UNIVERSIDADE ANHEMBI MORUMBI DOUGLAS FERRARI COBERTURAS METÁLICAS COM SISTEMA DE TERÇAS CONTÍNUAS METSEC

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1 UNIVERSIDADE ANHEMBI MORUMBI DOUGLAS FERRARI COBERTURAS METÁLICAS COM SISTEMA DE TERÇAS CONTÍNUAS METSEC SÃO PAULO 2008

2 ii DOUGLAS FERRARI COBERTURAS METÁLICAS COM SISTEMA DE TERÇAS CONTÍNUAS METSEC Trabalho de Conclusão de Curso apresentado como exigência parcial para a obtenção do título de Graduação do Curso de Engenharia Civil da Universidade Anhembi Morumbi Orientador: Professor Msc Nicholas Carbone SÃO PAULO 2008

3 iii DOUGLAS FERRARI COBERTURAS METÁLICAS COM SISTEMA DE TERÇAS CONTÍNUAS METSEC Trabalho de Conclusão de Curso apresentado como exigência parcial para a obtenção do título de Graduação do Curso de Engenharia Civil da Universidade Anhembi Morumbi Trabalho em: de de Professor Msc Nicholas Carbone Nome do professor(a) da banca Comentários: DEDICATÓRIA

4 iv DEDICATÓRIA Dedico este trabalho de pesquisa aos bons anos em que trabalhei no setor de projetos e construção de estruturas metálicas, pois escolhi este tema pela minha experiência vivida na área e, após muitos momentos de pesquisa, dedicação no trabalho, absorvendo e trocando informações com profissionais da área, vivi muitas situações de amadurecimento profissional na engenharia. Dedico também aos meus pais que sempre me incentivaram a estudar e crescer como profissional e ser humano.

5 v AGRADECIMENTOS Agradeço a UNIVERSIDADE ANHEMBI MORUMBI pela oportunidade, pois na explanação do meu trabalho à banca examinadora terei a chance de apresentar este sistema estrutural inovador e, após a aprovação mesmo, divulgá-lo no Brasil pelos meios de comunicação do ambiente universitário.

6 vi RESUMO Palavras Chave: terças contínuas, cobertura metálica, METSEC O objetivo do Sistema de terças contínuas METSEC é viabilizar o uso da Estrutura Metálica em obras de pequeno, médio ou grande porte, aplicando-se grandes vãos Interpórticos. Tem como fator essencial o uso do aço de alta resistência ASTM A- 570 Gr.50, em perfis Z dobrados com inércia adequada e pequenas espessuras de chapa (variando de 1,2mm a 3,3mm), aplicado num sistema estrutural desenvolvido que mantém os vãos com semi-continuidade otimizando o modelo estrutural da cobertura metálica. Neste trabalho será apresentado o processo METSEC mostrando suas técnicas construtivas, especificações dos materiais e um estudo de caso com fotos.

7 vii ABSTRACT Key words: continuous purlins, metal coverage, METSEC The objective of the system continuous purlins METSEC is the viabilization of metal structure in works of small, medium or large projects, according to major distance among pylons. Using the essential factor of the use of high-strength steel ASTM A- 570 Gr.50 in profiles Z folded with appropriate inertia and small thickness of plate (ranging from 1.2mm to 3.3mm), applied to a structural system to developed that maintains the continuity of vains optimizing structural model of the metal structure. In this work will be presented the METSEC process showing its technical construction, materials specifications and a case of its application with photos.

8 viii LISTA DE FIGURAS Figura 5.1 Modelo de Restrição Lateral de Barras (fonte: Norma EUROCODE 3, 1996) Figura 5.2 Figura 5.3 Figura 5.4 Figura 5.5 Figura 5.6 Figura 5.7 Figura 5.8 Figura 5.9 Figura 5.10 Figura 5.11 Figura 5.12 Figura 5.13 Figura 5.14 Figura 5.15 Figura 5.16 Figura 5.17 Figura 5.18 Figura 5.19 Figura 5.20 Figura 5.21 Figura 5.22 Seção típica do perfil Ze de aço dobrado Seção típica do perfil U de aço dobrado Seção típica do perfil Ze para luvas de aço dobrado Detalhe Esquemático do Sistema SLEEVED Detalhe Esquemático do Sistema HEB Detalhe Esquemático (Terças Trespassadas) no Sistema METLAP Detalhe Esquemático (Terças Bi-Apoiadas) no Sistema BI-APOIADO Detalhe Esquemático Fechamento (Terças e Luvas) no Sistema SLEEVED Detalhe Esquemático Fechamento (Terças) Sistema BI-APOIADO Detalhe típico de fixação das terças de cobertura SLEEVED Planta esquemática da disposição das terças de cobertura tipo SLEEVED Detalhe típico de fixação das terças de cobertura HEB Planta esquemática da disposição das terças de cobertura tipo HEB Detalhe típico de fixação das terças de cobertura METLAP Planta esquemática da disposição das terças de cobertura tipo METLAP Detalhe típico de fixação das terças de cobertura tipo BI-APOIADAS Planta esquemática da disposição das terças de cobertura tipo BI-APOIADA Detalhe típico de fixação das travessas de Fechto Lateral tipo BI-APOIADAS Elevação esquemática da disposição das travessas tipo BI-APOIADAS Detalhe típico de fixação das travessas de Fechto Lateral tipo SLEEVED Elevação esquemática da disposição das travessas e luvas tipo SLEEVED

9 ix LISTA DE TABELAS E ANEXOS Tabela 5.1 Tabela 5.2 Tabela 5.3 Tabela 5.4 Projeto Folha 01 Projeto Folha 02 Dimensões nominais dos perfis Ze enrijecidos Dimensões nominais dos perfis U enrijecidos Tabela Caso Comparativo 1 (Anexo em 2 páginas) Tabela Caso Comparativo 2 (Anexo em 2 páginas) Planta de Cobertura e Corte Transversal Plantas e Elevações - Fechamentos Laterais

10 x LISTA DE FOTOS DO ESTUDO DE CASO Foto 6.1 Foto 6.2 Foto 6.3 Foto 6.4 Foto 6.5 Foto 6.6 Foto 6.7 Foto 6.8 Foto 6.9 Foto 6.10 Foto 6.11 Foto 6.12 Foto 6.13 Foto 6.14 Foto 6.15 Foto 6.16 Foto 6.17 Foto 6.18 Foto 6.19 Foto 6.20 Foto 6.21 Foto 6.22 Montagem das tesouras treliçadas (40m) e viga de transição central Posicionamento dos módulos da viga de transição central Posicionamento das teças Ze de 6,0m com as luvas Ze METSEC Montagem das terças METSEC de cobertura Detalhe da ligação entre tesouras e a viga de transição central Detalhes de fixação das terças, contraventamentos e console do pilar PM Detalhe de fixação das terças com a luva (sistema HEB). Nesta cobrejunta parafusada nas terças (luva), possibilita a continuidade do elemento estrutural terça Detalhe de fixação das terças com as luvas e lanternim (sistema HEB) Detalhe de fixação das terças com as luvas e telhas (sistema HEB) Detalhe de fixação das terças com as luvas e telhas (sistema HEB) Detalhe de fixação das telhas na mesa superior das terças (sistema HEB) Posicionamento para montagem dos lanternins de cumeeira Montagem das telhas de cobertura trapézio L40mm em aço galvanizado Detalhe das terças e luvas METSEC no lanternim da cumeeira Detalhe do lanternim de cumeeira instalados na cobertura Detalhes de fixação das telhas nas terças e travamento do banzo inferior Vista lateral do conjunto de vãos c/ 6m (pilares, cobertura e lanternim na cumeeira) Detalhe de montagem das travessas + linhas de corrente (sistema HEB) Detalhe interno das travessas + telhas platibanda superior (sistema HEB) Detalhe de fixação das travessas nos pilares (sistema HEB) Vista externa do galpão com a Platibanda instalada Vista externa do galpão com a Platibanda instalada

11 xi LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS AISI ASTM CAD/CAN CNC Kh Fd METSEC PLC MR qh Fd American Iron and Steel Institute American Society for Testing and Materials. Comando numérico entre o projeto do CAD e máquina Comando Numérico Computadorizado Coeficiente equivalente lateral k Fd Design Specifications for Purlins Momento fletor Resistente de cálculo Carregamento lateral Fd

12 xii SUMÁRIO p. 1. INTRODUÇÃO OBJETIVOS Objetivo Geral Objetivo Específico MÉTODO DE TRABALHO JUSTIFICATIVA REVISÃO BIBLIOGRÁFICA Apresentação do conceito estrutural de semi-continuidade das terças Apresentação do produto METSEC no mercado brasileiro Detalhamento dos sistemas de Cobertura METSEC Detalhamento dos sistemas de Fechamento Lateral METSEC Detalhamento dos processos construtivos METSEC Vantagens dos sistemas construtivos METSEC em relação aos sistemas convencionais Tabelas de um estudo comparativo da economia de aço entre os sistemas METSEC e convencional para análise crítica de VIABILIDADE ESTUDO DE CASO Apresentação da obra Detalhamento dos processos construtivos METSEC CONCLUSÕES REFERERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS...38

13 1 1. INTRODUÇÃO O objetivo deste trabalho de pesquisa técnica é apresentar a vantagem econômica do sistema METSEC em relação às coberturas metálicas com sistema estrutural convencional, que aplica elementos estruturais tipo terças sem a continuidade gerada pela aplicação de luvas ou trespasses de terças nas emendas localizadas no banzo superior das tesouras, vigas e pórticos de apoio entre os vãos livres interpórticos. Neste trabalho será detalhado o conceito estrutural METSEC, baseado nas normas e procedimentos de cálculo aplicados em Estruturas Metálicas de cobertura. Serão apresentados também todos os tipos de sistema METSEC aplicados em coberturas e fechamentos laterais, com o detalhamento dos perfis e elementos de ligação aplicados. Através de figuras esquemáticas, serão demonstrados os processos construtivos das terças de cobertura e travessas de fechamento lateral. No estudo de caso serão detalhados os processos construtivos do sistema METSEC, a serem demonstrados através de fotos da obra em execução devidamente comentadas com textos técnicos das etapas e procedimentos aplicados no processo de montagem das estruturas metálicas em estudo. Na parte conclusiva do trabalho, serão apresentadas as vantagens e custo benefício devidamente justificadas por tabelas comparativas (revisão bibliográfica) e taxas de aço totais da obra (estudo de caso), quanto à redução significativa de quantidade de aço estrutural do sistema METSEC em relação ao sistema convencional de coberturas metálicas.

14 2 2. OBJETIVOS O objetivo deste trabalho é apresentar um sistema estrutural inovador, que viabiliza um empreendimento mediante a aplicação da aplicação do conceito de semicontinuidade das terças, onde se consegue otimizar o modelo estrutural da cobertura reduzindo o consumo de aço no conjunto da estrutura. 2.1 Objetivo Geral O trabalho de pesquisa que será apresentado tem como principal objetivo apresentar o conceito estrutural do sistema METSEC, desenvolvido com os procedimentos de cálculo da METSEC PLC, que tem por base as recomendações do EUROCODE 3 parte 1.3 (1996) e calibrações provenientes da análise experimental feita por ensaios em caixa de pressão (vacuum box). Os ajustes foram feitos com objetivo principal de adequar as tabelas dos perfis METSEC para o mercado, tornando o sistema competitivo do ponto de vista econômico. 2.2 Objetivo Específico O objetivo específico do trabalho é demonstrar a funcionalidade e economia do sistema METSEC mantendo-se a semi-continuidade dos vãos interpórticos de coberturas metálicas, através da aplicação de terças metálicas em perfis dobrados em chapa de aço estrutural em Z nas coberturas com três (03) sistemas de fixação e, para os fechamentos laterais da edificação, temos dois (02) sistemas de fixação utilizando tanto o perfil Z quanto o perfil U enrijecido. Será demonstrada por estudo de caso a aplicação do sistema METSEC em uma obra industrial, comparando a viabilidade deste em relação aos sistemas convencionais.

15 3 3. MÉTODO DE TRABALHO O método de trabalho é baseado inicialmente na revisão bibliográfica e no meu conhecimento do assunto. Para a coleta inicial de informações foi realizado o contato com o fabricante deste produto no Brasil, para a obtenção dos dados técnicos e ilustrativos do produto. Muitas informações sobre o histórico e padrões do sistema METSEC, bem como informações diversas foram extraídas da WEB em sites. Quanto à demonstração do conceito de semi-continuidade do sistema METSEC, foram consultadas as normas técnicas EUROCODE 3 e AISI/96. Para concluir o estudo, foi realizado um estudo de caso de uma obra na região da grande São Paulo, obra essa que será informada no decorrer deste trabalho.

16 4 4. JUSTIFICATIVA No sistema de terças contínuas METSEC tem-se uma baixa taxa de consumo de aço (kg/m²) da estrutura metálica com economia de até 30% no peso de terças e travessas, em relação aos sistemas tradicionais e para vãos interpórticos acima de 6,0m. Obtém-se também economia no custo das fundações. Através de um processo produtivo altamente padronizado e automatizado, consegue-se uma produtividade diária elevada mantendo-se modulações usuais de vãos. A automatização do detalhamento de projeto via CAD/CAN e a fabricação das peças via máquinas CNC (Comando Numérico Computadorizado) viabilizam: o custo fixo da matéria-prima quanto à produção diária e o custo de beneficiamento.também é reduzido o custo de projeto e montagem do conjunto. Essa soma de fatores na concepção do projeto traz uma economia no valor global da construção projetada, bem como a agilidade em todas as fases do processo que influi significativamente no prazo final da obra. Neste trabalho é apresentado o conceito estrutural METSEC, desenvolvido com os procedimentos de cálculo da METSEC PLC, tornando o sistema competitivo do ponto de vista econômico. Este trabalho, portanto, se justifica pela necessidade de uma maior divulgação do sistema METSEC aqui no Brasil, visto que o objetivo principal do desenvolvimento desse sistema é ser mais viável em relação aos sistemas estruturais convencionais que ainda dominam o mercado do produto ESTRUTURAS METÁLICAS de cobertura e fechamento lateral.

17 5 5. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA Na revisão bibliográfica é apresentado todo o desenvolvimento do trabalho, onde nos tópicos abaixo teremos um conteúdo técnico de nível teórico e prático, detalhado através de textos e imagens. 5.1 Apresentação do conceito estrutural de semi-continuidade das terças Segundo o Prof. Francisco Carlos Rodrigues, em seu parecer técnico à empresa METFORM afirmou que o conceito de semi-continuidade das terças foi desenvolvido pela METSEC com os procedimentos de cálculo da METSEC PLC - Design Specifications for Purlins (1987), que deram origem às tabelas de dimensionamento constantes no catálogo da empresa (vide tabelas do item 5.2). As tabelas dos perfis/barras tem por base as recomendações do EUROCODE 3 Parte 1.3 (1996) e calibrações provenientes da análise experimental e, para algumas situações, utiliza-se algumas prescrições da norma britânica BS 5950 parte 5 (1987) para a determinação dos esforços resistentes de cálculo em algumas situações. No Brasil, a empresa METFORM em parceria com o Departamento de Engenharia Estruturas da Escola de Engenharia da UFMG e da Escola de Engenharia de São Carlos (USP) aplica as considerações da METSEC PLC, EUROCODE 3 e, segundo o D.Sc. Maximiliano Malite em seu parecer técnico à empresa METFORM afirma que ao invés de adotarem as prescrições para o cálculo dos esforços resistentes de cálculo, bem como os coeficientes de resistência extraídos da norma britânica BS5950, utilizaram as prescrições do AISI American Iron and Steel Institute- Load and Resistance Factor Design (1996). As informações principais da formulação estrutural que mantêm a semi-continuidade das terças (barras estruturais), será detalhada nos itens a seguir de forma que seja explanado o sistema estrutural METSEC, bem como os procedimentos de cálculo da METSEC PLC e considerações principais das normas citadas acima Redistribuição de Momento Fletor das barras contínuas (terças e travessas), através de cobrejuntas (luvas) ou sobreposições O comportamento estrutural MOMENTO-ROTAÇÃO das emendas das barras (terças e travessas em Z ou U enrijecidos), através de luvas ou sobreposição de

18 6 barras, é determinado experimentalmente e prevê uma redistribuição de momento, procedimento esse permitido pelo EUROCODE. Segundo o Prof. Francisco Carlos Rodrigues, em seu parecer técnico à empresa METFORM afirmou que foi admitido como hipótese, carregamento uniformemente distribuído e constante em todos os tramos, e apoios de mesma rigidez, sendo que a rigidez do apoio não altera os esforços solicitantes. Para ajustes e calibração do dimensionamento considerando carregamento uniformemente distribuído, foram realizados pela METSEC os ensaios em caixa de pressão (vacuum box), porém a empresa não disponibiliza informações sobre o procedimento de ensaio. É fornecido, portanto, alguns resultados experimentais comparados a resultados teóricos, cujas diferenças podem ser admitidas como satisfatórias para este tipo de ensaio. Segundo o D.Sc. Maximiliano Malite em seu parecer técnico à empresa METFORM, afirma que foram realizados apenas ensaios de flexão simples, ou seja, sem a presença de força normal. Um detalhe importante a lembrar é quanto as terças/elemento estrutural pertencente ao sistema de contraventamento do plano do telhado são também solicitadas por força normal, e a ocorrência de força normal é prevista no procedimento do EUROCODE. Para a determinação dos esforços resistentes de cálculo, a flecha é limitada em vão/180, valor recomendado pelo EUROCODE e pela nova norma brasileira. Segundo o ANEXO F da NBR 14762:2001, afirma-se que o momento fletor resistente de cálculo MRd de barras submetidas à flexão, com carregamento num plano paralelo à alma, com a mesa tracionada conectada a um painel (terças com telhas de aço parafusadas e sujeitas a ação de vento de sucção, por exemplo) e a mesa comprimida sem travamento lateral, pode ser calculado por: MRd = O,4. Wef. fy. γ, para barras bi-apoiadas em perfil U enrijecido; MRd = O,5. Wef. fy. γ, para barras bi-apoiadas em perfil Z enrijecido; MRd = O,6. Wef. fy. γ, para barras continuas em perfil U enrijecido; MRd = O,7. Wef. fy. γ, para barras continuas em perfil Z enrijecido; Onde: γ = 1,1 fy; Wef definidos em outro item de norma; O emprego das expressões anteriores é permitido, desde que sejam satisfeitas as seguintes condições: altura do perfil inferior a 300 mm; relação altura-espessura do perfil compreendida entre 60 e 170; relação altura-largura da mesa do perfil compreendida entre 2.8 e 4,5;

19 7 relação largura plana da mesa/espessura do perfil compreendida entre 16 e 43; para vigas continuas, cuja continuidade é obtida por sobreposição das barras nos apoios, o traspasse de cada lado do centro dos apoios internos deve ser maior ou igual a 1,5 d, sendo d a altura da viga (barra/perfil); vão inferior a 10m; para vigas continuas, a relação entre o maior e o menor vão não deve ultrapassar 1,2; deslocamento lateral de ambas as mesas impedido nos apoios; painel constituído por chapa de aço, espessura mínima de 0,45mm, altura mínima de 25mm, espaçamento máximo entre centro do nervuras igual a 300mm e conectado adequadamente à viga, de maneira a evitar o movimento relativo entre o painel e a mesa da viga; tipos de conectores: no mínimo parafusos auto-perfurantes ou auto-atarraxantes nº12, ou rebites com diâmetro nominal 5mm, e arruelas com diâmetro nominal 12,5mm; conectores não padronizados não devem ser utilizados; espaçamento máximo entre centro de conectores não maior que 300mm, e posicionados próximos ao centro da mesa da viga. Nota 1: Se uma ou mais condições estabelecidas anteriormente não forem satisfeitas, o dimensionamento pode ser feito com base em ensaios, conforme a seção típica constante em norma ou com base em modelos semi-empíricos. Em qualquer caso é permitido o dimensionamento com base em ensaios, conforme a seção típica constante em norma ou com base em modelos semi-empíricos, como alternativa ao procedimento proposto acima. Nota 2: As considerações acima não são aplicáveis às vigas com seção do tipo U sem enrijecedores de borda, aos trechos em balanço, nem às regiões entre um ponto de inflexão e o apoio adjacente em vigas contínuas. Para estes casos, o momento fletor resistente de cálculo deve ser obtido desprezando-se a contribuição do painel conectado à mesa tracionada, conforme item específico de norma ou com base em ensaios.

20 Restrição Lateral das barras (terças e travessas), através de telhas metálicas colaborantes (painel conectado à mesa tracionada) A restrição lateral de barras, neste caso terças ou travessas de fechamento lateral, aplica-se a especificação norte-americana do AISI/96, que aborda as vigas (barras/perfis/travessas) conectadas a painéis (telhas metálicas), por meio de um coeficiente de redução aplicado ao momento resistente da viga (barra/perfil/travessa) contida lateralmente. Tal coeficiente de redução foi determinado experimentalmente e incorpora globalmente os efeitos de estabilidade lateral e flambagem por distorção, que são fenômenos que aparecem associados nesse caso. Segundo o Prof. Francisco Carlos Rodrigues, em seu parecer técnico à empresa METFORM afirmou que existe um procedimento de cálculo mais elaborado que o da norma AISI/96, procedimento este constante no EUROCODE 3, estabelecendo um modelo de cálculo com base na rigidez lateral e rotacional do sistema, para os casos de carregamento gravitacional e de vento de sucção. Segundo a norma EUROCODE 3, (1996, p.91), afirma-se que para usar este método estrutural de restrição lateral, a rotação lateral deverá ser substituída por um coeficiente equivalente lateral k. Tem-se, portanto, a igualdade da expressão para o dimensionamento: qh.fd = kh.fd e o carregamento lateral (qh Fd) deve ser absorvido pelas telhas metálicas colaborantes, que são conectadas por parafusos na mesa tracionada da barra (terças e/ou travessas - vide figura abaixo). Considera-se para os apoios das terças nos vãos interpórticos internos através de tesouras/vigas metálicas em uma (01) ou duas (02) águas (vide detalhes abaixo). Na apresentação do estudo de caso demonstraremos graficamente a movimentação das tesouras/vigas como efeito de mola com base na constante k, onde Fmola=k.u. Figura 5.1 Modelo de Restrição Lateral de Barras (fonte: Norma EUROCODE 3, 1996)

21 9 5.2 Apresentação do produto METSEC no mercado brasileiro No Brasil, a Metform produz perfis formados a frio com a tecnologia METSEC para terças de cobertura (perfis Z enrijecido de abas desiguais) e travessas de fechamento lateral (perfis U Enrijecido e/ou perfis Z ), confeccionados em aços de alta resistência, que possuem uma tensão de escoamento (f y ) de 350Mpa. São utilizados o aço ZAR 345 (aço galvanizado) e o aço ASTM A 570 Grau 50 (aço não revestido) Perfis de Tecnologia METSEC Segundo consta no catálogo técnico da METFORM, afirma-se que as dimensões comercializadas no Brasil (altura x espessura) são em resumo: Alturas (mm) 142, 172, 202, 232, 262, 302 e 342. Espessuras (mm) Aço ZAR 345: 1,25; 1,55; 1,75; 1,95; 2,25 e 2;65. Aço ASTM A 570 Grau 50: 2,00; 2,25; 2,65; 3,00 e 3, Tipos de Perfis Aplicados (ELEMENTOS ESTRUTURAIS) Perfil Z - Terças e Travessas A nomenclatura de tabela segue a descrição abaixo (exemplo): * 142 Z 15 (perfil do tipo Z" com 142mm de altura e espessura igual a 1,55mm) Figura 5.2 Seção típica do perfil Z de aço dobrado (site:

22 10 Segue abaixo tabela de dimensões comercializadas no Brasil: Tabela 5.1 Dimensões nominais dos perfis Z enrijecidos Fonte: site

23 Perfil U enrijecidos Travessas para Fechamento Lateral A nomenclatura de tabela segue a descrição abaixo (exemplo): * 142 U 15 (perfil do tipo U Enrijecido, com 142mm de altura e espessura igual a 1,55mm); Figura 5.3 Seção típica do perfil U de aço dobrado (site: Luvas metálicas em perfil dobrado Segundo consta no catálogo técnico da METFORM, afirma-se que a denominação de referência das luvas é igual a adotada para as terças, exceto que ela é precedida pela letra "S" para luva padrão e "HS" para luva de extremidade robusta. i.e.: S342 Z 33 - Luva padrão 342 Z 33 HS 342 Z 33 - luva de extremidade robusta 342 Z 33. Figura 5.4 Seção típica do perfil Ze para luvas de aço dobrado (site:

24 12 Segue abaixo tabela de dimensões comercializadas no Brasil: Tabela 5.2 Dimensões nominais dos perfis U enrijecidos Fonte: site

25 Detalhamento dos sistemas de Cobertura METSEC Será detalhado a seguir os quatro (04) sistemas de cobertura aplicados com terças metálicas que aplicam o conceito de semi-continuidade das terças de aço ASTM A- 570 Gr.50, a partir da aplicação de luvas de ligação nos pontos de apoio no banzo superior das vigas/tesouras Sistema de Cobertura SLEEVED, aplicando-se Perfis Z e luvas Segundo consta no catálogo técnico da METFORM, afirma-se que nesse sistema a continuidade é garantida por meio de luvas. São utilizadas luvas em todas as ligações de terças da segunda e da penúltima tesoura e alternadamente a cada tesoura, sendo que as terças e luvas possuem a mesma espessura. Pode ser utilizado em coberturas com dois, ou mais, vãos de terças e espaçamento entre tesouras de até 15,00m, dependendo da carga a ser aplicada e das condições de fixação das telhas (de acordo com as instruções do fabricante) que pode ou não oferecer travamento lateral para a terça. Para esse sistema, a inclinação não pode ser superior a 25º. Terças e luvas com mesma espessura Figura 5.5 Detalhe Esquemático do Sistema SLEEVED (site:

26 Sistema de Cobertura tipo HEB, aplicando-se perfis Z Segundo consta no catálogo técnico da METFORM, afirma-se que nesse sistema a continuidade é garantida por meio de luvas em todas as tesouras, exceto nas tesouras da extremidade, sendo que se têm terças e luvas com maior espessura nos tramos externos e terças e luvas com menor espessura nos tramos internos. Pode ser utilizado em coberturas com cinco, ou mais, vãos de terças e espaçamento entre tesouras de até 15,00m. Terças e luvas mais espessas Terças e luvas mais finas Terças e luvas mais espessas Figura 5.6 Detalhe Esquemático do Sistema HEB (site: Sistema de Cobertura tipo METLAP, aplicando-se perfis Z Segundo consta no catálogo técnico da METFORM, afirma-se que nesse sistema a continuidade obtida através dos trespasses, pois não utiliza luvas como nos outros sistemas. As terças se sobrepõem em cada ligação com as tesouras, sendo fornecidas em comprimentos de vão simples, onde se tem terças com maior espessura nos tramos externos e terças com menor espessura nos tramos internos. Pode ser utilizado em coberturas com quatro, ou mais, vãos de terças e espaçamento entre tesouras de até 14,50m. Terças mais espessas Terças mais espessas Terças mais finas Figura 5.7 Detalhe Esquemático (Terças Trespassadas) no Sistema METLAP (site:

27 Sistema de Cobertuta tipo BI-APOIADO, para vãos interpórticos variados Segundo consta no catálogo técnico da METFORM, afirma-se que diferentemente dos outros, esse sistema não apresenta a continuidade onde as terças são tratadas como bi-apoiadas, sendo utilizada para vãos com dimensões variadas e despadronizadas, podendo ser utilizado apoiado ou de topo nas tesouras. Pode ser utilizado em coberturas com um ou mais tramos e espaçamento entre tesouras de até 12,00m. Figura 5.8 Detalhe Esquemático (Terças Bi-Apoiadas) no Sistema BI-APOIADO (site: Detalhamento dos sistemas de Fechamento Lateral METSEC Serão detalhados a seguir os dois (02) sistemas de fechamento lateral, também compostos por terças metálicas de aço ASTM A-570 Gr.50, a partir da aplicação de luvas de ligação ou fixação direta nos pontos de apoio dos pilares Sistema de Fechamento Lateral SLEEVED Segundo consta no catálogo técnico da METFORM, afirma-se que nesse sistema a continuidade é garantida por meio de luvas, como no sistema de cobertura. São utilizadas luvas em todas as ligações de travessas da segunda e da penúltima coluna e alternadamente a cada coluna, sendo que as travessas e luvas possuem a mesma espessura. Pode ser utilizado em fechamentos com dois, ou mais, vãos de travessas e espaçamento entre colunas de até 15,00m.

28 16 Terças e luvas com mesma espessura Figura 5.9 Detalhe Esquemático Fechamento (Terças e Luvas) no Sistema SLEEVED (site: Sistema BI-APOIADO, com aplicação de Perfis Z" ou U Enrijecido Segundo consta no catálogo técnico da METFORM, afirma-se que esse sistema não apresenta a continuidade, como no sistema de cobertura, onde as travessas são tratadas como bi-apoiadas, sendo utilizada para vãos com dimensões variadas e despadronizadas, podendo ser utilizado apoiado ou de topo nas colunas. Pode ser utilizado em fechamentos com um ou mais tramos e espaçamento entre colunas de até 12,0m. Figura 5.10 Detalhe Esquemático Fechamento (Terças) Sistema BI-APOIADO (site:

29 Detalhamento dos processos construtivos METSEC Neste item do trabalho serão detalhados os processos e detalhes construtivos mais importantes e comuns na construção de edificações/galpões em cobertura metálica no sistema METSEC. Serão elencados os principais detalhes na construção do sistema METSEC através dos sub-itens a seguir: Detalhes de Fixação das terças METSEC de Cobertura A fixação das terças METSEC de cobertura são feitas através de luvas ou trespasses das terças, e o elemento de fixação é apoiado sobre vigas, tesouras ou pórticos em todos os vãos interpórticos. A seguir teremos figuras ilustrativas do sistema de fixação adotado no sistema de cobertura METSEC. No item 6.3 do trabalho teremos foto da luva fixada por parafusos na terça. Temos quatro tipos de cobertura METSEC quanto à disposição das luvas e terças no plano da cobertura: SLEEVED, HEB, BI-APOIADO e METLAP. Segue abaixo perspectivas da emenda entre vãos de terças e as plantas esquemáticas das posições das luvas nas terças de cada tipo de cobertura: Sistema SLEEVED Segundo consta no catálogo técnico da METFORM, afirma-se que no sistema SLEEVED são utilizadas luvas em todas as ligações das terças da segunda e da penúltima tesoura e alternadamente nas ligações das terças das demais tesouras internas. Figura 5.11 Detalhe típico de fixação das terças de cobertura SLEEVED (site:

30 18 Figura 5.12 Planta esquemática da disposição das terças de cobertura tipo SLEEVED (site: O sistema METSEC tipo SLEEVED é semi-contínuo porque não são todas as terças que possuem luvas e nas emendas que a luva proporciona a continuidade do vão há redução do momento negativo. No entanto, a eficiência na redistribuição dos momentos é eficaz e há economia de materiais no conjunto Sistema HEB Segundo consta no catálogo técnico da METFORM, afirma-se que no sistema HEB são utilizadas terças e luvas em todas as ligações das terças. Nos vãos P1 e P1x são aplicados peças com maior espessura e nos vãos internos P3, P5 e P5x são aplicados terças e luvas de menor espessura. Figura 5.13 Detalhe típico de fixação das terças de cobertura HEB (site:

31 19 Figura 5.14 Planta esquemática da disposição das terças de cobertura tipo HEB (site: O sistema METSEC tipo HEB é contínuo porque todas as terças possuem luvas. Logo, a eficiência na redistribuição dos momentos é eficaz havendo economia de materiais no conjunto Sistema METLAP Segundo consta no catálogo técnico da METFORM, afirma-se que no sistema METLAP a continuidade é mantida através dos trespasses das terças, conforme ilustrações abaixo, e aplica-se terças de maior espessura nos vãos externos e terças de menor espessura nos vãos internos. Figura 5.15 Detalhe típico de fixação das terças de cobertura METLAP (site: Figura 5.16 Planta esquemática da disposição das terças de cobertura tipo METLAP (site:

32 Sistema BI-APOIADO Segundo consta no catálogo técnico da METFORM, afirma-se que no sistema BI- APOIADO não se apresenta continuidade onde as terças são fixadas de forma convencional (suporte simples) conforme detalhes abaixo. Figura 5.17 Detalhe típico de fixação das terças de cobertura tipo BI-APOIADAS (site: Figura 5.18 Planta esquemática da disposição das terças de cobertura tipo BI-APOIADA (site: Detalhes de Fixação das terças METSEC de Fechamento Lateral A fixação das travessas de Fechamento Lateral METSEC ocorre através de luvas e suportes simples. Em ambos os elementos de fixação são apoiados nas colunas para todos os vãos interpórticos. Segue abaixo figuras ilustrativas dos dois tipos de sistemas de fixação adotados no sistema de fechamento lateral METSEC: BI-APOIADO e SLEEVED respectivamente.

33 Sistema BI-APOIADO Este tipo de Fechamento Lateral pode ser aplicado em qualquer um dos sistemas de cobertura METSEC e é utilizado com um ou mais vãos de travessas. É indicado para obras de pequeno porte. Figura 5.19 Detalhe típico de fixação das travessas de Fechamento Lateral tipo BI-APOIADAS (site: Figura 5.20 Elevação esquemática da disposição das travessas tipo BI-APOIADAS (site: Sistema SLEEVED Este tipo de Fechamento Lateral pode ser aplicado em qualquer um dos sistemas de cobertura METSEC e é utilizado para dois ou mais vãos de travessas. Segundo consta no catálogo técnico da METFORM, afirma-se que no sistema SLEEVED de

34 22 fechamento são utilizadas luvas em todas as ligações das travessas da segunda e da penúltima coluna e alternadamente nas ligações das travessas das demais colunas internas. Figura 5.21 Detalhe típico de fixação das travessas de Fechamento Lateral tipo SLEEVED (site: Figura 5.22 Elevação esquemática da disposição das travessas e luvas tipo SLEEVED (site:

35 Vantagens dos sistemas construtivos METSEC em relação aos sistemas convencionais As vantagens do sistema METSEC em geral consistem nos seguintes aspectos: Economia de até 30% no peso de terças e travessas, em relação aos sistemas tradicionais; Possui um software de cálculo e dimensionamento, chamado METSPEC; Possui um software de detalhamento das terças e travessas, chamado METCAM; Equipamento CNC (Comando Numérico Computadorizado): Agilidade na produção; Precisão de medidas; Qualidade de acabamento. Perfis fornecidos furados de acordo com as necessidades de utilização; Perfis galvanizados fornecidos com marcação por impressora jato de tinta; Perfil Z", devido às mesas desiguais: Facilita a utilização de luvas e trespasses; Facilidade de pintura e manutenção (quando necessário); Otimiza o transporte (maior número de peças por carga); O material galvanizado dispensa a necessidade de pintura; Facilidade de montagem: Utiliza um menor número de tirantes; Sistema é todo parafusado; A equipe de montagem conta com menor número de pessoas; Aplicável mesmo que sejam usadas telhas que não ofereçam travamento lateral as terças (telhas zipadas, fibrocimento, cerâmicas, etc). 5.7 Tabelas de um estudo comparativo da economia de aço entre os sistemas METSEC e convencional para análise crítica de VIABILIDADE Para apresentação das tabelas, vide anexos (Casos Comparativos 1 e 2), que comparam estruturas METSEC com estruturas convencionais.

36 24 6. ESTUDO DE CASO Neste trabalho será desenvolvido o acompanhamento técnico de uma obra industrial. Serão apresentados detalhamentos dos processos construtivos da montagem do sistema METSEC, através de ilustrações esquemáticas, fotos das fases de montagem da cobertura metálica e apresentação de tabelas comparativas que serão usadas com base da análise crítica da viabilidade e custo-benefício do sistema METSEC em relação ao sistema convencional. 6.1 Apresentação da obra A obra escolhida para o estudo de caso deste trabalho é um galpão industrial situado em Guarulhos. Trata-se da futura fábrica com nome fantasia SUPIMPA, situada na Rua Ministro Pólito, nº 600 A bairro Aracilia Guarulhos/SP. O galpão industrial tem dimensões de 40,00m de frente por 84,00m de fundo, com área de projeção total de 3.360m². Nos itens a seguir serão apresentados os detalhes construtivos e executivos da estrutura metálica de cobertura e fechamento lateral do galpão em estudo. 6.2 Acompanhamento técnico da execução da obra com fotos Neste item do trabalho serão demonstradas as fases de execução do galpão industrial apresentado na introdução do estudo de caso, através de fotos tiradas no andamento da obra. Será possível visualizar a evolução e os detalhes importantes a serem verificados quanto a fabricação e montagem das estruturas metálicas de cobertura e fechamento lateral, aplicando-se terças Z de aço galvanizado ZAR345 no sistema METSEC. No andamento do trabalho, foram realizadas visitas técnicas a obra e obtiveram-se fotos da construção nas fases de locação das tesouras, vigas de transição e fixação das terças. A empresa construtora nos forneceu dados do projeto estrutural, que utiliza o sistema de cobertura HEB, aplicando-se terças METSEC com vãos de 6,00m apoiadas em tesuras metálicas treliçadas de duas águas. Adotou-se neste projeto material galvanizado, para aumentar a durabilidade e resistência à corrosão do ambiente industrial do galpão.

37 25 Segue abaixo fotos de alguns itens do processo construtivo: Foto 6.1 Montagem das tesouras treliçadas (40m) e viga de transição central Foto 6.2 Posicionamento dos módulos da viga de transição central

38 26 Foto 6.3 Posicionamento das teças Z de 6,0m com as luvas Z METSEC Foto 6.4 Montagem das terças METSEC de cobertura

39 27 Foto 6.5 Detalhe da ligação entre tesouras e a viga de transição central Foto 6.6 Detalhes de fixação das terças, contraventamentos e console do pilar PM

40 28 Foto 6.7 Detalhe de fixação das terças com a luva (sistema HEB). Nesta cobrejunta parafusada nas terças (luva), possibilita a continuidade do elemento estrutural terça Foto 6.8 Detalhe de fixação das terças com as luvas e lanternim (sistema HEB)

41 29 Foto 6.9 Detalhe de fixação das terças com as luvas e telhas (sistema HEB) Foto 6.10 Detalhe de fixação das terças com as luvas e telhas (sistema HEB)

42 30 Foto 6.11 Detalhe de fixação das telhas na mesa superior das terças (sistema HEB) As onze (11) fotos acima permitiu visualizar a montagem das vigas principais tipo tesouras, apoiadas em colunas pré-moldadas de concreto, a montagem da viga de transição central com as tesouras que eliminou o número de pilares internos do galpão e a montagem e fixação das terças metálicas Z" utilizando-se as luvas Z no sistema HEB. Também detalhou-se a ancoragem das telhas de ao trapezoidais nas terças através de parafusos autobrocantes. Os painéis de telha também auxilia no travamento lateral das terças METSEC evitando que as mesmas sejam solicitadas por esforços indesejáveis. Na cobertura em estudo, há na cumeeira central a aplicação de um lanternim contínuo de 3,00 x 72,00m, para proporcionar a iluminação e ventilação natural do galpão industrial. Nas fotos a seguir detalharemos a construção do lanternim, bem como as ligações deste elemento com a tesoura, terças, telhas e contraventamentos horizontais da cobertura.

43 31 Foto 6.12 Posicionamento para montagem dos lanternins de cumeeira Foto 6.13 Montagem das telhas de cobertura trapézio L40mm em aço galvanizado

44 32 Foto 6.14 Detalhe das terças e luvas METSEC no lanternim da cumeeira Foto 6.15 Detalhe do lanternim de cumeeira instalados na cobertura

45 33 Foto 6.16 Detalhes de fixação das telhas nas terças e travamento do banzo inferior Foto 6.17 Vista lateral do conjunto de vãos c/ 6m (pilares, cobertura e lanternim na cumeeira)

46 34 Continuando o estudo de caso, segue abaixo fotos da etapa final da obra, que demonstra detalhes da montagem do fechamento lateral tipo platibanda em todo o perímetro do galpão. O projeto foi concebido para obter economia na cobertura e na vedação do galpão. Por isso, utilizou-se na vedação telhas trapezoidais de aço galvanizado pintado externamente a partir da cota 4,00m conforme fotos abaixo. As travessas de fechamento das platibandas foram construídas no sistema METSEC tipo HEB, ou seja, com luvas em todas as ligações das travessas, mantendo a continuidade dos vãos. Foto 6.18 Detalhe de montagem das travessas + linhas de corrente (sistema HEB) Foto 6.19 Detalhe interno das travessas + telhas platibanda superior (sistema HEB)

47 35 Nota-se na foto acima, a interface da alvenaria de vedação inferior com a platibanda, onde obtem-se um bom acabamento, funcionalidade e ventilação visto que entre as telhas e alvenaria temos um vão de 30cm. A seguir demonstraremos mais fotos da montagem das travessas de fechamento HEB e colocação das telhas trapezoidais de aço galvanizado, pintada do lado externo na cor azul. Foto 6.20 Detalhe de fixação das travessas nos pilares (sistema HEB) Foto 6.21 Vista externa do galpão com a Platibanda instalada

48 36 Foto 6.22 Vista externa do galpão com a Platibanda instalada O galpão industrial em estudo foi construído com estrutura metálica no sistema de terçamento contínuo METSEC tipo HEB, consumindo uma quantidade total de aproximadamente 50ton de aço estrutural. Se aplicássemos estrutura com terças convencionais seria necessário um consumo de 70ton de aço estrutural. Além disso, o prazo de montagem previsto de 90 dias foi realizado em 60 dias devido a grande facilidade de montagem das terças e travessas com luvas tipo Z" dobrado em chapa de aço galvanizado ZAR 345. Como anexo deste trabalho, consta duas pranchas do projeto estrutural com a planta de cobertura e as elevações de fechamento lateral tipo platibanda, detalhando-se todos os elementos estruturais dimensionados no sistema HEB. No estudo de caso não faremos tabela comparativa de todos os elementos estruturais, mas pelas massas totais apresentadas (50ton METSEC e 70ton convencional), justifica-se a eficiência do sistema METSEC que economizou aproximadamente 30% de aço estrutural. Portanto, seguiremos com as conclusões deste trabalho de pesquisa no capítulo a seguir.

49 37 7. CONCLUSÕES A conclusão deste trabalho está voltada principalmente para as vantagens de custo benefício do sistema METSEC, em relação aos sistemas convencionais de cobertura e fechamento. Alguns fatores conclusivos são muito consistentes e relevantes, incidindo em grande competividade dentro do mercado atual. Podemos apontar um valor médio de economia de até 30% no peso de terças e travessas METSEC, em relação aos sistemas de Cobertura e Fechamento tradicionais. Com a utilização de equipamento CNC (Comando Numérico Computadorizado) para a produção das peças, obtem-se agilidade na produção, precisão de medidas e qualidade de acabamento. Pela padronização das peças e utilização de parafusos nas emendas e conexões, a redução no prazo de entrega da estrutura montada é significativa. O resultado estético agradável e layout com modulação maior entre pilares é um fator relevante em empreendimentos de peso. Ressalto que o objetivo geral deste trabalho é apresentar o conceito estrutural do sistema METSEC, que trabalha utilizando a redistribuição de momento fletor nas barras contínuas através de cobrejuntas (luvas) ou sobreposições de barras. Esse comportamento estrutural MOMENTO-ROTAÇÃO das emendas proporciona a redistribuição de esforços e por isso podemos utilizar menos material para vencer os esforços solicitantes, em relação aos sistemas convencionais. Como conclusão principal e específica do trabalho, justifica-se e comprova-se nos comparativos e estudo de caso apresentados a economia significativa de aço estrutural e as vantagens de produtividade utilizando-se o sistema METSEC tipo HEB com a continuidade das terças de cobertura e travessas de fechamento lateral.

50 38 8. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS CATÁLOGOS TÉCNICOS E SITE DA METFORM - Perfis Z & U ENRIJECIDOS na tecnologia METSEC no Brasil. Disponível em Acesso em 01 de março de METSEC PLC - Consulta ao HISTÓRICO do SISTEMA METSEC no Reino Unido - Disponível em Acesso em 05 de março de Norma EUROCODE 3, ENV parte 1.3 (1996, p. 90 e 91): Item 10 Particular applications. Norma AISI/96, (1996, p. V-49): AISI Cold-Formed Specification Norma BS 5950 parte 5 (1987) UFMG - Universidade Federal de Minas Gerais Consulta técnica das normas - Disponível em Acesso em 10 de março de UFSCAR - Universidade Federal de São Carlos Consulta técnica das normas - Disponível em Acesso em 10 de abril de

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