EQUIPAMENTO DE CORTE E DOBRAGEM DE AÇO EM VARÃO

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1 EQUIPAMENTO DE CORTE E DOBRAGEM DE AÇO EM VARÃO PEDRO DANIEL PACHECO CASALEIRO Dissertação para a obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Civil Júri Presidente: Professor Doutor António Heleno Domingues Moret Rodrigues Orientador: Professor Doutor Luís Manuel Alves Dias Vogal: Professor Doutor Pedro Miguel Dias Vaz Paulo Julho de 2010

2 AGRADECIMENTOS Tratando-se a presente dissertação de mais uma etapa importante no meu percurso académico e pessoal, quero aqui deixar o meu sincero obrigado a todos aqueles que directa ou indirectamente contribuíram para a concretização deste objectivo. Ao Professor Luís Alves Dias, meu orientador científico, pelos ensinamentos, esclarecimentos prestados e disponibilidade, pelas sugestões e rigor transmitidos durante a realização deste trabalho e disponibilidade concedida em todas as situações. Ao Alexandre Elias, um dos responsáveis pelo Sistema Armafer da empresa CHAGAS, S.A., pela sua pronta disponibilidade e resposta rápida e válida a todas as perguntas e dúvidas colocadas. Ao Eng.º Firmino das Neves e à Eng.ª Maria João Surrécio, da AECOPS e ANEOP, respectivamente, pela vontade e ajuda demonstradas que permitiram o enriquecimento da pesquisa bibliográfica para a realização desta dissertação. Ao Eng.º Reino Gomes e ao seu subempreiteiro do aço, o Sr. Rui, que na visita à obra das Termas do Estoril foram incansáveis em esclarecer todas as questões relacionadas com a produção de armaduras em estaleiro de obras. Aos meus pais e irmão, pois se hoje cheguei onde estou foi em grande parte graças a eles, e a pessoa que sou também se deve aos seus ensinamentos e exemplos de vida. Aos que no início do curso eram apenas colegas, mas que hoje são amigos para o resto da vida, os grandes: Ismael, Manu, Palha e Leiria. Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Civil 1

3 RESUMO A presente dissertação foi desenvolvida no âmbito do equipamento de construção, em particular do equipamento de corte e dobragem de aço em varão. Pretendeu-se caracterizar o equipamento e descrever as inovações tecnológicas que este tem sofrido ao longo dos anos, com vista a seleccionar, perante um caso prático, o mais adequado tendo em conta os respectivos custos de utilização e o sistema de fabricação de armaduras associado, isto é, fabricação em estaleiro central ou fabricação em estaleiro de obras. Para tal, estabeleceram-se critérios de selecção do equipamento e do sistema de fabricação de armaduras, que permitem entender as principais vantagens e desvantagens inerentes a estes dois grandes grupos. Este trabalho constitui uma ferramenta que pretende contribuir para ajudar na escolha deste equipamento por parte de todos os envolvidos neste tipo de trabalho (corte, dobragem e amarração de aço em varão), de molde a que os requisitos da obra a executar, a nível de custos, tempo de execução e qualidade, sejam cumpridos. Para isso, a dissertação inicia-se com uma abordagem sobre o estado da arte do equipamento de corte e dobragem de aço em varão utilizado em estaleiro central e equipamento portátil de corte, dobragem e amarração utilizado em estaleiro de obra. Apresentam-se exemplos destes equipamentos, incluindo as suas características principais, e descrevem-se os sistemas de preparação de armaduras, tradicional e industrializado, seguida de uma análise económica comparativa entre os mesmos. Definem-se critérios de selecção do equipamento e do sistema de fabricação de armaduras, tendo em conta as vantagens e desvantagens inerentes a cada um dos sistemas. Por último, aborda-se a organização de um estaleiro de armaduras em obra, incluindo o armazenamento dos materiais, a organização do posto de trabalho e medidas preventivas em matéria de segurança e saúde no trabalho nestes estaleiros. Os estudos desenvolvidos permitem realçar, a nível do equipamento de estaleiro central, o grande esforço na automação do processo de moldagem, qualidade do mesmo e redução significativa dos desperdícios de varão. Sendo a intervenção humana no processo industrializado cada vez mais reduzida, o operador da máquina tem assim um papel cada vez mais passivo no processo, sendo apenas um controlador do mesmo. Relativamente ao equipamento de corte e dobragem de aço em estaleiro de obras, salienta-se a evolução tecnológica no equipamento dito portátil, destacando-se as suas qualidades de durabilidade e baixo peso, energia autónoma com recurso a baterias portáteis, conforto ergonómico para o trabalhador e possibilidade de moldar os varões directamente no local de aplicação da própria armadura. Por último, a análise económica realizada mostrou que o custo de fabrico por unidade de medição (kg) do sistema tradicional é, em geral, superior, ao do sistema industrializado, sendo de salientar que os custos de mão-de-obra e materiais possuem um peso significativo no custo de fabrico das armaduras de aço em varão. Palavras-Chave: Equipamento de construção; armaduras de aço em varão, estaleiro de obras. Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Civil 2

4 ABSTRACT This dissertation focuses on construction equipment, more specifically on rebar bending and cutting equipment. It endeavors to describe existing equipment and related technical innovations, with the objective of selecting, on a practical basis, the most appropriate solution taking into consideration costs and the production system, i.e. off-site and on-site production on a central and local construction site, respectively. To this end, selection criteria were set to promote understanding of associated advantages and disadvantages of both equipment and rebar production system. This study is a tool that aims to assist all those involved in this type of work (cutting, bending and tying of rebar) in the selection of this kind of equipment, so that project requirements in terms of costs, time, performance and quality are met. For this purpose, the study starts with a survey of the state of the art on the equipment for cutting and bending rebar used off-site and portable equipment for cutting, bending and tying rebar used on-site. It presents examples of this type of equipment, including its main features, and a description of systems for the preparation of rebar, traditional and industrialized, followed by an economic comparative analysis. Criteria are defined for the selection of equipment and rebar production systems, based on advantages and disadvantages of each. Finally, it discusses the organization of on-site rebar production facilities including materials storage, workplace organization and preventive safety and health measures. Previous studies on off-site cutting and bending equipment highlight a great automation effort, quality improvements and a significant reduction of waste. Considering the ever decreasing human intervention in the industrialized process, the operator assumes a more passive role, mainly as a controller. As for the on-site equipment, technological developments in the field of portable equipment should be emphasised. These comprise, namely, durability, low weight, autonomy provided by portable batteries, ergonomic advances and the ability to cut and bend rebar on-site. Finally, the comparative economic analysis has shown that the production cost per unit of measurement (kg) of the traditional system is generally higher than the industrialized system, given the fact that labor costs and materials account for a significant proportion of the rebar production cost. Keywords: construction equipment, rebar, on-site construction. Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Civil 3

5 ÍNDICE GERAL AGRADECIMENTOS... 1 RESUMO... 2 ABSTRACT... 3 ÍNDICE GERAL... 4 LISTA DE QUADROS... 8 LISTA DE GRÁFICOS... 9 LISTA DE FIGURAS... 9 LISTA DE ABREVIATURAS CONSIDERAÇÕES INICIAIS Enquadramento e Justificação da dissertação Âmbito e Objectivos da dissertação Metodologia da dissertação Organização da dissertação O AÇO EM VARÃO NA CONSTRUÇÃO Dados estatísticos acerca da indústria do aço Evolução do betão armado Descrição histórica Aços para betão armado Pormenorização de armaduras e execução de trabalhos Armaduras de aço na actualidade Recepção do aço na obra...31 Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Civil 4

6 2.3.2 Antes do início das operações de betonagem ESTADO DA ARTE DO EQUIPAMENTO DE CORTE E DOBRAGEM DE AÇO EM VARÃO Equipamento de pré-moldagem de aço em estaleiro central Construção com Computação Integrada (Computer-Integrated Construction (CIC)) Sistema CAD/CAM Desenvolvimento da automação de máquinas Máquinas de controlo numérico (Numerically controlled machines) Linguagem de máquinas de controlo numérico Sistema de fornecimento de matéria-prima Exemplos de sistemas de manuseamento de varões de aço em estaleiro central Sistema de corte e dobragem Controlo adaptável Gestão dos desperdícios de varão Armazenamento temporário do produto final Fábrica Compacta de armaduras de aço (Compact rebar shop) Equipamento de corte e dobragem de aço em estaleiro de obras Equipamento portátil de corte e dobragem de aço em estaleiro de obras Equipamento de amarração de armaduras Equipamento de pré-amarração de armaduras em estaleiro central Equipamento portátil de amarração de armaduras em estaleiro de obras DESCRIÇÃO DO EQUIPAMENTO DE CORTE E DOBRAGEM DE AÇO EM VARÃO Equipamento de corte Ferramentas manuais de corte Máquinas tradicionais de corte em estaleiro de obras Equipamento portátil de corte Máquinas de corte em estaleiro central Equipamento de dobragem Ferramentas manuais de dobragem Máquinas tradicionais de dobragem em estaleiro de obras Equipamento portátil de dobragem Máquinas de dobragem em estaleiro central...92 Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Civil 5

7 4.3 Equipamento combinado Ferramentas manuais combinadas de corte e dobragem Máquinas tradicionais combinadas de corte e dobragem em estaleiro de obras Equipamento portátil combinado de corte e dobragem Máquinas combinadas de corte e dobragem em estaleiro central ANÁLISE TÉCNICO-ECONÓMICA E CRITÉRIOS DE SELECÇÃO DO EQUIPAMENTO E SISTEMAS DE PREPARAÇÃO DE ARMADURAS Sistemas de preparação de armaduras Sistema de preparação de armaduras com pré-moldagem de aço em estaleiro central Sistema de preparação de armaduras em estaleiro de obras Critérios de selecção Selecção do equipamento Selecção do sistema de fabricação de armaduras Análise económica Custo unitário da Mão-de-Obra (MO) Custo unitário dos Materiais (MT) Custo unitário do Equipamento (EQ) Custo unitário de Fabrico CONCLUSÕES GERAIS DESENVOLVIMENTOS FUTUROS REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS E BIBLIOGRAFIA GLOSSÁRIO ANEXOS... I ANEXO I... I ANEXO II...III ANEXO III... IV ANEXO IV... VI Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Civil 6

8 ANEXO V... VII ANEXO VI... IX ANEXO VII... X ANEXO VIII... XVI Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Civil 7

9 LISTA DE QUADROS Quadro 1 - Principais Especificações LNEC para aços em elementos de betão armado (LNEC, 2009) Quadro 2 Códigos dos países através do número de nervuras (Ganço, 2008) Quadro 3 - Número de provetes a ensaiar na recepção do aço para verificar as propriedades das armaduras (NP ENV :2007) Quadro 4 - Características de máquinas tradicionais de corte em estaleiro de obras Quadro 5 - Resumo de características técnicas das cortadoras (MUNDITUBO, 2010) Quadro 6 - Características de equipamento portátil de corte (BN, 2010) Quadro 7 - Processo de corte automático (KRB, 2010) Quadro 8 - Capacidade de corte das guilhotinas da Schnell (SCHNELL, 2010) Quadro 9 - Características de máquinas tradicionais de dobragem em estaleiro de obras Quadro 10 - Acessórios de máquinas dobradoras (MUNDITUBO, 2010) Quadro 11 - Resumo de características técnicas das dobradoras (MUNDITUBO, 2010) Quadro 12 - Características de máquinas estribadoras Quadro 13 - Características de equipamento portátil de dobragem (BN, 2010) Quadro 14 - Resumo de características técnicas das máquinas de dobragem das linhas de dobragem da Schnell (SCHNELL, 2010) Quadro 15 - Características de máquinas tradicionais de corte/dobragem em estaleiro de obras Quadro 16 - Resumo de características técnicas das combinadas (MUNDITUBO, 2010) Quadro 17 - Características de equipamento portátil de corte/dobragem (BN, 2010) Quadro 18 - Resumo de características técnicas da Bar Wiser 26 Dual da Schnell (SCHNELL, 2010) Quadro 19 - Critérios principais de selecção do equipamento Quadro 20 - Critérios principais de selecção do sistema de fabricação de armaduras Quadro 21 - Retribuições mínimas de acordo com o CCT (retirado de CCT (2010)) Quadro 22 - Comparação de custos da equipa de armação Quadro 23 - Custos da equipa de armação (sistema tradicional e industrializado) Quadro 24 - Valores de rendimento de mão-de-obra colectados Quadro 25 - Valores de rendimento de mão-de-obra utilizados Quadro 26 - Coeficientes tradutores da eficiência de trabalho (Manso et al., 2004) Quadro 27 - Valores de produtividade representativos das obras (Araújo, 2000) Quadro 28 - Análise estatística dos valores de produtividade (Araújo, 2000) Quadro 29 - Percentagens de produtividade de PI e PF (adaptado de Araújo, 2000) Quadro 30 - Caracterização das obras em que foram recolhidos dados sobre produtividade de armação (Jucá, 2006) Quadro 31 - Rendimento de mão-de-obra colectado em campo (Casaleiro, 2010) Quadro 32 - Custo unitário de mão-de-obra Quadro 33 - Preços de materiais pesquisados em bibliografia Quadro 34 - Preços de materiais pesquisados no mercado nacional Quadro 35 - Custo unitário de materiais Quadro 36 - Preços de máquinas combinadas recolhidos junto de fornecedores Quadro 37 - Cálculo do valor da taxa de inflação do equipamento Quadro 38 - Custos do equipamento recorrendo a pesquisa no mercado Quadro 39 - Custos do equipamento recorrendo a preço de referência para aquisição Quadro 40 - Valores de aluguer recolhidos junto de empresas de aluguer nacionais Quadro 41 - Custo unitário do equipamento (EQ), caso se recorra à modalidade de aluguer Quadro 42 - Custo unitário de fabrico Quadro 43 - Preços unitários de produção de armaduras colectados Quadro 44 - Número de varões por 10 cm de largura e várias alturas de empilhamento (Casaleiro, 2010).... VI Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Civil 8

10 Quadro 45 - Preços de varão para betão armado da empresa CHAGAS.... VII Quadro 46 - Preços de varão para betão armado da empresa J. Soares Correia.... VIII Quadro 47 - Diâmetros mínimos de dobragem regulamentares (Trigo et al., 2009)....XXII Quadro 48 - Comprimento do corte (Trigo et al., 2009)....XXII Quadro 49 - Equipamentos de Protecção Individual (EPI s) (Trigo et al., 2009).... LIV LISTA DE GRÁFICOS Gráfico 1 - Produção mundial de aço no 1º Semestre de 2009 (WORLDSTEEL, 2009) Gráfico 2 - Os 20 principais países exportadores de aço (ISSB, 2009) Gráfico 3 - Os 20 principais países importadores de aço (ISSB, 2009) Gráfico 4 - Evolução dos produtos siderúrgicos longos e planos (CHAGAS, 2009) Gráfico 5 - Evolução dos preços de venda de produtos siderúrgicos (CHAGAS, 2009) Gráfico 6 - Produção de aço em bruto em Portugal (EUROFER, 2010) Gráfico 7 - Evolução da produção de edifícios residenciais e não residenciais privados (AECOPS, 2009) Gráfico 8 - Evolução da produção de edifícios não residenciais públicos (AECOPS, 2009) Gráfico 9 - Evolução da produção da Engenharia Civil (AECOPS, 2009) Gráfico 10 - Fornecimento de aço (Freire et al., 2001) Gráfico 11 - Índice de produtividade de armação (Lobo, 2004) Gráfico 12 - Índice de produtividade do serviço de armação (Jucá, 2006) LISTA DE FIGURAS Figura 1 - Primeira construção de betão armado. Barco de Lambot de 1848 (Aplleton, 2005) Figura 2 - Primeira ponte em betão armado. Ponte de Monier de 1875 (Aplleton, 2005) Figura 3 - Sistema de vigas de Hennebique (Aplleton, 2005) Figura 4 - Viaduto Duarte Pacheco, Lisboa (Aplleton, 2005) Figura 5 - Nervuras transversais e exemplo de marcação dos varões (E ) Figura 6 - Perfil nervurado de varões de aço do tipo A400 NR e A400 NR SD (E , E ) Figura 7 - Perfil nervurado de varões de aço do tipo A500 NR e A500 NR SD (E , E ) Figura 8 - Perfil nervurado de varões de aço do tipo A500 ER (E ) Figura 9 - Máquina de dobragem com capacidade de dobrar vários varões em simultâneo (Johnston, 1993) Figura 10 - Modelo de CIC (Miyatake et al., 1993) Figura 11 - Tradução de um programa em linguagem upper-level para a linguagem da máquina (Navon et al., 1995) Figura 12 - Sistema de fornecimento de matéria-prima (Navon et al., 1995) Figura 13 - Pormenor do mecanismo de gancho da AutoShakeout (KRB, 2010) Figura 14 - AutoShakeout (KRB, 2010) Figura 15 - Apoio dos varões (KRB, 2010) Figura 16 - EvacuBin (KRB, 2010) Figura 17 - BundleMatic (KRB, 2010) Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Civil 9

11 Figura 18 - O BundleMatic reúne os varões soltos com recurso a duas correntes que apertam o conjunto de varões (KRB, 2010) Figura 19 - A bobina com o arame de atar é baixada em cima do conjunto de varões, em seguida, este é amarrado e o arame cortado (KRB, 2010) Figura 20 - Esquema descritivo do sistema de corte e dobragem (Navon et al., 1995) Figura 21 - Exemplo de sequência de dobragem (Navon et al., 1995) Figura 22 - Transmissão da informação entre CRPP e o estaleiro central (Dunston et al., 2000) Figura 23 - Estrutura do FMS (adaptado por Dunston et al., 2000 de Gupta et al.,1989) Figura 24 - Esquema duma estrutura de controlo adaptável para a dobragem automatizada de varões de aço (Dunston et al.,2000) Figura 25 - Esquema da instalação do sistema de Controlo adaptável integrado (Dunston et al., 2000) Figura 26 - Protótipo experimental de mesa de dobragem com alimentação automática (Dunston et al., 2000) Figura 27 - Sistema de armazenamento temporário do produto final (Navon et al., 1995) Figura 28 - AutoShakeout (CPI, 2007) Figura 29 - Computador que controla a linha de corte (CPI,2007) Figura 30 - Sistema de transporte e descarga de varões (CPI, 2007) Figura 31 - Sistema de transporte e descarregamento de varões (KRB, 2010) Figura 32 - MagnaBend 235 (KRB, 2010) Figura 33 - MagnaBend 211 (KRB, 2010) Figura 34 - DuraBend 211 (KRB, 2010) Figura 35 - DuraBend em fábrica (CPI, 2007) Figura 36 - Servo Form 1020ST (CPI, 2007) Figura 37 - Equipamento portátil de dobragem da EZEBend (EZE, 2010) Figura 38 - Máquina de dobragem portátil com componente hidráulico e de comandos separados do módulo de dobragem (Palmer, 2003) Figura 39 - Equipamento portátil de dobragem da EZE Bend que pode ser manobrado apenas com uma mão (Palmer, 2003) Figura 40 - SpinMaster (CMC, 2010) Figura 41 - Colocação do rolo em obra (KRB, 2010) Figura 42 - Bobinas giratórias de fixação dos varões com arame de atar (CMC, 2010) Figura 43 - Ganchos de manuseamento dos varões (CMC, 2010) Figura 44 - Pormenor de dispositivos giratórios de fixação dos varões com arame de atar (CMC, 2010) Figura 45 - Pormenor de dispositivos giratórios de fixação dos varões com arame de atar em funcionamento (CMC, 2010) Figura 46 - Bobina que fica no interior do rolo de varões (CMC, 2010) Figura 47 - Marcação de spray para se detectar facilmente por onde acaba o rolo e facilitar a colocação em obra (CMC, 2010) Figura 48 - Os modelos vertical e horizontal da Toyojamco, respectivamente (U-Tier,2010) Figura 49 - RB 395 (MaxUSA, 2010) Figura 50 - RB 650A (MaxUSA, 2010) Figura 51 - RB 515 (MaxUSA, 2010) Figura 52 - RB 655 (MaxUSA, 2010) Figura 53 - Amarração com 3 voltas com arame recozido de atar nº21 (MaxUSA, 2010) Figura 54 - Amarração com 1 voltas com arame recozido de atar nº16 (MaxUSA, 2010) Figura 55 - O U-Tier em uso no terreno (Palmer, 2003) Figura 56 - Descrição do processo de amarração (FastenMSC, 2010) Figura 57 - Síndrome do túnel carpal (MaxUSA, 2010) Figura 58 - Ferramenta de corte hidráulica (VANFO, 2010) Figura 59 - Ferramenta de corte hidráulica exemplo de manuseamento (VANFO, 2010) Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Civil 10

12 Figura 60 - Tesoura de corte de varão (ANTÓNIO&JOÃO, 2010) Figura 61 - Tesoura de corte - pormenor (ROGERS, 2010) Figura 62 - Guilhotina (ANTÓNIO&JOÃO, 2010) Figura 63 - Cortadora C22 (OFMER, 2010) Figura 64 - Cortadora C42 (MUNDITUBO, 2010) Figura 65 - Cortadora C70 (SIMPEDIL, 2010) Figura 66 - Cortadora HC45 (SIMPEDIL, 2010) Figura 67 - DCC-1618 (BN, 2010) Figura 68 - DC-32WH (BN, 2010) Figura 69 - Linha de corte automático da KRB (KRB, 2010) Figura 70 - Linha de corte automático da Schnell (SCHNELL, 2010) Figura 71 - Guilhotina CGS450 da Schnell (SCHNELL, 2010) Figura 72 - MegaGenius (SCHNELL, 2010) Figura 73 - Unidade de controlo do MegaGenius (SCHNELL, 2010) Figura 74 - Screenviews da unidade de controlo do MegaGenius (SCHNELL, 2010) Figura 75 - Dispositivo magnético do MegaGenius (SCHNELL, 2010) Figura 76 - Contagem de varões pelo MegaGenius (SCHNELL, 2010) Figura 77 - Carrinho de separação do MegaGenius (SCHNELL, 2010) Figura 78 - Braços metálicos do MegaGenius (SCHNELL, 2010) Figura 79 - Descarregamento dos varões dos braços metálicos do MegaGenius para o tapete rolante (SCHNELL, 2010) Figura 80 - Cavaletes (racks) de armazenamento dos varões antes do corte (SCHNELL, 2010) Figura 81 - Medidores em chapa de aço (SHNELL, 2010) Figura 82 - Diversos racks de armazenamento dos varões após o corte (SCHNELL, 2010) Figura 83 Dispositivos pneumáticos de descarga dos varões nos racks (SCHNELL, 2010) Figura 84 - Chave de dobragem do tipo A (HICKYBAR, 2010) Figura 85 - Processo de dobragem com chave de dobragem do tipo A (HICKYBAR, 2010) Figura 86 - Pormenor de chave de dobragem do tipo B (HICKYBAR, 2010) Figura 87 - Chave de dobragem do tipo B (HICKYBAR, 2010) Figura 88 - Bench Bender usado na traseira de uma camioneta (HICKYBAR, 2010) Figura 89 - Bench Bender (banco de dobragem) (HICKYBAR, 2010) Figura 90 - Dobradora P30 (OFMER, 2010) Figura 91 - Dobradora P55 SP (SIMPEDIL, 2010) Figura 92 - Dobradora P70 (SIMPEDIL, 2010) Figura 93 - Dobrador-medidor de estribos (MUNDITUBO, 2010) Figura 94 - Acessório para formação de espirais (MUNDITUBO, 2010) Figura 95 - Dobrador duplo (MUNDITUBO, 2010) Figura 96 - Máquina estribadora ST16 RAPIDA SIMPEDIL, 2010) Figura 97 - Máquina estribadora PS16 A/C (OFMER, 2010) Figura 98 - HB-16W (BN, 2010) Figura 99 - DBR-25WH (BN, 2010) Figura Sapato de dobragem de 90⁰ e colarinho removível (BN, 2010) Figura Acessórios para ajuste do raio de curvatura da dobragem (BN, 2010) Figura Linha de dobragem com RoboClassic 45 (SCHNELL, 2010) Figura Tapete rolante de fornecimento de varões (SHNELL, 2010) Figura Braços pneumáticos basculantes (SCHNELL, 2010) Figura Patilha de aço em forma de quarto de cilindro para alinhamento dos varões (SCHNELL, 2010) Figura Dobragem positiva e negativa, e gancho mecânico de fixação (SCHNELL, 2010) Figura Ferramenta manual de corte e dobragem da Benner-Nawman (BN, 2010) Figura Corte efectuado pela ferramenta combinada da Benner-Nawman (BN, 2010) Figura Dobragem efectuada pela ferramenta combinada da Benner-Nawman (BN, 2010) Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Civil 11

13 Figura Procedimento de dobragem: um cotovelo de 90 num movimento e 180 em dois (BN, 2010) Figura Combinada TP22/26 (OFMER, 2010) Figura Combinada CP34/38 (LEADERMEC, 2010) Figura Combinada STP38/45T (SIRMEX, 2010) Figura DBC-16H em modo de corte (BN, 2010) Figura DBC-16H em modo de dobragem (BN, 2010) Figura Exemplo de DBC-16H em funcionamento (corte) (BN, 2010) Figura Exemplo de DBC-16H em funcionamento (dobragem) (BN, 2010) Figura ServoForm 1020ES da KRB (fornecimento com bobinas à esquerda, fornecimento de varões discretos à direita) (KRB, 2010) Figura Mandris pneumáticos do sistema de endireitamento (KRB, 2010) Figura Esquema da linha de corte e dobragem da KRB com ServoForm 1020ES (KRB, 2010) Figura Bobinas de fornecimento de varões do sistema Armafer do CHAGAS (Casaleiro, 2009) Figura Máquina de corte e dobragem do sistema Armafer do CHAGAS (Casaleiro, 2009) Figura Linha de corte e dobragem Bar Wiser 26 Dual (SCHNELL, 2010) Figura Racks de armazenamento dos varões por diâmetro antes de serem moldados (SCHNELL, 2010) Figura Fornecimento de varões à Bar Wiser 26 Dual (SCHNELL, 2010) Figura Dispositivo automático de recolha de sobras de varão (SCHNELL, 2010) Figura Dobragem do lado direito do varão na linha superior de dobragem (SCHNELL, 2010). 103 Figura Dobragem do lado esquerdo do varão na linha inferior de dobragem, simultaneamente na linha superior outro varão é dobrado (SCHNELL, 2010) Figura Gancho de fixação móvel (SCHNELL, 2010) Figura Dispositivo de translação da linha inferior de dobragem (SCHNELL, 2010) Figura Carrinho de racks móvel (à direita, agrupamento de varões em diferentes racks conforme ordenado pelo software da consola de controlo) (SCHNELL, 2010) Figura Consola de controlo da Bar Wiser 26 Dual e respectivo screenview (SCHNELL, 2010) Figura Exemplo de etiqueta que acompanha as peças (CHAGAS, 2010) Figura Fluxograma de tarefas no sistema industrializado de preparação de armaduras (adaptado de Praça, 2001) Figura Fluxograma de tarefas no sistema tradicional de preparação de armaduras (adaptado de Praça, 2001) Figura Ficha de preço de referência para o fornecimento, moldagem e aplicação de Aço A500NR em elementos de betão (AICCOPN, 2010) Figura Armadura da sapata de suporte (Casaleiro, 2010) Figura Máquina combinada: Modelo FR-800-C (FASCUT, 2010) Figura Armazenamento dos estribos no CHAGAS para posterior revenda (Casaleiro, 2009) Figura Ficha técnica da máquina combinada da FASCUT: Modelo FR-800-C (FASCUT, 2010).... IX Figura Execução de divisórias para armazenamento de varões de aço (adaptado de Alves Dias, 2007)....XVII Figura Depósito de varões curtos (adaptado de Alves Dias, 2007).... XVIII Figura Armazenamento de malhas ou redes electrossoldadas (Trigo et al., 2009)....XIX Figura Exemplo de organização do estaleiro de armaduras (adaptado de Alves Dias, 2007)...XX Figura Exemplo de organização do estaleiro de armaduras (Souza et al., 1997)....XX Figura Exemplo de organização do estaleiro de armaduras (Trigo et al., 2009)....XXI Figura Elementos constituintes da máquina de corte e dobragem (Trigo et al., 2009).... XXVI Figura Painel de comandos e funções (Trigo et al., 2009).... XXVI Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Civil 12

14 Figura Guilhotina de corte (Trigo et al., 2009).... XXVI Figura Mecanismo da guilhotina de corte (Trigo et al., 2009).... XXVII Figura Periferia do prato de dobragem (Trigo et al., 2009).... XXVII Figura Perne ou pino limitador (Trigo et al., 2009).... XXVII Figura Mesa de moldagem (Trigo et al., 2009).... XXVIII Figura Espera da mesa de moldagem (Trigo et al., 2009).... XXVIII Figura Posição do veio e batente da espera (Trigo et al., 2009).... XXVIII Figura Colocação dos espigões no prato de dobragem (Trigo et al., 2009).... XXVIII Figura Adopção de casquilhos acessórios (Trigo et al., 2009).... XXIX Figura Colocação do pino limitador (Trigo et al., 2009).... XXIX Figura Distância entre os dois espigões (Trigo et al., 2009).... XXIX Figura Ponto de amarração simples (Trigo et al., 2009).... XXXIII Figura Execução de pontos de amarração em ZIG-ZAG (Trigo et al., 2009).... XXXIV Figura Tabuleiro para execução de espaçadores de betão em obra (Trigo et al., 2009).... XXXVI Figura Quadrículas de argamassa com arame de atar e pormenor deste (Trigo et al., 2009).... XXXVI Figura Espaçadores de betão pré-fabricados (JACP, 2010).... XXXVII Figura Exemplos de espaçadores de plástico, para pilares e vigas à esquerda, para lajes à direita (Trigo et al., 2009).... XXXVII Figura Espaçador para lajes (CTORI, 2010).... XXXVII Figura Espaçador tipo cavalete para lajes e fundos de vigas (CTORI, 2010).... XXXVIII Figura Espaçador multi-apoio tipo centopeia para lajes e fundos de vigas (CTORI, 2010).... XXXVIII Figura Espaçador circular para colunas, paredes e laterais de vigas (CTORI, 2010).... XXXVIII Figura Espaçador tipo pino em forma de torre para obras onde haja tráfego sobre as ferragens (CTORI, 2010).... XXXVIII Figura Espaçador para lajes e fundos de vigas super-reforçado (CTORI, 2010).... XXXIX Figura Equipamento de protecção para armar em altura (REBARCAP, 2010).... L Figura Tipos de cápsulas de protecção e aplicações (REBARCAP, 2010).... LI Figura Protecção das pontas de varão com prancha de madeira (REBARCAP, 2010).... LI Figura Elevação de atados de varões (Casaleiro, 2010).... LIII LISTA DE ABREVIATURAS AECOPS - Associação de Empresas de Construção e Obras Públicas e Serviços AICCOPN Associação dos Industriais da Construção Civil e Obras Públicas ANEOP Associação Nacional de Empreiteiros de Obras Públicas DNA Documento Nacional de Aplicação FEPICOP Federação Portuguesa da Indústria da Construção e Obras Públicas Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Civil 13

15 1. CONSIDERAÇÕES INICIAIS 1.1 Enquadramento e Justificação da dissertação Numa economia de mercado, que é cada vez mais exigente e menos susceptível a erros de gestão torna-se crucial a correcta gestão dos recursos numa obra. Só assim as empresas de construção, desde as de grande dimensão até ao pequeno empreiteiro, poderão gozar de saúde financeira num sector actualmente em claro abrandamento como é o caso do sector da Construção. Esta dissertação surgiu então da necessidade da correcta aplicação e escolha do diverso tipo de equipamento de corte e dobragem de aço em varão, tendo como objectivo uma maior eficiência na produção e controlo de custos, quer directos quer indirectos. De acordo com Branz (2004), este refere no seu artigo publicado na revista neo-zelandesa Build, que a maioria dos construtores preferem ter os varões de aço entregues na obra já pré-moldados, isto é, já cortados e dobrados, ficando apenas por executar em obra a amarração dos varões para posterior aplicação das armaduras nos locais respectivos. Porém, por vezes é vantajoso modificar ou moldar os varões no estaleiro de obra para atender a necessidades específicas. Atente-se também que a escolha por varões pré-moldados ou moldados localmente está intrinsecamente ligada à cultura do país ou região em questão. Tradicionalmente, a dobragem dos varões era feita com chave de dobragem, apelando ao uso da força humana para que a dobragem fosse efectuada. Este processo era viável para dobrar varões até ø16mm, embora a dobragem só fosse considerada confortável para varões até ø12mm. Actualmente, existindo equipamento de dobragem eléctrico e hidráulico, a dobragem de varões de aço no estaleiro de obra tornou-se muito mais fácil (Branz, 2004). Polat et al. (2006) desenvolveu um estudo económico de comparação entre a produção de armaduras em estaleiro de obra versus produção de armaduras em estaleiro central. Segundo este autor, alguns construtores preferem a produção de armaduras em estaleiro de obra, ao passo que outros acham mais vantajoso adquirir os varões já pré-moldados. Polat et al. (2006) baseou o seu estudo em diversos factores de decisão, entre eles, condicionantes do projecto, custos de mão-de-obra, investimento inicial para aquisição do equipamento, gestão de sobras de varão, custos de armazenamento, tempo do ciclo de vida do processo e gestão da cadeia de abastecimento. Já Johnston (1993) afirmou em 1993, que antes da aquisição de um equipamento de corte e/ou dobragem de varões de aço, vários factores devem ser tomados em linha de conta, isto por se tratar de um investimento em que não se pode olhar apenas para a função do equipamento e seu custo, mas também para os requisitos que se pretendem que o equipamento preencha. Um desses factores é a quantidade de varões de aço que se pretende moldar, se a quantidade não for muito elevada então talvez seja mais fácil comprar a fornecedores da especialidade os varões já Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Civil 14

16 pré-moldados. Por outro lado, para quantidades elevadas de varões a moldar, e com geometrias não padronizadas, este processo torna-se caro e demorado (Johnston, 1993). Outro factor decisivo é a média do diâmetro dos varões a processar, pois a eficiência do equipamento está directamente relacionada com este facto, pois se se pretender moldar apenas diâmetros pequenos não se justifica a aquisição de equipamento para diâmetros grandes, o que diminuiria a eficiência do equipamento e vice-versa (Johnston, 1993). No mercado, estão disponíveis equipamentos portáteis para quem necessita de cortar e dobrar varões em obra, pelo que é vital a capacidade do equipamento para se deslocar na mesma. Contudo, se a quantidade de aço a moldar for elevada, então será mais adequado outro tipo de equipamento 1, um equipamento mais estacionário, volumoso e pesado, capaz de moldar grandes quantidades de aço em obra (Johnston, 1993). 1.2 Âmbito e Objectivos da dissertação A presente dissertação está inserida no âmbito do mercado de equipamentos de construção, pois o objectivo final desta será a comparação de custos entre os diversos tipos de equipamento de corte e/ou dobragem de aço em varão, sobretudo entre o equipamento de estaleiro central versus equipamento de estaleiro de obra, no final para além dos custos, estabelecer-se-ão critérios de selecção do equipamento. É também objectivo daquela que o leitor fique a conhecer as inovações que têm ocorrido neste campo e as características principais do equipamento, para tal foram desenvolvidos os capítulos designados por Estado da Arte e Descrição do Equipamento de Corte e Dobragem de Aço em Varão, pois só assim se poderão entender as vantagens e desvantagens associadas aos dois tipos de equipamento. Acredita-se que no final esta dissertação forneça as informações e instrumentos necessários para que a escolha, por parte de quem adjudica este tipo de trabalho (corte e dobragem de aço em varão), seja mais transparente e que preencha da melhor maneira os requisitos da obra a executar, a nível de custos, tempo de execução, qualidade, etc. 1.3 Metodologia da dissertação Numa primeira fase foi feita uma intensa pesquisa bibliográfica, nas bibliotecas do Departamento de Engenharia Civil do Instituto Superior Técnico e Laboratório Nacional de Engenharia Civil, contudo os resultados foram escassos. A grande fonte de referências bibliográficas deste trabalho proveio da internet, através de bases de dados de artigos da especialidade e de empresas associadas ao mercado da Construção e equipamento em estudo. 1 Nesta dissertação, este equipamento será designado de máquinas tradicionais de corte e/ou dobragem de aço em varão. Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Civil 15

17 Também foram encetados contactos com pessoas da Arte, desde directores de obra, armadores de ferro, fornecedores de aço pré-moldado e pessoas ligadas a entidades como a ANEOP e AECOPS. As entrevistas e relatórios fotográficos decorrentes destes contactos podem ser consultados no ANEXO VII. O seguinte organigrama permite ao leitor entender a metodologia/organização sobre a qual a dissertação se desenvolveu. Optou-se por dividir o trabalho em dois grandes grupos: o equipamento em estaleiro central e o equipamento em estaleiro de obras. Estaleiro Central Estaleiro de Obras Estado da arte do equipamento de prémoldagem em estaleiro central Estado da arte do equipamento de préamarração de armaduras em estaleiro central Estado da arte do equipamento portátil de corte/dobragem Estado da arte do equipamento portátil de amarração Descrição do equipamento Descrição do equipamento Análise técnico-económica e critérios de selecção do equipamento Estaleiro de armaduras em obra (Anexo VIII) De modo a que haja uma clareza e uniformização na terminologia usada ao longo da dissertação acerca das tarefas inerentes ao processo de fabrico de armaduras de aço em varão, passa-se a descrever o processo e respectivos termos associados. O corte e/ou dobragem do aço em varão designa-se por moldagem, seguindo-se a armação dos varões através da respectiva amarração com arame de atar, que poderá ser executada em estaleiro de obras ou no local de aplicação. Sendo sempre a última tarefa, a aplicação da armadura no local definido em projecto. Quando as tarefas são realizadas em estaleiro central, as respectivas designações são antecedidas do prefixo pré (ex: prémoldagem, pré-amarração). Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Civil 16

18 O organigrama seguinte espelha o que foi explicado no parágrafo anterior. Estaleiro Central Estaleiro de Obras Pré-amarração Pré-moldagem, através de corte e dobragem dos varões de aço Moldagem dos varões de aço, através do seu corte e /ou dobragem Armação dos varões em estaleiro de obras ou no local de aplicação Aplicação no local definido em projecto 1.4 Organização da dissertação A presente dissertação encontra-se dividida em 7 capítulos e 8 anexos, dos quais se fará em seguida uma breve descrição, pretendendo-se desta forma que o leitor perceba as linhas orientadoras com que aquela foi desenvolvida. No capítulo 1, designado por considerações iniciais, é feita uma introdução geral à dissertação, no sentido de sensibilizar o leitor para os objectivos, âmbito, metodologia e organização da mesma. No capítulo 2, sendo a dissertação acerca de corte e dobragem de aço em varão, tornava-se relevante falar da matéria-prima em causa, o aço em varão. Como tal, é feita uma abordagem estatística da indústria do aço, tanto a nível nacional como internacional. Na segunda parte do capítulo, dado que o aço em varão tem a função de conceder aos elementos de betão resistência a esforços de tracção, sendo por isso denominado de betão armado, é então feita uma abordagem histórica da evolução do betão armado seguida de um subcapítulo dedicado a armaduras de aço na actualidade, no que respeita a regulamentação e legislação a que as mesmas estão sujeitas. Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Civil 17

19 No capítulo 3, é abordado o estado da arte do equipamento de corte e dobragem de aço em varão. Este capítulo foi dividido em três subcapítulos, em que o primeiro fala acerca do equipamento existente em estaleiro central e das inovações e evoluções sofridas por este tipo de equipamento. No segundo subcapítulo é dada especial atenção às potencialidades do equipamento portátil de corte e dobragem utilizado em estaleiro de obra. Por fim, no terceiro e último subcapítulo é feita uma breve exposição do equipamento portátil de amarração de armaduras, que embora não faça parte do tema desta dissertação, não deixa de estar intrinsecamente ligado à mesma. No capítulo 4, são apresentados alguns exemplos de equipamento de corte e dobragem de aço em varão e suas características principais, tendo-se optado por dividir este equipamento em 3 grandes grupos, o primeiro de equipamento de corte, o segundo de dobragem e por último o equipamento combinado de corte e dobragem. Dentro destes 3 grupos fez-se ainda uma subdivisão em 4 partes: ferramentas manuais; máquinas tradicionais de estaleiro de obras; equipamento portátil e máquinas de estaleiro central. No capítulo 5, é feita uma breve descrição dos sistemas de preparação de armaduras, tradicional e industrializado, seguida da respectiva análise económica comparativa entre os mesmos, diferenciando-se os custos de: mão-de-obra, materiais e equipamento. Para além do custo de fabrico definem-se critérios de selecção de equipamento de corte e dobragem de aço em varão e critérios de selecção do sistema de fabricação de armaduras, tendo em conta as vantagens e desvantagens inerentes a cada um dos sistemas. O capítulo 6 surge como um dos mais importantes, na medida em que o mesmo é dedicado às conclusões. Numa primeira parte são apresentadas as conclusões relativas ao equipamento, quer o de estaleiro central como o de estaleiro de obras, nomeadamente o equipamento portátil. Na segunda parte das conclusões são resumidos os critérios de selecção tanto do equipamento como do sistema de fabricação de armaduras debatidos no capítulo 5, para além disto também é apresentada a conclusão da análise económica comparativa entre os dois sistemas de fabricação de armaduras. Por último, no capítulo 7 são sucintamente descritos alguns pontos relacionados com o tema que poderão ser desenvolvidos futuramente, como por exemplo a análise técnico-económica relativa à viabilidade de um sistema misto de preparação de armaduras. Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Civil 18

20 2. O AÇO EM VARÃO NA CONSTRUÇÃO 2.1 Dados estatísticos acerca da indústria do aço A produção mundial de aço entre Janeiro e Junho de 2009 regrediu 21% em relação ao mesmo período de De toda a produção mundial de aço, a China é responsável por 49%, tendo produzido em Junho 49,4 milhões de toneladas dos 99,8 milhões de toneladas de aço produzidos a nível mundial. Em 2006, os 62 principais países produtores de aço registaram um recorde de 1251 milhões de toneladas, mais 9,1% que em No ano seguinte, a produção voltou a aumentar para 1351 milhões de toneladas, mais 8% comparativamente com Pelo que, desde 2008 a produção mundial de aço aumentou em cerca de 73%. Em Maio de 2008 já se haviam fabricado 121 milhões de toneladas quando a partir desse mês se verificaram descidas consecutivas de 30% mensalmente, tendo acabado nos 84 milhões de toneladas em Dezembro; sendo que, no total foram produzidas em 2008, 1327 milhões de toneladas de aço, ou seja, uma descida de 1,8% em relação ao ano anterior. Produção mundial de aço no 1º Semestre de % 49% 11% 2% 8% 7% 3% 1% 2% UE27 Não UE27 CIS NAFTA América-Sul África Médio-Oriente China Outra Ásia Gráfico 1 - Produção mundial de aço no 1º Semestre de 2009 (WORLDSTEEL, 2009) Todas as regiões produtoras de aço sofreram quedas no período de Janeiro-Junho de 2009 em comparação com o mesmo período do ano transacto. A UE27 desceu 43%, as restantes, Europa 21%, CIS (ex-urss) 32%, América do Norte (NAFTA) 49%, América do Sul 35% e a Ásia incluindo a China desceu 8% (ISSB, 2009). No Gráfico 2 pode-se constatar que a China, no período , assumiu-se claramente como líder dos países exportadores de aço. Contrariamente, no Gráfico 3 os Estados Unidos seguidos da Alemanha são os países que mais importaram aço no período homólogo. Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Civil 19

21 Top 20 dos Países Exportadores de Aço (em toneladas) Gráfico 2 - Os 20 principais países exportadores de aço (ISSB, 2009) Top 20 dos Países Importadores de Aço (em toneladas) Gráfico 3 - Os 20 principais países importadores de aço (ISSB, 2009) A nível de mercado de produtos siderúrgicos existem 15 produtores mundiais actualmente, os quais produzem um terço da produção mundial de aço, continua-se por isso a assistir a uma progressiva cartelização do mercado do aço, através da fusão ou agrupamento das siderurgias, sendo cada vez mais fácil provocar oscilações de grande amplitude tanto na oferta como na procura. Esta situação em 2007 era ainda ampliada pela tendência inflacionária existente, isto por via do aumento dos factores de produção, nomeadamente energia e transportes. Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Civil 20

22 O bloco Asiático pela sua dimensão e potencial, como consumidor e produtor de aço é cada vez mais um factor determinante nas oscilações imprevisíveis dos preços e na maior ou menor escassez dos produtos siderúrgicos, e deve ser avaliado de forma sistemática para que se possa afinar a previsão da evolução dos mercados (CHAGAS, 2008). Por seu turno, nos E.U.A. o preço médio do aço em varão também tem sofrido flutuações constantemente, baseadas sobretudo nas operações dos fornecedores e na força do mercado da indústria da construção em geral. Recentemente, o preço do aço em varão tem vindo a decrescer de forma acentuada, o que já obrigou muitos dos fornecedores de aço em varão a fazerem as suas encomendas de abastecimento de matéria-prima em espaços de tempo mais reduzidos, mensalmente por exemplo. O mercado está tão volátil que os preços chegam a registar mudanças horárias (REBARPRICING, 2009). Apesar da redução do consumo de aço no início do ano de 2008 os produtos siderúrgicos registaram uma enorme inflação. Contudo, com a confirmação da crise mundial no final de 2008 o sector siderúrgico respondeu com uma queda abrupta da procura e do investimento no último trimestre de 2008, levando os preços do aço a caírem cerca de 45% entre Setembro e Dezembro, levando a uma deflação anual correspondente de cerca de 14%, tal como se pode verificar no Gráfico 4 e Gráfico 5. Um dos principais motivos para esta queda foi a redução da liquidez no sistema bancário, as dificuldades de obtenção de crédito e uma falta de confiança generalizada, que determinaram uma paralisia da economia e um pessimismo assumido. /ton Gráfico 4 - Evolução dos produtos siderúrgicos longos e planos (CHAGAS, 2009) Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Civil 21

23 /ton Gráfico 5 - Evolução dos preços de venda de produtos siderúrgicos (CHAGAS, 2009) Refira-se ainda que o preço da sucata também caiu consideravelmente a partir do segundo semestre do ano 2008, como consequência a indústria de sucata está a enfrentar graves problemas à medida que os produtores de aço cortam a sua produção. Daí que os stocks se tenham vindo a acumular nas siderurgias e nos operadores de distribuição. Actualmente, as previsões de consumo são bastante pessimistas e o consumo mundial de aço não tem neste momento capacidade para absorver toda a produção instalada (CHAGAS, 2009). Em Portugal, a produção de aço em bruto desde 2002 até ao presente ano, de acordo com a Confederação Europeia das Indústrias do Ferro e do Aço (EUROFER, 2010), está representada no Gráfico Produção de aço em bruto em Portugal Produção de aço em bruto (ton) Gráfico 6 - Produção de aço em bruto em Portugal (EUROFER, 2010). No território nacional, após um primeiro trimestre do ano de 2009 em que o desempenho do sector da Construção foi muito negativo, assistiu-se nos três meses seguintes a um atenuar dessa tendência Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Civil 22

24 desfavorável. Um dos principais contributos para esta melhoria poderá dever-se ao aumento das encomendas públicas. De facto, é notória a diferença de comportamento observado pelos diversos segmentos de actividade da Construção. Enquanto a construção de edifícios residenciais e de não residenciais privados mantêm uma tendência de retracção do seu volume de produção (Gráfico 7), o que aliás é reflectido no andamento negativo dos respectivos indicadores de produção FEPICOP, a construção de edifícios não residenciais públicos (Gráfico 8) e o segmento das obras de engenharia civil revelam um comportamento inverso. var. hom. MM3 30% 20% 10% 0% -10% -20% -30% Jan- 07 Evolução da Produção de Edif. Resid. e N. Resid. Privados Índice (Jan 2000 = 100) Var. MM3T Mar Mai Jul Set Nov Jan- Mar Mai Jul Set Nov Jan Edif. Resid. Ed. N. Res. Priv. Abr Jun Gráfico 7 - Evolução da produção de edifícios residenciais e não residenciais privados (AECOPS, 2009) var. hom. MM3 100,0% 80,0% 60,0% 40,0% 20,0% 0,0% -20,0% -40,0% Evolução da Produção de Edifícios Não Residenciais Públicos Índice (Jan 2000 = 100) Var. MM3MH Jan- 07 Mar Mai Jul Set Nov Jan- 08 Mar Mai Jul Set Nov Jan- 09 Abr Jun Gráfico 8 - Evolução da produção de edifícios não residenciais públicos (AECOPS, 2009) No entanto, em termos globais, a Construção continua a viver tempos difíceis, com a generalidade dos indicadores a apontarem para uma retracção do seu volume de produção durante o primeiro semestre do ano de 2009, como é o caso do consumo de cimento (-17%, até Junho) que desceu, o que leva a crer que o consumo de aço também tenha seguido a mesma tendência, dada a correlação entre estes dois materiais. Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Civil 23

25 No que concerne ao segmento da engenharia civil, a tendência revelada pelo respectivo Índice FEPICOP de Produção é positiva, com uma variação homóloga trimestral do valor do índice, a atingir, em Junho, os 20%. Para este crescimento acentuado visível no Gráfico 9, a principal contribuição resulta do forte crescimento das adjudicações de concursos de obras de urbanização, já por si o tipo de obra mais representativa no conjunto de concursos públicos adjudicados (AECOPS, 2009). var. hom. MM3 30% 20% 10% 0% -10% -20% -30% -40% Jan- 07 Evolução da Produção da Engenharia Civil Índice (Jan 2000 = 100) Var. MM3MH Mar Mai Jul Set Nov Jan- 08 Mar Mai Jul Set Nov Jan- 09 Abr Jun Gráfico 9 - Evolução da produção da Engenharia Civil (AECOPS, 2009) 2.2 Evolução do betão armado Descrição histórica Há registos de que os Romanos fizeram tentativas para armarem o betão com cabos de bronze, experiências não bem sucedidas devido aos diferentes coeficientes de dilatação térmica do bronze e do betão. Posteriormente e até ao século XVIII, o betão teve uma utilização reduzida, quase exclusivamente limitada às fundações e ao interior de paredes de alvenaria. As primeiras referências ao betão armado datam de 1830, no entanto o barco em ferrocimento realizado pelo francês Jean-Louis Lambot em 1848 é reconhecido como a obra mais antiga de betão armado ainda existente. Este barco foi apresentado na célebre Exposição Universal de Paris de 1855, e felizmente está ainda preservado até aos nossos dias, como é possível ver na Figura 1. Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Civil 24

26 Figura 1 - Primeira construção de betão armado. Barco de Lambot de 1848 (Aplleton, 2005). Figura 2 - Primeira ponte em betão armado. Ponte de Monier de 1875 (Aplleton, 2005). Joseph Monier foi um dos principais pioneiros do betão armado com as suas patentes de 1849 para caixas (floreiras), casas e tubagens em 1867 e pontes em arco em 1873 (Figura 2). Em 1852 François Coignet, e em 1854 William Wilkinsen, iniciaram a realização de pavimentos de betão armado (lajes e vigas), os quais se tornaram na maior aplicação deste material até à época actual. O princípio do século XX foi caracterizado por um desenvolvimento extraordinário na utilização e compreensão do funcionamento e possibilidades do betão armado. Esse desenvolvimento esteve associado à realização de numerosas patentes onde se indicaram as bases de cálculo e as disposições de armaduras adoptadas para diversos elementos estruturais. De entre essas patentes distingue-se o Sistema Hennebique, datado de 1892, e que foi aplicado em numerosos países. O seu sistema estrutural é caracterizado pela introdução de estribos nas vigas, ligando os varões traccionados à zona de betão comprimido (Figura 3). Os estribos eram constituídos por chapas de aço de secção rectangular dobradas em forma de U, tal como se vê na Figura 3. Figura 3 - Sistema de vigas de Hennebique (Aplleton, 2005) Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Civil 25

27 O sucesso de Hennebique esteve associado a uma concepção e preparação da execução das obras que lhes permitia atingir uma rapidez e qualidade extraordinárias, aliada a custos competitivos quando comparados com os obtidos para outros materiais. Em 1911 são entretanto criadas em Portugal as Universidades de Lisboa e Porto, e em 1918 aprovado o 1º Regulamento Português no domínio do betão armado Instruções Regulamentares para o Emprego do Beton Armado, realizadas com base nas normas francesas de 1906 e nos desenvolvimentos posteriores. Em 1935, é publicado em Portugal o Regulamento do Betão Armado decreto de 1935, que sintetiza o estado do conhecimento neste domínio. O 1º Congresso Internacional do Betão e do Betão Armado foi realizado em Na primeira metade deste século muitas são as realizações em betão armado em Portugal, tal como o Viaduto Duarte Pacheco em Lisboa (Figura 4). Deve-se no entanto referir que neste período era ainda usual realizar a estrutura dos edifícios com paredes de alvenaria, sendo o betão armado aplicado na estrutura dos pisos em alternativa a soluções de estrutura de madeira. Figura 4 - Viaduto Duarte Pacheco, Lisboa (Aplleton, 2005) Após a 2ª Grande Guerra assistiu-se à afirmação das grandes possibilidades do betão armado como material estrutural e ao grande desenvolvimento do betão armado pré-esforçado. Em 1967 é publicado novo regulamento no domínio do betão armado, REBA, que integra já a moderna filosofia de verificação da segurança em relação aos estados limites. No que se refere ao pré-esforço e após os trabalhos pioneiros de Freyssinet, Magnel e Hoyer assiste-se após a 2ª grande guerra ao grande desenvolvimento deste sistema construtivo que veio alargar a fronteira da aplicação do betão nas construções Aços para betão armado Os regulamentos de 1918 e 1935 referem-se ao aço então disponível aço liso de dureza natural com uma tensão última da rotura f su de 3800 a 4600 Kg/m 2 (Regulamento de 1918) e superior a 3700 Kg/cm 2 (Regulamento de 1935) e uma grande ductilidade, definida pela extensão após rotura Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Civil 26

28 (superior a 22% no Regulamento de 1918 e superior a 24% no Regulamento de 1935). Para estes aços a tensão de cedência deveria também ser superior ou igual a f su /2 (Regulamento de 1918) ou de 0,6 f su (Regulamento de 1935). Nesta época os diâmetros eram definidos em polegadas e recomendava-se que não se utilizasse soldadura para emenda de varões. No regulamento de 1967 são então introduzidas as classes de resistência (A24, A40, A50, A60) definidas pelo valor característico da tensão de cedência (ou limite convencional de proporcionalidade a 0.2% f 0.2k, em Kgf/mm 2 ). Os diâmetros passam a ser definidos em milímetros e são também introduzidos dois tipos de varões lisos e nervurados, sendo aconselhados estes últimos. A utilização de aços passa a ficar dependente da classificação ou homologação do LNEC. No regulamento de 1983 são adoptadas três classes de resistência A230/A400/A500 referidas ao valor característico da tensão de cedência ou f 0.2k expressa em MPa. São ainda introduzidas as armaduras de alta resistência (pré-esforço). No Eurocódigo 2 (e norma europeia EN 10080) as classes de resistência adoptadas são 400/500/ Pormenorização de armaduras e execução de trabalhos O regulamento de 1918 incluiu indicações detalhadas relativas à betonagem e execução dos moldes. De referir que os varões, referenciados em polegadas, eram lisos devendo terminar em gancho, quando traccionados. No regulamento de 1935 aumentou-se consideravelmente o tratamento das disposições construtivas. No que se referia aos varões de resistência do esforço transverso recomendava-se que, para além dos estribos, fossem levantados varões de 45º junto aos apoios, alguns dos quais associados à dispensa de varões requeridos pela resistência ao momento flector. De referir a indicação relativa à hipótese de realizar a junção de varões por união roscada. No regulamento de 1967 foram introduzidos os conceitos de armaduras mínimas e para a resistência ao esforço transverso é recomendada a adopção de estribos. Os varões passaram a ser referenciados em milímetros. No regulamento de 1983 são introduzidas as disposições construtivas relativas ao pré-esforço e são introduzidas modificações importantes na pormenorização da cintagem em pilares (Aplleton, 2005) Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Civil 27

29 2.3 Armaduras de aço na actualidade A utilização em Portugal dos aços para armaduras de betão armado é regulada pelo Regulamento de Estruturas de Betão Armado e Pré-Esforçado (REBAP), aprovado pelo Decreto-Lei n.º 349-C/83, de 30 de Julho. Este Regulamento especifica os tipos de armaduras usadas (varões e redes electrossoldadas) e as principais características de cada tipo de armadura. O artigo 23 do Regulamento impõe a obrigatoriedade da sua prévia Classificação pelo Laboratório Nacional de Engenharia Civil (LNEC), à excepção do aço A235NL. Os documentos de classificação elaborados pelo LNEC ao abrigo do REBAP, além de comprovarem a satisfação das características especificadas pelo REBAP para o tipo de armaduras em questão, descrevem o tipo de nervuras dos varões (no caso de varões nervurados) e especificam o modo de identificação das armaduras (ver exemplo no Anexo I). Existem várias Especificações LNEC para armaduras de betão armado, que especificam as condições que os varões das armaduras devem satisfazer com vista ao cumprimento do REBAP e também outras disposições, nomeadamente exigências de ductilidade, de soldabilidade e de resistência à fadiga, assim como as características geométricas das nervuras no caso de varões classificados como de alta aderência. Apresentam ainda o código de identificação do fabricante e do país de origem. Quadro 1 - Principais Especificações LNEC para aços em elementos de betão armado (LNEC, 2009) Principais Especificações LNEC para aços em elementos de betão armado E Varões de aço A400 NR para armaduras de betão armado. Características, ensaios e marcação. E Varões de aço A500 NR para armaduras de betão armado. Características, ensaios e marcação. E Fios de aço para pré-esforço. Características e ensaios. E Cordões de aço para pré-esforço. Características e ensaios. E Varões de aço A400 NR de ductilidade especial para armaduras de betão armado. Características, ensaios e marcação. E Varões de aço A500 ER para armaduras de betão armado. Características, ensaios e marcação. E Redes electrossoldadas para armaduras de betão armado. Características, ensaios e marcação. Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Civil 28

30 E Varões de aço para pré-esforço. Características e ensaios. E Varões de aço A500 NR de ductilidade especial para armaduras de betão armado. Características, ensaios e marcação. Em Dezembro de 2007, o Decreto-Lei n.º 390/2007 veio impor como condição para a colocação no mercado, a certificação obrigatória de todos os produtos de aço utilizados como armaduras em betão armado que se apresentem na forma de varões, barras, rolos ou bobinas, redes electrossoldadas, treliças e fitas ou bandas denteadas, independentemente do processo tecnológico utilizado na sua obtenção (artigo 3.º). Esta certificação deve ser concedida por um organismo acreditado pela entidade competente no domínio da acreditação em conformidade com as metodologias do Sistema Português da Qualidade (artigo 4.º), como é o caso da Associação para a Certificação de Produtos, denominada por CERTIF, um exemplo do certificado que este organismo emite pode ser consultado no Anexo I. Competindo à Autoridade de Segurança Alimentar e Económica (ASAE) a fiscalização no mercado do disposto no decreto-lei acima referido. O código das marcas de identificação dos varões consiste no engrossamento ou omissão de nervuras transversais numa das séries de nervuras do varão, efectuado durante a laminagem, e que se repete uniformemente ao longo do seu comprimento. Na Figura 5 exemplifica-se este código. Figura 5 - Nervuras transversais e exemplo de marcação dos varões (E ) O início da identificação e o sentido de leitura é assinalado por uma ou duas nervuras normais (consoante o tipo de aço) entre duas engrossadas (ou omitidas) que se situará à esquerda do observador. A partir da segunda nervura engrossada (ou omitida) há um intervalo com um determinado número de nervuras normais que identifica o país e engrossa-se se (ou omite-se) a nervura seguinte. A identificação de Portugal é feita através de um intervalo de sete nervuras normais. A seguir aparece a identificação do fabricante através de uma ou duas séries de nervuras normais entre uma ou duas nervuras engrossadas (ou omitidas), respectivamente. No caso das redes electrossoldadas a identificação é feita através de etiquetas indicando o fabricante e a designação da rede, sendo, no caso de redes constituídas por varões nervurados, os varões também identificados pelo código respectivo (Ganço, 2008). Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Civil 29

31 No Quadro 2 indicam-se os códigos dos países, em que os algarismos correspondem ao número de nervuras da segunda série, conforme descrito atrás. Quadro 2 Códigos dos países através do número de nervuras (Ganço, 2008) Países Nº de nervuras Áustria, Alemanha e Suíça 1 Bélgica, Holanda e Luxemburgo 2 França 3 Itália 4 Reino Unido, Irlanda e Islândia 5 Dinamarca, Suécia, Noruega e Finlândia 6 Espanha e Portugal 7 Grécia, República Checa e Turquia 8 Outros Países 9 O tipo e a disposição das nervuras transversais dos varões nervurados permitem identificar o tipo de armadura: A400 NR, A400 NR SD, A500 NR, A500 NR SD e A500ER. Nas figuras seguintes estão representados os cinco tipos de perfis nervurados, que constam dos vários Documentos de Classificação. Figura 6 - Perfil nervurado de varões de aço do tipo A400 NR e A400 NR SD (E , E ) Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Civil 30

32 Figura 7 - Perfil nervurado de varões de aço do tipo A500 NR e A500 NR SD (E , E ) Figura 8 - Perfil nervurado de varões de aço do tipo A500 ER (E ) A utilização de outros tipos de armaduras não correntes, os quais não se enquadrem nas Especificações LNEC atrás referidas, deve ser obrigatoriamente precedida de homologação, através daquela entidade, em cumprimento do Artigo 23º do Regulamento de Estruturas de Betão Armado e Pré-Esforçado (REBAP), Decreto-Lei nº 349-C/83, de 30 de Julho e Decreto-Lei n.º 290/2007, de 17 de Agosto, que no seu Artigo 1º refere que a aplicação de novos materiais ou processos de construção para os quais não existam especificações oficiais de qualquer Estado membro da União Europeia, nem reconhecimento mútuo; é então condicionada à respectiva homologação por entidade nacional legalmente habilitada Recepção do aço na obra Todos os aços recebidos em obra têm de fazer ensaios obrigatórios conforme Documento Nacional de Aplicação (DNA) 11.2 Inspecção de materiais e produtos, da NP ENV de Julho 2007 e do Decreto-Lei n.º 301/2007 de 23 de Agosto, que ao abrigo do artigo 6.º, torna obrigatórios estes ensaios para as estruturas objecto das classes de inspecção 2 e 3 estabelecidas na NP ENV , podendo a amostragem ser efectuada, no local da entrega destes produtos na obra pelo produtor sob controlo do utilizador. Os produtos portadores da marcação CE ou certificados por entidade independente devem ser controlados confrontando a guia de remessa e por inspecção visual. Em caso de dúvida, deve ser levada a cabo uma inspecção ulterior para verificar a conformidade do produto com a sua especificação de acordo com o procedimento do DNA 11.2 da NP ENV : Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Civil 31

33 a) Devem ser apresentados ao dono de obra ou a quem o represente, juntamente com a guia de remessa de cada fornecimento entregue em obra: I. Enquanto os aços não forem objecto de marcação CE, o certificado do produtor ou o relatório dos ensaios feitos pelo produtor correspondente ao aço fornecido, o documento de classificação ou homologação dos aços pelo LNEC e, no caso dos aços certificados, a licença para o uso da marca produto certificado (Ver Anexo I). II. Logo que os Aços sejam objecto da marcação CE (o que se prevê para daqui a 4 anos), o Certificado de Conformidade CE passado pelo Organismo Notificado e a Declaração de Conformidade CE do produtor. b) Para efectuar os ensaios de recepção das armaduras, o empreiteiro deve dividir o aço em lotes de fornecimento, sendo o lote caracterizado por provir do mesmo produtor e ser do mesmo tipo de aço (e no caso de aço de pré-esforço, do mesmo diâmetro). O número mínimo de amostras a colher em cada lote e as dimensões deste são as seguintes: I. armaduras de aço ordinárias: 2 amostra por cada 50 toneladas; II. armaduras de aço de pré-esforço: 2 amostra por cada 25 toneladas. III. armaduras de aço certificadas, o número de amostras é metade do atrás indicado para armaduras não certificadas c) As propriedades das armaduras de aço a verificar na recepção por meio de ensaios a realizar em laboratório acreditado sobre provetes cortados de cada amostra, e o número destes provetes, são os seguintes: Quadro 3 - Número de provetes a ensaiar na recepção do aço para verificar as propriedades das armaduras (NP ENV :2007) Propriedades/características Número de provetes a ensaiar em cada amostra de armaduras ordinárias armaduras de pré-esforço varões redes electrossoldadas fios cordões varões Mecânicas (incluindo ductilidade) 2 1 em cada direcção Aderência (geometria das nervuras) 1 1 em cada direcção Resistência ao corte da soldadura 1 Estas propriedades/características devem ser determinadas em ensaios realizados de acordo com os métodos indicados nas Especificações LNEC aplicáveis a cada tipo de aço, indicadas no DNA 6.2 e no DNA da NP ENV Os resultados individuais obtidos nos ensaios devem satisfazer os valores especificados nas mesmas Especificações LNEC para cada propriedade. Para efeito destes ensaios de recepção, os valores especificados devem ser entendidos como valores limite. Se para determinada propriedade se obtiver Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Civil 32

34 um valor não conforme, a amostragem deve ser repetida com o dobro das amostras. Caso se repita algum resultado não conforme, o lote deve ser rejeitado Antes do início das operações de betonagem As inspecções, de acordo com a classe de inspecção aplicável, devem confirmar que: As armaduras indicadas nos desenhos estão na posição e com o espaçamento especificados; O recobrimento está de acordo com as especificações; As armaduras não estão contaminadas por óleo, gordura, tinta ou outras substâncias prejudiciais; As armaduras estão adequadamente amarradas e fixadas de forma a evitar o seu deslocamento durante a betonagem; O espaçamento entre os varões é suficiente para permitir a colocação e compactação do betão. Deverá ser feita a inspecção das juntas de construção para confirmar que os varões de espera estão correctamente colocados. Tal como refere Ganço (2008), a inspecção dos aços a realizar antes e depois da betonagem deve ter em atenção os seguintes aspectos: O aço das armaduras deve estar em conformidade com a Norma Europeia para as armaduras de aço, EN 10080:2005 (Aços para armaduras de betão armado. Aços soldáveis para betão armado. Generalidades); A superfície das armaduras deve estar livre de ferrugem solta e de substâncias prejudiciais que possam afectar desfavoravelmente o aço, o betão ou a aderência entre ambos; Só devem ser utilizadas armaduras de aço galvanizado com um cimento que não afecte desfavoravelmente a aderência à armadura galvanizada. O corte e a dobragem do aço das armaduras devem respeitar as especificações de projecto. São aplicáveis os seguintes requisitos: A dobragem deve ser efectuada a um ritmo uniforme; Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Civil 33

35 Quando permitido por normas nacionais ou disposições válidas no local da construção, é autorizada a dobragem do aço a temperaturas inferiores a 5 ºC desde que o correspondente procedimento satisfaça as precauções adicionais fornecidas; A menos que permitido pelas especificações de projecto, não é permitida a dobragem com recurso ao aquecimento dos varões. Os varões de aço, redes electrossoldadas e painéis pré-fabricados de varões não devem ser danificados durante o transporte, armazenagem (isolado do solo), manuseamento e colocação nas cofragens. A desdobragem de varões só deve ser autorizada se: For utilizado equipamento especial para limitar concentrações de tensões; O procedimento de desdobragem tiver sido aprovado. Só é permitida a soldadura de aço conforme a EN 10080:2005 e de aço classificado como soldável nas disposições válidas no local da construção. A soldadura não deve ser efectuada nas zonas de dobragem dos varões nem perto delas. Os métodos de soldadura permitidos incluem: soldadura por arco, soldadura com protecção de gás, soldadura com projecção de partículas e soldadura por pontos. No caso de se pretenderem efectuar emendas dos varões por soldadura deve ser apresentado o correspondente procedimento de soldadura recomendado pelo fabricante do aço. No caso de utilização de connectors, isto é, acopladores na ligação de varões, devem ser apresentadas as especificações técnicas do material, com indicação das características técnicas e recomendações de aplicação e devem ser preparadas três amostras por tipo de acopladores, para ensaios prévios de tracção por Entidade Acreditada. A utilização de redes electrossoldadas em Portugal tem uma expressão reduzida quando comparada com a de vários países da Europa, onde se chega a atingir uma penetração de cerca de 50% da totalidade das armaduras utilizadas nas obras de betão estrutural. Podem citar-se como exemplos os casos da Áustria, Alemanha e Holanda, em que essa penetração ultrapassa os 50%, da França com 35%, Inglaterra e Itália com 25% e Espanha com cerca de 20%, enquanto que em Portugal tal penetração está abaixo de 5%. A existência da documentação, referida anteriormente relativa a este tipo de material, contém informação detalhada sobre as propriedades dos varões e o fabrico destas redes, pelo que não se justifica a baixa utilização que actualmente se verifica, nomeadamente em termos de racionalização de fabrico e facilidade de aplicação. Importa referir que as principais vantagens oferecidas pelas redes electrossoldadas são, entre outras: a economia de mão-de-obra, a diminuição do tempo de execução, é garantido o espaçamento entre os varões constituintes, não é necessária amarração por meio de arames de amarração, e há uma racionalização das construções (Ganço, 2008). Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Civil 34

36 3. ESTADO DA ARTE DO EQUIPAMENTO DE CORTE E DOBRAGEM DE AÇO EM VARÃO O presente capítulo apresenta o estado da arte do equipamento de corte e dobragem de aço em varão, tanto a nível de conceitos (como é o caso da Construção com Computação Integrada), como também a nível das inovações tecnológicas que este equipamento tem vindo a sofrer com o passar dos anos. Este capítulo está dividido em três subcapítulos, em que o primeiro fala acerca do equipamento existente em estaleiro central; no segundo subcapítulo é dada especial atenção às potencialidades do equipamento portátil de corte e dobragem utilizado em estaleiro de obra. Por fim, no terceiro e último subcapítulo é feita uma breve exposição do equipamento portátil de amarração de armaduras, que embora não faça parte do tema desta dissertação, não deixa de estar intrinsecamente ligado à mesma. 3.1 Equipamento de pré-moldagem de aço em estaleiro central Segundo Schwarzkopf (1991), a indústria da construção tem vindo, desde a 2ª metade do século XX,a caminhar gradualmente no sentido da automação, com mais incidência na produção de componentes de construção fora do estaleiro de obra, ou seja, em estaleiro central, como acontece com o aço que já é pré-moldado antes de chegar ao local da obra. Figura 9 - Máquina de dobragem com capacidade de dobrar vários varões em simultâneo (Johnston, 1993). Um dos primeiros exemplos começou nos meados da década de 80 com as máquinas de corte e dobragem controladas numericamente. Este tipo de máquina molda os varões de aço automaticamente, possuindo para tal um controlador, o qual não é mais que um computador que determina a localização dos cortes e dobragens, assim como os ângulos de dobragem e direcções. Os dados são introduzidos previamente nestas máquinas por um operador antes de começarem a produzir (adaptado de Navon et al., 1995). De acordo com Navon et al. (1996), em muitos casos os Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Civil 35

37 dados são introduzidos separadamente para cada tipo de forma (geometria) antes da sua produção, sendo depois então laborada uma grande quantidade de varões moldados de acordo com os dados geométricos introduzidos na máquina. Contudo, estas máquinas também podem receber os dados de entrada para um determinado número de geometrias de moldagem, o que irá permitir que a máquina trabalhe continuamente durante algumas horas sem necessitar de introdução de novos dados. Em ambos os casos, aqueles são introduzidos em tempo real (ou seja, na própria linha de produção), o que significa que durante a introdução dos dados a máquina está inoperacional, o que resulta numa redução da eficiência da máquina, bem como numa menor viabilidade económica deste tipo de sistema. A classificação das máquinas de corte e dobragem de varões em aço controladas numericamente depende de vários factores, tais como: o sistema de abastecimento de matéria-prima, os princípios de operação, o diâmetro dos varões que processam e o comprimento e o tipo do produto final. No artigo apresentado por Navon et al. (1995), estas máquinas são classificadas como máquinas do tipo A, B e C. As máquinas do tipo A moldam varões e produzem estribos até 16 mm de diâmetro. O aço é fornecido à máquina em bobinas, a máquina puxa o varão da bobina, endireita-o e dobra-o através da cabeça de dobragem, acabando a operação com o corte, de acordo com o tamanho pretendido. A cabeça de dobragem é constituída por 2 partes, um rotor 2 e um estator 3. As máquinas do tipo B moldam longos varões de aço até 16 mm de diâmetro, o sistema de abastecimento do aço é idêntico ao das máquinas do tipo A, no entanto estas máquinas dobram os varões em ambas as suas extremidades através de duas cabeças de dobragem. As máquinas do tipo C são diferentes de ambos os tipos de máquinas anteriores, a começar pelo sistema de abastecimento que é feito através de varões de aço discretos colocados manualmente na máquina (contrariamente às outras máquinas que são alimentadas por bobinas), os varões têm diâmetros superiores a 16 mm e são cortados previamente para o comprimento desejado, pois os varões chegam à fábrica com comprimentos entre os 8 e os 14m, embora a situação mais corrente seja os varões terem comprimentos de 12m por questões de transporte e circulação rodoviária. Tal como as máquinas do tipo B, as máquinas do tipo C também dobram os varões em ambas as extremidades através de duas cabeças de dobragem, cada uma com um rotor e um estator. As máquinas do tipo C, como afirma Navon et al. (1995), eram as menos automáticas dos três tipos de máquinas, apenas a dobragem era feita automaticamente. As restantes operações, tais como o fornecimento da matéria-prima à máquina, o corte e a recolha do produto final eram feitas através do(s) operador(s) da máquina. Consequentemente, houve necessidade de desenvolver este tipo de 2 Rotor é tudo que gira em torno de seu próprio eixo produzindo movimentos de rotação. Qualquer máquina rotativa, como turbinas, compressores, redutores, entre outros, possuem eixos rotativos apoiados em mancais de deslizamento, rolamento ou magnéticos. Esse conjunto é denominado de Rotor. (Fonte: Wikipédia) 3 Estator é a parte de um motor ou gerador eléctrico que se mantém fixo à carcaça e tem por função conduzir energia eléctrica, nos motores para rotacionar e nos geradores para transformar a energia cinética do induzido. (Nas máquinas assíncronas e nas máquinas síncronas pequenas é nele que, assim como nas bobinas, é formado o campo magnético capaz de induzir no rotor uma corrente. (Fonte: Wikipédia) Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Civil 36

38 máquinas para que se tornassem totalmente automáticas, para tal recorreu-se ao auxílio de sistemas de simulação gráfica Construção com Computação Integrada (Computer-Integrated Construction (CIC)) A Construção com computação integrada é uma área com um enorme potencial na indústria da Construção. Os benefícios da comunicação electrónica de dados estão acessíveis a qualquer organização que tenha iniciativa e recursos para investir no desenvolvimento dum sistema integrado. No entanto, o potencial de utilização de informação através deste meio só foi apenas parcialmente realizado (Dunston et al., 2000). Miyatake et al. (1993) no seu artigo acerca da CIC alerta para a necessidade do desenvolvimento de tecnologias automatizadas inovadoras, que possam resolver algumas das dificuldades associadas com a escassez de mão-de-obra qualificada. Para além disso, é expectável que as empresas de construção de grande porte também vão mudando a sua forma de operar, através da implementação de sistemas automatizados nos locais de construção. No Japão, as grandes empresas de engenharia e construção já se têm vindo a aperceber que é fulcral uma abordagem estruturada para a introdução da tecnologia CIC, isto porque usando CIC é possível desenvolver processos de construção diferentes e mais eficientes, somando-se ainda a vantagem que se adquire ao permitir que os computadores dos diversos sectores da empresa comuniquem e troquem informação (adaptado de Miyatake et al., 1993). A CIC é a adaptação para a indústria da construção dos conceitos da Indústria com computação integrada, CIM Computer integrated manufacturing. Esta define-se como uma estratégia para a ligação entre as tecnologias existentes, as tecnologias emergentes e as pessoas, com o intuito de optimizar o planeamento, a gestão, a engenharia, a concepção, a construção, etc. Portanto, a CIC é a sinergia das tecnologias existentes e emergentes para conseguir um sistema altamente integrado. A CIC normalmente é o resultado dum fluxo de informação integrado, da aplicação generalizada de computadores e altos níveis de automação. No entanto, isso representa apenas os aspectos tecnológicos da CIC, pelo que é igualmente importante utilizar todos os recursos disponíveis para alcançar os objectivos da empresa. Por diversas razões, principalmente de natureza económica, a maioria das grandes empresas de construção no Japão começaram a implementar este conceito de CIC através da integração entre a concepção dos projectos (design) e as respectivas operações de construção. Contudo, o objectivo final de qualquer empresa deve ser a integração de toda a operação, para assim se atingir o conceito de uma empresa totalmente optimizada e integrada (adaptado de Miyatake et al., 1993). A Figura 10 representa um modelo geral dum sistema CIC dividido em três grandes áreas: sistema de planeamento integrado de concepção/construção (Integrated Design/Construction Planning System), Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Civil 37

39 sistema de automação local (Site Automation System) e sistema de automação de fábrica (Factory Automation System). Relativamente à primeira área, salientam-se as inovações em software de computador em áreas como bases de dados, simulação, sistemas de CAD-3D, software de engenharia e planeamento, que vieram trazer um mecanismo útil para integrar, organizar e estruturar a informação do projecto e do plano de construção. Na segunda área, os esforços de desenvolvimento incidem sobretudo em sistemas de construção totalmente automatizados, que possam lidar com grandes operações de montagem estrutural, tais como armaduras de aço; um desses sistemas foi desenvolvido no Japão, e é conhecido por SMART (Shimizu Manufacturing system by Advanced Robotics Technology), este tem a capacidade de por exemplo elevar e soldar as armaduras de aço, entre outras. Com a implementação do SMART conseguiu-se melhorar a produtividade e segurança, proteger o ambiente de trabalho (devido ao local ser completamente coberto e livre de intempéries), oferecer condições de trabalho atractivas e de segurança, o que leva a uma maior qualidade e durabilidade; reduzir o período de construção, reduzir a quantidade de resíduos, diminuir os danos aos materiais e permitir a gestão em tempo real. Por último, a terceira grande área pode ser implementada temporariamente em obra, ou estar sediada num estaleiro central. Este sistema consiste na pré-fabricação de elementos de construção, tais como armaduras de aço, paredes exteriores, lajes pré-fabricadas, etc. Figura 10 - Modelo de CIC (Miyatake et al., 1993). Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Civil 38

40 Miyatake et al. (1993) apresenta no seu artigo um sistema de pré-fabricação (Factory Automation System) que foi desenvolvido e aplicado em obra com base nos conceitos do sistema CAD/CAM. Este sistema divide-se em dois grandes campos: o sistema CAD e a unidade de montagem (CAM). O sistema CAD utiliza sistemas de bases de dados para produzir os desenhos de pormenorização das armaduras. Os sistemas de bases de dados possuem as seguintes informações: número de varões, espaçamento, tipos e dimensões dos varões, geometrias de dobragem. Em seguida, estas unidades são construídas pelo sistema de montagem com base nas informações fornecidas pelo CAD, aquele sistema consiste em três unidades: dois veículos e uma base de suporte ao processo de montagem. Os dois veículos são usados para dispor os varões na sua posição, um na direcção longitudinal e outro na direcção transversal. No processo de montagem, o veículo que se move na direcção longitudinal avança primeiro até alcançar a posição pré-definida, depois enquanto se move para trás coloca os varões, um por um, de acordo com o espaçamento definido. Após o veículo que se desloca na direcção longitudinal executar a sua função, com o mesmo método do primeiro, está então montada uma unidade de armadura faltando apenas a execução também automática da amarração da malha de aço. Este sistema de pré-fabricação tem sido utilizado em vários locais de construção, e os resultados têm indicado uma poupança de 50% na pré-fabricação de armaduras de aço. Miyatake et al. (1993) concluiu que a transição para a CIC deverá ser entendida como uma mudança de filosofia e método de organização, no sentido de se alcançar a metodologia de trabalho do tempo exacto (just-in-time (JIT)). Originalmente desenvolvido pela Toyota no Japão, o principal objectivo da filosofia do JIT é que cada processo no ciclo de produção aconteça apenas a tempo para o próximo. Por exemplo, num estaleiro de obra, as armaduras de aço deverão chegar no tempo exacto em que é necessária a sua colocação nos respectivos lugares. Este é um estado ideal de funcionamento para um local de construção, e embora seja difícil de conseguir um sistema JIT, a sua filosofia apresenta um objectivo perfeito para ter em conta na aplicação da CIC. Da implementação de um sistema CIC decorrem vários benefícios operacionais: aumento da produtividade da concepção e construção através da automação, redução de custos, optimização da calendarização do projecto, melhoria da qualidade de concepção e construção, melhorias de coordenação e gestão, melhoria de comunicação através da rápida transmissão e disponibilidade de dados, imagens e conhecimentos, redução da entrada de dados semelhantes em processos de concepção e construção, aumento das oportunidades de robotização na construção. De acordo com Dunston et al. (2000), a implementação total de um sistema integrado exige a utilização das capacidades computacionais tanto no estaleiro central como no estaleiro de obra, onde vários tipos de equipamentos controlados por computador estão preparados para receber informações dos dados gerados na fase de projecto (adaptado de Miyatake et al., 1993). O fluxo de informação dos gabinetes de projecto e dos construtores deve ir descendo a pirâmide hierárquica até ao nível da tarefa básica, onde aquele pode ser utilizado para reforçar as medidas de desempenho. Em suma, a informática não deve ser só empregue na criação, comunicação e modificação de planos de construção, mas também na fabricação em estaleiro central e em estaleiro de obras, através de operações de controlo em tempo real de processos de construção automáticos. Dunston et al. (2000) Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Civil 39

41 afirma que um potencial candidato para a implantação de um sistema computorizado integrado é o estaleiro central de pré-moldagem de aço em varão. A concepção de um ambiente CIC necessita de uma estrutura de controlo devidamente adaptada, que ofereça a capacidade de transmitir as informações necessárias para que a entidade adequada em tempo útil possa tomar decisões e responder com precisão e rapidez às mudanças no ambiente dinâmico. Para tal, foi concebido um Controlo hierárquico, que graças à sua flexibilidade e semelhança com a organização de projectos da construção tradicional, permite suprir essa necessidade. Esta estrutura de controlo permite a monitorização e controlo de funções a nível local, bem como a nível global, possibilitando ainda a incorporação de inteligência para tomada de decisão automatizada (Dunston et al., 2000). A execução de operações de construção controladas por inteligência computacional depende de modelos complexos para controlo autónomo e inteligente de tarefas básicas. O projecto, fabricação, entrega e colocação de aço em varão apresenta amplas oportunidades para a integração da computação. Trabalhos anteriores nesta área tiveram como fruto esquemas conceptuais para a integração das fases de concepção, fornecimento e colocação de aço em varão, e têm mostrado provas de alguns benefícios da integração informática e automação, um dos exemplos desses esquemas conceptuais foi apresentado por Miyatake et al. (1993). Também Navon et al. (1996) demonstrou a eficácia da utilização de um sistema CAD/CAM para a comunicação de dados em máquinas de controlo numérico computadorizado (CNC) (adaptado de Dunston et al., 2000). De acordo com a abordagem teórica da CIC, a transferência de dados de uma dada etapa para outra é feita automaticamente, não sendo por isso necessária a intervenção humana. No entanto, a situação em que máquinas designadas automáticas, neste caso máquinas de moldagem de aço controladas numericamente (CNC rebar manufacturing machines), que invocam a intervenção humana na introdução de dados em tempo real e que são portanto máquinas não totalmente automáticas, entra em clara contradição com o conceito da CIC (Navon et al., 1995) Sistema CAD/CAM Regra geral, o dimensionamento e cálculo de armaduras, bem como os desenhos de cada elemento estrutural em causa são realizados no gabinete de projecto. No entanto, os desenhos de pormenorização dos varões das armaduras para produção das mesmas podem ser tanto feitos no gabinete de projecto, como também no estaleiro central, ou ainda no próprio construtor. Em todo o caso, no final ter-se-ão em formato de papel, desenhos e cronogramas para a produção dos varões de aço moldados, independentemente do auxílio ou não de computadores. Antes da produção dos varões moldados, são feitos manualmente planos de produção, os quais são constituídos por várias fases: primeiro as quantidades são calculadas tendo em atenção as secções Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Civil 40

42 do elemento estrutural, os diâmetros e as geometrias de dobragem. Depois cada barra é desenhada em detalhe num cartão onde constam também todos os parâmetros de produção, tais como, comprimentos parciais e ângulos de dobragem, são calculados e documentados. Posteriormente, procede-se à produção propriamente dita, ora manualmente ora através de máquinas CNC 4. A produção manual é realizada com base naqueles planos e na sua interpretação. Por seu turno, a produção com base na tecnologia CNC também necessita de interpretação humana, e para além disso, os dados também são introduzidos manualmente. Todo este processo é trabalhoso e sujeito a erros, pois os dados são processados e transferidos manualmente desde a concepção à produção. (adaptado de Navon et al., 1996). Navon et al. (1995)(2) descreve um sistema CAD/CAM que foi desenvolvido de modo a automatizar o processo de moldagem de aço, designado por RCCS (rebar CAD/CAM system). A singularidade deste sistema reside na capacidade de extrair automaticamente da base de dados dos desenhos gráficos (CAD 5 ), os dados necessários para a moldagem de varões, posteriormente os mesmos são processados e transferidos para a máquina de moldagem do tipo CNC. Assim, todas as etapas tradicionais de manipulação manual de dados de projecto e produção de varões moldados (pormenorização, documentação, extracção de dados, etc.) são evitadas. Em muitos casos, os vários estágios de manipulação manual de dados são uma fonte de erros. Consequentemente, com a transferência de dados automatizada, possível com o sistema CAD/CAM, obtém-se redução de custos, aumento da qualidade e produtividade, a começar pela redução do tempo em que a máquina está inoperacional durante a sua programação. A depuração, isto é, a limpeza de um projecto anterior para se proceder à entrada de outro também é desnecessária, o que não acontece nas máquinas CNC que operam através processos manuais, e que consome tempo, aliado ao facto de também poder ser fonte de erros. O sistema tem dois módulos, em que o segundo módulo se subdivide em dois sub-módulos. O primeiro módulo é o de desenho assistido por computador (CAD), o qual para além do desenho convencional também permite a criação de desenhos semi-automáticos. Deste módulo resultam desenhos e cronogramas para a moldagem dos varões de aço e instruções para a sua montagem no local. Adicionalmente, este módulo actualiza o modelo de construção e a base de dados gráfica. O segundo módulo, designado de NC interface, é aquele que permite a transferência automática de dados a partir do modelo de construção e da base de dados gráfica. O primeiro dos seus dois submódulos é responsável pela extracção dos dados; por seu turno, o segundo sub-módulo tipifica os dados, planeia a produção e processa os dados para um formato transferível para a máquina de moldagem e que possa ser entendido por esta. Assim que os dados chegam à máquina, o ecrã do 4 CNC Computer numerically controlled máquinas que são programadas e controladas por computador para que possam oferecer espaços de tempo de configuração muito curtos e grande flexibilidade de produção. 5 CAD Computer aided design (desenho assistido por computador). Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Civil 41

43 controlador pede a confirmação de OK ao operador, para que então se proceda à moldagem dos varões de aço com boa precisão (adaptado de Navon et al., 1996). Navon et al. (1996) realizou uma avaliação económica duma ligação CAD/CAM para a transferência automática de dados, e incluindo melhoramentos à máquina para torná-la totalmente automática, concluiu que o valor mínimo que o mercado estaria disposto a pagar seria de dólares, e que por seu turno o valor máximo seria da ordem de de dólares, dado que à data do estudo uma máquina do tipo C custava cerca de dólares, constata-se que o sistema CAD/CAM é economicamente viável. Para além da componente económica, estão inerentes benefícios, quer directos quer indirectos, tais como aumento da produtividade, menos trabalhadores envolvidos no processo, redução do desperdício de matéria-prima (aço), redução de trabalho de correcção de possíveis erros de produção, encurtamento e consequente aceleramento do processo de produção, redução dos custos de produção decorrentes da não necessidade de trabalho em horas extraordinárias, e maior satisfação dos trabalhadores por desempenharem tarefas com nível de sofisticação mais elevado Desenvolvimento da automação de máquinas A automação nas máquinas de corte e dobragem do tipo C desenvolveu-se no sentido de conferir àquela a capacidade de ir buscar automaticamente os varões à zona de armazenagem, de desenvolver o seu corte e dobragem, e para além disso poder lidar com as sobras dos varões (que têm de ser posteriormente eliminadas) e com o armazenamento temporário do produto acabado (Navon et al., 1995). No seu artigo, Navon et al. (1995) concebeu e modelou do referido tipo de máquina com o auxílio do ROBCAD 6 da Technomatix. O ROBCAD é um pacote de software avançado para modelação de sistemas mecânicos e simulação do seu funcionamento, tomando também em linha de conta as suas estruturas cinemáticas. Deste modo, o software atrás referido permitiu que a máquina fosse concebida e modelada num ambiente 3D. A lógica do fluxo de material foi avaliada, tendo sido também fornecida a metodologia de produção e a posição relativa dos sub-sistemas Máquinas de controlo numérico (Numerically controlled machines) O termo Controlo Numérico refere-se a um sistema cujas operações são controladas pela introdução directa de dados numéricos. Ao conjunto dos dados necessários para fabricação do produto dá-se o nome de programa (Zeid, 1991). A primeira geração de máquinas de controlo numérico surgiu nos anos 50 do passado século, estas eram baseadas em hardware sem memória ou sem capacidades 6 Para saber mais acerca deste software consultar ANEXO II. Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Civil 42

44 de computação. As máquinas eram programadas numa linguagem de baixo nível, a qual se baseava numa colecção de códigos chamados de G-Codes, por seu turno o programa era executado através da inserção na máquina de uma fita perfurada. A execução era feita passo por passo, isto é, a máquina lia as instruções para uma etapa, executava-a, e só depois lia as instruções para a etapa seguinte, e assim por diante até que todas as instruções fossem executadas. Com a introdução dos microprocessadores, aliada à queda dos preços dos computadores, ficou criada a possibilidade de ligação entre as máquinas de controlo numérico e os computadores. Fruto deste acontecimento surgiram as chamadas máquinas de controlo numérico computorizadas (Computorized numerically controlled machines). Um desenvolvimento adicional foi o controlo numérico directo, que consiste num computador central que controla um certo número de máquinas NC através de ligações directas, acrescentando-se o facto de descarregar o programa apropriado para cada máquina individualmente (Navon et al., 1995). Outro desenvolvimento nesta área foi o Controlo Adaptável (Adaptive Control), que ajusta o programa para as condições de mudança do ambiente, medindo-o. Quando novos dados são recebidos do ambiente, o sistema de controlo muda a operação da máquina de acordo com o programa (Navon et al., 1995). Este tema será desenvolvido no subcapítulo Linguagem de máquinas de controlo numérico A linguagem de máquinas de controlo numérico baseia-se em variáveis padrão de formato palavraendereço (ISO , ISO ), também conhecidas por G-Code. Esta é uma colecção de códigos, que servem como blocos de construção de um programa. O programa é uma sequência de comandos numa linguagem de máquina, a qual acciona a máquina para produzir o produto desejado. O programa pode ser escrito manualmente ou com o auxílio de um computador (Computer- Aided NC Processing - CANCP). Na programação manual o programa é escrito directamente na linguagem da máquina. O CANCP foi desenvolvido para simplificar a programação das máquinas NC por meio de linguagens de programação de nível alto (upper-level), com o propósito de reduzir ou até mesmo eliminar, a necessidade de programação manual em linguagem da máquina. Estas linguagens de nível alto definem o produto, a sua geometria, a tecnologia de processamento, e incluem bases de dados sobre ferramentas, materiais, algoritmos de funcionamento e toda a informação necessária para traduzir as instruções de nível alto para comandos em linguagem da máquina. A linguagem de programação de nível alto é processada em duas fases, por um processador e por um pós-processador, como se mostra na Figura 11. O processador calcula a trajectória da ferramenta e produz um ficheiro geral de localização do corte (cutter location (CL) file). Este processador possui dois módulos; o primeiro processa os dados geométricos do produto e depois escreve-os para um Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Civil 43

45 ficheiro CL1; o segundo módulo processa os parâmetros tecnológicos: define a evolução da direcção e velocidade, selecciona as ferramentas, etc.; escrevendo depois esses mesmos parâmetros num ficheiro genérico CL. Este ficheiro é transferido para o pós-processador, que converte o ficheiro CL para a linguagem específica da máquina, G-Code (Navon et al., 1995). Figura 11 - Tradução de um programa em linguagem upper-level para a linguagem da máquina (Navon et al., 1995) Sistema de fornecimento de matéria-prima O sistema de fornecimento de matéria-prima estudado por Navon et al. (1995) foi concebido para o fluxo contínuo da mesma. Os varões de grande diâmetro (superior a 16mm) são fornecidos sob a forma de barras discretas de tamanho finito, compreendido entre os 8 e os 14m. Os varões são armazenados em contentores, o número de contentores depende do número de diferentes tipos de varão a ser trabalhado em cada sessão de produção. Destes contentores, os varões são levados para a máquina de corte e dobragem. A sequência de abastecimento dos varões depende da estratégia de armazenamento temporário do produto já acabado. Se o pedido à máquina é baseado em elementos estruturais, tais como vigas, pilares, etc., então todos os varões que constituem esse elemento, incluindo varões de diferentes diâmetros, são reunidos; seguindo-se o seu corte e/ou dobragem. Caso contrário, os varões poderão ser cortados e/ou dobrados de acordo com o tamanho. Os varões são armazenados nos contentores de acordo com o tamanho e comprimento. Cada contentor tem duas aberturas, uma larga e outra estreita. Os lotes de material são introduzidos na abertura mais larga com o auxílio de um equipamento de elevação de cargas, por sua vez o material vai deslizando para a abertura mais estreita devido ao declive existente entre as duas aberturas, que facilita o deslize dos varões, esse declive deverá ter um ângulo mínimo de 20º, este ângulo deve ser mínimo para que o varão a ser retirado não esteja sujeito a uma pressão elevada e assim a sua saída Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Civil 44

46 se torne fácil. Deste modo, quando um varão é apanhado, o varão seguinte desliza para a saída do contentor (Figura 12). Figura 12 - Sistema de fornecimento de matéria-prima (Navon et al., 1995). O ângulo de inclinação mínimo é aquele que faz com que um único varão comece a deslizar para a saída do contentor. Para se chegar ao valor do ângulo mínimo foram efectuados cálculos que tiveram em consideração as forças entre os varões, e entre estes e o contentor. Todas estas forças são função do peso dos varões, dos coeficientes de atrito, da geometria do contentor e do ângulo de deslize; tendo-se chegado no final à conclusão de que para um ângulo de 19º se atingia o equilíbrio, consequentemente o ângulo de inclinação mínimo adoptado foi de 20º. O passo seguinte dá-se quando o controlador da máquina recebe o plano de produção decorrente da fase anterior do processo CAD/CAM. O plano de produção inclui a ordem pela qual cada varão é trabalhado. O fluxo dos varões que vão alimentar a máquina é iniciado com um comando que indica qual o varão a ser retirado dum contentor específico e leva-o para a máquina. Este comando faz com que o contentor avance para a esteira cerca de 20cm, sendo este movimento coordenado com o movimento da esteira, quer em termos de tempo quer de posicionamento. O contentor e a esteira têm ganchos espaçados alternadamente. Desta forma, quando o contentor chega junto da esteira, o movimento ascendente desta puxa o varão seguinte, como pode ser constatado na Figura 12. Quando este varão sai do contentor o varão seguinte desliza para o gancho, aguardando a sua vez de ser transportado. Se o mesmo tipo de varão (comprimento e/ou diâmetro) é o que será puxado em seguida, então o contentor permanece no mesmo sítio até um diferente tipo de varão ser requisitado, quando isso acontece o contentor retorna à sua posição original e outro contentor move-se até à esteira. Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Civil 45

47 Os varões são transportados na esteira até caírem nas colunas de suporte, como exemplificado na Figura 12. As colunas de sustentação suportam o movimento horizontal dos varões à medida que estes vão entrando gradualmente na máquina de corte e dobragem. Na porta de abastecimento existe um sistema de duas rodas que puxa os varões para dentro da máquina. As colunas têm microinterruptores que quando pressionados indicam a presença de um varão, enquanto houver um varão nas colunas de sustentação o movimento da esteira é interrompido, quando o processamento do varão está quase terminado, a grande maioria dos micro-interruptores são libertados, o que induz a esteira a iniciar novamente o seu movimento e a ir buscar o próximo varão para moldagem. Assim que o varão chega ao sistema de sustentação e às duas rodas, estas agarram o varão e começam a rodar, a rotação faz o varão mover-se linearmente até à porta de abastecimento. O sistema que puxa os varões inclui codificadores que contam as rotações das rodas para assim obter uma medida aproximada do movimento linear do varão, contudo dentro da máquina está localizado também um sistema mais preciso de medição que se baseia no livre movimento das rodas. O sistema de puxar varões também pode actuar no sentido contrário quando é necessário eliminar sobras de varão (Navon et al., 1995). De molde a que se possa ter uma noção dos sistemas de manuseamento de varões de aço em estaleiro central actualmente existentes no mercado, o subcapítulo seguinte será então dedicado à apresentação de alguns exemplos Exemplos de sistemas de manuseamento de varões de aço em estaleiro central Nathan Kauffman (Gestor de produto e desenvolvimento da KRB) declarou que uma fábrica de moldagem de varões de aço terá mais lucro proporcionalmente à quantidade de varões que consiga manusear e trabalhar, isto é, a velocidade de produção, a redução do tempo de manuseamento e a fadiga dos operadores são factores críticos neste tipo de negócio (CPI, 2008). No seguimento desta filosofia de Kauffman, apresentar-se-ão de seguida alguns exemplos de equipamentos/sistemas, desenvolvidos e colocados no mercado pela KRB, para manuseamento rápido e eficiente dos varões de aço na sua passagem pela linha de produção de uma fábrica. AutoShakeout (Removedor de varões do atado) Esta máquina integra a Fábrica Compacta de armaduras de aço em varão da KRB (Compact Rebar Shop), que é um sistema de pré-moldagem de varões de aço e que será tratado com mais detalhe num subcapítulo mais à frente. Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Civil 46

48 Figura 13 - Pormenor do mecanismo de gancho da AutoShakeout (KRB, 2010). Figura 14 - AutoShakeout (KRB, 2010). A AutoShakeout permite eliminar a necessidade de agitação para fora ou chicotada nos varões, pois consegue remover os varões do atado, conta-os e coloca-os na esteira transportadora de entrada. O operador simplesmente levanta o final dos varões colocando-os como mostra a Figura 15 para serem depois carregados no mecanismo de gancho e removidos do atado, acabando por serem colocados na esteira que os transportará até à máquina de corte (CPI, 2008). Figura 15 - Apoio dos varões (KRB, 2010). EvacuBin (Manipulador de varões cortados) Este sistema permite a manipulação das resmas de varões após o corte, conduzindo aquelas até uma esteira de transporte que as conduzirá até à linha de dobragem de varões. O EvacuBin possui vários compartimentos de armazenamento (bin pockets), os quais podem ser despejados independentemente uns dos outros; cabendo ao operador através do uso de comandos computacionais, a escolha de armazenamento dos varões em cada compartimento de armazenamento, sua optimização e despejo. A flexibilidade deste sistema elimina a necessidade de dobragem dos varões na sequência segundo a qual os mesmos são cortados (CPI, 2008). Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Civil 47

49 Associado ao EvacuBin existe uma plataforma elevatória de transporte (LiftRoll), que eleva os varões de volta para a altura de transporte apropriada. A plataforma elevatória elimina a necessidade de elevação da linha de corte e permite que os compartimentos de armazenamento possam estar ao nível do solo (caso contrário haveriam custos elevados na implementação de plataformas de trabalho), adicionalmente, as operações a jusante também podem ser alimentadas directamente pela plataforma elevatória (CPI, 2008). Figura 16 - EvacuBin (KRB, 2010). BundleMatic (Aglomerador e atador de varões) O BundleMatic consegue fazer atados de conjuntos de varões, reduzindo assim o tempo com elevação e manuseamento de materiais em fábrica. Podendo ser combinado com o EvacuBin (já descrito anteriormente), o BundleMatic elimina o tempo que um operador demora a juntar e a atar manualmente um conjunto de varões. As instruções podem ser dadas quando os varões ainda estão na máquina de corte, ou seja, o mesmo operador pode comandar a máquina de corte e o BundleMatic, reduzindo assim uma vez mais o tempo de manuseamento (touch time) e os custos associados (CT, 2009). Figura 17 - BundleMatic (KRB, 2010). Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Civil 48

50 Figura 18 - O BundleMatic reúne os varões soltos com recurso a duas correntes que apertam o conjunto de varões (KRB, 2010). Figura 19 - A bobina com o arame de atar é baixada em cima do conjunto de varões, em seguida, este é amarrado e o arame cortado (KRB, 2010) Sistema de corte e dobragem No artigo desenvolvido por Navon et al. (1995), a máquina possui duas cabeças de dobragem, meios para o movimento longitudinal, uma mesa, um sistema de puxar e uma cabeça de corte (Figura 20). A mesa é a estrutura principal deste sistema e possui um trilho no meio que permite o movimento das cabeças de dobragem. As duas funções principais da mesa são as de garantir o suporte ao varão durante a sua dobragem, mantendo-o também na posição correcta e de servir de superfície de deslizamento para o varão já moldado quando este é encaminhado para o armazenamento temporário, daí a razão de a mesa ser inclinada. A dobragem propriamente dita é feita com a cabeça de dobragem saliente em relação ao plano da mesa, o varão entra na cabeça de dobragem e o estator fecha-se (com um movimento relativo na direcção positiva e negativa na direcção Y (Figura 20) para que assim o varão permaneça estático. De seguida o rotor começa a rodar de acordo com a direcção e o ângulo de rotação que permitem chegar à forma pretendida para o varão. A dobragem é um pouco imprecisa devido à recuperação elástica do aço, pois durante o processo de dobragem são desenvolvidas tensões nos varões de aço devido às suas propriedades elasto-plásticas, sendo este o principal obstáculo à boa precisão na dobragem de varões. Contudo, já foram desenvolvidas soluções para este problema através de sistemas de controlo inteligentes (Subcapítulo 3.1.9). Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Civil 49

51 Figura 20 - Esquema descritivo do sistema de corte e dobragem (Navon et al., 1995). A dobragem é realizada em duas fases. Como ilustra o exemplo da Figura 21, primeiramente o varão é deslocado até à primeira cabeça de dobragem e a primeira dobragem é aplicada; posteriormente o varão é libertado e levado até à próxima posição de dobragem, onde acontece a segunda dobragem na direcção oposta. Para concluir a primeira fase, o varão é levado até à posição de corte, onde é cortado segundo o tamanho total desejado. Na primeira fase, realizada pela primeira cabeça de dobragem, o progresso do varão dá-se no sentido positivo do eixo dos XX (Figura 20), o mesmo sucede na segunda fase realizada pela segunda cabeça de dobragem. A segunda fase de dobragem começa quando o varão é movido até à posição de dobragem No. 3 (este movimento pode ser feito ou para trás ou para a frente, dependendo endendo da geometria do varão). Como o varão já está cortado, o seu movimento já não pode ser efectuado pelo sistema de puxar, logo esta tarefa de mover o varão recai sobre a primeira cabeça de dobragem enquanto o varão ainda está apertado, dando-se então a dobragem No. 3, a partir da qual o varão já não se movimenta, mas sim a segunda cabeça de dobragem. A tarefa fica completa com a deslocação da segunda cabeça de dobragem para a posição No. 4, onde a dobragem é feita na mesma direcção da No. 3, depois move-se até à posição No. 5 e aplica uma dobra ao varão na direcção oposta. Figura 21 - Exemplo de sequência de dobragem (Navon et al., 1995). Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Civil 50

52 Quando a operação é concluída, o varão é libertado, as duas cabeças de dobragem descem abaixo da superfície da mesa e como resultado o varão desliza para baixo, para o armazenamento temporário Controlo adaptável O aço é um material que quando dobrado apresenta uma resposta elástica variável, conhecida como springback, o que requer um mecanismo de dobragem adaptável para que a qualidade e precisão desta possa ser garantida. A grande maioria dos varões de aço é dobrada com recurso a máquinas tradicionais operadas manualmente, cuja tecnologia de base permanece a mesma desde há 50 anos a esta parte, registando-se apenas algumas inovações ao nível dos comandos electrónicos e sistemas de segurança (Dunston et al., 2000). Os varões de aço que são dobrados incorrectamente, muitas vezes por erro do operador, não podem ser redobrados e consequentemente aplicados no fim a que se destinam; pelo que um sistema automatizado com uma base de dados associada teria a capacidade de reduzir drasticamente a quantidade de aço desperdiçada devido a erros de dobragem (Dunston et al., 2000). O manuseamento e posicionamento de varões de aço é uma tarefa relativamente simples que pode ser conseguida através do uso inovador de tecnologias de hardware e software existentes. Actualmente, a operação de dobragem é um processo realizado a frio, que exige controlos sofisticados com capacidade de responderem à variabilidade da recuperação elástica do aço (Dunston et al., 2000). Tanto o hardware como o software de computador e a tecnologia de controlo automatizado podem facilmente ser aplicados para integrar todas as fases do processo de concepção, fabricação e colocação de aço para betão armado. O desempenho com precisão da operação de dobragem de varões de aço é um dos parâmetros mais críticos de um sistema integrado de fabricação de varões de aço. Com o intuito de automatizar a dobragem de varões atendendo aos padrões de qualidade dos clientes, bem como da própria indústria, torna-se necessária a implementação dum sistema de controlo inteligente capaz de compensar a recuperação elástica do aço. O fracasso dos fabricantes dos E.U.A. para investir na criação de mais investigação e desenvolvimento de equipamentos de dobragem indica que a nova tecnologia de controlo precisa ser portátil (ou seja, transferível de máquina para máquina), assim as máquinas existentes podem ser simplesmente equipadas com o novo controlador. Um algoritmo de controlo adaptável, que ajusta automaticamente as propriedades específicas de qualquer varão, pode reduzir significativamente o tempo de configuração da máquina, aumentando a produtividade sem sacrificar a qualidade. De molde a se conseguir o controlo automático para a dobragem de varões de aço, quer os varões quer a máquina de dobragem e a interacção máquina-objecto, devem ser entendidos e monitorizados através da aplicação de modelos representativos (Dunston et al., 2000). Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Civil 51

53 Salim e Bernold (1992) desenvolveram um sistema de planeamento de colocação de varões de aço com integração de CAD, designado por CRPP CAD integrated rebar placement planning. O sistema proposto visava aumentar a produtividade da concepção, pormenorização, fabricação, entrega e colocação de armaduras de aço. A Figura 22 contém um esquema do CRPP. Figura 22 - Transmissão da informação entre CRPP e o estaleiro central (Dunston et al., 2000). Como se pode ver na maior caixa rectangular da Figura 22, o sistema CRPP fornece quatro saídas (outputs), das quais uma é a lista da quantidade de varões de aço. Esta lista representa as informações padrão de pormenorização que são usadas como input para gerar cronogramas de produção (Dunston et al., 2000). O processo orientado de lista de varões de aço destaca-se pela forma como agrupa os varões em lotes, para que a sua colocação seja facilitada. Este output veio trazer um grande benefício para a produtividade, e por isso é o input preferencial para a produção em fábrica. Na produção em fábrica, a lista de quantidade de varões serve de input a um planeador, referido pelo autor como planeador de produção de armaduras de aço em varão (RFPPS). O RFPPS é um dos componentes do sistema de produção flexível (FMS 7 (flexible manufacturing system)) e produz como outputs o plano do processo de fabrico e o cronograma com as ordens de produção (Dunston et al., 2000). 7 FMS Flexible Manufacturing System é um conceito de produção que tem sido definido como um sistema de produção complexo que requere a alocação eficiente de vários recursos, tendo como principal objectivo atingir alta produtividade nas operações de fabrico de pequenos lotes, apesar das frequentes mudanças dos pedidos. Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Civil 52

54 Gupta e Buzacott (1989) representaram o FMS como um sistema constituído por três componentes: o gerente, o controlador e a unidade de produção. A Figura 23 demonstra esquematicamente o FMS. Figura 23 - Estrutura do FMS (adaptado por Dunston et al., 2000 de Gupta et al.,1989). Depois de ser recebida pela entidade colectiva conhecida por gerente, a lista de varões e o cronograma de produção são submetidos ao controlador do FMS. Normalmente, o controlador do FMS é um computador central responsável pelas tarefas de supervisão da comunicação com os controladores dedicados das várias máquinas na unidade de produção. A unidade de produção recebe a alocação dos recursos do controlador, e consiste em todas as máquinas de produção, unidades de manuseamento de materiais (transporte) e equipamento de recolha de dados. É neste nível que as tarefas de moldagem dos varões são realizadas, as informações provenientes de cada uma das estações da unidade de produção são enviadas para o controlador do FMS, para que este possa coordenar eficientemente as operações de produção e actualizar as instruções das mesmas, de acordo com quaisquer mudanças que possam ocorrer na capacidade de produção da unidade ou objectivos de produção (Dunston et al., 2000). A Figura 24 ilustra um esquema de um sistema de controlo local em tempo real proposto para a dobragem automatizada de varões de aço. Figura 24 - Esquema duma estrutura de controlo adaptável para a dobragem automatizada de varões de aço (Dunston et al.,2000). Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Civil 53

55 O ciclo de controlo começa com o ângulo de dobragem desejado e definido inicialmente. A máquina procede posteriormente à dobragem do varão, que ao ser dobrado fornece informações sobre o seu comportamento plástico, essas informações são recolhidas através de sensores existentes na máquina de dobragem automatizada. A informação sensorial é enviada para o controlador para conversão, reconhecimento de padrões e controlo de qualidade (avaliação de desempenho do modelo elástico). O módulo de decisão calcula a recuperação elástica prevista e os ajustamentos necessários para superar os desvios do sistema mecânico. O conjunto destas compensações é depois enviado como comando de dobragem subsequente, deste modo o ciclo de controlo fica completo (Dunston et al., 2000). Um verdadeiro controlo adaptável que possua a capacidade para ajustar a sua previsão através de técnicas de aprendizagem da máquina, poderá ser necessário para ir de encontro ao desafio da moldagem de varões de aço. Os primeiros passos de pesquisa envolvendo o conceito de aprendizagem da máquina estavam directamente relacionados com o reconhecimento de padrões, daí que as redes neurais constituam uma das áreas mais activas de pesquisa em aprendizagem da máquina. As redes neurais têm quatro características que as tornam adequadas para a previsão da recuperação elástica do aço quando dobrado: capacidade de aprendizagem contínua durante a operação, insensibilidade ao ruído, capacidade de tempo real e generalização (Dunston et al., 2000). A Figura 25 ilustra a instalação do sistema de Controlo adaptável integrado testado por Dunston et al. (2000) para controlar a tarefa da dobragem. De acordo com a Figura 25, o computador de controlo comanda o movimento do prato giratório e recebe uma resposta sensorial para a análise e previsão da resposta elástica do aço através da medição e correcção do desvio à posição ordenada. Para além disto, as medidas de posição são usadas juntamente com os valores do carregamento que efectua a dobragem para criar o diagrama de tensão-deformação que pode ser utilizado para a análise da previsão da recuperação elástica do aço. Figura 25 - Esquema da instalação do sistema de Controlo adaptável integrado (Dunston et al., 2000). Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Civil 54

56 Na pesquisa efectuada por Dunston et al. (2000) foram realizados primeiramente testes num protótipo em laboratório para se conseguir implementar com menos dificuldade o sistema na máquina de dobragem da fábrica (a Figura 26 representa o protótipo utilizado). Figura 26 - Protótipo experimental de mesa de dobragem com alimentação automática (Dunston et al., 2000). Posteriormente, uma máquina de dobragem dum fornecedor de aço pré-moldado foi equipada com sensores para a monitorização da carga de dobragem e posição (deformação angular). Os testes foram feitos consoante um esquema em que se fazia variar parâmetros como: orientação da superfície longitudinal de deformação, ângulo de dobragem e tamanho do varão. O objectivo principal foi comparar a exactidão de três modelos empíricos baseados nas seguintes técnicas: regressão linear múltipla, processo de relaxamento e redes neurais. O parâmetro de qualidade utilizado para comparação foi a diferença entre a recuperação elástica prevista e o ângulo de recuperação elástica medido. Dois modelos de regressão foram desenvolvidos; o primeiro modelo era um polinómio de segunda ordem, cujas variáveis independentes eram o ângulo de dobragem e tamanho de varões. O segundo, um polinómio de primeira ordem foi um modelo de tamanho específico, que se baseou unicamente no ângulo de dobragem como variável independente. O segundo método, é uma prática mais demorada, caracterizada por relaxar a carga de dobragem quando se atinge uma posição de rotação 10 mais curta que o ângulo de dobragem pretendido, em seguida uma segunda rotação é aplicada após se inspeccionar que a dobragem não atingiu o ângulo pretendido. Testes anteriores indicam que a recuperação elástica varia muito pouco quando se entra na gama destes últimos graus de dobragem. Por seu turno, as redes neurais foram configuradas e treinadas para tamanhos únicos de varões, bem como para tamanhos combinados. Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Civil 55

57 Dunston et al. (2000) com a sua pesquisa concluiu que: - Para um intervalo de desvio aceitável de 2,5º, a média dos erros em valores absolutos indicou um desempenho similar entre os modelos de regressão e as redes neurais. O mesmo resultado foi obtido quando foram comparados os modelos de regressão com o modelo de relaxamento. Era esperado que dos modelos investigados, apenas os modelos do processo de relaxamento e os moledos das redes neurais funcionassem razoavelmente num sistema de controlo totalmente portátil, dado que os seus parâmetros eram dependentes dos dados e não da máquina; - Apesar dos bons desempenhos dos modelos testados, todos violaram o critério de qualidade ao apresentarem desvios superiores ao aceitável (2,5º). Uma comparação indirecta com o desempenho de um operador humano revelou que os modelos também não excederam o desempenho de um operador humano altamente qualificado. Conclui-se por isso que a filosofia mais razoável a ser adoptada para o controlo da recuperação elástica resultará do binómio operadormáquina, no qual operador qualificado e um controlador automático partilham as responsabilidades de controlo; - Devem ser criados melhores mecanismos de precisão de dobragem, antes que o controlo adaptável possa realmente produzir um aumento na qualidade comparativamente à dobragem manual. A coerência das estratégias de controlo da recuperação elástica propostas vai oferecer aumento de qualidade, isto se pequenas variações no desempenho forem alcançadas. Com o conceito de aprendizagem da máquina e mais estudos futuros que quantifiquem os parâmetros do processo poder-se-ão produzir os melhoramentos necessários na precisão da dobragem; - Os resultados do teste comparativo da previsão da recuperação elástica indicaram que o controlo partilhado entre o operador e o sistema automatizado pode ser uma boa estratégia para se alcançar a precisão de dobragem desejada. A interface operador-máquina poderá incluir o controlo de tarefas de fabrico adicionais, tais como o corte e o posicionamento, advindo daí um impacto positivo no que respeita à segurança do operador e à produtividade do processo; - Um modelo portátil para o controlo adaptável da dobragem de varões de aço, através do uso de força automática e medidas de posicionamento, deve ser desenvolvido e modificado para tornar possível a transferência para diferentes modelos de máquinas de dobragem. No entanto, os algoritmos de previsão da recuperação elástica devem ser seleccionados de acordo com os dados e não consoante a máquina Gestão dos desperdícios de varão As máquinas do tipo A e B recebem os varões com um sistema de abastecimento contínuo através de bobinas, pelo que não há problema de excesso de varão com este tipo de máquinas. No entanto, as máquinas do tipo C, que lidam com varões de grande diâmetro (superior a 16mm) já têm este Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Civil 56

58 problema, especialmente se a ordem de produção for baseada em elementos estruturais, isto porque os varões de comprimento finito são cortados e dobrados a partir de comprimentos padrão. Na grande maioria dos casos, após o corte de todos os varões resultam desperdícios, as quais têm comprimentos inferiores aos desejados para o varão seguinte a ser cortado, mesmo quando os varões são fornecidos em comprimentos diferenciados continua a haver desperdícios. Uma das primeiras tentativas para resolver este problema recorreu à soldadura do final do primeiro varão ao início do varão seguinte antes do primeiro alcançar a porta de alimentação da máquina, contudo este método falhou porque não conseguia cumprir regulamentos quanto a soldaduras em varões de aço para armaduras. A solução para minimizar os desperdícios de varões passou por optimizar a sequência da produção de varões na fase de CAD, antes da transferência de dados. Mas, embora esta optimização tenha reduzido significativamente o problema, continuou a haver desperdícios de varões, as quais precisavam de ser removidas. Depois de ser feito o último corte no varão, o varão sobrante tem uma das suas extremidades no sistema de puxar, ao passo que a outra extremidade está na coluna de sustentação. Então, antes de ser removido, o varão sobrante desliza para trás até ficar completamente em repouso na coluna de sustentação em repouso, daqui é removido pelo manipulador de desperdícios que tem uma série de alavancas (Navon et al., 1995). Recentemente Salem et al. (2007) fez uma pesquisa acerca dos desperdícios resultantes do corte de varões de aço, dado que estes são uma parcela significativa do total de resíduos sólidos na Construção. Com a sua pesquisa, aquele concluiu que é possível reduzir substancialmente os desperdícios de varão resultantes do corte através de um melhor planeamento e calendarização. Para minimizar os desperdícios de varão (CSP 8 ), Salem et al. (2007) recorreu a 3 técnicas 9 : um modelo de algoritmo genético (genetic algorithm - GA) e um modelo de programação linear (linear programming - LP) em conjunto com um modelo de programação inteira (integer programming - IP). O modelo de algoritmo genético desenvolvido por Salem et al. (2007) mostrou-se eficiente na redução do volume de pontas de varão de aço perdidas. Em alguns casos, o algoritmo genético conseguiu até alcançar soluções, que pegando em supostos restos de varões que seriam desperdiçados, aproveitá-los e usá-los noutros padrões de corte, deste facto resultou uma minimização de desperdícios. Tanto o modelo LP/IP como o modelo de GA foram testados numa fábrica e comparados com os resultados obtidos da mesma utilizando o seu planeamento tradicional, donde se obteve como resultado médio final, 29% de redução de desperdício, quer utilizando o modelo de LP/IP ou o modelo de GA. 8 Cutting stock problem - aborda o corte de um stock com um comprimento padrão para os comprimentos requeridos no projecto, mas gerando o mínimo de desperdício de corte. 9 Para saber mais acerca destas técnicas consultar Anexo III. Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Civil 57

59 Armazenamento temporário do produto final A recolha do produto final, ou seja, dos varões moldados, pode ser feita ou pelo operador da máquina ou por métodos semi-automáticos. Se a recolha dos varões envolver a intervenção humana, então isso funcionará como um funil do processo de produção, na medida em que será um factor preponderante na produtividade da máquina (Deichmann, 1991). Na máquina do tipo C desenvolvida no artigo de Navon et al. (1995), foram contemplados meios de armazenamento temporário mecanizados, tal como se mostra na Figura 27. Figura 27 - Sistema de armazenamento temporário do produto final (Navon et al., 1995). Os meios de armazenamento temporário mecanizados consistem num carrinho montado sobre trilhos, o que lhe permite mover-se paralelamente ao eixo dos YY. O carrinho desloca-se da pilha de carrinhos vazios (no sentido negativo do eixo dos YY) até à sua localização debaixo da máquina de corte e dobragem. Quando um varão está terminado e as cabeças de dobragem estão abaixo da superfície da mesa, os varões deslizam para baixo para os compartimentos de armazenamento. A localização do varão quando cai depende de vários factores: Da posição das cabeças de dobragem antes de serem recolhidas para libertar o varão, determinando assim a coordenada do eixo dos XX; Da posição do carrinho relativamente ao eixo dos YY; Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Civil 58

60 Do ângulo de inclinação da mesa de corte e dobragem, do peso do varão (influenciado pelo seu diâmetro e comprimento), do atrito (que é função do tipo de materiais que compõem a mesa), etc. Dos parâmetros mencionados acima, apenas dois são usados pelo controlador da máquina para determinar o local da queda do varão, dependendo da estratégia de armazenamento de produto acabado, que deriva do tipo de encomenda. Quando um carrinho está cheio, ele é automaticamente transferido para a pilha de carrinhos carregados e é substituído por um carrinho vazio. Para se conseguir a máxima flexibilidade nesta estratégia de recolha, o carrinho não tem de estar completamente cheio antes de ser substituído, isto permite ir enchendo vários carrinhos simultaneamente (Navon et al., 1995) Fábrica Compacta de armaduras de aço (Compact rebar shop) A empresa norte-americana KRB Machinery Co. desenvolveu um sistema de Fábrica Compacta de armaduras de aço, que não é mais que um sistema integrado conhecido por Compact Rebar Shop. Este sistema foi concebido especificamente para empresas de pré-moldagem de aço em varão e tem por base a minimização do tempo de toque 10 no processo de moldagem. Regra geral, o fabricante necessita de equipamentos de elevação quando os varões chegam à fábrica e precisam de ser descarregados para armazém, donde voltam a ser elevados quando vão para o processo de moldagem, findo este processo são carregados normalmente no camião que os levará até à obra. Com o Compact Rebar Shop, todo o manuseamento do material nos processos de corte e dobragem é feito por este, e começa com a AutoShakeout (Figura 28). Figura 28 - AutoShakeout (CPI, 2007). Esta máquina tira a quantidade adequada de varões para cada linha de corte, fazendo assim as vezes de um ou dois trabalhadores separando os varões manualmente. Um único operador pode 10 Touch time o tempo de toque é o acto de mover material em fábrica com recurso a equipamento de elevação controlado por operadores. Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Civil 59

61 carregar a máquina e operar o sistema da linha de corte através da estação de operação, a qual também tem a capacidade de optimizar o corte eliminando desta forma desperdícios e resíduos. Com este sistema, o computador no posto de operação já não necessita de estar em rede com o computador do escritório para ser criada a lista de produção optimizada. Neste sistema, tal função é realizada pelo controlador da linha de corte (Shearline Controller), à medida que o operador passa o código de barras da etiqueta pelo scanner, a informação é enviada para o computador (ver Figura 29). Os desperdícios que são gerados podem ser registados e levados de volta ao controlador da linha de corte, para que seja criada uma lista optimizada usando os restos de stock, isto permite reduzir significativamente o stock de aço. Figura 29 - Computador que controla a linha de corte (CPI,2007). Tendo-se os varões cortados, a linha de corte descarrega-os numa série de caixas móveis ou em sistemas de transporte e descarga (como se pode ver na Figura 30 e Figura 31), que aguardam que a pilha de varões cortados se complete. Uma vez completos, encaminham os varões até outra série de transportadores, que irão abastecer as máquinas automáticas de dobragem. Até este ponto do processo apenas um operador é necessário, podendo cortar até 50 toneladas de varões por turno, dependendo do tamanho dos mesmos. Figura 30 - Sistema de transporte e descarga de varões (CPI, 2007). Figura 31 - Sistema de transporte e descarregamento de varões (KRB, 2010). Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Civil 60

62 Os varões são então encaminhados para a máquina de dobragem automática de duas cabeças de dobragem, designada por MagnaBend (Figura 32 e Figura 33); ou então para a de uma cabeça de dobragem, a DuraBend. A MagnaBend é manuseada por um só operador e é mais eficiente no trabalho com varões mais longos, que são demasiado pesados para apenas um homem levantar (contrariamente aos métodos tradicionais que por vezes necessitavam de três homens para manusear o varão). A MagnaBend pode produzir à volta de 25 a 40 toneladas. Figura 32 - MagnaBend 235 (KRB, 2010). Figura 33 - MagnaBend 211 (KRB, 2010). A DuraBend (Figura 34 e Figura 35) foi desenvolvida com o propósito de acelerar o processo de dobragem e ajudar no manuseamento dos varões, bem como melhorar a precisão da dobragem comparativamente com as mesas de dobragem manual. Esta máquina pode ser abastecida automaticamente e utiliza duas pinças robóticas para posicionar os varões apropriadamente, para além disso também está equipada com braços para descarregar o material dobrado e pode ser operada por apenas uma pessoa. A DuraBend vem de fábrica com uma configuração bastante amigável para o utilizador, pois o controlo de conversão do computador desenha o padrão da dobragem à medida que ele vai sendo realizado pela máquina, ou quando recebe a informação do padrão através do código de barras da etiqueta que é passada pelo scanner de infra-vermelhos. Este facto elimina o tempo que é perdido em testes de tentativa-erro que se fazem nas mesas de dobragem convencionais. Figura 34 - DuraBend 211 (KRB, 2010). Figura 35 - DuraBend em fábrica (CPI, 2007). Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Civil 61

63 Caso os padrões de dobragem sejam muito complicados, e não possam ser realizados pelas máquinas atrás referidas, então a KRB apresenta como solução uma das suas estribadoras automáticas. Uma das estribadoras da KRB mais avançadas tecnologicamente é a ServoForm (Figura 36), é totalmente comandada por processos electromecânicos e pode processar varões discretos de 20mm individualmente, ou simultaneamente dois varões de 16mm, fornecidos à máquina por bobina ou em lotes discretos. Figura 36 - Servo Form 1020ST (CPI, 2007) Com o Compact Rebar Shop da KRB, 3 a 4 homens podem comandar uma linha de produção. Muitas empresas de pré-moldagem de aço estão a aderir a este tipo de sistema integrado em detrimento dos métodos tradicionais, aos quais estão associados excessivos tempos de toque na manipulação do material em fábrica (CPI, 2007). 3.2 Equipamento de corte e dobragem de aço em estaleiro de obras Equipamento portátil 11 de corte e dobragem de aço em estaleiro de obras O desenvolvimento do equipamento de corte e dobragem de aço nos últimos anos, ao nível do estaleiro de obras, apoiou-se sobretudo no desenvolvimento da tecnologia portátil, nomeadamente de microchips. Com a possibilidade de utilização de baterias portáteis cada vez mais autónomas, as mesmas vieram anunciar a chegada dos equipamentos de corte e dobragem leves e duráveis, e que para além da boa eficiência também permitem melhorar a produtividade, reduzir os custos do trabalho, diminuir o tempo de inactividade condicionado pelas condições meteorológicas, aumentar a segurança no trabalho de corte e/ou dobragem, diminuir o consumo de energia e ter um melhor desempenho comparativamente ao equipamento tradicional (adaptado de Jain, 2007). Este tipo de equipamento veio tornar possível a realização de trabalhos que no passado apenas eram concretizáveis no estaleiro de armaduras da obra ou em estaleiro central. Embora os equipamentos 11 Ao longo do documento, quando se faz referência a equipamento portátil, entenda-se todo o equipamento que pode ser transportado por um trabalhador, excluindo as ferramentas manuais. Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Civil 62

64 portáteis alimentados por bateria ainda representem um nicho de mercado, estes são bastante úteis em locais com difícil acesso a energia da rede pública (Palmer, 2003), como por exemplo na construção de parques eólicos, mais concretamente na armação dos maciços de fundação dos aerogeradores, pois estes parques eólicos geralmente ficam situados em locais remotos. Esta nova categoria de equipamento de corte e dobragem é composta por equipamentos leves, pequenos e que podem ser facilmente transportáveis para o local da obra e dentro da mesma. O seu baixo peso e resistência a condições meteorológicas adversas deve-se ao facto deste equipamento ser constituído por materiais compósitos. Existem máquinas portáteis com a capacidade de cortar, dobrar e algumas ainda com a combinação destas duas funções. Ao passo que, no passado tais tarefas eram realizadas com recurso a meios térmicos (maçarico), no entanto este processo tinha o grande inconveniente de alterar as propriedades mecânicas do aço, e consequentemente enfraquecia a estrutura molecular do mesmo (adaptado de Jain, 2007). Feingold (2007) cita no seu artigo Sean O Connor da Badger Swimpools, o qual declara que na indústria da construção de equipamentos aquáticos (piscinas, parques aquáticos, etc), metade do aço é moldado em estaleiro central, a outra metade é moldada em obra através de equipamento portátil, pois são trabalhos cujas geometrias de dobragem são muitas vezes irregulares e difíceis de encomendar a sua pré-moldagem em estaleiro central em tempo útil. O uso de ferramentas manuais para dobrar varões de aço é um trabalho fisicamente bastante duro, no entanto com o aparecimento do equipamento portátil de corte e dobragem, alimentado com bateria ou ligado à corrente eléctrica, veio tornar este trabalho mais seguro e menos prejudicial para a saúde do trabalhador, pois tanto o equipamento de corte e/ou dobragem sem fios como o com fios, são suficientemente leves para serem transportados e usados pela obra durante um dia inteiro de trabalho (Palmer, 2003). Segundo Frank Olah (presidente da Fascut, empresa que comercializa este tipo de equipamento), um trabalhador com recurso a este equipamento consegue fazer o trabalho de dois trabalhadores em metade do tempo, ou seja, faz o trabalho de 4 trabalhadores caso o trabalho fosse feito manualmente (Feingold, 2007). Foi graças à grande versatilidade deste tipo de equipamento, como acontece com o EZEBender, cuja cabeça de dobragem pode rodar 360º, que Don Shahan da Harris Rebar conseguiu poupar 1h30m de trabalho por cada coluna numa obra do Metro de Vancouver que lhe foi adjudicada, a qual previa a construção de 300 colunas com ângulos de dobragem de varões até aos 135º, para além do menor tempo a realizar a tarefa, caso esta fosse executada com ferramentas manuais, o aspecto final também não seria tão bom. Por vezes, devido a erros de projecto ou de desenho, os empalmes nos pilares têm que ser feitos para dentro da laje, quando isto sucede, os varões normalmente têm diâmetros demasiado grandes para poderem ser dobrados à mão com recurso a ferramentas manuais. Uma vez mais o equipamento portátil de moldagem de aço consegue resolver este tipo de situação, com as vantagens adicionais de se respeitar o ângulo de dobragem recomendado e não provocar fendilhação ou até desagregação da parte do pilar já betonada, que aconteceria caso se tentasse dobrar as pontas dos varões por exemplo com uma marreta (adaptado de REHANA, 2008). Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Civil 63

65 Figura 37 - Equipamento portátil de dobragem da EZEBend (EZE, 2010). Há já longos anos, antes do aparecimento dos equipamentos portáteis, que os equipamentos corte e dobragem de aço em estaleiro de obras estão disponíveis no mercado, os mesmos chegam a pesar mais de 100kg, ao passo que os portáteis conseguem pesar menos de 20kg, podendo cortar e dobrar varões de 16mm (Jain, 2007). A empresa EZEBend desenvolveu um sistema em que o módulo de corte ou dobragem está separado e ligado a uma bomba hidráulica, isto é, o operador apenas necessita de manejar o módulo, já que a energia que o alimenta, através da bomba hidráulica, está separada do módulo, tornando-o muito mais leve (cerca de 8kg) e fácil de manejar como se pode ver na Figura 38 e Figura 39 (adaptado de Palmer, 2003). Figura 38 - Máquina de dobragem portátil com componente hidráulico e de comandos separados do módulo de dobragem (Palmer, 2003). Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Civil 64

66 Figura 39 - Equipamento portátil de dobragem da EZE Bend que pode ser manobrado apenas com uma mão (Palmer, 2003). 3.3 Equipamento de amarração de armaduras Equipamento de pré-amarração de armaduras em estaleiro central Uma das últimas inovações no campo do equipamento de pré-amarração de armaduras em estaleiro central aconteceu em Março de 2006, quando a Contractors Materials Company instalou o seu equipamento mais recente e inovador na pré-amarração de armaduras de aço em varão, o SpinMaster. Trata-se de um equipamento fabricado pela KRB Machinery e desenhado pela empresa dinamarquesa Arm-Tec, tendo sido o primeiro do género a ser instalado nos Estados Unidos. O SpinMaster une literalmente comprimentos individuais de varões com arame recozido numa malha e num único plano monolítico, esta malha é entregue no estaleiro da obra em forma de rolo, bastando depois a sua elevação para o local onde será posteriormente aplicada. O rolo é colocado e desenrolado para fora, ficando a malha de varões desenrolada num plano único, seguidamente outro rolo é colocado e desenrolado perpendicularmente ao primeiro, obtendo-se no final a malha de armaduras prescrita em projecto. Poder-se-ia pensar que o SpinMaster apenas teria aplicações em planos horizontais, contudo na Europa também tem tido grande sucesso em aplicações verticais (CMC, 2010). Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Civil 65

67 Figura 40 - SpinMaster (CMC, 2010). Figura 41 - Colocação do rolo em obra (KRB, 2010). Figura 42 - Bobinas giratórias de fixação dos varões com arame de atar (CMC, 2010). Figura 43 - Ganchos de manuseamento dos varões (CMC, 2010). Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Civil 66

68 Figura 44 - Pormenor de dispositivos giratórios de fixação dos varões com arame de atar (CMC, 2010). Figura 45 - Pormenor de dispositivos giratórios de fixação dos varões com arame de atar em funcionamento (CMC, 2010). Figura 46 - Bobina que fica no interior do rolo de varões (CMC, 2010). Figura 47 - Marcação de spray para se detectar facilmente por onde acaba o rolo e facilitar a colocação em obra (CMC, 2010). O SpinMaster trabalha numa gama de diâmetros de varão entre os 3mm e os 35mm. O comprimento (ou largura) do rolo é determinado pela capacidade de manuseamento de materiais no respectivo estaleiro da obra, contudo o peso do rolo não pode superar as 5 toneladas. O espaçamento entre varões é ajustável por computador e pode variar entre 7,5cm e 45cm. Relativamente ao comprimento dos varões, este está compreendido entre os 2,4 e os 18m (CMC, 2010). A grande vantagem da malha produzida pelo SpinMaster reside sobretudo no tempo economizado (cerca de 80%) e eficiência no manuseamento de materiais. Além disso, para resistir às pressões hidráulicas aquando da colocação do betão, apenas alguns varões (sobretudo os do centro e cantos da laje) necessitam de ser amarrados nas suas intersecções, ou seja, há também uma redução de custos neste campo (CMC, 2010). Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Civil 67

69 3.3.2 Equipamento portátil de amarração de armaduras em estaleiro de obras Em Abril de 2003 o Fórum da Inovação na Construção premiou no campo da Inovação na Construção dois equipamentos de amarração de armaduras em estaleiro de obras, o U-Tier da Toyojamco Ltd. e o Rebar Tier da MaxUSA. Segundo Palmer (2003), estes dois equipamentos revolucionaram a forma como as armaduras são amarradas. Qualquer uma destas ferramentas automáticas faz a mesma coisa, primeiro envolve os varões com o arame recozido, depois torce-o, e por último corta o arame recozido de atar, deixando os varões bem amarrados em menos de 1 segundo, e tudo isto apenas com o puxar de um gatilho, reduzindo em cerca de 1/3 o tempo necessário para executar uma amarração (Palmer, 2003). O U-Tier está disponível em 2 modelos, um longo e vertical para amarração de armaduras em lajes e que possibilita ao operador não ser obrigado a dobrar-se para executar o trabalho (ver Figura 55); e outro mais curto, ideal para usar na horizontal em amarração de armaduras de elementos como por exemplo, pilares e colunas. Quanto a peso, nenhum dos 2 modelos excede os 3,2kg (Palmer, 2003). Figura 48 - Os modelos vertical e horizontal da Toyojamco, respectivamente (U-Tier,2010). A MaxUSA possui actualmente vários modelos que variam na capacidade de amarração e podem ser vistos nas figuras abaixo. Os modelos RB 395 e RB 515 amarram os varões com 3 voltas de arame recozido de atar por amarração, tal como mostra a Figura 53, no entanto o 515 ainda pode ser ajustável para executar 4 voltas, sendo por isso mais indicado para varões de grande diâmetro (ø25mm). Ao passo que, os modelos RB650A e RB655 executam apenas uma volta por amarração (Figura 54) e são adequados para armaduras de grande diâmetro (superior a ø25mm), sendo que o 655 ainda apresenta a vantagem de possuir um motor que oferece mais eficiência e mais tempo de vida útil à bateria, trazendo consequentemente um aumento de produtividade de 30%, por carga de bateria. Todos os 4 modelos anteriormente descritos permitem que o processo de amarração de armaduras seja 5x mais rápido que o processo manual e para além disso são bastante leves, pois nenhum pesa mais de 3,3kg (MaxUSA, 2010). Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Civil 68

70 Figura 49 - RB 395 (MaxUSA, 2010). Figura 50 - RB 650A (MaxUSA, 2010). Figura 51 - RB 515 (MaxUSA, 2010). Figura 52 - RB 655 (MaxUSA, 2010). Figura 53 - Amarração com 3 voltas com arame recozido de atar nº21 (MaxUSA, 2010). Figura 54 - Amarração com 1 voltas com arame recozido de atar nº16 (MaxUSA, 2010). O trabalho manual na amarração de varões de aço é um trabalho difícil e que pode ter efeitos sérios a nível da saúde do trabalhador, desde o stress desenvolvido em várias partes do corpo às dores de cabeça e pés doridos. De todos estes problemas, os de costas assumem a liderança, seguindo-se de perto os problemas nos braços e pulsos. A amarração manual castiga severamente os pulsos dos trabalhadores, porque são das partes do corpo mais solicitadas quando aqueles têm que transportar, colocar e amarrar varões. Actualmente, já existem vários estudos e estatísticas que dão conta da diminuição dos sintomas da síndrome do túnel carpal 12 (ver Figura 57) e do dano dos discos, fruto do uso do equipamento portátil de amarração disponível no mercado, que para além de leve e fiável também permite em determinadas circunstâncias que o trabalho seja executado constantemente em pé, numa posição direita e ergonomicamente correcta. Para além das vantagens ergonómicas, temse como consequência directa que o trabalho é executado mais rapidamente e com maior eficiência, acarretando por isso poupança de tempo e custos, com o consequente aumento das margens de lucro (REBARTOOL, 2009). 12 Síndrome do túnel carpal - é o nome pelo qual se refere uma doença que ocorre quando o nervo mediano, que passa pela região do punho chamada túnel do carpo, fica submetido a uma compressão. Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Civil 69

71 Figura 57 - Síndrome do túnel carpal (MaxUSA, 2010). Figura 55 - O U-Tier em uso no terreno (Palmer, 2003). Figura 56 - Descrição do processo de amarração (FastenMSC, 2010). Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Civil 70

72 4. DESCRIÇÃO DO EQUIPAMENTO DE CORTE E DOBRAGEM DE AÇO EM VARÃO Quando um construtor precisa de cortar e/ou dobrar varões de aço, ele tem 3 opções: Possui ferramentas manuais para uso das suas equipas de trabalho e assim realiza essa tarefa; Recorre a máquinas de corte e/ou dobragem no estaleiro de obras ou na sua oficina; Contrata o serviço a um fornecedor de aço pré-moldado. Os construtores afirmam que não há diferença de qualidade entre as 3 opções apresentadas (Feingold, 2007). Caso se analisem as práticas e metodologias seguidas no passado, relativamente ao trabalho executado por equipamento de corte e dobragem de aço em varão, facilmente se chegará à aparente conclusão de que se tratava de um trabalho que era executado no terreno, com um nível de dificuldade e exigência associados bastante elevados. Os equipamentos caracterizavam-se por serem bastante pesados e volumosos, e por vezes perigosos. Felizmente, graças à tecnologia moderna, foram desenvolvidos e melhorados novos equipamentos, que primam por serem mais pequenos e portáteis (tecnologia sem fios através de baterias portáteis) (adaptado de USINGREBAR, 2009). Quando um construtor necessita de adquirir este tipo de equipamento, a leitura e compreensão das especificações do mesmo são deveras de grande importância. Na actualidade, várias empresas distribuídas pelo globo, com especial enfoque nos Estados Unidos da América, China e Japão, produzem vários produtos diferentes relacionados com o corte e dobragem de aço em varão, em que cada um dos seus produtos tem as suas próprias vantagens e que devem ser cuidadosamente avaliadas no que se refere à adequação do equipamento para o trabalho pretendido. A velocidade de corte e/ou dobragem bem como o diâmetro máximo do varão são duas das características técnicas mais comuns e importantes a serem tidas em conta. Não obstante, modelos diferentes contêm características diferentes, tais como capacidade de montagem ou microprocessadores para uma dobragem precisa e uniforme no que respeita aos ângulos de dobragem. Qualquer uma destas características pode reduzir drasticamente os custos de corte e/ou dobragem de aço em varão em estaleiro de obras, pelo que a obtenção de conhecimento acerca deste equipamento e das práticas relacionadas com o mesmo, exige uma pesquisa cuidada da oferta existente no mercado e da correcta compreensão das necessidades do projecto (adaptado de USINGREBAR, 2009). Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Civil 71

73 Neste capítulo serão apresentados alguns exemplos de equipamento de corte e dobragem de aço em varão, tendo-se optado por dividir este equipamento em 3 grandes grupos, o primeiro de equipamento de corte, o segundo de dobragem e por último o equipamento combinado de corte e dobragem. Dentro destes 3 grupos far-se-á uma subdivisão em 4 partes: Ferramentas manuais; Máquinas tradicionais de estaleiro de obras; Equipamento portátil 13 ; Máquinas de estaleiro central Equipamento de corte Ferramentas manuais de corte Nos dias de hoje este tipo de ferramenta geralmente só se encontra em pequenas obras, pois já existe actualmente no mercado uma ferramenta combinada de corte e dobragem que faz com que o uso de ferramentas que só efectuem corte sejam apenas usadas em pequenos volumes de trabalho. Quando se fala de ferramentas manuais de corte, fala-se sobretudo de tesouras e guilhotinas. Em baixo podem-se ver alguns exemplos destas ferramentas e as suas principais características. Características: Sistema hidráulico de compressão Comprimento: 33cm Figura 58 - Ferramenta de corte hidráulica (VANFO, 2010). Figura 59 - Ferramenta de corte hidráulica exemplo de manuseamento (VANFO, 2010). Peso: 5,5 kg 13 O equipamento portátil descrito neste capítulo faz parte do portfolio da empresa Benner-Nawman Inc., empresa que no panorama actual está na vanguarda do equipamento portátil que é disponibilizado no mercado a nível mundial, pelo que os seus produtos são uma amostra representativa deste tipo de equipamento. 14 As máquinas de estaleiro central que serão apresentadas neste capítulo são da norte-americana KRB Machinery Company e do Grupo italiano Schnell, que são actualmente duas das empresas com maior expressão a nível mundial na venda deste tipo de equipamento. Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Civil 72

74 Características: Corta varões com diâmetro entre os 12 e os 16mm Figura 60 - Tesoura de corte de varão (ANTÓNIO&JOÃO, 2010). Possui lâminas removíveis, as quais têm 3 lados de corte Figura 61 - Tesoura de corte - pormenor (ROGERS, 2010). Figura 62 - Guilhotina (ANTÓNIO&JOÃO, 2010). O chassi da guilhotina é fabricado em aço soldado. As partes que têm de suportar as maiores pressões são fabricadas em aço de alta qualidade. Uma liga de aço especial foi criada para o fabrico das lâminas, que têm 8 lados de corte. Com estas lâminas é possível cortar aço com uma resistência ate 1000MPa. Os modelos CR-28 e CR-32 têm duas posições para colocar o braço, o que reduz significativamente o esforço necessário para realizar o corte (ANTÓNIO&JOÃO, 2010) Máquinas tradicionais de corte em estaleiro de obras As máquinas que nesta dissertação são designadas por máquinas tradicionais em estaleiro de obras, dizem respeito às máquinas que normalmente se encontram na maioria das obras executadas em Portugal, sobretudo de edifícios. Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Civil 73

75 As máquinas de corte são máquinas medianamente pesadas, sendo colocadas no estaleiro de armaduras e manobradas usualmente por 2 operadores, um que executa o corte propriamente dito e outro que vai fornecendo e ajudando no manuseamento dos varões. Alguns sub-empreiteiros quando executam obras cujas quantidades de aço não são significativas, ao invés de ter este tipo de máquina em obra, tem-na na sua oficina e transportam para a obra o aço já previamente cortado. No Quadro 4 são apresentados 3 modelos que estão disponíveis no mercado actualmente, desde o mais leve (C22) ao mais robusto (C70). Quadro 4 - Características de máquinas tradicionais de corte em estaleiro de obras. Figura 63 - Cortadora C22 (OFMER, 2010). Figura 64 - Cortadora C42 (MUNDITUBO, 2010). Figura 65 - Cortadora C70 (SIMPEDIL, 2010). Características: Características: Características: Cortes/minuto: 125 Cortes/minuto: 60 Cortes/minuto: 38 Dimensões(cm): 71x40x69 Dimensões (cm): 102x60x88 Dimensões (cm): 162x81x109 Peso: 125 kg Peso: 380 kg Peso: 1350 kg Capax. de corte: Capax. de corte: Capax. de corte: 1ø20, 3ø10 (R 65 kg/mm2) 1ø42, 3ø14 (R 45 kg/mm2) 1ø60, 3ø34 (R 65 kg/mm 2 ) 1ø18, 3ø8 (R 85 kg/mm2) 1ø34, 3ø12 (R 65 kg/mm2) 1ø50, 3ø28 (R 85 kg/mm 2 ) 1ø32, 3ø10 (R 80 kg/mm2) Duas reduções para aumentar a potência do corte, consumindo menos energia Comando mecânico por alavanca e com pedaleira eléctrica Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Civil 74

76 Características comuns: Todas as máquinas estão equipadas com reduções permitindo aumentar o poder de corte com um consumo mínimo de energia. O corpo das máquinas inclui engrenagens axiais feitas em ferro forjado e tratado, e as peças de rotação estão em banho de óleo numa forte amarração feita em ferro. As duas primeiras máquinas têm dois modos de operação; manual e por pedal, o que permite operar em qualquer situação adversa. As lâminas amovíveis têm várias posições de corte. Estas máquinas estão também equipadas com um interruptor magneto-térmico com uma bobina de disparo. As máquinas são equipadas com todos os dispositivos que atendem às normas vigentes de segurança, nomeadamente Directiva Máquinas 98/37 CEE. (MUNDITUBO, 2010). No lote de oferta de máquinas de corte, a SIMPEDIL S.r.l. conta ainda com uma cortadora hidráulica, a HC45. Características: Cortes/minuto: 30 Dimensões (cm): 98x60x80 Peso: 380 kg Capax. de corte: 1ø34, 2ø22, 3ø18 (R 85 kg/mm2) Figura 66 - Cortadora HC45 (SIMPEDIL, 2010). Esta máquina quando comparada com as cortadoras mecânicas tem várias vantagens: Total falta de necessidade de manutenção; Reforço da segurança em caso de emergência (com a tampa aberta a maquina não corta); Versatilidade considerável em diferentes ambientes de trabalho (mais quentes do que frios), bastando simplesmente adaptar o tipo de óleo hidráulico. O Quadro 5 mostra um resumo das características das máquinas cortadoras disponibilizadas pela MUNDITUBO. Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Civil 75

77 Quadro 5 - Resumo de características técnicas das cortadoras (MUNDITUBO, 2010) Equipamento portátil de corte No quadro abaixo são descritas algumas das características principais do equipamento portátil de corte da Benner-Nawman Inc. Quadro 6 - Características de equipamento portátil de corte (BN, 2010). Figura 67 - DCC-1618 (BN, 2010). Figura 68 - DC-32WH (BN, 2010). Características: Características: Cortes (c/ bateria totalmente carregada): 75 Velocidade de corte: 7seg (c/ pressão de 45ton) Velocidade de corte: 5 segundos Peso: 35,8 kg Peso (c/ bateria): 7,3 kg Dimensões (cm): 59,1x18x27,2 Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Civil 76

78 Dimensões (cm): 46x9,8x24 Capacidade de corte: Ø32mm Rotação da cabeça de corte: 345º Ideal para trabalhos em pontes e viadutos Capacidade de corte: Ø16mm Pode ser acoplado a uma mesa de corte Máquinas de corte em estaleiro central Linha de corte automático da KRB A linha de corte automático da KRB é um dos sistemas de corte de varões de aço mais avançado do mundo. Desenhado para maximizar a produtividade e a segurança do operador, este sistema permite também poupança de tempo e de custos operacionais. Graças à sua concepção modular é possível agregar outros produtos da KRB que aumentarão a produção e os lucros. Quando combinada com um sistema de software e outros equipamentos de produção automatizada, a linha de corte da KRB consegue taxas de produção e rendimento muito elevadas, resultado também do facto de que os varões de aço são processados automaticamente, desde a sua chegada à fábrica até à sua expedição final em camiões. (KRB, 2010). Figura 69 - Linha de corte automático da KRB (KRB, 2010). Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Civil 77

79 Abaixo é mostrado o processo de corte, no qual os varões são colocados pouco emaranhados nos braços metálicos de pré-carregamento que estão por cima do tapete rolante, garantindo desta forma a continuidade do processo, pois enquanto um grupo de varões é cortado, já outro grupo está a ser agrupado e preparado para corte. Após o corte efectuado pela guilhotina os varões são colocados no compartimento de armazenamento designado. Quadro 7 - Processo de corte automático (KRB, 2010). Principais características técnicas: Velocidade do tapete rolante: 92m/min Opção por 2, 3, 4, ou 5 compartimentos de armazenamento Os comandos são dados no ecrã por touch control Capacidade para corte de 10 varões ø35mm em simultâneo Comunicação sem fios entre a consola de controlo e o computador central Linha de corte automático da Schnell A linha de corte automático da Schnell é totalmente modular, possibilitando a escolha da solução que mais convirá. Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Civil 78

80 Figura 70 - Linha de corte automático da Schnell (SCHNELL, 2010). Segundo a Schnell, aquando da aquisição de uma linha de corte o primeiro factor de escolha é o tipo de guilhotina que se precisa para efectuar o trabalho dependendo do número de varões e diâmetro que se pretende cortar, tal como mostra o Quadro 8. As guilhotinas são hidráulicas, a CGS450 por exemplo, possui uma lâmina de 45cm montada numa base móvel, que ao posicionar-se sob os varões assegura um corte com precisão absoluta. A CGS450 consegue cortar simultaneamente 30 varões de Ø16mm ou 2 varões de Ø50mm, numa frequência de 12 a 15 cortes/minuto (SCHNELL, 2010). Quadro 8 - Capacidade de corte das guilhotinas da Schnell (SCHNELL, 2010). Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Civil 79

81 Figura 71 - Guilhotina CGS450 da Schnell (SCHNELL, 2010). O segundo factor de escolha diz respeito ao sistema de armazenamento e fornecimento dos varões à guilhotina de corte. Os varões poderão ser logo colocados no tapete rolante, ou então nos compartimentos de armazenamento para serem cortados mais tarde. O equipamento da Schnell responsável por este fornecimento é o MegaGenius (Figura 72). Figura 72 - MegaGenius (SCHNELL, 2010). O MegaGenius é extremamente rápido quando comparado com o processo de fornecimento manual, o que desde logo aumenta a produtividade da linha de corte. O MegaGenius está equipado com uma unidade de controlo independente, podendo funcionar em 3 modos distintos: automático, semi- automático ou manual, consoante o nível de automatização da linha de corte (SCHNELL, 2010). Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Civil 80

82 Figura 73 - Unidade de controlo do MegaGenius (SCHNELL, 2010). Figura 74 - Screenviews da unidade de controlo do MegaGenius (SCHNELL, 2010). O funcionamento do MegaGenius pode ser resumido nos seguintes passos: 1º - O dispositivo magnético baixa até ao atado de varões, levantando alguns varões a meio do seu comprimento (Figura 75); Figura 75 - Dispositivo magnético do MegaGenius (SCHNELL, 2010). 2º - Os varões erguidos são contados por um dispositivo de contagem, os varões excedentes são deixados cair de novo para o atado; Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Civil 81

83 Figura 76 - Contagem de varões pelo MegaGenius (SCHNELL, 2010). 3º - Através de dois carrinhos de separação (Figura 77), os varões que são escolhidos e contados, são então separados dos restantes; Figura 77 - Carrinho de separação do MegaGenius (SCHNELL, 2010). 4º - Quando os carrinhos de separação (Figura 78) chegam ao fim do seu percurso, deixam cair os varões em cima de braços metálicos; Figura 78 - Braços metálicos do MegaGenius (SCHNELL, 2010). Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Civil 82

84 5º - Os braços metálicos por seu turno descarregam o número de varões especificado no tapete rolante. Figura 79 - Descarregamento dos varões dos braços metálicos do MegaGenius para o tapete rolante (SCHNELL, 2010). Como dito anteriormente, a Schnell disponibiliza um conjunto de compartimentos de armazenamento (racks) automatizados ados que servem para armazenamento dos varões antes do corte (Figura 80). Os compartimentos de armazenamento podem ter de 1 a 8 compartimentos, estes estão equipados com braços pneumáticos arqueados, para permitir que os varões deslizem para os níveis inferiores. Figura 80 - Cavaletes (racks) de armazenamento dos varões antes do corte (SCHNELL, 2010). 6º - Para os varões serem cortados na medida exacta, ao longo do tapete rolante, situado a jusante da guilhotina, estão posicionados medidores em chapa de aço (Figura 81), desta forma é garantido que o corte é realizado com o tamanho pretendido. Após o corte, um segundo medidor define o Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Civil 83

85 posicionamento correcto dos varões antes de serem descarregados para os respectivos compartimentos de armazenamento posicionados paralelamente ao tapete rolante. Figura 81 - Medidores em chapa de aço (SHNELL, 2010). 7º - Os varões são descarregados para os compartimentos de armazenamento (Figura 82) através de dispositivos pneumáticos, como os que se apresentam na Figura 83 (SCHNELL, 2010). Figura 82 - Diversos racks de armazenamento dos varões após o corte (SCHNELL, 2010). Figura 83 Dispositivos pneumáticos de descarga dos varões nos racks (SCHNELL, 2010). Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Civil 84

86 4.2 Equipamento de dobragem Ferramentas manuais de dobragem A ferramenta manual de dobragem mais comum é a chave de dobragem, a qual é utilizada na moldagem de varões de aço para cotovelos, patilhas, estribos, etc. Associada a esta ferramenta temse normalmente uma bancada com ficha de apoio à dobragem. Um dos fornecedores deste tipo de ferramentas, nomeadamente a Hickybar.com (HICKYBAR, 2010), tem 3 modelos disponíveis no mercado: a) Tipo A Este tipo de chave de dobragem caracteriza-se por ter 3 pernos, sendo bastante útil na construção personalizada de piscinas e spas, e sobretudo na execução de pequenas obras. Figura 84 - Chave de dobragem do tipo A (HICKYBAR, 2010). Pode ser adquirido com 2 tamanhos diferentes, um com cerca de 61cm e o outro com 76cm, dependendo da necessidade do efeito de alavanca e da precisão da dobragem que se pretenda. Ambos dobram varões com diâmetros compreendidos entre os 10 e os 16mm. Figura 85 - Processo de dobragem com chave de dobragem do tipo A (HICKYBAR, 2010). Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Civil 85

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