponte Pedonal de St. Tirso Indicadores da Obra: Extensão total do percurso: m; Extensão total da Ponte Pedonal: 84 m; Relação de abatimento do arco da ponte = 10; m de micro-estacas; kg de estrutura metálica; kg de Tuned Mass Dampers (TMD s). 28/29

30 Estruturas Metálicas Sustentáveis Obrigado. Rodrigo Falcão Moreira [SOPSEC] 29/29