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    AGRADECIMENTOS

    No teria sido possvel desenvolver esta dissertao sem a ajuda de todos os que, de uma

    forma ou de outra, me acompanharam, motivaram e incentivaram durante todo este percurso.

    Ao Prof. Srgio Cruz, o meu obrigado pelos conhecimentos que me transmitiu ao longo da

    elaborao desta tese, contribuindo para complementar a bagagem com a qual entrarei no

    mundo do trabalho.

    Aos meus pais e ao meu irmo por todo o apoio que me deram ao longo desta jornada, tal

    como ao longo de toda a minha vida, e por terem feito de mim tudo o que sou hoje.

    Ao Petit, ao Gameiro, ao Chico e ao CC, que me acompanharam desde o secundrio at ao

    final deste curso, agradeo pela amizade incondicional, por todos os bons momentos que

    l t 5 t i id i

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    RESUMO

    As estruturas de edifcios que recorrem ao mtodo construtivo Light Steel Framing (LSF),

    destacam-se como um sistema construtivo fortemente concorrencial com os demais. Este

    sistema aborda e colmata de forma eficaz as lacunas ecolgicas existentes noutros mtodos

    convencionais. Um dos objectivos da presente dissertao consistiu na anlise, estudo e

    avaliao global dos vrios parmetros relativos performance trmica, acstica, de

    resistncia ao fogo e de sustentabilidade, visto que se tratam de factores, para alm dos

    aspectos estruturais, decisivos na escolha dum mtodo construtivo. Atravs da comparao do

    mtodo construtivo em estudo com a soluo tradicional de beto e alvenaria, verificou-se que

    o mtodo LSF apresenta (i) excelente desempenho trmico, (ii) bom desempenho acstico, (iii)

    excelentes indicadores de durabilidade, sustentabilidade e ecoeficincia.

    O objectivo principal da presente dissertao, residiu no desenvolvimento e anlise de um

    modelo estrutural de um edifcio em LSF, estudando o comportamento da estrutura em conjunto

    com os painis de revestimento de OSB e as tcnicas de clculo associadas ao sistema e

    prescritas na EN1993.

    A modelao da estrutura foi realizada no programa SAP2000, tendo permitido avaliar quais as

    melhores tcnicas de modelao computacional de determinados elementos e comportamentos

    t t i d t id d t t t fit tli

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    ABSTRACT

    The structures of buildings that use the Light Steel Framing (LSF) constructive method stand out

    as a possible constructive system for the future, since it effectively addresses and resolves the

    ecological mistakes existent in other methods. One of the objectives of this thesis was to

    examine, study and evaluate several parameters related to thermal performance, acoustics, fire

    resistance and sustainability, because these are decisive factors when selecting a construction

    method. Comparing the construction method in study with the traditional masonry solution, it

    was found that the LSF method presents (i) excellent thermal performance, (ii) good acoustical

    performance, (iii) excellent durability, sustainability and eco-efficiency indicators.

    The main objective of this thesis consisted in the development and analysis of a structural

    model of a LSF building, studying the behaviour of the structure in conjunction with the OSB

    siding panels and the calculation techniques related with the system, prescribed in EN1993.

    Modelling the structure in SAP2000 allowed the assessment of the best techniques for

    computational modelling of certain structural elements and behaviours, predominantly the

    diagonal straps and the diaphragm effect of OSB. It was then concluded, that this effect should

    be considered in the structural model due to its influence on the seismic behaviour.

    Subsequently, the critical design values were analysed in the main structural elements, in order

    d i h i d i

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    NDICE

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    LISTA DE FIGURAS

    Figura 2.1 - Montagem de painis em obra (Futureng, 2012). ..................................................... 7

    Figura 2.2 - Mdulo em fbrica (Fiorino, 2003). ........................................................................... 8

    Figura 2.3 - Exemplo de moradia modular (Koma Modular Construction, 2012). ........................ 8

    Figura 2.4 - Estrutura tpica de uma construo stick-built(Futureng, 2012). ............................. 9

    Figura 2.5 - Pormenor do enrijecedor de alma de uma parede estrutural (NASFA, 2000). ...... 10

    Figura 2.6 - Produo de perfis em obra (Inoue, 2004). ............................................................ 12

    Figura 2.7 - Formas tpicas de perfis enformados a frio (EN1993-1-3). ..................................... 13

    Figura 2.8 - Perfil U simples e U enrijecido (Ue ou C). .............................................................. 13

    Figura 2.9 - Orientao das fibras de madeira numa placa OSB (Dias et al., 2004). ................ 16

    Figura 2.10 - Formatos da l de rocha. ...................................................................................... 18

    Figura 2.11 - Esquema geral do sistema ETICS (Futureng, 2012). ........................................... 20

    Figura 2.12 - Esquema da parede exterior de alvenaria. ........................................................... 22Figura 2.13 - Esquema parede exterior de LSF. ........................................................................ 23

    Figura 2.14 - Fator de utilizao dos ganhos trmicos, !, em funo do parmetro " e da

    classe de inrcia trmica interior (RCCTE, 2006). ...................................................................... 27

    Figura 2.15 - Parede exterior de alvenaria (Mateus, 2004)........................................................ 30

    Figura 2.16 - Parede exterior de LSF (Mateus, 2004). ............................................................... 30

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    Figura 2.30 - Planta dos elementos principais do piso em LSF (Adaptado de ConsulSteel,

    2002). .................................................................. ........................................................................ 41

    Figura 2.31 - Pormenor do reforo de alma (Adaptado de Crasto, 2005). ................................. 41

    Figura 2.32 - Esquema de piso em LSF com perfis mega (Futureng, 2012) ........................... 42

    Figura 2.33 Pormenorizao de trs tipos de vigas compostas (Adaptado de ConsulSteel,

    2002). .................................................................. ........................................................................ 43

    Figura 2.34 Planta, alado e pormenor de viga simplesmente apoiada em sistema LSF

    (Adaptado de ConsulSteel, 2002). .............................................................................................. 43

    Figura 2.35 - Planta, alado e pormenor de viga contnua em sistema LSF (Adaptado de

    ConsulSteel, 2002). ........................................................................................................... .......... 44

    Figura 2.36 Pormenor de ligao entre vigas de dois tramos (Adaptado de ConsulSteel,

    2002). .................................................................. ........................................................................ 44

    Figura 2.37 - Pormenorizao da soluo com Hanger e com cantoneira (Adaptado de

    ConsulSteel, 2002). ........................................................................................................... .......... 45Figura 2.38 Planta dos dois tipos de consola em sistema LSF (Adaptado de ConsulSteel,

    2002). .................................................................. ........................................................................ 45

    Figura 2.39 Pormenorizao da consola com vigas perpendiculares s vigas de piso

    (Adaptado de ConsulSteel, 2002). .............................................................................................. 46

    Figura 2.40 - Tipos de pontas usadas nos parafusos no sistema LSF (Adaptado de Rodrigues,

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    Figura 2.56 - Pormenor de blockinge strappingem montantes (Adaptado de Crasto, 2005). .. 59

    Figura 3.1 Planta de arquitetura do edifcio estudado (cotas em metros). .............................. 61

    Figura 3.2 Piso com vigas simplesmente apoiadas (modelo #1). ........................................... 63

    Figura 3.3 Piso com vigas contnuas (modelos #2 e #3). ....................................................... 63

    Figura 3.4 - Esquema do comportamento de diafragma (Fiorino, 2003). .................................. 64

    Figura 3.5 Modelao de um painel estrutural com fitas metlicas em X. .............................. 66

    Figura 3.6 Configuraes dos painis analisados (Adaptado de AISI, 1997). ........................ 67

    Figura 3.7 Grfico deslocamento/fora das 4 configuraes analisadas (1 in = 2,54 cm;

    10000 lbs = 44.48 kN) (AISI, 1997). ............................................................................................ 68

    Figura 3.8 Configurao dos 5 tipos de painis testados (Adaptado de Tian et al., 2004). .... 68

    Figura 3.9 Grfico deslocamento/fora para os vrios tipos de painel testados (Tian et al.,

    2004). .................................................................. ........................................................................ 69

    Figura 3.10 Eixos locais do elemento shellda placa de OSB. ................................................ 70

    Figura 3.11 Modelo numrico para simulao dos testes realizados por Tian et al.. ............. 71Figura 3.12 Modelo numrico para simulao dos testes realizados por AISI. ...................... 71

    Figura 3.13 - Tipos de painis considerados no edifcio em estudo. ......................................... 72

    Figura 3.14 Modelo numrico para simulao do comportamento do painel tipo 4. ............... 74

    Figura 3.15 - Campo de deslocamentos do modelo numrico do painel tipo 4. ........................ 74

    Figura 3.16 Modelo numrico extrudido da diagonal equivalente de OSB. ............................ 75

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    Figura 5.4 - Fluxograma para a determinao da seco efetiva de elementos de placa

    internos. ............................................................................................................................. ....... 104

    Figura 5.5 - Fluxograma para a determinao da seco efetiva de elementos de placa

    salientes. ................................................................................................................................... 105

    Figura 5.6 - Grfico da resistncia em funo do n. de reforos da seco (Santos, 2011). . 106

    Figura 5.7 - Esquema global de dimensionamento de perfis enformados a frio (Gervsio et al.,

    2003; Pinto, 2010). ............................................................................................................ ........ 106

    Figura 5.8 Fluxograma da verificao da segurana de elementos sujeitos a compresso

    axial (Gervsio et al., 2003; Pinto, 2010). ................................................................................. 107

    Figura 5.9 - Fluxograma da verificao da segurana de elementos sujeitos a flexo (Gervsio

    et al., 2003; Pinto, 2010). .......................................................................................................... 108

    Figura 5.10 - Fluxograma da verificao da segurana de elementos sujeitos a combinao de

    compresso axial e a flexo (Gervsio et al., 2003; Pinto, 2010). ............................................ 109

    Figura 5.11 - Encurvadura do perfil entre parafusos (Telue & Mahendran, 2001). .................. 110Figura 5.12 Grfico resumo da capacidade resistente dos montantes constitudos por perfis

    U93 e C90. ................................................................................................................................ 112

    Figura 5.13 Configurao dos montantes constitudos por perfis U93 e C90. ...................... 112

    Figura 5.14 - Grfico resumo da capacidade resistente dos montantes constitudos por perfis

    U153 e C150. ............................................................................................................................ 113

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    LISTA DE TABELAS

    Tabela 2.1 - Medidas standard dos perfis tipo U simples e U enrijecido. .................................. 14

    Tabela 2.2 - Exigncias normativas para revestimento metlico dos aos para a fabricao de

    perfis no LSF (ABNT, 2005). ....................................................................................................... 14

    Tabela 2.3 - Clculo do peso da parede exterior leve. ............................................................... 23

    Tabela 2.4 - Clculo do peso da parede exterior pesada. ......................................................... 23

    Tabela 2.5 - Clculo do peso da parede interior pesada para tijolo de 11 cm e de 15 cm. ....... 24

    Tabela 2.6 - Clculo do peso da parede interior leve. ................................................................ 24

    Tabela 2.7 - Clculo da condutibilidade trmica da soluo de alvenaria. ................................ 25

    Tabela 2.8 - Clculo da condutibilidade trmica da soluo de LSF. ........................................ 26

    Tabela 2.9 - Efeitos do incremento do isolamento acstico (Almeida & Silvar, 2007). .............. 29

    Tabela 2.10 - Dimetros e comprimentos dos parafusos usados no sistema LSF. ................... 47

    Tabela 2.11 - Caractersticas dos parafusos recomentadas em funo da aplicao (Adaptadode ConsulSteel, 2002; Rodrigues, 2006). ................................................................................... 49

    Tabela 3.1 Modelos estudados e respectivas caractersticas. ................................................ 62

    Tabela 3.2 Propriedades das placas de OSB. ........................................................................ 70

    Tabela 3.3 Resumo do clculo das diagonais equivalentes de OSB para os 4 tipos de painel.

    ............................................................................ ........................................................................ 76

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    Tabela 4.6 - Esforos de dimensionamento dos montantes para combinao Sismo 1x, no

    considerando o efeito diafragma do OSB. .................................................................................. 92

    Tabela 4.7 - Esforos de dimensionamento dos montantes para combinao Sismo 1y, no

    considerando o efeito diafragma do OSB. .................................................................................. 92

    Tabela 4.8 - Esforos de dimensionamento dos montantes para combinao Sismo 1x,

    considerando o efeito diafragma do OSB. .................................................................................. 93

    Tabela 4.9 - Esforos de dimensionamento dos montantes para combinao Sismo 1y,

    considerando o efeito diafragma do OSB. .................................................................................. 93

    Tabela 4.10- Esforos de dimensionamento das vigas para a combinao de estado limite

    ltimo em funo das condies de apoio. ................................................................................. 94

    Tabela 4.11 - Esforos de dimensionamento das fitas metlicas para a combinao Sismo 1x,

    no considerando o efeito diafragma do OSB. ........................................................................... 95

    Tabela 4.12 - Esforos de dimensionamento das fitas metlicas para a combinao Sismo 1y,

    no considerando o efeito diafragma do OSB. ........................................................................... 95Tabela 4.13 - Esforos de dimensionamento das fitas metlicas e das diagonais equivalentes

    de OSB para a combinao Sismo 1x. ....................................................................................... 96

    Tabela 4.14 - Esforos de dimensionamento das fitas metlicas e das diagonais equivalentes

    de OSB para a combinao Sismo 1y. ....................................................................................... 96

    Tabela 4.15 Esforos de dimensionamento dos parafusos da ligao montante-OSB para a

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    NOTAES

    Lista de Abreviaturas

    ABCEM Associao Brasileira da Construo MetlicaAISI American Iron and Steel InstituteCFS Cold Formed SteelCSSBI Canadian Sheet Steel Building InstituteDCH Classe de ductilidade alta

    DCM Classe de ductilidade mdiaEN 1990 Eurocdigo 0 - Bases do projeto de estruturasEN 1991 Eurocdigo 1 - Aes em estruturasEN 1993 Eurocdigo 3 - Projeto de estruturas de aoEN 1995 Eurocdigo 5 - Projeto de estruturas de madeiraEN 1998 Eurocdigo 8 - Projeto de estruturas em regies ssmicasEPS Expanded polystyreneETICS External Thermal Insulation Composite Systems

    ICE Institution of Civil EngineersIStructE The Institution of Structural EngineersLSF Light Steel FramingMEF Mtodo dos elementos finitosNAHB National Association of Home BuildersNASFA North American Steel Framing AllianceOSB Oriented Strand Board

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    Cpe,10 Coeficiente de presso exterior para reas superiores a 10mcpi Coeficiente de presso interior

    cseason Coeficiente de sazod Dimetro nominal do parafuso ou dimetro da peca de ligaod0 Dimetro do furo para um parafuso, para um rebite ou para uma cavilhadr,x Valor de clculo do deslocamento relativo entre pisosdr,y Valor de clculo do deslocamento relativo entre pisosE Mdulo de elasticidadee1 Distncia, para qualquer das peas da ligao, entre o centro do furo (de

    um parafuso ou rebite) e a extremidade adjacente, medida na direo da

    transmisso do esforoe2 Distncia, para qualquer das peas da ligao, entre o centro do furo (de

    um parafuso ou rebite) e o bordo adjacente, medido na direoperpendicular transmisso do esforo

    Ed Valor de clculo do efeito das aeseN,y Afastamento entre os centros de gravidade das reas das seces efetiva

    (Aeff) e bruta, segundo o eixo y-y

    eN,z Afastamento entre os centros de gravidade das reas das seces efetiva(Aeff) e bruta, segundo o eixo z-zf Fator de correo de #LTFb,Rd Valor de clculo da resistncia ao esmagamento por parafusofu Tenso ltimafub Tenso de rotura trao do parafusoFv,Ed Valor de clculo do esforo transverso atuante por parafusoFv,Rd Valor de clculo da resistncia ao esforo transverso por parafuso

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    MRd Momento fletor resistente de clculoMRk Valor caracterstico do momento fletor resistente

    My,Ed Valor de clculo do momento fletor atuante, em relao ao eixo y-yMy,Rd ; Mz,Rd Momentos fletores resistentes de clculo em relao aos eixos principais ye z, respectivamente

    Mz,Ed Valor de clculo do momento fletor atuante, em relao ao eixo z-zNb,Rd Valor de clculo do esforo normal resistente encurvadura de um

    elemento comprimido

    Nc,Rd Valor de clculo do esforo normal resistente compresso de uma secotransversal

    Ncr Valor crtico do esforo normal para o modo de encurvadura elsticaconsiderado, determinado com base nas propriedades da secotransversal bruta

    Ncr,T Valor crtico do esforo de encurvadura elstica por toroNcr,TF Valor crtico do esforo de encurvadura elstica por flexo-toroNEd Valor de clculo do esforo normal atuante (trao ou compresso)Nt,Rd Valor de clculo do esforo normal resistente de trao

    p0 Valor de referncia da presso sonorap1 Distncia entre os eixos dos parafusos ou rebites de uma fiada, medida nadireo da transmisso do esforo

    p2 Distncia, medida perpendicularmente direo da transmisso do esforo,entre fiadas adjacentes de parafusos ou rebites;

    q Coeficiente de comportamentoq Valor da ao de sobrecarga calculada na secoqb Presso dinmica de referncia

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    vigas constitudas por perfis laminados e soldados equivalentes$Ge $Q Coeficientes parciais de segurana relativos s aes permanentes e

    variveis, respectivamente$I Coeficiente de importncia$M Fator de segurana que tem em conta a propriedades do material, as

    incertezas do modelo e as variaes dimensionais$M0 Coeficiente parcial de segurana para a resistncia de seces transversais

    de qualquer classe$M1 Coeficiente parcial de segurana para a resistncia dos elementos em

    relao a fenmenos de encurvadura, avaliada atravs de verificaes

    individuais de cada elemento$M2 Coeficiente parcial de segurana para a resistncia rotura de seces

    transversais traccionadas em zonas com furos de ligao%MEd Valor de clculo do momento adicional atuante devido ao afastamento entre

    os centros de gravidade das reas das seces efetiva (Aeff) e bruta&1 Valor da esbelteza de referncia para determinar a esbelteza normalizada&norm,LT Esbelteza normalizada para a encurvadura lateral

    &norm,LT,0 Comprimento do patamar das curvas de dimensionamento encurvaduralateral de vigas constitudas por perfis laminados e soldados equivalentes&norm,T Esbelteza normalizada associada encurvadura de colunas por toro ou

    flexo-toro

    &norm,y Esbelteza normalizada para a encurvadura em relao ao eixo y-y&norm,z Esbelteza normalizada para a encurvadura em relao ao eixo z-z' Coeficiente de Poissonem regime elstico( Valor para determinar o coeficiente de reduo #

    )

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    1. INTRODUO1.1.Enquadramento geral

    O Homem procurou desde sempre proteger-se da agressividade do meio envolvente, tendo em

    vista a sua sobrevivncia e bem-estar. Havendo a necessidade de materializar construes

    cada vez mais grandiosas e slidas, o Homem, atravs da observao do comportamento dos

    materiais que o rodeavam, aprendeu a aplicar o desenvolvimento das cincias como a fsica e

    a matemtica construo. medida que as exigncias ao nvel da resistncia das

    construes aumentavam, mais complexos se tornavam os processos de transformao das

    matrias-primas a incorporar nos materiais de construo. Os materiais deixaram de ser

    aplicados tal e qual como eram extrados da natureza, o que implicou maiores consumos

    energticos e maiores dificuldades na absoro destes materiais pelos ecossistemas, aquando

    da sua devoluo, aps o fim da vida til das construes.

    Nos finais do sculo XIX, dissemina-se a aplicao do beto como novo material de

    construo, que aparentava ser a soluo para as crescentes exigncias funcionais dos

    materiais economia, resistncia e durabilidade. medida que os anos foram passando, o

    Homem foi sucessivamente interpretando e optimizando as caractersticas mecnicas do beto.

    Surge assim o beto armado, o material de construo mais utilizado, hoje em dia, na

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    1.3.Estrutura da dissertaoO presente trabalho divide-se em 6 captulos, apresentando-se nesta seco o contedo de

    cada um atravs de uma descrio sumria.

    O presente captulo, de carcter introdutrio, explana as principais motivaes para a

    realizao desta dissertao, bem como os principais objectivos da mesma, definindo de que

    forma o tema proposto ser abordado.

    No captulo 2 feita uma breve introduo tcnica construtiva do sistema LSF, analisando os

    conceitos e vantagens do sistema, bem como os principais elementos que o constituem.

    Realiza-se, tambm, a anlise, estudo e avaliao global dos vrios parmetros relativos

    performance trmica, acstica, de resistncia ao fogo e de sustentabilidade.

    No captulo 3 descreve-se a modelao da estrutura do edifcio proposto para o estudo. Assim,

    aborda-se o processo computacional necessrio criao de um modelo no programa

    SAP2000, focando a ateno para os elementos que contribuem para o comportamento

    ssmico do edifcio, nomeadamente as fitas metlicas de contraventamento e o efeito de

    diafragma criado pelos painis de OSB.

    No captulo 4 so analisados os resultados obtidos no modelo anteriormente descrito.

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    2. SISTEMA LSF2.1. Introduo

    Light Steel Framing, estrutura leve de ao traduzido do ingls, ou tambm conhecido como

    sistema auto-portante de construo a seco.

    A utilizao de estruturas de ao na construo civil feita de variadas formas: como elemento

    estrutural, na funo de vigas, pilares e lajes mistas, em coberturas, usualmente de grande

    vo, ou como elemento de sistemas construtivos integrados, como o LSF.

    A histria do LSF inicia-se no sc. XIX, quando a emigrao para a costa Oeste dos Estados

    Unidos aumentou significativamente. Num curto espao de tempo a populao americana

    multiplicou-se por dez e, para dar resposta a tal procura de habitaes, recorreu-se a um

    material local, abundante e de baixo custo, a madeira.

    Ao terminar a Segunda Guerra Mundial, o ao era um recurso abundante e as empresas

    metalrgicas tinham obtido grande experincia na utilizao do metal devido ao esforo da

    guerra. Primeiro usado nas divisrias dos grandes edifcios com estrutura em ferro, o ao

    moldado a frio, passou a ser usado em divisrias de edifcios comuns de habitao. Um grande

    impulso foi dado nos anos 80, no Estados Unidos, quando diversas florestas mais antigas

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    EUA, Canad, Austrlia, Japo e, mais recentemente, a China, esta uma indstria muito

    desenvolvida e estabelecida. De facto, nos EUA, 15000 casas de LSF foram construdas em

    1993, 75000 em 1996 e cerca de 375000 em 2002, demonstrando um crescimento muito

    considervel (Yu, 2000).

    A construo de edificaes habitacionais unifamiliares e multifamiliares de pequeno porte

    baseada, na maioria dos casos, em processos de produo artesanais, sem qualquer recurso a

    meios industriais, desprovidos de um sistema de gesto, que auxilie na melhoria tanto dos

    processos quanto do produto final. O carcter artesanal da produo de residncias revela o

    desinteresse e incria de alguns profissionais para com a gesto dos procedimentos, que

    tambm envolve a fase de planeamento e projeto. Nestes casos o LSF pode dar uma resposta

    de melhor nvel, tendo em considerao a sua pressuposta organizao industrial.

    2.2.Conceitos e vantagensO conceito principal do projeto segundo o Sistema LSF dividir a estrutura numa grande

    quantidade de elementos estruturais, de maneira que cada um resista a uma pequena parcela

    da carga total aplicada. Existem trs mtodos bsicos de construo em LSF em edifcios de

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    Figura 2.1 - Montagem de painis em obra (Futureng, 2012).

    2.2.2. Construo em painisO segundo mtodo consiste num nvel intermdio de pr-fabricao, ou seja, so construdos

    mdulos que constituem as paredes, pisos e coberturas, sendo apenas necessrio coloc-los

    na sua posio correta em obra. Este mtodo tanto mais eficiente quanto mais vezes se

    repetirem as formas, tipos e dimenses dos painis. Ao contrrio do mtodo anterior, tambm

    possvel que os painis vindos de fbrica venham j com o seu revestimento exterior, interior e,

    at mesmo, isolamento. As principais vantagens da construo em painis so (SCI, 1997):

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    Figura 2.2 - Mdulo em fbrica (Fiorino, 2003).

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    Bloqueador ou tarugo (blocking): perfil utilizado no travamento lateral de montantes evigas;

    Fita (flat strap): fita de ao galvanizado usada na horizontal ou na diagonal comoelemento de contraventamento;

    Guia ou canal (track): perfil utilizado na base e no topo dos painis de parede e noencabeamento das vigas;

    Montante (stud): perfil utilizado verticalmente na composio de painis de parede;

    Ombreira (jack stud): perfil utilizado verticalmente para apoio da verga; Reforo de alma (web stiffener): perfil utilizado verticalmente no apoio de vigas; Cabeceira ou verga (header): perfil utilizado horizontalmente sobre as aberturas para

    suporte da estrutura;

    Viga (joist): perfil utilizado como viga de piso.

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    Figura 2.5 - Pormenor do enrijecedor de alma de uma parede estrutural (NASFA, 2000).

    2.2.5. VantagensPor se tratar de um processo com nvel de industrializao muito superior, em comparao com

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    2.3.MateriaisConsiderando que as propriedades dos materiais tm um papel fundamental no desempenho

    das estruturas, da maior importncia conhecer as propriedades mecnicas dos elementos do

    sistema Light Steel Framing.

    2.3.1.

    Estruturais

    2.3.1.1. AoTendo em conta os materiais e a tecnologia existente hoje em dia na engenharia e na

    construo civil, o ao destaca-se em vrias propriedades que, nas ltimas dcadas, tm

    ganho extrema importncia. O ao, apesar de no ser proveniente de uma fonte renovvel,

    reciclvel e considerado um dos materiais mais versteis do mundo. Um produto que pode

    ser facilmente reciclado, tem vantagens em relao a um produto que inicialmente verde,

    mas que no pode ser reciclado. Apenas no reciclado o ao que no economicamente

    vivel separar de outros materiais (Torgal & Jalali, 2008).

    Outras caractersticas, como a consistente qualidade do material, a resistncia a insectos ou a

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    Figura 2.6 - Produo de perfis em obra (Inoue, 2004).

    No sistema LSF os perfis estruturais enformados a frio so fabricados a partir de bobinas de

    ao de qualidade estrutural revestido a carbono com imerso contnua a quente de zinco,

    designado na EN1993-1-3 por S220GD+Z, cuja tenso de cedncia (fyb) no seja inferior a 220

    N/mm2. Para os perfis no estruturais vulgarmente usado um ao macio, tambm com

    imerso contnua a quente de zinco, designado na EN1993-1-3 por DX51D+Z, cuja tenso de

    cedncia no seja inferior a 140 N/mm2.

    Um dos aos mais comummente usados em Portugal o S280GD+Z, ao qual corresponde uma

    tenso de cedncia de 280 N/mm2 e tenso ltima (fu) de 360 N/mm2. Existem, portanto,

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    Figura 2.7 - Formas tpicas de perfis enformados a frio (EN1993-1-3).

    No entanto, semelhana do que se passa com as seces de ao pesado, existem seces,

    que pela sua facilidade de processo de fabrico e de integrao com a construo e arquitetura,

    so usados na grande maioria dos casos. Estes perfis, apresentados na Figura 2.8, so o U

    simples (U), usado como bloqueador e guia e o U enrijecido (Ue ou C), usado como reforo de

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    Tabela 2.1 - Medidas standard dos perfis tipo U simples e U enrijecido.

    Tipo bw bf tn D(mm) (mm) (mm) (mm)

    C ou Ue

    90

    43

    1,5

    15150 1,5200 2250 2,5

    U

    93 1,5

    -153 1,5

    204 2255 2,5

    Quando se trata de usar o ao como elemento estrutural, necessrio tomar medidas

    adicionais para que sejam garantidos os nveis de durabilidade exigidos no ponto 2.3 da

    EN1990, que, para uma habitao comum, se trata de um perodo de vida til de 50 anos. A

    vida til de uma estrutura o perodo expectvel durante o qual a estrutura satisfaz osrequisitos de segurana, funcionalidade e estticos, sem custos de manuteno no previstos e

    sem necessidade de reparaes. A Tabela 2.2 apresenta as exigncias prescritas na norma

    brasileira em relao ao mnimo revestimento necessrio para a utilizao de perfis

    enformados a frio em perfis estruturais e no estruturais.

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    Ataque uniforme: processo corrosivo mais comum, que age na superfcie do material e causado pela exposio da pea atmosfera;

    Corroso galvnica: ocorre quando h contacto entre dois metais diferentes imersosnum meio condutor;

    Corroso em fendas: ocorre por acumulao de ambiente corrosivo em depsitos, taiscomo juntas de superposio, furos, depsito em superfcies, etc.

    Visto que as duas ltimas formas de ataque referidas so evitveis no sistema LSF, os

    esforos concentram-se no ataque uniforme. O processo mais efetivo e econmico para

    proteger o ao da corroso atmosfrica a galvanizao (Lawson et al., 2010). Este processo

    evita o ataque de duas formas: por meio de uma barreira mecnica exercida pelo revestimento

    de zinco e atravs do efeito sacrificial, ou seja, de perda de massa do zinco em relao ao ao-

    base, denominada proteo catdica. Isto permite que o ao continue protegido, mesmo com o

    corte das chapas ou riscos no revestimento.

    A qualidade e eficcia deste tipo de revestimento est diretamente relacionada com a

    espessura da camada de zinco aplicada na superfcie do ao, que usualmente medida em

    peso por rea de superfcie (g/m2).

    Segundo a publicao Durability of light steel framing in residential applications (Lawson et al.,

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    2.3.1.2. OSB

    O OSB uma chapa estrutural produzida a partir de filamentos (strands) de madeira orientadas

    em trs camadas perpendiculares - o que aumenta a sua resistncia mecnica e rigidez -

    unidas com resinas e prensadas sob altas temperaturas, da a sua designao Oriented Strand

    Board. A Figura 2.9 exibe a orientao das fibras de madeira nas diferentes camadas de uma

    placa de OSB.

    Figura 2.9 - Orientao das fibras de madeira numa placa OSB (Dias et al., 2004).

    A madeira usada na produo de OSB provm totalmente de madeiras resinosas, incluindo

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    Atualmente, as chapas de OSB primam pela sua versatilidade, podendo ser utilizadas em

    forros para telhados, bases para paredes e pisos de construes residenciais, empacotamento,

    armaes para mobilirios, tapumes e divisrias, decks e plataformas, entre outros. O OSB

    um material com diversas qualidades, alm da versatilidade j referida, a alta resistncia, baixo

    peso, fcil manuseio e instalao, sem necessidade de equipamentos especficos.

    As dimenses usuais para as chapas de OSB usadas no sistema LSF so 1,2 m de largura,

    entre 2,4 e 3,0 m de comprimento e com espessuras de 6,0 mm, 9,0 mm, 12,0 mm, 15,0 mm e

    18,0 mm. As dimenses das placas so uma das bases para a conceo estrutural do sistema,

    visto que determinam as distncias mais eficazes entre perfis, sendo mltiplos de 1,2 m

    (usualmente 0,4 ou 0,6 m).

    Apesar de ser considerado um material estrutural, contribui, tambm, para o aumento do

    isolamento trmico e acstico do edifcio, servindo de base de fixao para os acabamentos

    das fachadas.

    A norma EN 300 (1997) define cada uma das 4 classes de OSB em funo do respectivo

    ambiente de utilizao e das respectivas caractersticas mecnicas e propriedades fsicas:

    OSB/1 - Placas para usos gerais, incluindo decorao interior e mobilirio, emambiente seco;

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    apresentando-se, basicamente, com as mesmas caractersticas que a l de vidro, mas com o

    benefcio do seu manuseamento no ser perigoso.

    A matria prima, aquecida a cerca de 1600 C, funde e, sob um processo de centrifugao,

    transformada em filamentos. Estas fibras so, seguidamente, aglomeradas com resinas

    orgnicas e leos impermeabilizantes resultando numa massa semelhante l. Conforme o

    tratamento final, que determina o grau de compactao, a l poder ser flexvel ou rgida, e

    pode ser apresentada em variadas formas, tal como ilustrado na Figura 2.10. Alm das suas

    propriedades trmicas e acsticas, abordadas de seguida, e em conjunto com os restantes

    materiais na seco 2.4, as suas principais vantagens so o facto de ser incombustvel,

    inodora, de fcil aplicao e imputrescvel.

    Figura 2.10 - Formatos da l de rocha.

    Pela ordem exposta na Figura 2.10, apresentam-se:

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    2.3.2.2. ETICS

    O isolamento trmico pelo exterior das fachadas dos edifcios tem vindo a implantar-se em

    Portugal, de forma gradual, sobretudo nas ltimas duas dcadas, apresentando, nos ltimos

    anos, significativos nveis de crescimento e de interesse por parte do corpo tcnico nacional,

    algo que se deve, tambm, ao aparecimento e evoluo do Regulamento das Caractersticas

    de Comportamento Trmico dos Edifcios (RCCTE, 2006). A melhoria da eficincia trmica das

    fachadas um tema de crescente importncia, dado o aumento da consciencializao e do

    grau de exigncia dos utilizadores, bem como do crescente custo dos recursos energticos. As

    exigncias sobre a eficcia trmica das fachadas tem aumentado com a reviso do RCCTE,

    principalmente atravs da introduo da certificao energtica dos edifcios, obrigatria para a

    obteno da licena de utilizao em edifcios novos, no caso de reabilitaes importantes em

    edifcios existentes e nos atos de locao e venda de fraces de habitao e servios

    existentes. Posto isto, solues como o ETICS, designao europeia que significa External

    Thermal Insulation Composite Systems, assumem particular interesse visto que permitem uma

    melhoria significativa no comportamento trmico da fachada.

    O aparecimento deste sistema de isolamento deveu-se, sobretudo, a razes econmicas. Aps

    a segunda guerra mundial, a escassez de combustveis levou a um crescimento acentuado do

    seu custo conduzindo realizao de vrias investigaes que procuravam melhorar o

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    Figura 2.11 - Esquema geral do sistema ETICS (Futureng, 2012).

    Legenda da Figura 2.11:

    1. fixao ao substrato, atravs de parafusos e/ou de massa adesiva;

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    de ar, alcanam-se paredes com menos espessura, o que se traduz em mais rea habitvel e

    reduo das cargas de paredes na estrutura. Outra vantagem da utilizao de isolamento pelo

    exterior a proteo dos restantes elementos da estrutura ao ambiente exterior, ou seja, estes

    esto sujeitos a menor choque e gradiente trmico. Por fim, importante realar que o uso de

    ETICS no sistema LSF, apesar de ser o mais adequado, recomendado e utilizado, no

    obrigatrio. Existem solues alternativas que recorrem ao revestimento das placas de

    isolamento trmico com cermica ou pedra. tambm possvel usar placas vinlicas, formadas

    a partir de resina de PVC (policloreto de vinil). Estas so bastante comuns nos EUA, onde so

    o acabamento exterior de referncia em construo residencial de pequeno porte.

    2.3.2.3. Gesso laminadoO gesso , como se sabe, um dos mais antigos materiais de construo que exige

    transformao no processo de obteno, tal como a cal e o barro. Existem provas que

    sustentam que o seu uso remonta h cerca de 8000 anos atrs na forma de reboco na Turquia,

    e h cerca de 5000 anos no Egito para a fabricao de tijolos e na decorao das pirmides.

    Apesar deste incio ancestral, apenas no sculo XVIII, em Frana, foram desenvolvidos

    mtodos mais eficientes de secagem, passando a ser possvel o seu uso de forma

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    final ou qualquer outro tipo de material de revestimento que seja escolhido. A simplicidade de

    aplicao faz deste material uma soluo rpida e eficaz com resultados de acabamentos finais

    muito superiores aos tradicionais de alvenaria. tambm de salientar a importncia da

    facilidade de reparao ou acesso parte interior das placas, sem necessidade de demorados

    e dispendiosos trabalhos.

    As caractersticas do gesso cartonado so, tal como os materiais descritos anteriormente,

    muito relevantes para o desempenho da habitao. As principais propriedades do gesso numa

    habitao so:

    Higroscopicidade, que possibilita a absoro da humidade em excesso at ao equilbriodo ambiente, regulando o conforto termo-higromtrico;

    Excelente comportamento termo-acstico, abordado na seco 2.4; Hignifoguicidade, visto que composto por mineral inerte e incombustvel, sendo

    considerado pelas normas como material no inflamvel, indicado para elementoscorta-fogo;

    Fsica e quimicamente estveis, o que garante nveis elevados de durabilidade.

    2.4.Fechamento Vertical

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    Figura 2.13 - Esquema parede exterior de LSF.

    A primeira caracterstica que distingue as duas solues o seu peso, designando-se a parede

    LSF por parede leve e a de alvenaria por parede pesada. Apresenta-se na Tabela 2.3 e na

    Tabela 2.4 o clculo do peso da parede leve e pesada, respetivamente. Como possvel

    verificar, a soluo em LSF pesa cerca de 7,5 vezes menos que a soluo tradicional,

    influenciando de forma significativa a carga total na estrutura.

    Tabela 2.3 - Clculo do peso da parede exterior leve.

    2

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    Igualmente importante a anlise das solues de paredes interiores. A soluo corrente so

    panos de alvenaria constitudos por tijolo de 11 ou 15 cm com 2 cm de reboco por face, cujo

    peso por metro quadrado se encontra calculado na Tabela 2.5. A parede interior do sistema

    LSF pode variar de espessura consoante o perfil utilizado, sendo, no entanto, os mais

    comummente usados os perfis C70 e C90. Apresenta-se na Tabela 2.6 o clculo do peso de

    uma parede interior constituda por perfis C90, uma lmina de l de rocha de 40 mm e um

    painel de gesso laminado em cada face. semelhana das paredes exteriores, o peso por

    metro quadrado duma parede leve cerca de 5 vezes menor que a equivalente em alvenaria.

    Tabela 2.5 - Clculo do peso da parede interior pesada para tijolo de 11 cm e de 15 cm.

    MaterialEspessura Densidade Massa/m2

    (mm) (kg/m3) (kg/m2)Reboco de Argamassa 20 500 10

    Alvenaria 110 1400 154

    Reboco de Argamassa 20 500 10Total 150 174

    MaterialEspessura Densidade Massa /m2

    (mm) (kg/m3) (kg/m2)Reboco de Argamassa 20 500 10

    Alvenaria 150 1400 210

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    Visto que a maior parte da rea da envolvente exterior dos edifcios corresponde rea das

    paredes exteriores, atravs destas que se processa a maior parte das trocas trmicas entre

    os ambientes interior e exterior. Posto isto, o estudo cuidado do comportamento trmico das

    solues construtivas fundamental para que se reduza o consumo de energia nas operaes

    de manuteno do conforto trmico, tornando a habitao mais sustentvel e eco eficiente

    (Mateus, 2004).

    Por forma a melhor analisar a eficcia trmica da soluo usada na tecnologia LSF foram

    comparados os coeficientes de transmisso trmica das duas solues acima referidas.

    Partindo da definio das propriedades fsicas e das espessuras dos diversos materiais

    obtido o valor de coeficiente de condutibilidade trmica, medido usualmente em W/m2 C, que

    traduz a capacidade de isolamento trmico. De notar que, embora a anlise deste valor permita

    a comparao direta dos sistemas, este no tem em conta factores como as pontes trmicas,

    para o qual seria necessrio um exemplo concreto.

    A soluo construtiva de referncia de alvenaria, cujo esquema est representado na Figura

    2.12, apresenta um pano exterior em alvenaria de tijolo vazado de 15 cm e um pano interior em

    alvenaria de tijolo vazado de 11 cm. Os panos encontram-se separados por uma caixa-de-ar

    com 6 cm de espessura, parcialmente preenchida com isolante trmico em placas de

    poliestireno extrudido, com 4 cm de espessura e fixo ao pano interior. Os panos, interior e

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    A soluo construtiva usada, em geral, no sistema LSF constituda por todos os materiais

    anteriormente apresentados. Apresenta isolamento exterior ETICS com 60 mm, seguido de

    uma placa OSB de 12 mm fixa mecanicamente estrutura leve de ao. Na cavidade da

    estrutura de ao, com perfis, em geral, de 150 mm, encontram-se 120 mm de l de rocha,

    seguidos de outra placa OSB de 12 mm e uma placa de gesso laminado. Como todos os

    materiais intervenientes, exceto o ao, tm boas propriedades trmicas, o resultado uma

    parede altamente competente e com uma performance trmica muito acima do normal.

    Esta soluo apresenta uma espessura final de cerca de 249 mm (209 mm + 10 mm de reboco

    armado de ETICS + 30 mm no preenchidos de l mineral), menos 140 mm que a soluo

    anterior o que, tendo em conta a extenso total de paredes exterior de um edifcio, constitui

    rea til no desprezvel. O coeficiente de condutibilidade trmica, calculado a partir da Tabela

    2.8, de aproximadamente 0,23 W/m2C, significativamente inferior soluo de duplo pano

    de alvenaria, mesmo se considerada a soluo com 60mm de XPS.

    Tabela 2.8 - Clculo da condutibilidade trmica da soluo de LSF.

    MaterialCondutibilidade

    trmicaEspessura

    Resistnciatrmica

    &(W/m C) e (mm) RT (m2 C/W)ETICS 0,034 50 1,47OSB 0,12 12 0,10

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    a reduo dos ganhos trmicos teis em cerca de 15 a 20% em relao classe de inrcia

    forte, como possvel constatar na Figura 2.14. Isto significa que uma habitao com inrcia

    forte retm mais (entre 15 a 20%) calor.

    Figura 2.14 - Fator de utilizao dos ganhos trmicos, !, em funo do parmetro "e da classe de

    inrcia trmica interior (RCCTE, 2006).

    Apesar de existirem menos ganhos totais, tal facto largamente compensado pela reduo das

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    2.4.2. Acstica

    Para uma correta anlise da performance acstica de um edifcio necessrio, no s analisaras paredes exteriores e as suas caractersticas acsticas, mas tambm conhecer

    simplificadamente como se d a propagao do som.

    O som o resultado de uma vibrao provocada por uma variao de presso em relao

    presso atmosfrica, propagando-se no meio atravs da vibrao das partculas em torno de

    uma posio de equilbrio. Como se trata duma variao de presses, a medida base deintensidade do som a presso sonora. No entanto, visto que esta escala demasiadamente

    ampla, podendo variar entre 20 %Pa (limiar da audio humana) e os 10 x 107%Pa (mximo

    suportado pelo ouvido humano), foi adoptada uma escala logartmica tal que:

    !! ! !"!"#!"!

    !!

    (2.1)

    Em que,

    Lp nvel de presso sonora (dB); P valor medido (Pa); p0 valor de referncia da presso sonora (2x105Pa).

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    Tabela 2.9 - Efeitos do incremento do isolamento acstico (Almeida & Silvar, 2007).

    Incremento positivo doisolamento acstico Resultado

    1 dB Ligeiramente perceptvel

    3 dB Perceptvel

    5 dB Melhoria considervel

    10 dB Reduo do som para metade

    O coeficiente de isolamento sonoro aos sons de conduo area mede-se atravs do ndice de

    isolamento sonoro aos sons areos estimado (Rw), em decibis (dB). Para a sua determinao

    existem, basicamente, dois mtodos. O mtodo analtico baseia-se na aplicao da Lei da

    Massa, na qual relacionada a massa da parede com o seu isolamento acstico. Este mtodo

    extremamente limitado, pois no aplicvel a paredes multicamadas pesadas ou a paredes

    leves, visto que, na realidade, o ndice de isolamento sonoro funo de (Patrcio, 2003):

    Natureza e massa superficial de cada pano; Espessura da caixa ou caixas de ar entre panos; Natureza, espessura e massa volmica do material que preenche a caixa de ar; Estrutura de ligao dos vrios panos entre si e estrutura do edifcio.

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    Figura 2.15 - Parede exterior de alvenaria (Mateus, 2004).

    Figura 2.16 - Parede exterior de LSF (Mateus, 2004).

    Poliestireno expandido

    extrudido (2cm)

    Tijolo vazado de 11cm

    Reboco tradicional (1,5cm)

    Espao de ar (2cm)

    Tijolo vazado de 15cm

    Reboco tradicional (1,5 cm)

    Poliestireno expandido

    moldado em placas (1cm) Perfil de ao

    galvanizado

    Reboco de ligantes

    minerais armado (1cm)

    Mantas de l de

    rocha (14cm)

    2xPainel de gesso

    cartonado (2x1,25cm)

    Painel OSB (1,2cm)

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    2.4.3. Resistncia ao fogo

    Para se verificar a segurana estrutural dos elementos de ao de uma edificao, em situaode incndio, necessrio conhecer a exigncia de resistncia do fogo para cada tipo de

    elemento (vigas, pilares e lajes) conforme a legislao nacional atual.

    Considerando que os edifcios construdos com o sistema LSF fazem parte das utilizaes-tipo

    I, III, IV, V, VI, VII, VIII, IX e X definidas na EN1991-1-2, e que se situam na categoria de risco 1

    (correspondente, para edifcios habitacionais, altura inferior a 9 m e mximo de 1 caves) ou 2(correspondente, para edifcios habitacionais, altura inferior a 28 m e mximo de 3 caves),

    conclui-se que:

    Para elementos estruturais com funo apenas de suporte exigida uma resistncia aofogo de 30 minutos (R30) para categoria de risco 1 e 60 minutos (R60) para categoria

    de risco 2;

    Para elementos estruturais com funo de suporte e compartimentao exigido queelemento mantenha a resistncia, estanqueidade e isolamento trmico durante 30

    minutos (REI30) para categoria de risco 1 e 60 minutos (REI60) para categoria de risco

    2.

    Devido utilizao de gesso laminado em ambas as faces das paredes interiores e numa das

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    No entanto, este apresenta um custo de construo superior ao custo da soluo de alvenaria.

    Apesar disso, numa anlise econmica global, que aborde as diversas fases do ciclo de vida de

    um edifcio, esta diferena poder vir a ser atenuada, devido principalmente aos seguintes

    factores (Mendona, 2005):

    a menor massa permite importantes poupanas ao nvel das fundaes, transporte emanuseamento em obra;

    a menor espessura permite a optimizao do transporte; o superior isolamento trmico, potencia a diminuio do consumo de energia

    convencional necessrio manuteno da temperatura interior dentro de valores

    confortveis;

    Os materiais utilizados so reciclveis ou eco-eficientes, contribuindo para asustentabilidade do edifcio bem como o seu valor de mercado finda a sua vida til,

    dado que o processo de desconstruo simples.

    2.5.Fundaes2.5.1. Conceitos gerais

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    2.5.2. Ensoleiramento geral

    Os componentes estruturais fundamentais numa fundao em ensoleiramento geral so a lajee as vigas necessrias para aumentar a rigidez no plano da laje, geralmente no seu contorno e

    nos alinhamentos das restantes paredes estruturais, como ilustrado na Figura 2.18.

    Figura 2.18 Planta e corte da soluo de ensoleiramento geral (Adaptado de ConsulSteel, 2002).

    Uma das vantagens face a outro tipo de fundaes a eliminao de um piso de LSF, ou seja,

    a laje de fundao usada como piso trreo. Posto isto, da maior importncia o correto

    isolamento da laje, apresentado na Figura 2.19, por no haver outra barreira interior. Outro

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    2.5.3. Sapata corrida

    Os componentes estruturais fundamentais de uma sapata corrida so o muro de fundao e abase da sapata em si. Os muros que se encontrem na periferia do edifcio devem resistir s

    cargas laterais do terreno e s cargas verticais da estrutura superior, enquanto os muros

    interiores apenas tm de resistir s cargas verticais. A disposio em planta e em corte

    apresenta-se esquematicamente na Figura 2.20.

    Figura 2.20 - Planta e corte da soluo de sapata corrida (Adaptado de ConsulSteel, 2002).

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    Figura 2.21 Pormenorizao da soluo com sapata corrida (Adaptado de ConsulSteel, 2002).

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    2.6.2. Elementos bsicos

    Os dois elementos principais que constituem as paredes so:

    Montantes (perfis C dispostos de forma vertical entre a guia inferior e superior) identificado pela letra A na Figura 2.22;

    Guias (perfil U que une os montantes nos seus extremos) identificado pela letra B naFigura 2.22.

    A configurao final de uma parede depender de cada projeto de arquitetura e de cada

    situao especfica dentro do mesmo. Portanto, num mesmo projeto, existiro diversos tipos de

    paredes, com diferentes larguras, alturas e espaamento entre perfis.

    De salientar o facto de que a ligao guia-montante no garante qualquer encastramento,

    sendo considerada rotulada para efeitos de clculo, exigindo a adoo de sistemas de

    contraventamento, como analisado na seco 2.9.

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    2.6.3. Encontros

    A construo de um painel implica a utilizao de perfis de seco simples e composta,necessrios para resolver a unio entre painis. Tais peas so formadas a partir da juno de

    montantes simples, ligados por parafusos.

    A utilizao de perfis adicionais, indispensveis apenas por razes construtivas, origina zonas

    de resistncia adicional na estrutura, tornando a estrutura mais redundante. Existem, portanto,

    trs tipos de seces compostas, cujas disposies construtivas se apresentam de seguida(Crasto, 2005):

    Duplo (dois montantes unidos pela alma). O uso mais frequente desta pea amaterializao do encontro de esquina entre dois painis de parede (Figura 2.23) e

    como reforo de vos identificado pela letra C na Figura 2.22;

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    Figura 2.25 - Pormenorizao do encontro de quatro painis (Adaptado de Crasto, 2005).

    2.6.4. VosSempre que existe uma abertura num painel de parede, em geral para janelas ou portas,

    necessrio adoptar uma estrutura que redirecione as cargas para os montantes adjacentes,

    como exemplificado na Figura 2.26.

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    Tal configurao apenas utilizada para painis estruturais, visto que num painel de parede

    sem funo estrutural no existe carga para redirecionar.

    Como referido anteriormente, o montante auxiliar (king stud) composto por um montante e

    uma ou mais ombreiras (jack stud). O nmero de ombreiras, tal como o numero de montantes

    de ligao, deve ser determinado atravs do clculo estrutural. Uma aproximao pode ser

    considerada, estabelecendo que o nmero de ombreiras, de cada lado da abertura, igual ao

    nmero de montantes interrompidos pela abertura (se o nmero for mpar somar-se- um) a

    dividir por dois (Crasto, 2005), conforme apresentado na Figura 2.27. Conforme o nmero dejack studsutilizadas, o montante denomina-se king, double king ou triple king, como ilustrado

    na Figura 2.28.

    Figura 2.27 - Disposio dos montantes auxiliares em funo da largura do vo (Adaptado de

    1

    1 jack 1 jack

    cripple 1 2 3

    2 jacks

    2 jacks

    cripples

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    2.7.Piso2.7.1. Conceitos gerais

    Partindo do mesmo pressuposto que define os painis, o conceito da estrutura de entrepiso

    resulta em dividir a estrutura numa grande quantidade de elementos estruturais equidistantes

    (vigas), de maneira a que cada um resista a uma poro da carga total. Para beneficiar do

    conceito de estrutura alinhada, in line framing, as almas das vigas devem coincidir com as

    almas dos montantes, como ilustrado na Figura 2.29. Por esta razo, o espaamento adoptadoentre os perfis , sempre que possvel, constante em toda a estrutura.

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    Figura 2.30 - Planta dos elementos principais do piso em LSF (Adaptado de ConsulSteel, 2002).

    Os elementos principais que constituem a estrutura do piso so (Rodrigues, 2006):

    Viga (perfil C disposto na horizontal) identificado pela letra A na Figura 2.30;

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    uma laje mista (chapa perfilada e beto armado). Esta ltima, considerada a soluo de piso

    hmido, aumenta consideravelmente o peso da laje, resultando num aumento das aes, tanto

    verticais como horizontais, nos painis de parede.

    Figura 2.32 - Esquema de piso em LSF com perfis mega (Futureng, 2012)

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    Figura 2.33 Pormenorizao de trs tipos de vigas compostas (Adaptado de ConsulSteel, 2002).

    2.7.4. Condies de apoioAs condies de apoio das vigas consideradas no clculo estrutural devem reproduzir, o melhor

    possvel, as condies de apoio reais. Nos apoios extremos estas devem ser consideradas

    como simplesmente apoiadas e nos apoios interiores a sua condio de apoio depender da

    disposio construtiva adotada. Se o perfil da viga for interrompido, quando apoiado na parede

    estrutural, a viga dever considerar-se simplesmente apoiada, como apresentado na Figura

    2.34.

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    Figura 2.35 - Planta, alado e pormenor de viga contnua em sistema LSF (Adaptado de ConsulSteel,

    2002).

    Para vigas contnuas de grande comprimento nem sempre possvel a utilizao de um nico

    perfil, j que o tamanho dos mesmo se encontra limitada por questes de transporte, excepto

    quando produzido em obra (Rodrigues, 2006). Nestes casos necessrio ligar os dois perfis

    atravs de um outro perfil de iguais caractersticas, com o comprimento e parafusos requeridos

    para garantir a ligao, como ilustrado na Figura 2.36.

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    Na segunda situao, dever criar-se uma estrutura auxiliar que permita ligar as vigas da

    consola s vigas do piso. As vigas da consola devem, no entanto, ter o mesmo comprimento

    que no caso anterior, ou seja, um total de trs vezes o tamanho da consola. Como se ilustra na

    Figura 2.39, as vigas da consola podem apoiar-se numa viga composta, bem como as vigas de

    piso interrompidas, que necessitam agora de um novo apoio.

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    Resistncia necessria da conexo; Configurao do material; Disponibilidade de ferramentas e fixaes; Local de montagem; Custo e mo-de-obra; Normalizao.

    2.8.2. SoldaduraO ao galvanizado pode unir-se com solda de ponto ou solda contnua. Soldar perfis

    galvanizados pode ser um mtodo de ligao econmico, sobretudo quando realizado numa

    fbrica. Ainda que ambos os tipos de solda volatilizem o recobrimento de zinco sobre o ao, a

    solda de ponto um mtodo muito mais localizado, desprotegendo zonas muito menores. Esta

    regio desprotegida dever ser recoberta novamente com pinturas ricas em zinco,

    necessitando-se, para esta tarefa, de mo-de-obra especializada. Visto que a prpria tcnicade soldadura exige mo-de-obra qualificada, para garantir uniformidade e qualidade, este tipo

    de ligao pouco corrente (ConsulSteel, 2002).

    2.8.3. ParafusosOs parafusos utilizados em LSF so em ao carbono e recobertos com uma proteo zinco-

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    Os parafusos, que constituem o meio de fixao mais utilizado no sistema LSF, apresentam-se

    em dois tipos de ponta: ponta broca (ou auto-perfurantes) e ponta agulha (ou auto-roscante),

    ilustradas na Figura 2.40.

    Figura 2.40 - Tipos de pontas usadas nos parafusos no sistema LSF (Adaptado de Rodrigues, 2006).

    A espessura da chapa de ao a ser perfurada define o tipo de ponta a utilizar, sendo que para

    espessuras inferiores a 0,84 mm seja utilizada a ponta agulha (usualmente para perfis no

    estruturais), e para espessuras superiores, a ponta broca (Elhajj, 2004). Estes parafusos tm a

    vantagem de, numa s operao, fazer o furo e fixar os componentes da estrutura, como ilustraa Figura 2.41.

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    Nas ligaes executadas aps a betonagem utilizam-se ancoragens qumicas com barra

    roscada. Estas consistem na execuo dum furo no beto armado, posteriormente limpo e

    injetado com resina epxi e no qual , seguidamente, colocada uma barra roscada. A resina

    epxi garante a ligao da barra ao beto armado, e esta ligada estrutura como se ilustra

    na Figura 2.43. A principal vantagem deste mtodo que a estrutura j est construda quando

    este executado, evitando erros de posicionamento das ancoragens.

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    Figura 2.44 - Deformao dum painel LSF no contraventado (Crasto, 2005).

    Para evitar que ocorra tal deformao, que conduz, em ltima instncia, ao colapso da

    estrutura, o painel necessita de contraventamento. Existem dois mtodos que proporcionam

    estabilidade no plano do piso e das paredes (Rodrigues, 2006):

    A utilizao de diagonais metlicas (formato em X e em K); A utilizao da estrutura do piso e das paredes como diafragmas.

    O primeiro mtodo consiste na adoo de diagonais metlicas que asseguram a transmisso

    das foras horizontais ao longo da estrutura. Por outro lado, o segundo mtodo consiste no

    aproveitamento do efeito de diafragma criado pelos painis de parede e pelas suas ligaes

    aos perfis metlicos.

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    Figura 2.45 - Exemplo de contraventamento K-bracing.

    A soluo mais frequentemente utilizada a das fitas metlicas em forma X, definidas em

    ingls como X-bracings. Nesta so utilizadas fitas de chapas metlicas finas colocadas na face

    externa dos montantes, como possvel observar na Figura 2.46 e 2.47.

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    Quando um painel de parede com esta configurao sujeito a uma fora horizontal, como

    exemplificado na Figura 2.48 pela fora W (representando, por exemplo, a ao do vento), a

    fita metlica transmite a fora para o piso inferior ou para a ancoragem, no caso de se tratar do

    piso da fundao.

    Figura 2.48 - Resultante das foras com contraventamento com fita metlica (Adaptado IAS, 1997).

    Devido sua elevada esbelteza, as fitas so apenas consideradas trao. Visto que a carga

    W pode atuar no sentido oposto, necessrio colocar outra diagonal, formando, assim, a forma

    de um X (Crasto, 2005).

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    Figura 2.49 Configurao das fitas metlicas em X-bracinge V-bracing(Rodrigues, 2006).

    2.9.3. Efeito diafragmaComo referido e analisado anteriormente, os painis externos possuem geralmente fechamento

    em OSB, e os painis internos fechamento em gesso laminado. As propriedades mecnicas

    dos painis em OSB conferem ao mesmo a capacidade de rigidificar a parede. Uma parede

    tradicional shear wall utilizada no sistema LSF constituda por perfis metlicos e fechamento

    em placas de OSB ligadas aos perfis por parafusos dimensionados para resistir ao esforo de

    corte a que estaro sujeitos (Crandell, 2004). Esta configurao impede que o painel sofra

    !> 60 !< 60

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    Para que o efeito diafragma se estabelea de forma adequada a placa escolhida deve ter

    determinadas caractersticas, sendo estas (ConsulSteel, 2002):

    Capacidade para absorver tenses no seu plano sem que os parafusos que a ligam estrutura metlica a rompam;

    Capacidade para absorver as tenses concentradas que aparecem, por exemplo, aoefetuar cortes internos para a execuo de vos, como ilustrado na Figura 2.50;

    Figura 2.50 - Concentrao de tenses devido a abertura de janela (ConsulSteel, 2002).

    Capacidade de resistir ao do clima exterior durante o processo de fabricao emontagem, sem alterar as suas propriedades estruturais;

    O manuseamento e corte das placas deve ser rpido e eficaz, diminuindo o risco de

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    Figura 2.51 - Disposio dos parafusos na ligao das placas aos montantes (Adaptado de ConsulSteel,

    2002).

    Sempre que possvel, a unio de painis no deve coincidir com a unio de placas. Noentanto, se tal acontecer, deve desencontrar-se a unio dos painis e das placas,

    efetuando, como referido no ponto anterior, a unio num montante apenas, como

    ilustrado na Figura 2.52;

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    Para que os perfis e a placa possam desenvolver toda a sua capacidade resistentedeve-se colocar a quantidade e tipo de parafusos adequados. A resistncia ao corte

    dos painis aumenta significativamente com o decrscimo do espaamento entre os

    parafusos, sendo um dos fatores com maior influncia (NASFA, 1998). Por este motivo,

    indica-se como distncia mxima entre parafusos de 15 cm em todo o permetro das

    placas, e de 30 cm nos montantes intermdios, como apresentado na Figura 2.54,

    independentemente de estes estarem separados de 40 cm ou 60 cm entre si.

    Figura 2.54 - Disposio e espaamento dos parafusos na ligao das placas aos montantes (Adaptado

    de ConsulSteel, 2002)

    Adicionalmente, e semelhana das disposies construtivas para as paredes, as placas

    estruturais colocadas nos pisos devem ser desfasadas, como apresentado na Figura 2.55.

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    O contraventamento individual de cada perfil isolado tido em conta atravs de dois mtodos

    diferenciados, mais uma vez, pela considerao ou no das placas estruturais.

    No mtodo all steel design(AISI, 2007), a contribuio das placas de revestimento omitida e

    o perfil metlico considerado como um membro autoportante, no tendo em conta a influncia

    das interaes com os elementos de fechamento vertical. Desta forma, a resistncia calculada

    para o perfil leve de ao baseada somente nas condies de apoio lateral providas por outros

    elementos metlicos. A vantagem desta abordagem que a capacidade resistente, tanto

    compresso como flexo, determinada sem ser necessrio ter em conta a capacidadeestrutural dos materiais de fechamento vertical, simplificando o dimensionamento. Por outro

    lado, como se desprezam as capacidades do fechamento vertical, o sistema

    desnecessariamente sobredimensionado.

    No mtodo alternativo, designado sheating braced design (AISI, 2007), a presena das placas

    de fechamento vertical considerada no clculo da capacidade resistente de compresso. De

    facto, se os elementos tiverem resistncia e rigidez adequadas, e as ligaes aos elementos

    metlicos forem adequadas, ento a capacidade resistente pode ser consideravelmente

    aumentada (Fiorino, 2003). Tal deve-se, principalmente, resistncia conseguida contra os

    modos de encurvadura global.

    No caso de no serem consideradas as placas estruturais ou de estas no serem suficientes

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    Figura 2.56 - Pormenor de blockinge strappingem montantes (Adaptado de Crasto, 2005).

    Apesar da funo principal das fitas metlicas e dos bloqueadores ser o contraventamento dos

    perfis metlicos e a consequente reduo do seu comprimento de encurvadura, tais elementos

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    3. MODELAO ESTRUTURAL DUM EDIFCIO EM LSF3.1. Introduo

    Com o intuito de avaliar o desempenho estrutural do sistema construtivo Light Steel Framing,

    objetivo da presente dissertao, foram realizadas vrias anlises numricas atravs do

    mtodo dos elementos finitos (MEF). Recorrendo ao programa SAP2000 (CSI, 2004) no qual

    foram criados 3 modelos, com diferente sistema de contraventamento e condio de apoio de

    vigas. Neste captulo definem-se, tambm, todas as aes contempladas nos modelos

    estruturais.

    3.2.Conceo arquitetnicaOs modelos estruturais basearam-se na arquitetura dum edifcio de habitao com 225 m 2de

    rea de implantao, composto por 4 apartamentos com rea total de 56 m2

    , divididos em sala,dois quartos, casa de banho, cozinha e rea de servio, como exposto na Figura 3.1. Para

    uma melhor visualizao do edifcio em estudo, apresenta-se no Anexo 1 quatro vistas 3D da

    arquitetura da edificao.

    9.4002.000

    9.400

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    condio de apoio, aferindo qual a melhor soluo. vivel afirmar, neste momento, que, visto

    que as vigas que perfazem o piso do Halldo edifcio descarregam em vigas do piso, ao invs

    de montantes, as ltimas tero de ser vigas reforadas. Por esse motivo, a soluo

    simplesmente apoiada permite que o reforo se aplique apenas no vo em que apoiam as

    vigas do Hall, dispensando o reforo da restante viga. Este exemplo permite perceber que a

    soluo ptima ser, muito provavelmente, uma combinao de ambas as condies de apoio,

    adequando cada uma situao particular em que se encontra. De salientar que, em ambos os

    tipos de modelos, foram utilizados perfis C200 para as vigas e perfis U204 para as guias.

    3.4.2. Efeito de diafragma nos pisosOs pisos e as coberturas podem ser consideradas diafragmas horizontais simplesmente

    apoiados, enquanto as paredes podem ser considerados diafragmas em consola (Fiorino,

    2003). Como referido anteriormente, para que este comportamento possa ser considerado

    necessrio analisar as placas estruturais de revestimento, as ligaes, os perfis que constituem

    o permetro do diafragma e a ligao destes s fundaes.

    De facto, um diafragma atua de forma anloga a uma viga curta, onde as placas estruturais

    atuam como a alma, resistindo ao corte, e os perfis perifricos agem como os banzos, como

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    O comportamento diafragma, amplamente considerado como rgido para edifcios com lajes de

    beto armado, foi modelado atravs de elementos shellde 0,60 m x 0,60 m (coincidentes com

    os elementos metlicos, tambm estes sempre espaados a 0,60 m) com 18 mm de

    espessura. Atravs deste modelo simplificado, que no contabiliza a rigidez que advm da

    ligao das placas OSB s vigas, foi reproduzido o comportamento de diafragma horizontal

    flexvel. Dado que o nvel das cargas para a ao de sismo significativamente menor que nas

    estruturas de beto armado e os contraventamentos se encontram uniformemente distribudos,

    o diafragma apresenta um comportamento muito prximo de rgido.

    3.5.Painis de parede3.5.1. Modelao dos montantes e fitas metlicas

    Para que os modelos computacionais correspondam s estruturas em Light Steel Framing,

    todos os montantes e fitas metlicas so considerados como elementos de barra rotulados em

    ambas as extremidades. Desta forma, mesmo os montantes que se encontram ligados

    diretamente fundao atravs de solues de ancoragem qumica so considerados

    rotulados base, ou seja, nenhuma rotao impedida excepto em torno do eixo da barra, ou

    seja, toro. Tal deve-se ligao dos perfis s guias inferior e superior, que restringem o

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    Tendo em conta os pontos supracitados, foi adoptada a ltima soluo, ilustrada na Figura 3.5,

    que, apesar de no manter o aspecto visual do contraventamento em X, se revela mais eficaz

    para a obteno dos esforos de dimensionamento. Ademais, a utilizao de apenas uma

    diagonal para as fitas metlicas permite a modelao distinta do efeito de diafragma dos

    painis OSB.

    Figura 3.5 Modelao de um painel estrutural com fitas metlicas em X.

    3.5.2. Modelao do efeito de diafragma

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    Figura 3.6 Configuraes dos painis analisados (Adaptado de AISI, 1997).

    A carga lateral foi aplicada aos painis por meio de hidrulicos posicionados no canto superior

    direito dos painis e os deslocamentos foram obtidos por meio da instalao de trs

    transdutores de deslocamento. Os transdutores mediam o deslocamento no topo dos painis, o

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    Figura 3.7 Grfico deslocamento/fora das 4 configuraes analisadas (1 in = 2,54 cm; 10000 lbs =

    44.48 kN) (AISI, 1997).

    semelhana dos ensaios realizados pela AISI, foram realizados por (Tian et al., 2004) testes

    experimentais em 10 painis de LSF de 2,45 m x 1,25 m, como apresentados na Figura 3.8.

    Nestes testes foram estudados painis com variadas configuraes:

    Sem qualquer placa de revestimento (Painel A-1);

    0

    5000

    10000

    15000

    20000

    25000

    30000

    35000

    40000

    45000

    0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0

    Interstory Drift (in.)

    Load(

    lbs)

    WALL 1

    WALL 2A

    WALL 4WALL 2B

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    metlicas colocadas apenas num lado do painel (5,2kN). O valor referido para o painel OSB

    observvel na curva OSB-3 steps da Figura 3.9. Apesar da curva correspondente s fitas

    metlicas apenas de um lado do painel no ser apresentada no artigo, exposta a curvaanloga, X-2 sides-3 steps, relativa ao painel com fitas metlicas de ambos os lados, cujo valor

    mximo cerca de 10,5kN (confirmando o anterior valor). Os resultados obtidos no ensaio do

    painel sem contraventamento demonstraram que os perfis apenas contribuem com cerca de

    4% da resistncia dum painel revestido a placas OSB (Tian et al., 2004). Estes factos permitem

    concluir que a resistncia lateral dos painis controlada significativamente pelo fechamento

    das placas estruturais.

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    modelo elaborado, como ilustrado na Figura 3.10. De salientar que as placas de OSB

    utilizadas no teste experimental de Tian et al. possuam um mdulo de rigidez longitudinal de

    200 N/mm2, dado este utilizado no modelo correspondente a este mesmo ensaio.

    Tabela 3.2 Propriedades das placas de OSB.

    Propriedade Valor Unidade

    Mdulo deelasticidade

    Longitudinal (E1) 3500

    N/mm2Vertical (E2) 3500

    Transversal (E3) 1400

    Mdulo de rigidezTransversal (G13) 1730

    N/mm2Longitudinal (G12e G32) 340

    Coeficiente dePoisson

    Longitudinal ('1) 0,25

    -Vertical (v2) 0,25

    Transversal (v3) 0,1

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    global Y. Na parte superior do painel foram, ainda, impedidas as translaes segundo os eixos

    globais Y e Z nos ns de ligao entre os perfis e as guias. O modelo estrutural do teste de

    Tian et al., apresentado na Figura 3.11, contempla todas as condies de fronteira referidas,neste caso, com parafusos espaados a 30 cm.

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    De forma a validar o modelo, foi analisado o grfico da Figura 3.7, no qual uma fora horizontal

    de 25000 lbs (111,2 kN) corresponde a cerca de 0,2 in (5,08 mm). Aplicando essa mesma fora

    no topo do painel do modelo numrico foi obtido um deslocamento de 5,47 mm (erro da ordemde 7,5%).

    Conclui-se, desta forma, que os modelos simulam satisfatoriamente o comportamento linear do

    painel de LSF com placas OSB sujeito a uma fora lateral. Tendo por base os dois modelos

    anteriores, foi possvel simular o comportamento dos vrios tipos de painis presentes no

    edifcio em estudo, ilustrados na Figura 3.13. Visto que todas as paredes exteriores e paredesentre fogos so revestidas a OSB em ambos os lados, a sua resistncia foi considerada sob a

    forma de painis com diferentes formatos, delimitados essencialmente pela configurao em

    planta do edifcio e pelas aberturas. Conceberam-se, assim, 4 tipos de painis, cujos tamanhos

    so apresentados na Figura 3.13.

    A

    7

    B C D E

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    seria um processo moroso, propenso a erros e tornaria o modelo bastante pesado. Desta

    forma, foram analisadas duas configuraes alternativas para a estimativa do comportamento

    dos painis OSB, tendo por base os modelos previamente criados.

    3.5.2.3. Mtodo da barra diagonal equivalenteO primeiro dos dois procedimentos utilizados foi o mtodo da barra diagonal equivalente. Este

    consiste na adoo de uma barra diagonal do material de revestimento utilizado, neste casoOSB, com as dimenses tais que o comportamento do painel reproduza os resultados obtidos

    anteriormente.

    Para a aplicao deste mtodo, recorreu-se a estudos realizados por Smith (1966), que

    desenvolveu um mtodo de avaliao da resistncia de panos alvenaria em prticos metlicos.

    Esta hiptese foi originalmente criada para vedaes rgidas onde h uma reduo docomprimento de contato entre vedao e prtico metlico. No caso de paredes de LSF com

    fechamento em placas de OSB este consequncia no verificada, pois a ligao garantida

    em todo o permetro da placa pelos parafusos.

    Assim, devido simplificao supracitada, a largura da barra equivalente dada por:

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    Figura 3.14 Modelo numrico para simulao do comportamento do painel tipo 4.

    Como possvel verificar, este foi discretizado da mesma forma que os exemplos comparativos

    dos testes experimentais. Na Figura 3.15 observa-se o campo de deslocamentos para uma

    carga F de 1 kN aplicada no topo do painel, verificando-se que o deslocamento mximo,

    atingindo no topo do mesmo, foi de 0,2842 mm no eixo global x.

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    ! !!

    !"#!!! !!

    !"#!!"!!"#$! ! !!!"#!" (3.4)

    !"# ! !!!

    !"!! ! !"# ! !!" ! !!!"#!! !"# !"!!"#$ ! !!!"#$!! (3.5)

    Assim, substituindo os valores das variveis na equao (3.2) calculada a largura da diagonal

    equivalente, cuja espessura ser a do material original (OSB 12,0 mm) e comprimento

    correspondente diagonal do painel (4,1037 m).

    ! !

    !!

    !

    !!!!

    !!! !

    !!!"#!!"#$!!!"!!!!!!!!"#$ ! !"#!!!! (3.6)

    De salientar que as diagonais de OSB possuem exatamente as mesmas caractersticas fsicas

    dos painis discretizados, embora s sejam consideradas compresso. Com o objetivo de

    verificar o clculo anterior, apresenta-se na Figura 3.16 a modelao dum painel com diagonal

    equivalente de OSB cuja deformao, para uma carga de 1 kN, foi de 0,2842 mm.

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    Tabela 3.3 Resumo do clculo das diagonais equivalentes de OSB para os 4 tipos de painel.

    Paineltipo

    H L t Ea - R d Ux %d w

    (m) (m) (mm) (GPa) (rad) (kN) (mm) (mm) (mm) (mm)1 2,8 1,2 12,00 3,50 1,17 2,54 3046,31 0,54 0,21 862,82 2,8 1,8 12,00 3,50 1,00 1,85 3328,66 0,28 0,15 957,23 2,8 2,6 12,00 3,50 0,82 1,47 3820,99 0,17 0,12 1149,74 2,8 3,0 12,00 3,50 0,75 1,37 4103,66 0,14 0,10 1286,6

    Atravs da Tabela 3.3 possvel observar objetivamente a influncia da configurao (HxL)

    dos painis no seu deslocamento perante uma mesma fora. Embora o deslocamento diminua

    significativamente do painel tipo 1 para o painel tipo 4, a largura da diagonal equivalente (w)

    no diminui na mesma proporo. Isto explicado pela diminuio do ngulo da diagonal nos

    painis com maior largura (L), tornando a diagonal equivalente mais eficaz, necessitando,

    assim, dum menor aumento de largura (w). A ttulo de exemplo, se fosse verificado um

    deslocamento de 0,5418 mm (correspondente ao painel tipo 1) num painel tipo 4, tal

    corresponderia a uma diagonal com 337,43 mm de largura (w).

    3.5.2.4. Mtodo da diagonal metlica equivalenteA l t l t i I (2004) t f l d di l tli

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    Assim, utilizando os modelos anteriores e os respectivos deslocamentos para uma fora lateral

    de 1 kN, foram determinadas as seces da barra diagonal que conferissem a rigidez

    equivalente ao sistema estrutural dos perfis de LSF e das chapas de OSB. De salientar que possvel utilizar a formulao anterior para determinar a rea do varo de ao equivalente ao

    deslocamento do diafragma. Adaptando a equao (3.2), substituindo a rea da diagonal

    equivalente de OSB (w.t) pela rea do varo (Av) e o mdulo de elasticidade (Ea) do OSB pelo

    do ao, e considerando o mesmo deslocamento obtido para o painel de OSB tipo 4 com placas

    em ambos os lados (apresentado na Tabela 3.4), temos:

    !! ! !!!

    !!

    !!! !

    !!!"#!!"#$!!!"#!!!!!!"#$ ! !""!!"!!! (3.7)

    De forma a validar este resultado, que corresponde a um varo com 18,41mm de dimetro, foi

    utilizado o modelo da Figura 3.17 substituindo a placa de OSB pela diagonal metlica

    equivalente. Como esperado, o deslocamento obtido foi exatamente o alcanado pelo modelo

    original, discretizado pelas placas OSB, e pelo modelo realizado no mtodo da diagonal

    equivalente de OSB. Apresenta-se na Tabela 3.4 os valores do clculo relativo aos restantes

    tipos de painis.

    Tabela 3.4 - Resumo do clculo das diagonais metlicas para os 4 tipos de painel.

    Painel H L E - R d Ux %d A D

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    3.6.1. PermanentesAs cargas permanentes, que incluem o peso prprio e as restantes cargas permanentes, foram

    definidas com base nos valores tipo de espessuras de placas e isolamentos apresentados no

    Captulo 2. O pr-dimensionamento dos perfis metlicos tem, como se demonstrar de

    seguida, pouca influncia nas aes da estrutura. Este facto uma grande vantagem face ao

    dimensionamento de estruturas de beto armado, fortemente influenciadas pelo seu peso

    prprio. Apresentam-se, nas Tabelas seguintes (3.5, 3.6 e 3.7), as aes permanentes relativas

    s paredes exteriores, paredes interiores e ao piso seco.

    Tabela 3.5 Clculo da carga de faca relativa s paredes exteriores.

    MaterialEspessura Densidade Massa/m2 Peso / metro linear

    (mm) (kg/ m3) (kg/m2) (kN/m)Gesso laminado 15,0 1000,0 15,0 0,41

    Placa OSB 12,0 700,0 8,4 0,23

    L Mineral 120,0 135,0 16,2 0,44Placa OSB 12,0 700,0 8,4 0,23ETICS 60,0 35,0 2,1 0,06

    Perfis C150 // 0,60m 150,0 7860,0 5,2 0,14Total 369 - 57,9 1,52

    Tabela 3.6 Clculo da carga de faca relativa s paredes interiores.

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    !! ! !!"#! !!"#!$%! !!!! ! !!!! ! !"!!! (3.8)Assim, atravs da eq. (3.9), determinou-se a presso dinmica de referncia (qb), onde a

    massa volmica do ar (+) toma o valor 1,25 kg/m3.

    !! !!

    !!!! !! ! !!!"#!!"# (3.9)

    A presso dinmica de pico depende da altura acima do solo (z) do edifcio em estudo,

    conforme a equao (3.10).

    !! ! ! !! ! ! !! (3.10)