UNIVERSIDADE FEDERAL DE SÃO CARLOS CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E DE TECNOLOGIA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL

UNIVERSIDADE FEDERAL DE SÃO CARLOS CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E DE TECNOLOGIA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL EXECUÇÃO DE HABITAÇÕES POPULARES COM SISTEMA CONSTRUTIVO LIGHT STEEL FRAME WAGNER LUIS YAMASHIRO ORIENTADOR: PROF. DR. JOSÉ CARLOS PALIARI SÃO CARLOS-SP 2011

UNIVERSIDADE FEDERAL DE SÃO CARLOS CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E DE TECNOLOGIA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL EXECUÇÃO DE HABITAÇÕES POPULARES COM SISTEMA CONSTRUTIVO LIGHT STEEL FRAME WAGNER LUIS YAMASHIRO Trabalho apresentado ao departamento de Engenharia Civil da Universidade Federal de São Carlos como requisito para obtenção do título de Engenheiro Civil. ORIENTADOR: PROF. DR. JOSÉ CARLOS PALIARI SÃO CARLOS-SP 2011 2

Agradeço a todos que, direta ou indiretamente, colaboraram com a execução deste trabalho, meu orientador, os professores do Departamento de Engenharia Civil, meus amigos, e os profissionais que colaboraram com a pesquisa deste trabalho. 3

AGRADECIMENTOS Ao Prof. Dr. José Carlos Paliari, orientador do Trabalho de Conclusão de Curso, por todo empenho, sabedoria, compreensão e, acima de tudo, exigência. Gostaria de ratificar a sua competência, participação com discussões, correções, sugestões que fizeram com que concluíssemos este trabalho. Aos meus familiares que sempre me deram amor e força, valorizando meus potenciais. A todos os meus amigos e amigas que sempre estiveram presentes me aconselhando e incentivando com carinho e dedicação. A todas as pessoas que, direta ou indiretamente, contribuíram para a execução desse Trabalho de conclusão de curso. 4

RESUMO O setor da construção civil brasileira ainda se baseia em construções altamente artesanais, caracterizados pelo alto índice de desperdício de insumos e mão-de-obra, retrabalhos, grande geração de resíduos sólidos e baixa produtividade. Estes fatores dificultam a redução do déficit habitacional do país, já que um grande número de unidades habitacionais é necessário em um curto espaço de tempo, ao mesmo tempo em que o impacto ambiental da construção civil atual deve ser considerado. Uma possível solução seriam sistemas construtivos alternativos aos predominantes no setor atualmente, buscando uma maior racionalização de materiais e melhor aproveitamento da mão-de-obra. Este estudo analisa características do Light Steel Frame, sistema já utilizado em grande escala em diversos países, porém pouco difundido no Brasil. Palavras-chaves: Light Steel Frame, construção racionalizada, construção enxuta, construção industrializada. 5

ABSTRACT The Brazilian construction industry is still based on highly artisanal construction, characterized by high rate of waste of materials and workmanship, rework, great generation of solid waste and low productivity. These factors make difficult housing deficit reduction, since a large number of housing units is required in a short period, while the environmental impact of civil construction should be considered. A possible solution would be alternative building systems, in the oposition of building techniques prevalent in the industry today, seeking a further rationalization of materials and better use of workmanship. This study examines characteristics of Light Steel Frame, system has been used widely in many countries, but not yet widespread in Brazil. Keywords: Light Steel Frame, streamlined construction, lean construction, manufactured construction. 6

LISTA DE FIGURAS Figura 1 Construção de uma residência em Light Steel Framing.... 15 Figura 2 Wood Frame (Fonte: Penna, 2009)... 16 Figura 3 - Perfis típicos... 19 Figura 4 - Orientação das fibras madeira nas diferentes camadas de uma placa de OSB.... 20 Figura 5 Elementos de fixação... 21 Figura 6 Detalhe laje radier... 22 Figura 7- Instalação dos painéis verticais e detalhe de abertura. (Fonte: SOUSA e MARTINS, 2009)... 23 Figura 8 Estrutura laje e cobertura (Fonte: SOUSA e MARTINS, 2009).... 24 Figura 9 - Instalação do fechamento interno utilizando o gesso acartonado (JARDIM e CAMPOS, 2008). 26 Figura 10 - Comparativo de desempenho térmico (Fonte: NORTH AMERICAN STEEL FRAMING ALLIANCE, 2000.... 27 Figura 11 Vila Dignidade, Araraquara (2011)... 30 Figura 12 - Vila Dignidade, Ribeirão Preto (2011).... 30 Figura 13 Fundação com pontos hidráulicos e sanitários... 32 Figura 14 - Painéis com aberturas... 33 Figura 15 - Treliça de contraventamento... 34 Figura 16 - Locação da tubulação... 36 Figura 17 - Placas cimentícias instaladas... 37 Figura 18 - Acabamento texturado sobre as placas... 38 Figura 19 Planta da primeira Vila Dignidade (CDHU), Avaré.... 42 Figura 20 - Projeto popular (A =41,40 m2) (Fonte: MARIUTTI, 2011)... 46 Figura 21 Fotografias da obra Complexo de Urucu. Fonte: (MARIUTTI, 2010)... 48 Figura 22 - Fotografia da obra Petrobrás Comperj. Fonte: (MARIUTTI, 2010)... 48 Figura 23 - Fotografias da obra Residencial Villa Alpina (Construtora EPO Engenharia)... 49 Figura 24 Fotografia da Construção Energitérmica Assísmica - Chile... 49 7

LISTA DE TABELAS Tabela 1 - Exigências normativas para revestimento metálico dos aços para a fabricação de perfis no LSF... 18 Tabela 2 Custos de construção em cada sistema.... 40 Tabela 3 - Estudo comparativo de etapas entre o sistema de construção convencional e o de Light Steel Frame... 41 Tabela 4 - Cronograma de execução para a residência popular Light Steel Framing... 43 Tabela 5 - Cronograma de execução para a residência popular (Alvenaria)... 44 Tabela 6 Tabela comparativa de emissão e quantidade de árvores nos modos de construção alvenaria estrutural e steel framing.... 47 8

SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO... 11 2 OBJETIVOS... 13 2.1 DETALHAMENTO DO OBJETIVO... 13 3 JUSTIFICATIVA... 14 4 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA... 15 4.1 Definição do sistema construtivo LSF... 15 4.2 Histórico do LSF... 16 4.3. Materiais componentes do LSF... 17 4.3.1 Aço... 17 4.3.2 Perfis metálicos... 18 4.3.3 Revestimentos de fechamento... 18 4.4 Etapas construtivas... 21 4.4.1 Fundação... 21 4.4.2 Painéis... 22 4.4.3 Lajes e coberturas... 23 4.4.4 Isolamentos... 24 4.4.5 Fechamento... 25 4.5 Vantagens do sistema... 26 4.6 Desvantagens do sistema... 28 4.7 Habitações populares... 29 4.8 Mercado... 30 5 MÉTODO EXECUTIVO... 31 6 METODOLOGIA... 39 7 RESULTADOS... 40 9

7.1 Construção light steel frame x Construção convencional... 40 7.2 Exemplos de obras em steel framing... 47 8 CONCLUSÕES... 50 8 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS... 52 10

1 INTRODUÇÃO Desde o ano de 2005, o mercado da construção civil vem crescendo no Brasil, cenário que se estende à construção residencial unifamiliar (casas). Neste contexto, em contraposição ao aumento de demanda junto ao mercado, há notável crescimento na concorrência entre as empresas construtoras e/ou incorporadoras. Sendo assim, o aumento da competitividade tem exigido das empresas brasileiras um melhor aproveitamento de seus recursos por meio da adoção de novas estratégias empresariais (MILAN, 2011). No entanto, a construção de pequeno porte no Brasil ainda é predominantemente artesanal, caracterizada pela baixa produtividade e, principalmente, pelo desperdício. Porém, o mercado tem sinalizado que esta situação deve ser alterada e que o uso de novas tecnologias é a melhor forma de permitir a industrialização e a racionalização dos processos (FREITAS e CRASTO, 2006). Segundo Freitas e Crasto (2006), o caminho para mudar tal quadro passa necessariamente pela construção industrializada, com mão-de-obra qualificada, otimização dos custos mediante a contenção do desperdício de materiais, padronização, produção seriada e em escala, racionalização dos processos e cronogramas rígidos de planejamento e execução. Neste contexto de racionalização e industrialização da construção, o Light Steel Framing (LSF) surge como um sistema construtivo a ser explorado. Tal sistema vem ganhando espaço no Brasil em construções dos mais diversos usos e já conta com a disponibilidade no país de todos os insumos para sua execução. O sistema LSF apresenta inúmeras vantagens como rapidez na execução, durabilidade e flexibilidade de projeto, possibilitando aplicações em diversas tipologias de edifícios (SANTIAGO et al., 2010). Apesar do início voltado para a construção de edificações comerciais e casas de alto padrão, o LSF vem se apresentando gradativamente como uma alternativa viável para construção de habitações populares, em grande parte devido à nacionalização dos componentes e o desenvolvimento da indústria siderúrgica brasileira, já que o peso do aço na composição de custos é majoritário (SANTIAGO et al., 2010). Recentemente o Governo Federal lançou a segunda fase do programa Minha Casa, Minha Vida (MCMV), aprovado em maio de 2011, com investimento previsto de aproximadamente 72 bilhões de reais até 2014. Com previsão de contratação de 2 milhões de unidades habitacionais neste período, o programa apresenta características e necessidades 11

favoráveis aos métodos construtivos industrializados, principalmente produção em série e velocidade de execução, respectivamente. Portanto, o Brasil possui condições para adoção em larga escala do LSF, haja vista o cenário econômico e habitacional encontrado atualmente. O custo das edificações em LSF tende a cair com a massificação da produção, fazendo com que, as características positivas do sistema construtivo como velocidade de execução, racionalização e qualidade elevada do produto final possam ser utilizadas para a redução do déficit habitacional brasileiro. 12

2 OBJETIVOS O objetivo desta pesquisa é apresentar o método construtivo Light Steel Frame (LSF) na execução de habitações populares, destacando vantagens e desvantagens em relação às edificações equivalentes executadas em métodos tradicionais de concreto armado ou alvenaria estrutural. O estudo observará características específicas do sistema LSF e sua adequação à proposta de utilização nos seguintes quesitos: Projeto Execução Desempenho 2.1 DETALHAMENTO DO OBJETIVO Dentro destes tópicos, vale salientar que o enfoque do estudo será dado principalmente na execução e viabilidade do método construtivo. Características de projeto e desempenho serão também observadas, dada a estreita relação entre as etapas. 13

3 JUSTIFICATIVA Apesar de ser um sistema construtivo consolidado em um grande número de países desenvolvidos, o LSF ainda é pouco explorado tendo em vista as vantagens que poderiam ser obtidas com sua utilização em determinadas situações. Para o estudo de viabilidade deve ser feito uma análise global de custos além de observados aspectos como: Quando o tempo de obra é um fator preponderante, o LSF deve ser considerado devido à agilidade inerente do método; Alívio nas fundações possibilitado pelo baixo peso estrutural e boa distribuição de esforços; Bom isolamento acústico e térmico; Liberdade arquitetônica; Facilidade na acomodação dos sistemas prediais, como instalações hidráulicas, elétricas e de gás, além de simples acesso para manutenção; Menor quantidade de resíduos gerados na obra. Este último item merece destaque, pois a indústria da construção civil brasileira é atualmente um dos setores mais poluidores sendo que, segundo estudo da SindusCon-SP (2010), somente a cidade de São Paulo produz diariamente 17240 toneladas de resíduos de obras e de demolição, o que representa 55% do total de resíduos sólidos urbanos gerados no período. Do ponto de vista ambiental, sistemas construtivos baseados no que é denominado lean construction, ou em tradução literal construção enxuta, podem contribuir na diminuição de tais resíduos sólidos gerados por perdas e desperdício de materiais de construção, propiciando um desenvolvimento mais sustentável do setor. 14

4 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA A revisão bibliográfica aborda as definições e características do sistema construtivo Light Steel Frame, bem como os materiais utilizados. Posteriormente, há uma breve discussão sobre a utilização desse sistema em habitações populares e situação no mercado atual. 4.1 Definição do sistema construtivo LSF O Light Steel Framing é um sistema construtivo estruturado em perfis de aço galvanizado formados a frio, projetados para suportar as cargas da edificação e trabalhar em conjunto com outros subsistemas industrializados, de forma a garantir os requisitos de funcionamento da edificação. É um sistema construtivo aberto que permite a utilização de diversos materiais, flexível pois não apresenta grandes restrições aos projetos, racionalizado otimizando a utilização dos recursos e o gerenciamento das perdas, customizável permitindo total controle dos gastos já na fase de projeto; além de durável e reciclável (SOUSA e MARTINS, 2009). A Figura 1 mostra a construção de uma residência no sistema Light Steel Framing. Figura 1 Construção de uma residência em Light Steel Framing. Apresenta, resistência exigida por normas à incêndios, pois é revestido por placas de gesso acartonado, material com elevada resistência ao fogo. A utilização do aço 15

galvanizado ZAR230, zincado de alta resistência, com 230 MPa, com 180g/m² de liga de zinco para ambientes não marinhos e com 275 g/m² de liga de zinco para ambientes marinhos, garante um ótimo desempenho contra corrosão (SANTIAGO et al., 2009). 4.2 Histórico do LSF Apesar de ser considerada uma tecnologia nova, a origem do sistema em Framing remonta ao século XIX, entre os anos de 1810, quando os Estados Unidos começaram a conquista do território americano e 1860, quando a imigração chegou à Costa Oeste, ou seja, ao Oceano Pacífico. Nesta ocasião, para atender à forte demanda por habitação, devido ao grande crescimento da população em um período curto de tempo, recorreu-se à utilização dos materiais existentes no local (madeira) utilizando conceitos de praticidade, velocidade e produtividade originados na revolução industrial e adaptados às construções industrializadas. Este método consistia na utilização de estrutura constituída por peças de madeira serrada de pequena seção transversal conhecidos por Ballon Framing e fechados por peças de madeira, originando o sistema construtivo Wood Frame que se tornou a tipologia residencial mais comum nos Estados Unidos, como ilustra a Figura 2 (PENNA, 2009). Figura 2 Wood Frame (Fonte: Penna, 2009) 16

Ao terminar a Segunda Guerra Mundial, o aço era um recurso abundante e a siderurgia havia obtido grande experiência na utilização do metal devido ao esforço da guerra. Inicialmente utilizado em divisórias dos grandes edifícios com estrutura em ferro, o aço moldado a frio passou a ser usado em divisórias de edifícios de habitação e acreditava-se que poderia substituir a estrutura de madeira nas moradias. Um grande impulso foi dado nos anos de 1980 quando diversas florestas mais antigas foram vedadas à indústria madeireira. Isto levou ao declínio da qualidade da madeira empregada na construção e a grandes flutuações no preço desta matéria prima. Em 1991, o custo da madeira usada na construção subiu 80% em quatro meses, o que levou muitos construtores a passar a usar o aço imediatamente (BELIVAQUA, 2005). Em 1993, a indústria norte-americana do aço foi alavancada pela alta dos preços da madeira. Nesta época criaram-se associações de técnicos e construtores, e o LSF passou a ser encarado profissionalmente. Neste mesmo ano foi publicado um estudo pela National Association of Home Builders (NAHB, 1993), identificando que o aço representava a melhor opção para a construção de residências no sistema em framing. Neste contexto, o LSF ganhou grande aplicabilidade, substituindo a madeira com as vantagens de baixo peso, produção em larga escala e homogeneidade do material, além da alta performance estrutural proporcionada pelo sistema (BELIVAQUA, 2005). O LSF chegou ao Brasil no inicio da década de 90, sendo inicialmente aplicado em edificações destinadas aos padrões de renda média e alta. A maior difusão do sistema e o conseqüente aumento da escala de produção dos materiais nele utilizados propiciaram um custo final da construção consideravelmente inferior, deste modo possibilitando a expansão de sua utilização também para habitações populares (GUIZELINI, 2010). 4.3. Materiais componentes do LSF 4.3.1 Aço O aço é um material natural e sua matéria-prima, o ferro, é um dos elementos mais abundantes no planeta. Durante o processo de produção, o oxigênio é separado do ferro. O resultado é um elemento puro: um material homogêneo que não emite nenhuma substância que agrida o meio-ambiente. Possui características vantajosas como: não produzir resíduos e 17

seus derivados são totalmente reutilizáveis, economia de tempo ao permitir uma maior velocidade de execução, economia de materiais e ajuda a preservar o solo (baixo peso dos perfis utilizados permite fundações menores que não exigem escavações gerando entulho e conseqüentes viagens de caminhão), resistente a terremotos, o aço é magneticamente neutro, possui uma vida útil longa, permite economia de energia através de alto isolamento e baixa inércia térmica, oferece excelentes soluções para isolamento acústico, é flexível e é 100% reciclável (CBCA, 2011). 4.3.2 Perfis metálicos Os perfis são utilizados na composição de painéis estruturais de paredes, vigas de piso, vigas secundárias, treliças, tesouras de telhado, entre outros componentes. As montagens mais usuais de LSF utilizam combinações de seções transversais U enrijecido (Ue) e U simples, mas há sistemas de montagem que empregam apenas seções Ue. A Tabela 1 mostra as exigências normativas para revestimento metálico dos aços para a fabricação de perfis no LSF (BELIVAQUA, 2009). Tabela 1 - Exigências normativas para revestimento metálico dos aços para a fabricação de perfis no LSF A figura 3 abaixo ilustra os perfis utilizados em uma construção típica em LSF. Além destes perfis pode ser necessária a utilização de tiras metálicas com a função de contraventamento da estrutura. 18

Figura 3 - Perfis típicos 4.3.3 Revestimentos de fechamento Atualmente, para as estruturas em LSF existem basicamente quatro tipos de revestimento utilizados: as placas de gesso acartonado (dry wall), os painéis de OSB (Oriented Strand Board), as placas cimentícias, e os painéis mistos ou compostos por placas de OSB revestidos por uma camada cimentícia. a) Gesso Acartonado O gesso acartonado é fabricado a partir do minério de gesso ou gipsita, em duas fases: na primeira é feita a moagem e calcinação da gipsita; na segunda fase é que se dá a conformação dos painéis, agregando à massa de gesso cartões nas duas faces para a composição da placa. Quanto ao emprego, existem três tipos de placas: as normais, para uso em ambientes internos; as hidrófugas, para áreas molhadas, tais como banheiros, cozinhas e áreas de serviço e as resistentes ao fogo, para paredes com exigências especiais de resistência ao fogo (AMERICAN IRON AND STEEL INSTITUTE, 1996). b) Placas de OSB O OSB (Oriented Strand Board) é um painel estrutural composto por camadas cruzadas, que lhe confere alta resistência mecânica e rigidez. É produzido a partir de partículas (strands) de madeira orientadas em três camadas perpendiculares - o que aumenta sua resistência mecânica e rigidez - unidas com resinas e prensadas sob altas temperaturas. A 19

Figura 4 mostra a orientação das fibras madeira nas diferentes camadas de uma placa de OSB (MENDES, 2005). Figura 4 - Orientação das fibras madeira nas diferentes camadas de uma placa de OSB. A diferenciação em relação aos aglomerados de madeira tradicionais se refere à impossibilidade de utilização de resíduos de serraria em sua composição. Suas propriedades mecânicas se assemelham às da madeira sólida, podendo substituir plenamente os compensados estruturais (MENDES, 2005). Atualmente, as chapas de OSB podem ser utilizadas em forros para telhados, bases para paredes e pisos de construções residenciais, empacotamento e engradamento, pallets para estocagem a seco, armações para mobiliários, tapumes e divisórias, decks e plataformas, dentre outros (MENDES, 2005). c) Placas cimentícias As placas cimentícias são painéis para fechamento interno ou externo de paredes, composto de cimento Portland e agregados naturais, reforçados por fios e/ou fibras sintéticas e/ou naturais e que podem ser parafusados diretamente nos perfis de aço zincado. possuem flexibilidade no acabamento, baixo peso, baixa condutividade térmica, pequena espessura e boa durabilidade (SOUSA e MARTINS, 2009). 4.3.4 Fixação A fixação das paredes às fundações é efetuada através de buchas de ancoragem providas de porca de aperto. Conforme a condição em que se encontra o suporte em concreto, poderão ser empregues buchas químicas. Todas as peças metálicas da estrutura são 20

interligadas através de parafusos de aço galvanizado, auto-perfurantes e auto-roscantes. Ou seja, os parafusos abrem o seu próprio orifício e não necessitam de porca. Os materiais de revestimento da estrutura, tanto pelo interior como pelo exterior, também são fixos através de parafusos.os parafusos diferem em comprimento e espessura, bem como no formato da cabeça ou da broca, conforme os locais em que são empregues. Cabe ao engenheiro projetista selecionar o tipo e a quantidade de parafusos a colocar em cada conexão (FUTURENG, 2011). v Figura 5 Elementos de fixação 4.4 Etapas construtivas O steel frame fundamenta-se em um sistema construtivo racional disposto por perfis leves de aço galvanizado, que formam paredes estruturais e não estruturais depois de receber os painéis de fechamento. Os painéis são constituídos por perfis metálicos (montantes, guias, cantoneiras, chapas e fitas metálicas), de modo a se transformar em uma espécie de esqueleto que se torna a estrutura da edificação. 4.4.1 Fundação Uma grande vantagem do sistema é a tendência de gerar uma estrutura leve e, conseqüentemente, as fundações podem ser, de maneira geral, simples. Por ser constituído por uma grande quantidade de perfis verticais estruturais, a transmissão da ação da estrutura à fundação se dá uniformemente, ao longo de toda sua extensão. As soluções mais empregadas 21

para fundações de construções em steel frame são o radier, sapatas corridas e blocos sobre estacas. Como qualquer fundação, requer uma boa impermeabilização a fim de se evitarem infiltrações e umidade (SOUSA E MARTINS, 2009). Para que o conjunto estrutura-fundação interaja de maneira a não causar deslocamentos, a ancoragem da estrutura deve ser bem dimensionada e executada. Ancoragem é a maneira construtiva que a estrutura deve se prender à fundação e permitir que a transmissão dos esforços impeça qualquer deslocamento indesejável. Todos os tipos de ancoragem requerem uma guia. Trata-se de um perfil estrutural na posição horizontal e nele são presos os montantes ou chamados perfis verticais (Figura 6) (SOUSA E MARTINS, 2009). Figura 6 Detalhe laje radier. 4.4.2 Painéis O conceito estrutural do sistema Light Steel Framing é dividir as cargas em um maior número de elementos estruturais, sendo que cada um é projetado para receber uma pequena parcela de carga, o que possibilita a utilização de perfis conformados com chapas finas de aço. Tanto a disposição dos montantes dentro da estrutura dos painéis, como suas características geométricas, de resistência e sistema de fixação entre as peças, fazem com que 22

este esteja apto a absorver e transmitir cargas verticais e horizontais. Os elementos estruturais mais utilizados para garantir a estabilidade estrutural dos painéis e, consecutivamente da edificação do sistema, são os contraventamento e as placas de fechamento estruturais (JARDIM e CAMPOS, 2008). Os painéis instalados na vertical são utilizados como paredes, e na horizontal como pisos. Os verticais, na sua maioria, são portantes, trabalhando como a estrutura da edificação, recebendo as cargas e dando estabilidade ao conjunto. Outros podem ser empregados nas paredes com a finalidade de vedação. A concepção do sistema SLF proporciona o trabalho conjunto dos painéis, travando-se entre si e gerando uma integridade na estrutura (Figura 7). Nas aberturas correspondentes às portas e janelas nos painéis portantes é necessária a utilização de elementos estruturais para redistribuição das solicitações dos montantes interrompidos (SOUSA e MARTINS, 2009). Figura 7- Instalação dos painéis verticais e detalhe de abertura. (Fonte: SOUSA e MARTINS, 2009) 4.4.3 Lajes e coberturas A laje da construção Steel Frame rege os mesmos princípios de separação e modulação determinada pelas cargas submetidas. São perfis denominados vigas de piso, sujeitos ao peso próprio, pessoas, mobiliários e ainda servem de estrutura de apoio do contrapiso. Tem a altura da alma determinada pelo vão entre apoios, podendo ser trabalhada muitas vezes com treliças planas para vencer maiores vãos (Figura 8) (SARMANHO, 2006). 23

Figura 8 Estrutura laje e cobertura (Fonte: SOUSA e MARTINS, 2009). De acordo com a natureza do contrapiso, a laje pode ser do tipo úmida, quando se utiliza uma chapa metálica ondulada aparafusada às vigas e preenchida com concreto que serve de base ao contrapiso. Ou pode ser do tipo seca quando placas rígidas de OSB, cimentícias ou outras são aparafusadas à estrutura do piso (SARMANHO, 2006). Construtivamente, as coberturas próprias para steel frame possuem as mesmas características e princípios das estruturas convencionais. Portanto, podem ser utilizadas com telhas metálicas, cerâmicas, fibrocimento, entre outras (SARMANHO, 2006). 4.4.4 Isolamentos Anteriormente, o conceito de isolamento baseava-se na utilização de materiais com grande massa e espessura. Hoje, com o avanço tecnológico dos produtos e processos de cálculo, consegue-se mensurar a real necessidade do isolamento e quantificar o material isolante necessário. As atuais crises energéticas vêem reforçar a necessidade de utilização de materiais e procedimentos eficientes de forma a garantir o isolamento e conservação de 24

energia. Não se trata, porém, de não consumir energia e sim de consumi-la melhor, mediante adoção de técnicas que permitam gastar menos para o mesmo fim. Atualmente, o conceito de isolamento dá-se por barreira, contrapondo-se com o antigo conceito de isolamento por massa (CAMPOS, 2007). Várias são as maneiras de conservação energética em uma construção, são elas: conter infiltrações de água e a passagem de vento, evitar penetração e formação de umidade, adequado projeto de circulação de ar dentro da edificação ou ainda, reduzir as perdas térmicas entre o meio interno e externo. Abaixo, apresenta-se alguns sistemas de isolamento, afim de garantir a conservação de energia na edificação (CAMPOS, 2011): Barreira de água e vento; Barreira de vapor; Áticos ventilados; Isolantes térmicos. Seladores; Acondicionamento Acústico. 4.4.5 Fechamento Para a execução do fechamento interno das paredes, o gesso acartonado, ilustrado na Figura 9, é material mais indicado. Sobre as placas gesso podem ser aplicados revestimentos usuais como cerâmica, pintura e textura entre outros usualmente aplicados na construção civil convencional. O revestimento externo também pode receber a aplicação dos materiais de acabamento, usualmente empregados, como pastilhas, pedras (mármore ou granito) ou mesmo até mesmo reboco e pintura (JARDIM e CAMPOS, 2008). 25

Figura 9 - Instalação do fechamento interno utilizando o gesso acartonado (JARDIM e CAMPOS, 2008). Atualmente, já existe no país, revestimentos desenvolvidos especialmente para o sistema Light Steel Framing, dentre eles podemos citar: o Siding Vinílico, que consiste em um material composto de PVC de fácil instalação que dispensa manutenção e, a placa cimentícia, que é aplicadas diretamente sobre a estrutura, recebendo, posteriormente, pintura, apresentando ótimo desempenho na construção (CORBIOLI, 2008). 4.5 Vantagens do sistema Tratando-se de um processo construtivo com elevado nível de industrialização, o Light Steel Frame Estrutura de Aço Leve é comumente escolhido em vários países do mundo por apresentar, segundo Sousa e Martins (2009), inúmeras vantagens: Redução dos prazos de construção: possibilidade de se trabalhar em diversas frentes de serviços simultaneamente, diminuição de formas e escoramentos e o fato da montagem da estrutura não ser afetada pela ocorrência de chuvas; Redução do custo da fundação: devido ao reduzido peso da construção e a uniformidade da distribuição dos esforços através de paredes leves e portantes; Melhoria no desempenho acústico e térmico: por meio da instalação da lã de rocha e lã de vidro entre as paredes e forro. Devido a esta característica, custos de energia para o aquecimento ou refrigeração do imóvel diminuirão. Um comparativo entre o desempenho 26

térmico de materiais comumente utilizados em fechamentos pode ser observado na Figura 9, abaixo. É possui concluir que o preenchimento em lã de rocha, poliestireno ou poliuretano possuem desempenho superior aos blocos de alvenaria, proporcionando um maior amortecimento térmico, fato que resulta em economia de energia e maior conforto. Figura 10 - Comparativo de desempenho térmico (Fonte: NORTH AMERICAN STEEL FRAMING ALLIANCE, 2000. Facilidade e baixo custo na manutenção de instalações: hidráulica, elétrica, ar condicionado, gás, etc.; Custos diretos e indiretos menores: prazos reduzidos e índice de perdas de aproximadamente 3% em geral; Reciclagem e reaproveitamento: de vários materiais aplicados no sistema em especial o aço. O aço é o único material que pode ser reaproveitado inúmeras vezes sem perder suas características básicas de qualidade e resistência; Telhado imune ao ataque de insetos: utilização da estrutura do telhado em aço galvanizado, apresentando melhor qualidade e perfeição ao aspecto final da construção; Flexibilidade arquitetônica: qualquer linha arquitetônica seja ela reta ou curva, pode ser elaborada, a contemporaneidade e arrojo das peças, a leveza visual, a escolha de acabamento polido ou brilhante e a possibilidade de criar infinitas formas, complementadas pelos mais variados detalhes e fechamento; 27

Flexibilidade de modulação e layout: ampliação das possibilidades de uso do espaço. O processo industrial de fabricação resulta em peças de qualidade controlada e de precisão dimensional. Quanto ao aspecto estético, garante ângulos e esquadros precisos, o que implica qualidade superior de acabamento; Resistência à corrosão: os perfis de aço galvanizado exibem maior estabilidade dimensional. Não empenam nem trincam por causa da dilatação; Alta Durabilidade: o zinco, utilizado para a proteção do aço, pode facilmente garantir a proteção do aço para toda vida útil da habitação; Maior área útil: as seções dos pilares e vigas de aço são mais esbeltas, resultando em melhor aproveitamento do espaço interno e aumento da área útil, fator muito importante principalmente em garagens. Garantia de qualidade: a fabricação dos componentes do Steel Frame ocorre dentro de uma indústria e conta com mão-de-obra altamente qualificada, favorecendo ao cliente a garantia de uma obra com qualidade superior devido ao rígido controle existente durante todo o processo industrial; Precisão construtiva: na estrutura metálica a precisão é medida em milímetros. Isso garante uma estrutura perfeitamente aprumada e nivelada, facilitando atividades como o assentamento de esquadrias, bem como redução no custo dos materiais de revestimento; Numa construção vulgar uma grande fatia do custo final é a mão-de-obra. Nas habitações com estrutura metálica poupa-se na mão-de-obra (redução de 14%) e investe-se na qualidade dos materiais básicos. 4.6 Desvantagens do sistema Barreira cultural: comodismo por parte de construtores e consumidores impede a aceitação de novas tecnologias; Falta de visão sistêmica dos construtores: o potencial de racionalização oferecido pelo sistema não é totalmente explorado; Uso de diferentes placas para o fechamento: na execução deve-se estar atento para não utilizar as placas de gesso recomendadas para áreas secas em áreas molháveis; 28

Falta de conhecimento técnico: na elaboração de projetos e treinamento de profissionais para execução do sistema; Fatores climáticos: o não conhecimento do sistema construtivo leva as pessoas a pensarem que uso da técnica não é adaptado a todas às regiões quentes ou frias. 4.7 Habitações populares No último trimestre de 2010 a Caixa Econômica Federal publicou um edital com requisitos e condições mínimos para aprovação de financiamentos, com participação Sinduscon-SP, CBCA e empresas relacionadas ao LSF. Este fato pode ser considerado como a quebra de um obstáculo à aprovação de projetos de habitações populares de pequeno porte utilizando o sistema (CAMPOS, 2011). Na Construmetal foi apresentada uma proposta de habitação popular em LSF seguindo as diretrizes impostas pela Caixa Econômica Federal. Para isso foi especificado o perfil U enrijecido de 90 mm e espessura de chapa de 0,80 mm, espaçados em 600 mm, de modo a atender aos requisitos de dimensionamento da ABNT NBR 14762:2003. No modelo em questão todas as paredes são estruturais e foram projetadas com o objetivo de possibilitar a pré-montagem em fábricas. Desta forma seria possível a execução das habitações de uma forma mais industrializada, o que se traduziria e velocidade de montagem e limpeza do canteiro de obras (SANTIAGO et al., 2010). O projeto do Governo Federal Minha Casa Minha Vida pretende disponibilizar mais de três milhões de unidades habitacionais nos próximos anos. A produtividade em série é uma vantagem que poderia ser extraída do sistema LSF. O projeto Vila Dignidade, do Governo de São Paulo, por meio da Companhia de Desenvolvimento Habitacional e Urbano (CDHU), é um exemplo de utilização do sistema em habitações de baixo custo. Para que o uso do aço fosse aceito, o Instituto de Pesquisas Tecnológicas (IPT) realizou os ensaios de desempenho dos sistemas qualificados pelo Programa da Qualidade da Construção Habitacional do Estado de São Paulo (Qualihab), criando a oportunidade para o Steel Frame ser testado em iniciativas para baixa renda. As Figuras abaixo ilustram o projeto Vila Dignidade (2011). (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DA CONSTRUÇÃO METÁLICA, 2010) 29

Figura 11 Vila Dignidade, Araraquara (2011). Figura 12 - Vila Dignidade, Ribeirão Preto (2011). 4.8 Mercado O potencial de utilização do LSF no Brasil é um dos mais promissores. Nos últimos anos, o sistema, ainda em fase de implantação, foi adotado com sucesso principalmente em capitais e algumas das maiores cidades das Regiões Sul e Sudeste brasileiras (POMARO, 2011). No portfólio nacional, dividido pelas pioneiras construtoras que apostaram nesta via, estão casas de todos os padrões e, predominantemente, ainda, grandes centros de distribuição de alguns dos mais importantes grupos empresariais nacionais, lojas, postos de 30

gasolina e outros estabelecimentos. Além da comprovação do aumento das construções, é importante ressaltar que fornecedores nacionais e internacionais de materiais de base, como o aço galvanizado, placas cimentícias, e outros, prospectam um importante crescimento desse braço construtivo no Brasil. Tanto que já constam de suas planilhas a produção de material necessário para atender a esse novo nicho nos próximos anos (POMARO, 2011). A partir do ano que vem, no entanto, será necessário ampliar o raio de atuação a outros mercados. Estender a cultura do Light Steel Frame às demais regiões brasileiras onde os déficits históricos de moradia começam a ser corrigidos, graças ao excelente momento de crescimento registrado na última década no País. Mais uma vez, a formação de mão de obra técnica será peça fundamental nesse quebra-cabeças para a manutenção da qualidade das obras (POMARO, 2011). 5 MÉTODO EXECUTIVO A execução das fundações para uma edificação em LSF não difere em nenhum aspecto das construções em alvenaria estrutural ou em concreto armado. O radier é a solução economicamente mais viável para uma habitação de pavimento único, sendo uma fundação do tipo rasa, funcionando como uma laje que proporciona o apoio da estrutura. Pode ser do tipo liso ou com enrijecedores, neste caso o radier possui espessura diferente em áreas que uma capacidade de suporte maior é necessária. Um radier bem executado e nivelado dispensa a utilização posterior de contrapiso de nivelamento, desta forma podendo receber revestimento diretamente com argamassa de assentamento. Deve ser previsto um desnível do entorno em relação à cota de instalação dos painéis. Antes da concretagem, deve ser feita a locação precisa das instalações hidrossanitárias e elétricas. Na fase executiva é importante se atentar para cuidados comuns a qualquer sistema construtivo, como impermeabilização, com o intuito de impedir o contato dos painéis e perfis com umidade, esquadro, para manter a precisão da fixação da estrutura, e nivelamento, para que haja a correta distribuição de cargas ao solo. 31

Figura 13 Fundação com pontos hidráulicos e sanitários Na composição dos painéis os perfis utilizados são os perfis U simples e perfis U enrijecidos. A espessura dos perfis varia entre 0,8 mm e 3,0 mm, sendo o de 0,95 mm o mais utilizado. A montagem dos painéis é facilitada caso os perfis venham nas medidas exatas especificadas em projeto. Perfis U enrijecidos utilizados como montantes são posicionados perpendicularmente a um perfil U simples, com espaçamento usual de 40 cm ou 60 cm. A união entre guia e montantes se dá por parafusos autoperfurantes e autobrocantes. Na outra extremidade dos montantes é afixado outro perfil U simples, formando assim um quadro fechado, também chamado de frame. A etapa de montagem de painéis pode ocorrer in loco ou na empresa responsável pelos perfis, com os painéis sendo entregues na obra prontos para instalação. Em obras com repetitividade, pode ser vantajosa a implantação de uma central de montagem de painéis próxima ao local de instalação, desta forma minimizando o custo de transporte. 32

Figura 14 - Painéis com aberturas Painéis com aberturas necessitam de elementos de redistribuição de cargas. Esses elementos atuam como vergas, podendo ser estruturadas com a união de dois perfis U enrijecidos pelas flanges, formando uma viga-caixa ou com a união de dois perfis U enrijecidos pela alma, formando assim uma viga I. Em abertura maiores deve ser utilizada uma viga treliçada. Em todos os casos deve ser utilizado um enrijecedor nos montantes adjacentes, devido a necessidade de suportar a carga desviada da abertura. Uma solução comum para este caso é a adição de um montante auxiliar em uma posição que varia entre 0 cm e 20 cm. A ancoragem dos painéis pode ser feita por barra roscada do tipo J, ou barra roscada com ancoragem química. No caso da barra roscada do tipo J sua colocação deve ocorrer anteriormente à concretagem, com locação prevista em projeto. A barra roscada com ancoragem química ocorre após a cura do concreto, sendo feita um orifício com uma furadeira de impacto, que é preenchida com um chumbador químico injetável e com posterior posicionamento da barra roscada. Os pontos de ancoragem devem ser ligados aos painéis pelo 33

perfil guia, com o devido reforço no local, podendo ser utilizados perfis duplos ou conectores de ancoragem. Os painéis devem receber em sua base uma fita de manta asfáltica ou de poliuretano expandido, que tem a função de isolar o painel da umidade e diminuir a vibração e a movimentação. Com o posicionamento dos painéis já definido sobre os pontos de ancoragem, são temporariamente fixados por uma pistola a base de pólvora, até que sejam conferidos esquadro e prumo. Verificado o posicionamento correto, os painéis são unidos por parafusos galvanizados autoperfurantes e autobrocantes. O contraventamento da estrutura pode ser obtido de diversas formas. As placas de fechamento podem ter função estrutura e proporcionar o travamento da estrutura. Tiras metálicas também são comumente utilizadas como tirantes, sendo aplicadas de forma cruzada em painéis especificados em projeto. Outra solução possível é a montagem de perfis inclinados em um espaçamento de montantes, formando assim uma estrutura treliçada. Figura 15 - Treliça de contraventamento No caso de uma edificação com mais de um pavimento, a composição das lajes apresenta distintas soluções, lajes do tipo seco ou úmido. Lajes úmidas vão de encontro ao conceito de lean construction, são formadas com a utilização de uma telha metálica ondulada, que atua como forma e armadura, que posteriormente é revestida com uma camada de concreto armado contra fissuramento, processo conhecido como steel deck. Lajes do tipo seco podem ser estruturadas com perfis U enrijecidos posicionados paralelamente e sobre 34

montantes dos painéis inferiores. Placas de OSB formam o piso do pavimento, podendo receber diversos tipos de revestimentos e tratamentos acústicos e impermeabilizantes. Existem opções no mercado de painéis de piso prontos para instalação, formados pela composição multicamada de placas cimentícias com preenchimento interno em madeira. É uma solução de alto desempenho termo-acústico. Outra opção são as lajes alveolares, lajes de concreto protendido com espessura constante e alvéolos longitudinais que reduzem o peso do conjunto. As instalações hidrossanitárias são similares às das utilizadas em construções convencionais. As instalações de água fria e quente podem ser executadas com materiais já conhecidos da construção civil como o PVC (policloreto de vinila), CPVC (policloreto de vinila cloratado), PEX (polietileno reticulado) e o cobre, entre outros. Apesar de inicialmente apresentar um custo mais elevado, o PEX contém características que podem ser vantajosas em uma edificação em LSF. Por ser flexível, o PEX não necessita ter o caminhamento linear e por este motivo dispensa grande número de curvas e joelhos, sendo assim um sistema de ponto-a-ponto. As conexões e registros devem preferencialmente estar localizados no interior dos painéis para uma maior facilidade de manutenção. O principal ponto negativo é a necessidade de mão de obra especializada para sua instalação, atualmente escassa. No caso da opção pelo cobre para a tubulação de água quente e/ou de gás, devem ser utilizados espaçadores plásticos que impeçam o contato da tubulação com os perfis, para que não ocorra uma corrosão galvânica. Todas tubulações devem ter o caminhamento localizado na parte posterior dos perfis (evitando o embutimento no interior do perfil), já que a fixação das placas de fechamento utiliza parafusos perfurantes que podem atingir as instalações. 35

Figura 16 - Locação da tubulação As instalações elétricas também são similares às das utilizadas em construções convencionais, porém, existem no mercado peças como caixas elétricas projetadas para fixação direta nos montantes ou nos painéis de fechamento sem exigir adaptações. No caso da utilização de peças comuns devem ser adicionados suportes para parafusamento das caixas elétricas podendo utilizar os mesmos perfis da estrutura ou mesmo uma peça de madeira entre os montantes. A cobertura em LSF segue o mesmo princípio das estruturadas em madeira. São feitas tesouras treliçadas, utilizando-se os mesmos perfis estruturais dos painéis. Estas tesouras são montadas previamente, posicionadas e fixadas por parafusos similares aos utilizados para fixação dos painéis. Com as tesouras instaladas podem ser aplicadas telhas metálicas diretamente, ou placas de OSB para suporte de telhas cerâmicas comuns, telhas de fibrocimento, telhas Shingle, entre outras. É aconselhável, porém, a colocação de uma manta de isolamento térmico antes da colocação das telhas. Essas mantas possuem acabamento aluminizado em uma das faces e mantém o conforto térmico dentro da edificação, além de garantir a estanqueidade em caso de quebra de telha. As esquadrias podem ser assentadas com espuma de poliuretano expansível que também garante a estanqueidade do conjunto ou parafusadas diretamente nos montantes. Algumas fábricas oferecem esquadrias já instaladas nos painéis. 36

A etapa de fechamentos pode utilizar os materiais já citados no item 4.3.3 Painéis de fechamento. Como o fechamento externo está sujeito à intempéries os materiais possivelmente utilizados excluem as placas de gesso acartonado. Independentemente do tipo de material utilizado é importante que a instalação não permita o contato direto das placas com o piso, ficando assim suspensas em relação a este, para que não haja propagação de umidade para as paredes. É importante também evitar o encontro de juntas das placas de fechamento com a união entre painéis distintos, ao mesmo tempo em que se evita o alinhamento de juntas das placas internas com as das externas. É aconselhável o fechamento de apenas uma das faces de uma parede que contenha instalações hidráulicas e/ou elétricas até que esta etapa esteja concluída e testada. Figura 17 - Placas cimentícias instaladas A barreira termo-acústica utiliza materiais citados no item 4.4.4 Isolamentos. A escolha de materiais utilizados deve se basear com o nível de isolamento necessário de cada parede. O material é fixado na placa de fechamento por grampeamento. Além da barreira termo-acústica, é necessária uma barreira de vapor, geralmente instalada após as placas de fechamento externo. Está barreira de vapor consiste em um material não-tecido que permite a passagem de vapor, mas garantindo a estanqueidade. Este material vem em rolos e sua instalação deve ser feita desenrolando-se o material horizontalmente e fixando nas placas de fechamento por grampeamento em todo o perímetro da edificação. 37

O acabamento pode conter juntas aparentes ou invisíveis. A última opção requer um tratamento de juntas, que deve utilizar materiais recomendados pelo fabricante das placas. Atualmente existem placas cimentícias com bordas rebaixadas e placas de OSB com encaixes macho-fêmea que facilitam o acabamento. Estas placas permitem qualquer revestimento também aplicado a blocos de alvenaria. Para um revestimento argamassado é recomendável o grampeamento de uma tela na placa de fechamento para garantir a aderência da argamassa. Após essa etapa é possível a aplicação de inúmeros acabamentos, como pintura, revestimento cerâmico, textura, grafiato, entre outros. Figura 18 - Acabamento texturado sobre as placas 38

6 METODOLOGIA seguintes etapas: A fim de atingir os objetivos propostos, as atividades foram divididas nas Revisão bibliográfica: Textos extraídos de diversas fontes foram analisados de forma a se obter uma compilação teórica sobre o assunto. Esta foi a base de apoio para o início do desenvolvimento de pesquisa. Estudo teórico: Análise das características do sistema construtivo e sua compatibilidade com a aplicação em questão. Para isso foram consultados estudos e trabalhos anteriores, considerando o desenvolvimento tecnológico e o quadro da habitação brasileira. Análise de resultados: O embasamento teórico obtido foi utilizado para verificação do potencial de aplicação do LSF no cenário desejado. Finalmente, os resultados obtidos foram cruzados para possíveis conclusões. 39

7 RESULTADOS 7.1 Construção light steel frame x Construção convencional 7.1.1 Custos Os custos de construção no sistema Light Steel Frame são similares ao de uma construção convencional, podendo ter custo menor para construções acima de 100,00 m 2. Para construções em padrão médio-alto, a obra pode chegar a um custo entre R$ 900,00 e R$ 1.100,00 ao m 2. O mesmo padrão construtivo no sistema convencional tem um custo estimado de R$ 1.215,85 ao m 2. É importante salientar que a definição de custo por m 2 de obra é uma maneira genérica e pouco precisa, devido ao fato de cada projeto ter características peculiares, que influem diretamente no custo total da obra (MILAN et al., 2011). Milan et al.(2011), estudaram os custos de uma construção hipotética com dois pavimentos, quatro dormitórios, dois banheiros, garagem e área total de 261,00 m 2. A escolha do projeto foi baseada nas características apontadas pelo estudo como ideais para a construção no sistema Light Steel Frame. O orçamento apontou uma diferença maior de 2,74% sobre os custos relativos ao sistema Light Steel Frame e o sistema convencional. Os custos unitários (por m 2 ) e totais, de ambos os sistemas, são apresentados na Tabela 2. Tabela 2 Custos de construção em cada sistema. Tipos (sistemas) de construção Custos por m 2 (em R$) Custo Total (em R$) Convencional 985,80 257.293,80 Light Steel Frame 1.012,84 264.351,24 Fonte: MILAN et al. (2011). Loturco (2011) também realizou em estudo comparativo de etapas entre o sistema construtivo utilizando concreto armado apoiado em um conjunto bloco-estaca e o de steel frame de uma residência com 188 m² de área construída, acabamento padrão fino com dois pavimentos e quatro dormitórios. Chegou à conclusão de que, com o sistema proposto, a construção baseada no light steel frame tem um custo final menor que o sistema convencional. A Tabela 3 mostra os gastos promovidos com o estudo. Vale salientar que as instalações de telefonia, elétricas, hidráulicas e sanitárias não estão inclusas no estudo já que podem ser utilizados os mesmos materiais. Entretanto, para utilizar todo o potencial de racionalização do 40

LSF é recomendável materiais desenvolvidos especificamente para o sistema construtivo, o que acarretaria em uma diminuição da diferença entre custos apontados na tabela a seguir. Tabela 3 - Estudo comparativo de etapas entre o sistema de construção em concreto armado e o de Light Steel Frame Descrição dos serviços Convencional Light Steel Frame Infra-estrutura 11.740,00 4.180,00 Superestrutura 27.245,00 22.670,00 Contrapisos 3.640,00 Incluso na infra-estrutura Alvenaria e fechamentos 8.085,00 8.370,00 Isolamento termoacústico Não é utilizado 4.900,00 Revestimento de forros 1.480,00 2.650,00 Revestimento de paredes internas Revestimento de paredes externas 5.150,00 Incluso no gesso acartonado 3.510,00 7.750,00 Total (R$) 60.850,00 50.520,00 Em relação às habitações populares, os custos de uma unidade habitacional da CDHU em Light Steel Frame são orçados em R$ 45.199,11. Ao analisar os custos, vale lembrar que cada casa é composta por duas moradias, assim, o preço da unidade é a metade do total apresentado. Uma vila para idosos com áreas de convivência e unidades habitacionais projetadas com sala, cozinha, um dormitório e um banheiro (Figura 11). Com casas estruturadas em steel frame, está localizada em Avaré, interior do Estado de São Paulo. Tratase da primeira Vila Dignidade, conjunto habitacional da CDHU (Companhia de Desenvolvimento Habitacional e Urbano do Estado de São Paulo), que faz parte de um programa de interesse social do Estado de São Paulo. 41