Industriais de Apoio a Mineração

UFOP - Universidade Federal de Ouro Preto Escola de Minas - Departamento de Engenharia Civil Mestrado Profissional em Construção Metálica Modulação e Padronização de Estruturas Industriais de Apoio a Mineração Mestranda Paula Lopes Braga Orientadora Profa. Dra. Arlene Maria Sarmanho Freitas

Introdução A utilização da construção metálica no ambiente industrial está ligada a alta resistência mecânica do aço, a eficiência da construção industrializada, a flexibilidade das soluções arquitetônicas e estruturais, a facilidade de montagem e desmontagem e a facilidade de reforço estrutural e ampliação. A construção ç industrializada, com lógica g modular, ainda apresenta a seu favor argumentos persuasivos como a velocidade, o controle de qualidade, o controle de custos e adequação ao cronograma.

Introdução Objetivo Desenvolver um conjunto de elementos padronizados capaz de formar diferentes combinações. Gerar um produto p de pprateleira ppara as indústrias de mineração com aumento da g e ampliação p ç autonomia ppara montagem das edificações. Desenvolver edificações de montagem simplificada, com execução fácil e rápida, diminuindo os custos de implantação.

Mineração Conceito Abrange os processos, atividades Ab ti id d e indústrias cujo objetivo é a extração de substâncias b tâ i minerais i i a partir ti de d depósitos d ó it ou massas minerais e pode ser entendido como a atividade econômica relacionada ao aproveitamento racional de jazidas minerais. minerais

Mineração Instalações de Apoio Oficina Central de Manutenção Oficinas de Apoio Almoxarifado Central G l ã de Galpão d Testemunhos T t h Vestiários, Ambulatório e Refeitório E itó i Central Escritório C t l Centro de Treinamento Estações de Tratamento (ETA e ETE) Central Provisória de Resíduos Viveiro de Mudas Sala de Controle Subestações Elétricas Paiol de Explosivos

Industrialização Entendido como industrialização industrialização de ciclo aberto aberto ou industrialização industrialização de catálogo : seus componentes são fabricados industrialmente e podem ser combinados entre si e gerar diferentes tipos de edificações. edificações

Industrialização Coordenação Modular Determina a menor medida comum adotada para regular as proporções de todas as partes e elementos constituintes d edificação. da difi ã É necessária á i para permitir iti que todos t d os elementos do conjunto de elementos padronizados possam ser combinados entre si. Aplica malhas reticulares com dimensões básicas de 600 mm, mm bastante usual para estruturas metálicas.

Processos de Projeto Projeto O projeto de edificações deve incorporar a visão de produto (elementos estéticos), as funções e o processo de produção, juntando ao projeto as informações tecnológicas e gerenciais. gerenciais

Processos de Projeto Coordenador de Projeto Definição do Empreendimento Identificação ç e Definição ç de Soluções ç de Interfaces do Empreendimento Detalhamento do Empreendimento Pós-entrega do Empreendimento

Sistemas Construtivos Estrutura Tem como base a utilização do aço, aço buscando a estabilização da malha estrutural nas três direções necessárias: duas nos planos verticais de pilares e viga transversal e longitudinal à edificação e uma no plano horizontal da retícula de vigas e laje de piso.

Sistemas Construtivos Perfis Laminados Os perfis laminados são obtidos diretamente por laminação a quente em aço ç de alta resistência mecânica,, podendo ser de abas inclinadas, conforme ppadrão americano ((com faces internas das abas não paralelas às faces externas), ou de abas paralelas, conforme padrão europeu.

Sistemas Construtivos Perfis Dobrados Os perfis O fi dobrados d b d são ã obtidos btid através t é de d conformação a frio de chapas ou tiras provenientes i t de d fardos f d ou bobinas, b bi seja j por dobragem em dobradeiras hidráulicas ou por perfilagem em perfiladeiras. perfiladeiras Possuem grande liberdade dimensional, sendo empregados em estruturas leves. leves

Sistemas Construtivos Ligações União entre dois membros ou peças em qualquer tipo de estrutura. estrutura A padronização e a correta escolha do tipo de ligação são fatores que contribuem significativamente para redução dos custos de fabricação e montagem das estruturas metálicas. metálicas

Sistemas Construtivos Ligações Soldadas Eliminam uma grande porcentagem de chapas de ligação em relação às estruturas parafusadas. Existe uma facilidade de se realizar modificações difi õ nos desenhos d h das d peças e se corrigir erros durante a montagem. Reduzem o comprimento das peças devido aos efeitos cumulativos de retração, exigem maior análise de fadiga e maior tempo de fabricação e montagem das peças.

Sistemas Construtivos Ligações Parafusadas As ligações A li õ parafusadas f d permitem it mais i rapidez na fabricação das peças, mais rapidez id nas ligações li õ de d campo, economia i em relação ao consumo de energia elétrica uso de mão-de-obra elétrica, mão de obra reduzido e não muito qualificada e apresentam melhor resposta às tensões de fadiga. fadiga

Sistemas Construtivos Cobertura A cobertura é um elemento fundamental por interagir com ventilação, ventilação isolamento termoacústico e iluminação natural e pode ser considerada como a "quinta quinta fachada fachada" de uma edificação. edificação Nas edificações industrializadas empregam empregam-se se as telhas metálicas, metálicas que oferecem grande variabilidade de produtos no mercado.

Sistemas Construtivos Painéis de Vedação Influenciam significativamente na racionalização da produção de edifícios com estrutura metálica por estar diretamente ligado a imagem e ao conforto das edificações. edificações

Sistemas Construtivos Painéis de OSB São constituídas por tiras de madeira de reflorestamento orientadas em três camadas pperpendiculares, p, unidas com resinas e prensadas sob alta temperatura. Essas pplacas são utilizadas como fechamento da face interna e externa dos painéis, em forros, pisos e como substrato para cobertura do telhado.

Sistemas Construtivos Isolamento Termoacústico Controla as perdas de calor no inverno e os ganhos de calor no verão, verão sendo que a qualidade ambiental e o desempenho térmico de uma edificação são determinados pelo seu partido arquitetônico e suas opções de projeto como orientação, dimensões e localização de abertura, proteção solar e forma da cobertura, cobertura além da escolha de materiais mais ou menos indicados para determinados climas.

Sistemas Construtivos Painéis de Vedação Material Largura (m) Altura (m) Espessura (mm) Painel de OSB 1,22 2,44 9 12 15 18 Painel de Argamassa Armada variável variável variável Painéis Metálicos até 1,50 até 30 variável Placa Cimentícia 1,20 2 2,40 3 6 8 10 15 Telhas de Aço 1 a 2,50 até 12 40 50 65 80 95 P i l de Painel d G Gesso C Cartonado t d 1 20 1,20 2 60 a 3 2,60 12 5 15 18 12,5

Sistemas Construtivos Painéis de Vedação Material Painel de OSB Painel de Argamassa Armada Painéis Metálicos Placa Cimentícia Telhas de Aço P i l de Painel d G Gesso C Cartonado t d Os painéis de OSB não são adequados para o ambiente industrial da mineração. Os painéis de argamassa armada apresentam risco de corrosão da armadura. Os painéis metálicos têm utilização restrita est ta noo Brasil. as

Edificações Industriais de Apoio a Mineração Concepção As edificações definidas neste trabalho (oficina central de manutenção, manutenção galpão de testemunhos, escritório central e centro de treinamento, e viveiro de mudas) apresentam diferentes escalas, escalas acentuando a flexibilidade do sistema. Essas edificações devem, portanto, apresentar modulação e utilizar o máximo de componentes padronizados, padronizados gerando uma obra de fácil e rápida execução, em um sistema construtivo aberto, ou seja, permitindo a adoção de diferentes materiais e acabamentos.

Edificações Industriais de Apoio a Mineração Escala Oficina Central de Manutenção área: 2160m2 Galpão de Testemunhos área: 1440m2 Escritório Central e Centro de Treinamento área: 864m2 Viveiro de Mudas área: 3 x 72m2

Edificações Industriais de Apoio a Mineração Oficina Central de Manutenção Inclui oficina hidráulica, oficina mecânica, oficina elétrica, oficina de instrumentação, ferramentaria,, caldeiraria e usinagem, g, contendo área para compressor e cilindros de oxigênio g e acetileno, boxes preparados com trilhos para veículos de esteira e área externa pavimentada para manobra de veículos.

Edificações Industriais de Apoio a Mineração 112 m Oficina Central de Manutenção emenda de pilares

Edificações Industriais de Apoio a Mineração 122 m Oficina Central de Manutenção

Edificações Industriais de Apoio a Mineração Oficina Central de Manutenção Placas Cimentícias e: 10mm. l: 1,2m 1 2m. c: 3m Isolamento em Lã de Vidro e: 100mm. a: 3m. l: 1,2m Telhas de Aço Trapezoidais a: 40mm. e: 0,35mm. l: 2,5m. c: 6,5m Tela Metálica t: 0,5mm. l: 1,5m. c: 6m

Edificações Industriais de Apoio a Mineração Galpão de Testemunhos IInclui l i prateleiras t l i com gavetas t para guardar tubetes de testemunhos pelo t tempo estimado ti d de d vida id útil da d mina. i Essas gavetas devem ser catalogadas e arquivadas de modo a possibilitar seu acesso e levantamento imediatos. imediatos

Edificações Industriais de Apoio a Mineração Galpão de Testemunhos f forro de d iisopor

Edificações Industriais de Apoio a Mineração 6m Galpão de Testemunhos

Edificações Industriais de Apoio a Mineração Galpão de Testemunhos Placas Cimentícias e: 10mm. l: 1,2m 1 2m. c: 3m Isolamento em Lã de Vidro e: 100mm. a: 3m. l: 1,2m Telhas de Aço Trapezoidais a: 40mm. e: 0,35mm. l: 2,5m. c: 6,5m Tela Metálica t: 0,5mm. l: 1,5m. c: 6m

Edificações Industriais de Apoio a Mineração Escritório Central e Centro de Treinamento Placas Cimentícias e: 10mm. l: 1,2m. c: 3m Placas de Gesso Cartonado e: 10mm. l: 1,2m. c: 3m Isolamento em Lã de Vidro e: 100mm. a: 3m. l: 1,2m Telhas de Aço Trapezoidais a: 40mm. e: 0,35mm. l: 2,5m. c: 6,5m Tela Metálica t: 0,5mm. l: 1,5m. c: 6m

Edificações Industriais de Apoio a Mineração Viveiro de Mudas IInclui l i edificação difi ã central t l com escritório, itó i sanitários e laboratório para análise de sementes t e dois d i galpões l õ auxiliares: ili um para armazenagem de materiais e produtos agrotóxicos e outro para enchimento de embalagens e beneficiamento de sementes. sementes

Edificações Industriais de Apoio a Mineração Viveiro de Mudas Placas Cimentícias e: 10mm. l: 1,2m 1 2m. c: 3m Isolamento em Lã de Vidro e: 100mm. a: 3m. l: 1,2m Telhas de Aço Trapezoidais a: 40mm. e: 0,35mm. l: 2,5m. c: 6,5m Tela Metálica t: 0,5mm. l: 1,5m. c: 6m

Conjunto de Elementos Padronizados Cálculo Estrutural Ações verticais e horizontais: as ações verticais são devido à carga permanente e à sobrecarga e as ações horizontais são provenientes i t do d vento. t A altura lt da d seção ã da d coluna l varia i de d 1/20 a 1/30 da altura do pórtico: 0,6 m a 0,4 m. Os perfis estruturais da coluna e da viga devem apresentar a mesma seção mesmo considerando que a seção da viga poderia ser melhorada pela escolha de um perfil mais leve.

Conjunto de Elementos Padronizados Cálculo Estrutural É importante lembrar que o refinamento estrutural não é o foco desse trabalho e que a definição dos perfis estruturais e das peças complementares deve ser baseada em um pré-dimensionamento capaz de nortear a padronização. O refino estrutural é necessário no caso da implantação do projeto e pode ocasionar modificações no perfil estrutural aqui definido.

Conjunto de Elementos Padronizados Estrutura Estrutura: Perfis Soldados CS 400 x 106 Ligações Parafusadas P f Parafusos d Alta de Alt Resistência R i tê i Cobertura: Telhas Metálicas Trapezoidais Perfis Dobrados Ue 150 x 60 x 20 x 3,42,

Conjunto de Elementos Padronizados Oficina Central de Manutenção Para a oficina central de manutenção devem ser considerados 33 pórticos estruturais, com emendas de pilares para possibilitar o pé-direito de 12 m, mantendo-se as bases dos pilares de acordo com o padrão. padrão Os fechamentos interno e externo em placas cimentícias e telha metálica, metálica sendo necessária mais uma linha de telhas. A tela metálica também deve ser instalada para permitir a iluminação e a ventilação ç natural na edificação. ç

Conjunto de Elementos Padronizados Galpão de Testemunhos e Viveiro de Mudas Para o galpão de testemunhos e para os galpões do viveiro de mudas devem ser contabilizados os elementos referentes aos pórticos estruturais (22 pórticos para o galpão de testemunhos e 2 pórticos para cada galpão do viveiro de mudas), às bases de pilares e ao fechamento vertical, incluindo o fechamento em tela metálica. metálica

Conjunto de Elementos Padronizados Escritório Central e Centro de Treinamento Para o escritório central e centro de treinamento devem ser considerados 15 pórticos estruturais, com 24 bases de pilares e fechamento vertical em placas cimentícias, cimentícias incluindo o fechamento em tela metálica para facilitar a ventilação e a iluminação. O diferencial dessa tipologia de edificação está nas divisões internas que têm o gesso cartonado como painel de fechamento, inclusive nas áreas de sanitários, permitindo a divisão dos espaços internos conforme definido no pprojeto j arquitetônico. q

Conjunto de Elementos Padronizados Ti de Tipo d Peças P Nú Número de d Peças P Oficina Galpão Escritório Viveiro P fil CS 400 x 106 Perfil 154 77 54 24 Perfil Ue 150 x 60 x 20 x 3,42 424 216 164 72 T lh de Telhas d Fechamento F h t e Cobertura C b t 124 76 382 48 Parafusos ASTM A 325 (ø 19 mm) 2410 828 598 252 Chumbadores (19 mm) 88 66 48 24 Placa de Base (50 cm x 50 cm) 44 33 24 12 Perfil U 92 x 38 x 0,95 0 95 134 108 138 38 Perfil Ue 90 x 40 x 12 x 0,95 667 550 572 285 Fita de Aço Galvanizado (3,85 (3 85 m) 164 136 212 76 Chapa de Gusset (250 x 250 x 1,25) 328 272 424 152 Placa Cimentícia ((1,2, m x 3 m)) 410 340 320 190 Placa Cimentícia (0,4 m x 3 m) 52 40 32 - - - 210-9240 7600 11240 3800 41 34 32 19 Placa Gesso Cartonado ((1,2 m x 3 m)) Parafusos Autobrocantes (10 16 x ¾ ) Tela Metálica (1,5 m x 6 m)

Conjunto de Elementos Padronizados Conjunto de Elementos Padronizados perfil Ue 150 x 60 x 20 x 3,42 perfil CS 400 x 106 telhas de fechamento e cobertura parafusos ASTM A 325 (ø 19 mm) chumbadores ((19 mm)) placa de base (50 cm x 50 cm) perfil U 92 x 38 x 0,95 perfil Ue 90 x 40 x 12 x 0,95 fita fit de d aço galvanizado l i d (3,85 (3 85 m)) chapa de gusset (250 x 250 x 1,25) placa l cimentícia i tí i (1,2 (1 2 m x 3 m)) placa cimentícia (0,4 m x 3 m) placa gesso cartonado (1,2 (1 2 m x 3 m) parafusos autobrocantes (10 16 x ¾ ) tela metálica (1,5 (1 5 m x 6 m). m)

Conjunto de Elementos Padronizados Conjunto de Elementos Padronizados É importante acentuar que todos os elementos constantes no conjunto são considerados como de prateleira com processo de compra simples e rápido sem qualquer tipo de produção com exclusividade, rápido, exclusividade conforme objetivo desse trabalho.

Considerações Finais Considerações Finais Os conceitos de industrialização da obra devem ser trabalhados desde a sua concepção para que as vantagens dos sistemas empregados sejam maximizadas e a adequação dos sistemas construtivos utilizados é fundamental para o sucesso do empreendimento. A combinação da estrutura com o sistema de fechamento gera um sistema construtivo de fácil manutenção com facilitadas possibilidades de reformas e ampliações.

Considerações Finais Considerações Finais A utilização do conjunto de elementos padronizados atende aos conceitos estruturais, mesmo considerando que a avaliação aqui realizada pode ser mais aprofundada e pode, pode ainda, ainda tornar o projeto mais econômico com a possibilidade de redução dos perfis e, consequentemente, do volume de aço necessário para montagem. montagem

Considerações Finais Considerações Finais As decisões tomadas no decorrer desse trabalho buscavam solucionar problemas de interface dos elementos atendendo, ao mesmo tempo, as questões estruturais, estruturais as necessidades de espaço e utilização dos espaços e as condições de conforto térmico e acústico, essenciais para edificações com ocupação permanente de pessoas, pessoas como o escritório central e centro de treinamento.

Considerações Finais Considerações Finais A idéia de utilização de peças "de de prateleira prateleira" é reforçada pela possibilidade de reaproveitamento a partir de trabalhos de montagem e desmontagem, atendendo a uma necessidade do ambiente industrial da mineração de reposicionamento de edificações para possibilitar o acesso a jazida ou ao depósito mineral. mineral A versatilidade do uso de painéis permite muitas readequações dos espaços internos mantendo as edificações sempre adequadas à variação de volume de mão-de-obra na operação p ç de uma pplanta industrial de mineração.

Considerações Finais Considerações Finais Conclui-se Conclui se que é possível padronizar diferentes edificações de uma planta industrial de mineração diversificada, sem grandes perdas, a partir da utilização de produtos de mercado, mercado sem qualquer produção específica. específica É possível, possível então, então que esses elementos padronizados funcionem como produtos de prateleira, permitindo que as indústrias de mineração tenham mais flexibilidade e facilidade na montagem de suas plantas industriais.

Paula Lopes Braga paula.braga@ymail.com