C. F. N. SOUSA A.S. ADAMATTI

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1 INVESTIGAÇÃO DOS REQUISITOS DA NORMA BS EN 13374:213 EM DISTINTOS SISTEMAS PROVISÓRIOS DE PROTEÇÃO DE PERIFERIA A EFEITOS DE CARGAS ESTÁTICAS CLASSE A C. F. N. SOUSA A.S. ADAMATTI Acadêmica de Eng. Civil Acadêmico de Eng. Civil camilanatus@gmail.com alexandreadamatti@gmail.com L.K. ZUCHETTO Acadêmica de Eng. Civil leticiakauer@gmail.com J. FIGUEIRÓ Acadêmico de Eng. Civil jonfigueiro@unisinos.br U.C.M. QUININO Ms. Eng. Civil uquinino@unisinos.br RESUMO A falta de padronização e diversidades de projetos de sistemas de proteção coletiva, associada à precária fiscalização dos órgãos competentes ou inobservância das normas, contribui para a ocorrência de acidentes. Com o propósito de esclarecer aspectos técnicos de dimensionamento e morfologia contemplados em recomendações normativas, para estes dispositivos, o presente estudo propõe investigar o desempenho estrutural de Sistemas Provisórios de Proteção de Periferia com proposições diferentes (madeira, metal e combinação), obedecendo aos critérios de dimensão mínima e distribuição de componentes estabelecidos por norma. Nesta investigação, os dispositivos são submetidos aos requisitos previstos na norma British Standard European Norm EN 13374:213 Temporary edge protection systems Product specification, test method.213. Por essa razão, torna-se imperativo a realização de experimentos que possam gerar fatores de correlação para viabilizar e potencializar a confiança dos resultados de testes de resistência mecânica. 1. INTRODUÇÃO Em um período de 7 anos (entre 21 e 27), houve um aumento de 93% na ocorrência de acidentes de trabalho em obras [1], e a construção civil continua liderando o setor com maior número de acidentes. Em destaque, a estruturação preventiva de segurança para risco de quedas de altura ainda é um problema grave e está, emergencialmente, necessitando de novas reformulações, embora haja decretos visando à prevenção destes acidentes[3]. É obrigatória, na periferia da edificação, a instalação de proteção contra queda de trabalhadores e projeção de materiais, a partir do início dos serviços necessários à concretagem da primeira laje [2], [4]. A presente pesquisa, visando colaborar com as exigências regulamentadas, propõe estudar experimentalmente o comportamento de distintos sistemas de proteção de periferia, devidamente projetados com finalidade principal de funcionar como elemento que impeça a queda de pessoas e/ou objetos em contornos de lajes, telhados, escadas e quaisquer áreas/superfícies horizontais caso seja necessária à proteção. As proteções citadas se diferem quanto ao material utilizado para constituição das peças, geometria e morfologia, bem como a fixação e vinculação. Faz parte desta investigação evidenciar sua adequação frente às especificações mínimas previstas [5], [6], [7]. Além disso, estabelecer uma análise comparativa, evidenciando pontos positivos e/ou negativos de cada sistema, cujo procedimento, requisitos e recomendações são adotados [1]. 1

2 Souza, C. F. N.; Adamatti, A. S.; Zuchetto, L. K.; Figueiró, J.; Quinino, U. C. M. Investigação dos requisitos da norma BS EN 13374:213 em distintos sistemas provisórios de proteção de periferia a 2. DESCRIÇÃO DO MATERIAL De um modo geral, os protótipos são projetados, cujos elementos constituintes básicos obedecem às dimensões e designações [1], na qual são descritos da seguinte forma: (a) Travessão superior: longarina ou elemento contínuo que forma parte superior do sistema provisório de proteção de periferia; (b) Travessão intermediário: longarina ou elemento contínuo colocado entre o travessão superior e a superfície de trabalho; (c) Rodapé: elemento disposto junto à superfície de trabalho; (d) Montante: suporte vertical principal do sistema provisório de proteção de periferia no qual se fixam os travessões e rodapé; (e) Tela de segurança: tela contra queda de materiais; (f) Peça de enchimento: Preenche o espaço entre a face da viga, os travessões e o rodapé, permitindo a elevação das fiadas da alvenaria de fechamento do pavimento, sem que haja obstrução do sistema de proteção. Os elementos de proteção foram vinculados aos dispositivos de apoio que simulam a elevada rigidez das vigas às quais estarão fixados em obra. 2.1 Tipos de Sistemas de Proteção Sistema de Proteção I Madeira Os elementos do sistema de madeira (montantes, travessão superior, travessão intermediário, rodapé e peça de enchimento), são de madeira serrada, cuja espécie é o eucalipto, fixados entre si através de pregos. A tela de segurança está unida aos elementos através de grampos metálicos. A Figura 1, ilustra a geometria adotada para este tipo de sistema, bem como as dimensões entre componentes Sistema de Proteção II Metálico Figura 1: Dimensões e montagem do sistema de proteção de madeira Fonte: RT Este sistema é constituído de tubos e chapas metálicas de aço estrutural A36 - SAE 12, bem como de tela de proteção do tipo alambrado com malha 5x15 cm e arame com diâmetro = 2,5 mm. Na Figura 2 é possível observar o detalhamento das peças e sistema, bem como vinculação externa. Figura 2: Dimensões e montagem do sistema metálico de proteção Fonte: RT

3 Souza, C. F. N.; Adamatti, A. S.; Zuchetto, L. K.; Figueiró, J.; Quinino, U. C. M. Investigação dos requisitos da norma BS EN 13374:213 em distintos sistemas provisórios de proteção de periferia a Para a fixação dos quadros junto aos montantes, foram empregados calços e braçadeiras metálicas, bem como parafusos de ajuste. As telas de segurança, por sua vez, foram fixadas aos quadros metálicos com o auxílio de soldas Sistema de Proteção III Misto Muito similar aos protetores I (madeira), no que tange aos elementos constituintes horizontais (travessões e rodapé), o sistema misto dispõe de barras de madeira (eucalipto) que servem como elemento de fechamento e base para fixação da tela de segurança que, por sua vez, é firmada junto ao travessão superior e rodapé, onde grampos são, cuidadosamente, espaçados, garantindo a sua disposição final. Os montantes são tubos retangulares metálicos (aço estrutural - A36), cujas dimensões e detalhamento podem ser visualizados na Figura 3. Neste modelo, os elementos de madeira são vinculados aos montantes através de cantoneiras (guias) que permitem o encaixe perfeito e, posteriormente, pregos são utilizados para garantir que não haja desprendimento das uniões. Figura 3: Dimensões e montagem do sistema de proteção mista Fonte: RT PROGRAMA EXPERIMENTAL Para atingir os objetivos indicados no item 3 desta Comunicação, foi adotado o método dividido em duas etapas distintas, apresentadas a seguir: (a) Etapa I Estado Limite de Serviço: aplicação de cargas horizontais e verticais e medição dos deslocamentos nas direções das cargas aplicadas (b) Etapa II Estado Limite Último: aplicação de cargas horizontais e verticais, combinados com o vento e da perda de estabilidade. As cargas em questão estão relatadas no Relatório Técnico 1 Verificação dos requisitos de carga estática para sistemas provisórios de proteção de periferia com montantes metálicos classe A. 213, no - Relatório Técnico Verificação dos requisitos de carga estática para sistemas provisórios de proteção de periferia estrutura metálica classe A. 213 e também no Relatório Técnico Verificação dos requisitos de carga estática para sistemas provisórios de proteção de periferia de madeira classe A Sistema de aplicação de cargas A proteção - Classe A - é projetada para resistir somente às ações estáticas horizontais e verticais e deve atender aos requisitos de carga previstos [1]. Tanto para a verificação do ELS, bem como para ELU, os protetores são submetidos a um arranjo de cargas [1]. Nestas especificações, são preditas cargas concentradas horizontais e verticais em cada um dos componentes do sistema de proteção de periferia montantes, travessão superior, rodapé e tela de proteção contra queda de materiais não necessitando serem consideradas como simultâneas [1] Leitura dos Deslocamentos Como mencionado no item anterior, cada um dos componentes é submetido a uma carga horizontal FH, ou uma carga vertical FV. Na verificação do ELS, a flecha é medida na direção de cada uma das cargas horizontais, aplicadas transversalmente aos componentes, assim como para a carga vertical aplicada em qualquer ponto do travessão superior, não devendo ser maior do que a respectiva máxima flecha elástica permitida (fmáx). Nesta fase, cada uma das amostras recebeu uma carga inicial de 1 N e mantida por um período mínimo de um minuto, tendo sido removida logo em 3

4 CARGA APLICADA F H2 [ N ] CARGA APLICADA F H3 [ N ] CARGA APLICADA F H1 [ N ] CARGA APLICADA F H1 [ N ] Souza, C. F. N.; Adamatti, A. S.; Zuchetto, L. K.; Figueiró, J.; Quinino, U. C. M. Investigação dos requisitos da norma BS EN 13374:213 em distintos sistemas provisórios de proteção de periferia a seguida. Tal procedimento tem como objetivo permitir que quaisquer folgas sejam eliminadas. Após a remoção da carga, é estabelecido o ponto de referência para medição das flechas elásticas. A partir deste ponto, na medida em que o sistema é carregado até a carga característica, é realizada a leitura do deslocamento final que, por sua vez, é comparada com os valores de flechas estabelecidos pela norma. 4. RESULTADOS A seguir, são apresentados os resultados obtidos durante os ensaios mencionados no método descrito Estado Limite de Serviço As cargas são aplicadas até o limite máximo previsto para verificação do ELS, ao mesmo tempo em que são feitas as medições dos deslocamentos em suas direções. Com o intuito de determinar a curva carga aplicada vs deslocamento na direção da carga, as leituras das flechas foram realizadas a cada 1 N de carga aplicada Sistema de Proteção I Madeira Graficamente, a Figura 4 ilustra o comportamento dos protetores de periferia de madeira para as cargas F H1 (travessão superior e montante), F H2 (travessão intermediário) e F H3 (rodapé) ELS - CARGA vs DESLOCAMENTO - HORIZONTAL - MONTANTES P DIR 1 9 ELS - CARGA EXCEPCIONAL HORIZONTAL NO TRAVESSÃO SUPERIOR 16 P ESQ 8 14 DIR ESQ DIR 5 4 P 6 ESQ DIR DESLOCAMENTO f H1[ mm ] ESQ ELS - CARGA EXCEPCIONAL HORIZONTAL NO TRAVESSÃO INTERMEDIÁRIO 5 ELS - CARGA EXCEPCIONAL HORIZONTAL NO RODAPÉ P P Figura 4: Carga horizontal ao sistema de proteção de periferia Fonte: RT Nas figuras apresentadas, a identificação P,,,, e P5 representam nomes adotados para os protótipos testados. Nestes testes, é pertinente destacar que o limite de deslocamento na direção da carga F H1 é de f H1máx=15 mm e para as direções de F H2 e F H3, a flecha máxima é limitada em f H2máx= f H3máx = 12 mm [1]. Em todos os casos, os limites de deslocamentos foram obedecidos, sem que houvesse quaisquer tipos de danos ou comprometimento da estabilidade global do sistema. Sob a ação da carga F V = 125 N vertical aplicada na metade do vão do travessão superior, intermediário e rodapé, as flechas obtidas nas direções das cargas não excederam 2 mm Sistema de Proteção II Misto A Figura 5 ilustra o comportamento dos protetores de periferia mistos para as cargas F H1 (travessão superior e montante), F H2 (travessão intermediário) e F H3 (rodapé) e, da mesma forma que os protetores constituídos de madeira, os limites de deslocamentos foram obedecidos

5 CARGA APLICADA F H1 [N] CARGA APLICADA F H3 [N] CARGA APLICADA [ N ] CARGA APLICADA F H3 [ N ] CARGA APLICADA F H1 [ N ] CARGA APLICADA F H2 [ N ] Souza, C. F. N.; Adamatti, A. S.; Zuchetto, L. K.; Figueiró, J.; Quinino, U. C. M. Investigação dos requisitos da norma BS EN 13374:213 em distintos sistemas provisórios de proteção de periferia a ELS - CARGA EXCEPCIONAL HORIZONTAL NO TRAVESSÃO SUPERIOR ELS - CARGA EXCEPCIONAL HORIZONTAL NO TRAVESSÃO INTERMEDIÁRIO P 5 4 P ELS - CARGA EXCEPCIONAL HORIZONTAL NO RODAPÉ P Figura 5: Carga horizontal ao sistema de proteção de periferia Fonte: RT Analisando os sistemas mistos sob a ação da carga vertical (F V =125N) no travessão superior, foi possível constatar que todos os protetores testados possuem condições favoráveis de resistir à carga, uma vez que o seu desempenho foi aceitável e está de acordo com os requisitos na verificação das deformações excessivas, assim como da capacidade de carga e estabilidade. A Figura 6 indica os valores de deslocamentos medidos no centro do travessão superior, entre os montantes para uma carga crescente até o limite de 125N. Da mesma forma, sob a ação da carga F V = 125 N vertical aplicada na metade do vão do travessão intermediário e rodapé, a flecha obtida na direção da carga não deve exceder 2 mm. 14 ELS - CARGA EXCEPCIONAL VERTICAL NO TRAVESSÃO SUPERIOR P Sistema de Proteção III Metálico Figura 6: Curvas FV x fv protetores mistos Fonte: RT A Figura 7 ilustra o comportamento dos protetores de periferia metálicos para as cargas F H1 (travessão superior) e F H3 (rodapé), na qual é possível observar que os limites de deslocamentos estabelecidos pela norma foram obedecidos. 25 CARGA EXCEPCIONAL HORIZONTAL - TRAVESSÃO SUPERIOR 25 CARGA EXCEPCIONAL HORIZONTAL - RODAPÉ P P Figura 7: Carga horizontal ao sistema de proteção de periferia travessão superior e rodapé Fonte: RT

6 CARGA APLICADA F V [N] CARGA APLICADA F V [N] CARGA EXCEPCIONAL HORIZONTAL APLICADA [ N ] Souza, C. F. N.; Adamatti, A. S.; Zuchetto, L. K.; Figueiró, J.; Quinino, U. C. M. Investigação dos requisitos da norma BS EN 13374:213 em distintos sistemas provisórios de proteção de periferia a Como cada protetor possui um par de montantes, adotou-se registrar a média dos valores encontrados para os componentes do protetor. Graficamente, a Figura 8 apresenta o comportamento dos montantes dos protetores de periferia para a carga F H1. Assim como no caso da carga excepcional horizontal no travessão superior, a flecha máxima permitida pela norma para essa configuração é de F H1máx=15 mm. 14 CARGA vs DESLOCAMENTO - HORIZONTAL - MONTANTES MONTANTES P 2 MONTANTES MONTANTES MONTANTES DESLOCAMENTO NA DIREÇÃO DA CARGA - fh1 [mm] Figura 8: Carga horizontal ao sistema de proteção de periferia montante Fonte: RT Para aplicar a carga vertical no travessão superior decidiu-se adotar o emprego de uma alça (cabo de aço), reduzindo a altura das massas utilizadas com relação ao solo, garantindo a segurança dos equipamentos e operários. Sob a ação da carga F V = 125 N vertical aplicada na metade do vão do travessão superior, assim como do rodapé (travessão inferior), a flecha obtida na direção da carga não excedeu 2 mm ver Figura 9. CARGA VERTICAL NO TRAVESSÃO SUPERIOR P CARGA VERTICAL NO RODAPÉ P Figura 9: Carga vertical no sistema de proteção de periferia travessão superior e rodapé Fonte: RT Estado Limite Último Para que o sistema de proteção de periferia esteja de acordo com os requisitos estabelecidos pela norma, é imprescindível a ausência de ruptura ou desprendimento dos componentes, bem como de deformação permanente, quando submetido à ação das cargas e combinações (carga estática e ação de vento). Após a aplicação das cargas máximas previstas, respeitando o tempo de um minuto, é feita uma análise visual dos travessões, montantes, tela de proteção, ligação entre eles, assim como vinculação com o sistema de apoio Sistema de Proteção I Madeira Com o interesse de identificar a máxima carga suportada pelo componente e de avaliar a perda de estabilidade do protetor frente à ação da carga F H1, optou-se por acrescer o carregamento, levando-o até a ruptura. Em três protetores testados, aleatoriamente, a falha ocorreu de maneira esperada, uma vez que as tensões de tração atuantes superaram a resistência à tração paralela às fibras da madeira constituinte. É possível observar, por meio da Figura 1, que os sistemas de proteção resistiram à ação da carga com uma magnitude superior que a prevista em norma, quando da verificação do ELU combinação da ação da carga excepcional e ação do vento de 95 N cerca de 1,4 a 1,9 vezes maior. 6

7 CARGA ALICADA [N] CARGA APLICADA F H1 [ N ] Souza, C. F. N.; Adamatti, A. S.; Zuchetto, L. K.; Figueiró, J.; Quinino, U. C. M. Investigação dos requisitos da norma BS EN 13374:213 em distintos sistemas provisórios de proteção de periferia a 2 ELU- CARGA EXCEPCIONAL HORIZONTAL NO TRAVESSÃO SUPERIOR Figura 1: Carga horizontal no travessão superior do sistema de proteção de periferia de madeira Fonte: RT Sistema de Proteção II Misto Com o mesmo propósito ao modelo anterior, sabendo que a finalidade principal deste tipo de sistema é evitar a queda de pessoas e/ou objetos, no sentido de dentro para fora, decidiu-se avaliar o desempenho do sistema até a ruptura frente à ação horizontal no travessão superior. Recorrendo à Figura 11, nota-se que o sistema proposto possui condições favoráveis para ser empregado para a finalidade a qual se destina uma vez que a carga média de ruptura em todos os casos foi, evidentemente, superior àquela estabelecida nos requisitos da norma, no que se refere à verificação do ELU. A partir dos resultados, o valor médio da carga máxima suportada pelos travessões superiores ficou compreendido num intervalo entre 2 N a 225 N, cerca de 2 a 2,4 vezes maior ao valor considerado como requisito mínimo na norma. 3 ELU - CARGA EXCEPCIONAL HORIZONTAL NO TRAVESSÃO SUPERIOR LIMITE P/ ELU N P Figura 11: Carga horizontal no travessão superior do sistema de proteção de periferia misto Fonte: RT Sistema de Proteção III Metálico A função principal deste tipo de sistema está associada à ação da carga excepcional na direção horizontal, sendo esta aplicada na altura do travessão superior, como sendo a configuração mais desfavorável. As quatro amostras foram submetidas a uma carga de 2 N nesta direção - 2,2x maior que a carga máxima de ensaio que não houve falhas. Carga horizontal paralelamente aplicada ao plano do sistema de proteção - F HP Faz parte da investigação averiguar o comportamento do sistema de proteção quando submetido à carga F HP em que a sua direção deve coincidir com o eixo do travessão superior foram adotadas duas maneiras semelhantes para aplicação da carga (assim, cada protetor foi verificado duas vezes para este critério). Primeiramente, a carga é aplicada no montante esquerdo do protetor, no sentido de fora para dentro, obedecendo aos requisitos de valor característico, bem como o fator de majoração estabelecido pela norma (F HP = 2 N x 1,5 = 3 N). Em seguida, com a mesma intensidade, direção e sentido da carga F HP aplicada no montante esquerdo do protetor, o montante direito foi solicitado. Neste caso, a ação da carga se dá no sentido de dentro para fora do protetor. 7

8 Souza, C. F. N.; Adamatti, A. S.; Zuchetto, L. K.; Figueiró, J.; Quinino, U. C. M. Investigação dos requisitos da norma BS EN 13374:213 em distintos sistemas provisórios de proteção de periferia a 5. CONCLUSÃO Com base nos ensaios e verificações realizadas neste trabalho, é viável apresentar as seguintes constatações: - os resultados coletados indicam que o desempenho dos protetores é adequado e suficiente para resistir às eventuais ações previstas na verificação do ELS e ELU [5], [6] e [7]estabelecidos pela norma, no que tange às cargas excepcionais horizontais atuantes no travessão superior e intermediário, bem como no rodapé; - no teste dos montantes, os elementos que fazem parte da fixação do protetor apresentaram comportamento satisfatório, uma vez que estes elementos atenderam aos requisitos de deformação excessiva; - no que se refere aos testes realizados nas telas de proteção contra queda de materiais, considera-se que a mesma resiste, suficientemente, às condições normais de trabalho, uma vez que suportou as cargas previstas para verificação do ELU. Sugere-se, portanto, uma fixação com espaçamento controlado entre grampos, com a tela devidamente esticada; - para os casos em que a madeira é empregada como material de constituição, há uma advertência no que tange a espécie da madeira (eucalipto), suas condições de uso e categoria; - O fato de que a madeira utilizada nos sistemas de proteção deve estar isenta de nós e/ou defeitos, pode acarretar em um custo mais elevado, quando comparado à madeira comum; - O sistema de proteção de periferia do tipo metálico possui maior rendimento. Em relação ao custo de confecção, ele tem a desvantagem inicial de se tornar mais caro, porém, quando analisado em longo prazo, o sistema tornar-se mais barato, pois ele pode ser reutilizável, ou seja, a mesma proteção de periferia pode ser usada, mais vezes, em obras diferentes, tendo a sua vida útil elevada. Os ensaios referidos neste estudo mostraram que o sistema de proteção metálica está superdimensionado, sendo assim, no que diz respeito a estes sistemas, os mesmos podem ter dimensões de materiais reduzidas e, consequentemente, custos reduzidos; - O sistema de proteção de periferia do tipo misto apresentou um custo benefício compatível com os materiais utilizados, porém, não apresenta boa relação quando comparada a vida útil do sistema com os outros sistemas do tipo de madeira e metálico. Os travessões e o rodapé, do sistema misto, foram confeccionados com material de madeira, ou seja, em longo prazo, apresentarão defeitos e a qualidade final ficará reduzida se adequadas manutenções não forem feitas. 6. REFERÊNCIAS [1] British Standard European Norm EN 13374:213 Temporary edge protection systems Product specification, test method.213. [2] NORMA REGULAMENTADORA. NR 18: Condições e Meio Ambiente de Trabalho na Indústria da Construção [3] NORMA REGULAMENTADORA. NR 35: Trabalho em altura [4] BAXENDALE; JONES - Recomendação Técnica de Procedimento Medidas de proteção contra quedas de altura. 2. [5] itt Performance - Instituto Tecnológico em Desempenho da Construção Civil - Relatório Técnico 1 Verificação dos requisitos de carga estática para sistemas provisórios de proteção de periferia com montantes metálicos classe A [6] itt Performance - Instituto Tecnológico em Desempenho da Construção Civil- Relatório Técnico Verificação dos requisitos de carga estática para sistemas provisórios de proteção de periferia estrutura metálica classe A [7] itt Performance - Instituto Tecnológico em Desempenho da Construção Civil- Relatório Técnico Verificação dos requisitos de carga estática para sistemas provisórios de proteção de periferia de madeira classe A