Desempenho do LSF perante sismos
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Os sismos são uma das forças mais destrutivas da natureza. Ao longo da história, eventos sísmicos alteraram o curso de grandes rios, eliminaram do mapa enormes massas de terra e arrasaram estruturas feitas pelo homem, mesmo a distâncias consideráveis do epicentro do terramoto. Frequentemente, os terramotos também geram outros riscos adicionais, tais como tsunamis e incêndios causados ​​por danos nas infraestruturas de uma área povoada. A consequência inevitável de qualquer grande evento sísmico é a perda de vidas.

Melhorias nos métodos de engenharia e construção nos Estados Unidos nos últimos 50 anos têm ajudado a tornar as casas actuais locais seguros durante um terramoto. Um desses avanços, o uso do Light Steel Framing, oferece muitas vantagens reais em comparação com as estruturas de madeira ou de alvenaria.

O que acontece com um edifício durante um sismo?

As forças sísmicas que podem destruir uma casa são produzidos por movimentos fortes e irregulares, tanto para cima e para baixo como para os lados. Os danos estruturais geralmente são provocados devido à "inércia", ou seja, a resistência da parte superior de uma estrutura para começar a mover-se quando o solo balança. Em seguida, inversamente, danos adicionais são causados devido à dificuldade da estrutura em estabilizar depois que o movimento se inicia.

Quando o solo se desloca para o lado, o efeito da inércia sobre uma casa é semelhante à dos passageiros num autocarro que arranca bruscamente. Se o movimento é na vertical, a inércia faz com que a estrutura seja comprimida com o erguer do solo e esticada quando volta a descer.

Os edifícios são projectados para resistir às tensões da inércia, absorvendo a energia que é produzida por terremotos. Conseguir que a estrutura seja flexível, adaptando-se ao movimento do solo, depende dos materiais aplicados, da configuração da estrutura, da qualidade de construção, do cálculo de engenharia, bem como da aplicação de legislação adequada.

Preparar uma casa para enfrentar um sismo

Casas com estrutura em madeira (wood framing) ou em perfis ligeiros de aço galvanizado (light steel framing) são concebidas segundo um conceito similar de engenharia: lidar com as forças laterais, tais como as produzidas durante um terramoto quando a estrutura é sujeita a deslizamento com alternâncias bruscas de movimento. Para controlar estes movimentos, os elementos estruturais do telhado e dos pisos devem estar ligados aos das paredes, em todo o seu percurso até às fundações. Além disso, a perda de esquadria das paredes deve ser limitada a níveis toleráveis. Coberturas, pisos e paredes devem ser calculadas para limitar o movimento e transferir as cargas para as paredes resistentes às acções horizontais (usualmente designadas por shear walls), aquelas destinadas a garantir a esquadria do edifício, e daí para as fundações.

Visto que que as forças laterais são principalmente sentidas ao nível dos pisos e do telhado, as paredes tendem a elevar-se ou a inclinar-se. Isso pode ser controlado por revestir e unir todas paredes para reduzir as forças de elevação e, finalmente, fixá-las à fundação. O revestimento estrutural desempenha um importante papel na conjugação de todos os perfis, forçando-os a trabalhar em conjunto.

Desempenho do Light Steel Framing durante um sismo

Ao ter de decidir o que usar numa estrutura, seja madeira, aço laminado ou betão armado, especialmente em edifícios até três andares, seria bom conhecer algumas características sobre os perfis de aço enformados a frio usados no sistema LSF:

  • Durabilidade e um desempenho consistente a longo prazo. Não há redução de capacidade estrutural devido a apodrecimento ou acção de insectos.
  • O aço absorve energia. Ao contrário do betão e da alvenaria, o aço torce sem quebrar. O mesmo material e os mesmos princípios que permitem a absorção de energia num acidente de automóvel também traz benefícios no caso dum terramoto.
  • O aço é mais leve. Estruturas mais pesadas ​​têm maior inércia e quando o solo começa a tremer, insistem em ficar imóveis. Devido a essa "teimosia", forças maiores são transmitidas às estruturas mais pesadas. O aço é mais leve do que os seus equivalentes estruturais em madeira, betão e alvenaria.
  • O aço é consistente. Não tem menor resistência numa direcção ou noutra. A sua massa não possui zonas ocas ou veios mais frágeis. Não depende de relações água/cimento/brita/areia nem de mistura ou boa secagem, e é fácil de ser analisado e inspeccionado após construção.
  • O aço está conectado. Usando parafusos, o aço permite um consistente percurso de carga até ao solo. O aço não tem produtos químicos corrosivos nem humidade interna que pode corroer ou degradar os conectores.

Apesar de muitos considerarem o LSF um sistema construtivo recente, o conceito de engenharia usado tem sido aplicado na construção residencial e comercial, já por muitas décadas em muitos países. Assim, apesar do aço só recentemente se ter tornado uma opção viável na indústria de construção civil em moradias, possui um longo e confiável histórico de excelente desempenho como material estrutural. Não há diferença entre a aparência de uma casa em aço com as de madeira ou alvenaria.

Os terramotos são imprevisíveis em termos de magnitude, frequência, duração e localização. Consequentemente, a estrutura ideal para suportar as forças de um sismo deverá comportar-se de uma forma consistente e previsível. O Light Steel Framing é capaz de se conformar a esse padrão devido ao rigoroso processo usado para fabricar a perfilaria, bem como às propriedades inerentes do aço e aos métodos construtivos utilizados.

LSF em comparação com estruturas em madeira

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Abaixo abordamos as vantagens oferecidas pelo LSF especificamente perante um evento sísmico. Para uma comparação geral entre o LSF e wood framing, sugerimos a leitura do seguinte artigo:

Especialmente na reabilitação, o aço tem sido usado como alternativa eficaz às estruturas em madeira. Muitas vezes, visto que a legislação ou as circunstâncias da obra inviabilizam imediatamente a utilização do betão armado da equação, a escolha terá de ser efectuada entre perfis em aço ou barrotes em madeira.

As vantagens oferecidas pelo LSF perante um evento sísmico incluem as seguintes considerações:

Excelente relação entre peso e resistência

O aço tem uma relação entre resistência e peso significativamente superior à madeira. Assim, apesar da densidade do aço ser muitíssimo superior à da madeira, uma estrutura em aço galvanizado é tipicamente um terço do peso de uma estrutura equivalente em madeira. Por conseguinte, os danos provocados pela "quebra da resistência à inércia" serão significativamente reduzidos uma vez que há menos peso em movimento durante um terramoto, e menos peso para imobilizar após o sismo.

Composição estável e consistente

O aço é um material estável, com propriedades químicas consistentes. Uma vez que o perfil de aço tenha sido moldado, permanecerá rectilíneo e com praticamente nenhuma variação na espessura, largura ou outras propriedades dimensionais. Em contraste, quando uma árvore é colhida, a madeira começa imediatamente a secar e encolher. Esse processo continua em menor grau depois do fabrico do barrote, mas poderão ocorrer torções ou empenos. A inconsistência na qualidade da madeira também pode resultar em rachaduras ou pontos fracos num montante ou numa viga de madeira.

Conexões mais eficientes

Visto que o material e a geometria de um perfil é estável, a força total da estrutura vai depender da qualidade das conexões entre as peças. O LSF geralmente emprega parafusos que fornecem uma firme conexão mecânica. Em barrotes de madeira, por exemplo, as conexões são feitos com pregos que dependem do atrito e flexão. Como a madeira vai secando ao longo do tempo, a influência do atrito no pregos diminui. O aço não tem produtos químicos corrosivos, tais como conservantes, hidrófugos ou anti-insectos, nem humidade interna que pode corroer ou degradar os conectores.

Tecnologia mais avançada

A legislação norte-americana utilizada no cálculo do LSF é baseada em ensaios mais rigorosos e em resultados mais concretos obtidos após os terramotos ocorridos na Califórnia, EUA, nas últimas décadas. Essa experiência acumulada acaba por beneficiar toda a indústria mundial do LSF.

Imune a ataques biológicos

A integridade estrutural de uma estrutura em aço galvanizado dá mais garantias a longo prazo do que as de madeira visto que não apodrece. Além disso, é imune à acção das térmitas e de outras pragas que podem degradar lentamente a integridade estrutural das peças estruturais, diminuindo a capacidade de uma casa para resistir a forças sísmicas.

Incombustível

O aço é incombustível e não contribui para a propagação de um incêndio. Isso pode ser um factor importante visto que um terremoto pode provocar incêndios, tal como ocorreu em 1906 em San Andreas, e em 1989 em Loma Prieta, na Califórnia.

LSF em comparação com estruturas em betão armado

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Analisam-se agora algumas das vantagens do LSF em relação ao betão armado perante a acção de um sismo:

Excelente relação entre peso e resistência

O aço tem uma relação entre força e peso significativamente superior à madeira, e muitíssimo mais elevada do que a do betão. Uma parede no sistema LSF pesará cerca de dez vezes menos que uma de área equivalente em alvenaria. Por conseguinte, os danos provocados pela "quebra da resistência à inércia" serão significativamente reduzidos uma vez que há menos peso em movimento durante um terramoto, e menos peso para imobilizar após o sismo. Além disso, as cargas lançadas sobre as fundações são muitíssimo inferiores, evitando tensões excessivas que poderiam resultar na quebra dos elementos estruturais dos alicerces ou de contenção de solos.

Composição estável e consistente

O aço é um material estável, com propriedades químicas consistentes. os elementos que unem as peças metálicas, os parafusos, também são fabricados a partir do aço. Pelo contrário, elementos estruturais em materiais compósitos, como o betão armado, dependem da composição dos inertes colocados, da sua vibração, da montagem da armadura, da correcta cofragem em obra e do adequado tempo de cura.

Flexibilidade e articulação

No sistema LSF, todas as cargas do edifício estão distribuídas pelas paredes exteriores, existindo um perfil metálico, no mínimo, a cada 60 cm. Assim, numa parede com dez metros, onde na construção convencional encontraríamos dois pilares nas extremidades e um ao centro, num edifício LSF essa parede conteria, pelo menos, dezoito pilares metálicos interligados entre si. Numa habitação de tamanho médio, tendo um piso térreo e um superior, totalizando 200 m² por exemplo, são empregues mais de 10 toneladas de metal de alta resistência unidos por milhares de parafusos estruturais! Cada um destes pontos, um nó articulado, contribui para a dissipação da energia sísmica o que permitirá que o edifício estabilize rapidamente após os ciclos dos movimentos do solo.

Conexões e coesão interna mais eficiente

O betão armado deve a sua resistência à junção entre o betão e o ferro. No entanto, o betão pode absorver humidade ou possuir zonas ocas ou fissuras. A acção da água nessas zonas frágeis podem gradualmente enfraquecer os elementos estruturais afectados. Por sua vez, um único elemento estrutural comprometido pode resultar no colapso de grandes secções de uma estrutura quando submetida à violenta acção de um sismo. O aço não possui humidade interna ou produtos químicos que possam comprometer as conexões.

Ductilidade

Visto que o aço é dúctil, ou seja, será mais propenso a dobrar que a quebrar, o risco de queda de pilares ou de lajes durante a ocorrência de um terramoto é drasticamente reduzido. Mesmo na remota eventualidade da torção de alguns dos elementos verticais, restariam muitos outros por onde a carga seria distribuída, mantendo assim o seu equilíbrio. Mesmo perante forças sísmicas de grande intensidade, a área habitável da casa manter-se-ia, garantindo que os habitantes não ficassem soterrados sob os elementos estruturais e pesados panos de alvenaria.

Distribuição de cargas

Todas as paredes exteriores fazem parte estrutura do edifício, por onde se reparte todo o peso das lajes, paredes e o conteúdo que venha a ser colocado na casa. Assim, estas casas podem ser comparadas a enormes caixas ou gaiolas metálicas reforçadas pelo revestimento estrutural. Portanto, não só temos um edifício várias vezes mais leve como a sua carga está distribuída de forma mais equilibrada.

Funcionamento imediato após montagem

Ao contrário de uma estrutura em betão armado, o aço não necessita de cofragem nem de tempo de cura. Quando um perfil ou uma viga metálica são colocados no local, estão imediatamente em funcionamento estrutural, podendo receber cargas. Assim, no caso do LSF não existem os riscos de queda de cofragens ou de vigas ou lajes ainda sem o tempo definitivo de cura por ocasião da ocorrência de um sismo.

Em resumo…

O LSF tem um comportamento muitíssimo melhor do que a madeira devido à qualidade dos perfis e das suas conexões. Apesar dessas vantagens não serem tão significativas quando comparadas com as estruturas em betão armado, a relação entre resistência e peso torna o LSF uma alternativa eficaz aos muito mais pesados sistemas convencionais de betão armado e alvenaria.

Não queremos afirmar que estruturas em betão armado não sejam igualmente seguras em caso de sismo. Caso se apliquem bons princípios de engenharia e se respeitem bons métodos construtivos, um edifício em alvenaria pode mostrar ser bastante eficiente em resistir às forças sísmicas. O que afirmamos é que o LSF alcançará essa excelência com menos peso, menos mão de obra, menos meios de transporte e de elevação e, consequentemente, com um preço mais competitivo. Também, na maioria dos casos de reabilitação de edifícios antigos, as vantagens do LSF tornam-no a única alternativa possível para dividir espaços, acrescentar um novo piso ou remodelar uma cobertura. Acrescente-se ainda que, apesar de todos desejarmos que um sismo nunca ocorra, o conforto da habitação é uma vantagem palpável e diária. Assim, ter uma casa segura, mas ao mesmo tempo confortável, seria o ideal. Esse objectivo é facilmente alcançado pelo LSF.

A compra de uma casa é muitas vezes o maior investimento que a maioria das pessoas fará durante a vida. Em resultado disso, os problemas estruturais e outros durante a vida de uma casa pode ser tanto financeira como emocionalmente desgastante. Na Califórnia, onde os terramotos são mais frequentes e violentos do que em qualquer outro lugar dos Estados Unidos, o proprietário prudente toma as precauções necessárias para se proteger contra a perda da casa. Construir com aço está agora no topo da lista.

Conforme se percebe facilmente, uma das vantagens principais do LSF é o aumento das probabilidades de sobrevivência dos moradores, mesmo quando os edifícios são submetidos às forças extremas de um tremor de terra. Vivendo em Portugal, um país onde os sismos podem acontecer a qualquer momento e com extrema violência, esta vantagem pode ser a diferença entre a vida e a morte.

Mais informação

Performance of Steel-Framed Houses During an Earthquake

Vários dos argumentos apresentados acima podem ser lidos num documento intitulado "Performance of Steel-Framed Houses During an Earthquake", publicado em 2003 pela Steel Framing Alliance.

NEESWood Capstone Project

Em Julho de 2009, a Simpson Strong-Tie participou num evento sem precedentes a nível mundial para comprovar a importância de preparar as construções para resistirem a eventos sísmicos. Os ensaios realizados envolveram um modelo à escala real de um prédio com estrutura em madeira, ou wood framing, com sete andares. Esse foi o sistema escolhido por ser o mais popularmente usado nos Estados Unidos e por todo o mundo. Estamos certos que, com a cada vez maior implantação do LSF, testes futuros serão realizados em estruturas com aço galvanizado. Ainda assim, vários ensinamentos podem ser obtidos destes ensaios, visto que os métodos construtivos são similares.

Veja o vídeo dos ensaios efectuados no artigo:

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