Como construir o Woodframe

Revista Téchne
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Light wood frame - construções com estrutura leve de madeira
Os sistemas construtivos leves com madeira
têm sua origem no desbravamento do oeste
norte-americano e sempre estiveram
relacionados com uma construção rápida e,
naquela época, uma atividade coletiva, quase
um mutirão. É possível lembrar de vários
filmes de época retratando a atividade de
construir a igreja ou o celeiro, onde em poucas
horas estavam prontos.
Hoje o sistema de plataform framing está tão
arraigado nas culturas norte-americana e
canadense, que praticamente não se encontram residências executadas com outros sistemas
construtivos, como a nossa alvenaria estrutural ou concreto armado. A melhor explicação
para isso é o alto grau de industrialização desse sistema, conseqüente redução de prazos e
custos e, principalmente, a divisão das etapas da obra: cada sistema ou subsistema é
executado por equipes especializadas em momentos definidos da obra, com muita préindustrialização e pouca interpolação de tempo ou retrabalho nas interfaces entre eles.
O comportamento estrutural do wood frame assemelha-se muito ao da alvenaria estrutural.
No wood frame, cada elemento recebe esforços de diferentes naturezas, sempre conjugados
com outros elementos. Além disso, as estruturas em wood frame apresentam redundância e
hiperestaticidade. Já as estruturas convencionais em madeira, tipo treliças entalhadas ou
sistemas pilar-viga, são geralmente isostáticos, podendo ruir se um único elemento falhar.
Esse comportamento estrutural do wood frame ainda é pouco utilizado nas estruturas de
madeira no Brasil, apesar de ser largamente empregado em todo o mundo há muitas
décadas. Por ser pouco utilizado, a atual Norma Brasileira 7190/1997 não apresenta critérios
claros de dimensionamento dessas estruturas, apesar de poder ser utilizada nas verificações
dos seus elementos estruturais independentes (ensaios de desempenho do sistema
construtivo foram realizados pelo IPT (Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado de São
Paulo), tais como desempenho estrutural, segurança ao fogo, estanqueidade à água, etc., e
seus resultados podem ser obtidos diretamente com os autores desse artigo).
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Na NBR
7190/1997
são
Figura 2 - O radier é uma boa solução
de fundação
especificadas
dimensões
Figura 1 - Esquema do comportamento estrutural do wood frame
mínimas para os elementos estruturais, que
sob ação do vento
foram definidas considerando-se a
segurança de estruturas isostáticas de treliças. Porém, essas são impraticáveis em estruturas de
wood frame. Por existir repetição de elementos cumprindo a mesma função, existe a chamada
redundância, ou seja, uma redistribuição de esforços caso um dos elementos venha a falhar,
permitindo a utilização de seções menores e otimizando o consumo de madeira. Uma analogia
grosseira desse comportamento é a armação de lajes de concreto. É fácil imaginar que, se uma
única barra dessa armação falhar, haverá uma redistribuição dos esforços para as demais no seu
entorno. As paredes do wood frame também apresentam esse comportamento.
Diante disso, o dimensionamento das estruturas em wood frame pode ser feito utilizando-se
critérios de normas de outros países, dentre as quais o Eurocode 5 apresenta bases mais
semelhantes à norma brasileira, o que permite utilizá-la complementarmente à nossa.
De forma bastante resumida, o dimensionamento dessas estruturas considera que as paredes e
pisos têm comportamento de placa e chapa, recebendo cargas tanto no seu plano quanto
perpendicularmente a esse.
Os painéis de piso recebem as cargas de peso próprio e acidentais, perpendiculares ao seu plano,
que são resistidas pelas chapas de OSB e vigas I por flexão simples. As vigas I são apoiadas nas
paredes, que assim solicitam os montantes à compressão paralela às fibras. Esses, por sua vez,
descarregam esses esforços no pavimento inferior ou nas fundações. Por estarem fixados às
chapas de OSB, esses montantes não apresentam flambagem na menor inércia, sendo verificada a
instabilidade na maior inércia.
Devido à rigidez das paredes e pisos nos seus planos, o wood frame tem grande capacidade de
resistir aos esforços de vento, diferente dos sistemas construtivos de casas de madeira utilizados
no Brasil (figura 1). Com os esforços horizontais, a parede é solicitada perpendicularmente ao seu
plano, resultando em esforços de flexão nos montantes e nas chapas de OSB. Essa parede
transfere esses esforços para os pisos inferior e superior, que receberão esses esforços como
carga distribuída.
Para esse esforço horizontal, os métodos de dimensionamento
apresentam uma simplificação, considerando o piso como uma viga
horizontal submetida ao esforço de flexão transferido pela parede. Para
tanto, a simplificação transforma o momento atuante nessa viga em
binário de tração e compressão, que devem ser resistidos pelos
elementos de topo das paredes, as chamadas cordas, que funcionam
como mesas dessa viga. A cortante que surge nessa viga horizontal deve
ser resistida pelo conjunto formado por chapas de OSB e vigas I do piso,
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e as ligações entre esses elementos também são definidas em
função dessa cortante. Essa viga horizontal de piso distribui as
cargas nas paredes laterais, que então deverão ser dimensionadas
pelo cisalhamento (por isso são chamadas shear walls).
Nessa situação de shear wall, as ligações pregadas entre as chapas
de OSB e os montantes deverão resistir ao fluxo de cisalhamento
aplicado na parede. Os montantes, especialmente os de
extremidade dos painéis, ficarão sujeitos à compressão e tração,
impedindo o giro do painel, comportamento também auxiliado por
ligações adequadas com o piso inferior ou com as fundações.
Figura 3 - Aplicação de chapa
cimentícia sobre OSB
Diante dessa composição de esforços, o dimensionamento deve ser
feito seguindo a combinação das ações peça a peça, podendo então considerar os critérios de
dimensionamento da NBR 7190/1997 para verificar as peças individualmente.
Essas combinações devem ser feitas para todos os elementos, observando que o
entendimento claro da distribuição interna dos esforços e suas naturezas são de grande
importância para a combinação dos esforços em cada elemento. Feitas essas combinações, os
critérios de dimensionamento da NBR 7190/1997 podem ser aplicados.
Construção passo-a-passo
Fundação, pisos e áreas molháveis
Uma boa solução de fundação para esse sistema é o radier (figura
2).
Como a estrutura é bastante leve e com cargas distribuídas ao longo
das paredes, também pode-se utilizar com vantagens a sapata
corrida. No piso do primeiro pavimento, aplicam-se as técnicas
tradicionais da alvenaria. Nos pisos superiores, onde a estrutura do
piso é de barrote de madeira com deck de OSB, considera-se o OSB
Figura 4 - Boxe de chuveiro
como um contrapiso. Podem-se aplicar carpetes, pisos
com drywall RU e pisobox
engenheirados, preferencialmente flutuantes e com manta
intermediária, de forma a garantir isolação acústica a ondas geradas por impactos. Nas áreas
molháveis, sobre o OSB, aplicam-se chapas cimentícias de 12 mm coladas sobre o OSB (a
cola pode ser PVA tipo D3) e parafusadas em um gride de 20 cm x 20 cm. Sobre as chapas
cimentícias vai uma impermeabilização do tipo membrana acrílica impermeável (resina acrílica
com teor de sólidos em torno de 50% + cimento) cuja aplicação é feita por pintura a frio em
três demãos cruzadas (espessura final de 1 mm). Nas juntas entre placas, bem como nos
cantos com as paredes e ralos, é também aplicada uma tela de poliéster ou fibra de vidro
como estruturante. Sobre a impermeabilização, coloca-se o piso frio com argamassa colante
tipo 1 flexibilizado com resina acrílica (proporção de 20 kg/l - figura 3).
Nas áreas muito expostas à água (boxe de chuveiro, por exemplo) recomenda-se a
impermeabilização também da placa de drywall (tipo RU) ou chapa cimentícia, com selador
acrílico antifungo e pintura de resina acrílica pura (figura 4).
Paredes estruturais - wood frame
O sistema é composto basicamente por paredes portantes que são o suporte para a primeira
plataforma ou piso. O conceito é de que a plataforma trava os apoios e faz o
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contraventamento horizontal da estrutura. A partir daí novos painéis de paredes portantes são
levantados sobre a plataforma e, assim sucessivamente, até o telhado, podendo usualmente
serem construídas obras de até quatro pavimentos, sem mudanças muito significativas no
método prescrito (figura 5).
Figura 5 - Esquema de montagem
Os painéis de paredes são compostos por montantes verticais de madeira com seção típica de
2" x 4" que, após aparelhados, têm seção 38 mm x 90 mm. Esses montantes estão dispostos
com espaçamentos entre si que podem ser de 40 cm ou 60 cm, modulação essa em
consonância com os tamanhos das placas de drywall e de OSB. Cada painel é fechado com
duas guias de madeira de mesma seção, uma superior e outra inferior. Após a disposição dos
painéis, sobre a fundação ou sobre a plataforma, conformando a planta do pavimento, uma
segunda guia de madeira é pregada sobre a guia superior, só que essa sobrepõe os encontros
de painel, solidarizando-os (figura 6).
Todas as ligações são pregadas. O prego, apesar de parecer um elemento primitivo, é um
ótimo sistema de fixação, especialmente quando pregado de forma não-perpendicular à
superfície, tornando a ligação mais resistente quanto ao arrancamento. No sistema de wood
frame são utilizados pregos tipo ardox ou tipo anelado que também dificultam o arrancamento,
especialmente em madeiras macias como o pínus. Os pregos deverão ser sempre galvanizados
a fogo, uma vez que deverão ter longa vida de serviço. Há alguns outros sistemas de
galvanização que garantem o mesmo tipo de desempenho. Como regra sugerimos que se
obtenha, do fabricante, uma garantia de mil horas em teste de salt spray.
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Figura 6 - Travamento entre painéis de Figura 7 - Barroteamento de piso e
contrapiso de OSB
parede
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Figura 8 - Barroteamento utilizando
vigas I de madeira
estruturais (podem haver painéis não-estruturais que não são considerados para o apoio dos
barrotes e que podem ser removidos em uma reforma, por exemplo), são distribuídos barrotes de
madeira com seções que podem variar de 40 mm x 185 mm a até 60 cm x 250 cm (figura 7) e
também como opção para vãos maiores com até 8 m de comprimento pode-se utilizar as vigas I de
madeira (figura 8). O espaçamento entre barrotes é usualmente de 40 cm podendo eventualmente
ser de 30 cm (depende da carga de piso). A disposição dos barrotes deve coincidir com o
posicionamento dos montantes do painel de parede que dá suporte a esse piso, logo se presume que
onde há mais de um piso, o piso de baixo deverá ter os montantes espaçados em 40 cm e apenas o
último piso terá os montantes espaçados em 60 cm. Sobre o barrote é feito um deck de OSB
(Orinteded Strand Board) ou compensado naval (no Brasil só há um fabricante de OSB, que o
fornece em vários tipos). O modelo utilizado para usos perenes é o tipo home, que contém cupinicida
na resina; no caso dos compensados, deve ter cola fenólica e ser tratado em autoclave com as
mesmas características do pínus (ver quadro). As placas de OSB devem ser dispostas
transversalmente em relação aos barrotes - assim têm resistência maior à flexão no maior sentido.
Para aberturas de portas e janelas, os montantes que se encontram na região devem ser deslocados
lateralmente, jamais eliminados. Além dos montantes acumulados nas laterais, deve ser incluído
mais um, com a altura da abertura (2,15 m, por exemplo) para que sirva de apoio para as vergas.
Na parte inferior devem ser colocados ainda mais dois pedaços de montantes com 38 mm a menos
que a altura inferior da abertura, de forma que receba mais uma peça de montante horizontal. Nos
vãos inferiores e superiores da abertura devem ser colocados pedaços de montantes de forma que
mantenham o espaçamento padrão de 40 cm ou 60 cm e sirvam de apoio para as placas, sejam de
drywall, sejam de OSB (figura 9).
O contraventamento vertical da estrutura é feito com a fixação de placas de OSB nas faces externas
da parede e, eventualmente, em alguma parede interna (figura 10).
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Revestimentos
As paredes externas
podem ser revestidas
com vários sistemas,
desde sidings de
Figura 9 - Painéis externos com aberturas
Figura 10 - Contraventamento externo com madeira, aço ou PVC,
de janela
chapas de OSB
que foram
desenvolvidos especificamente para o sistema, mas também pode-se utilizar tijolo aparente,
argamassa armada (figura 11) ou placas cimentícias, que dão um acabamento similar à
alvenaria (figura 12).
Figura 11 - Seção transversal de parede externa
Figura 12 - Fachada com revestimento
de chapa cimentícia, antes do
acabamento
O conceito do sistema de fechamentos é que para cada item de desempenho há um elemento
específico: montantes de madeira são a estrutura, chapa de OSB no lado externo é
contraventamento e suporte para revestimento, manta de impermeabilização garante a
estanqueidade do sistema e o revestimento tem a função de proteger das intempéries
(especialmente ação do sol) e atender requisitos da arquitetura (figura 13). Do lado interno, a
placa de drywall garante acabamento e excelente desempenho acústico, reforçado pela lã
mineral que pode ser ou não colocada no interior da parede para a obtenção de desempenhos
específicos no que tange ao isolamento térmico e acústico (figura 14). Como se vê, trata-se
de um sistema aberto e muito adequado para se tirar partido da nova norma de desempenho
NBR 15.575 - desempenho esse que será determinado de acordo com a composição dos
vários materiais e do custo que se define como parâmetro.
Figura 13 - Revestimento de siding de
Figura 14 - Aplicação de lã mineral no
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madeira sobre manta impermeável
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interior da parede
Telhados
Sobre as paredes portantes do último piso são aplicadas treliças pré-industrializadas, e seu
espaçamento pode ser a cada 60 cm ou 120 cm, dependendo do tipo de telha a ser utilizado
(figura 15).
No caso de telhas tipo shingle, que demandam um deck de OSB para servir de base sobre as
treliças, o próprio deck funciona como contraventamento vertical. No caso de telhas
cerâmicas ou de concreto, são utilizadas apenas as ripas diretamente sobre as treliças,
tomando-se o cuidado de aplicar a manta de subcobertura antes do ripamento (apenas para
garantia de estanqueidade). Nesse caso o contraventamento é feito com sarrafos em forma
de X entre os pontaletes das treliças. Sob as treliças, são pendurados transversalmente os
suportes de madeira ou metálicos para fixação do forro de drywall (o banzo inferior das
treliças não deve servir de referência de nível para a aplicação do forro). Opcionalmente, pode
ser aplicada lã mineral sobre o forro (figura 16). No caso da telha tipo shingle (asfáltica) a lã
é obrigatória para garantia da isolação térmica do sistema. De um jeito ou de outro é
altamente recomendável manter uma boa ventilação no forro, tanto nos beirais como na
cumeeira (entrada de ar frio/saída de ar quente). Quando se utilizam telhas cerâmicas, que
naturalmente têm frestas e permitem boa ventilação, aberturas de cumeeira podem ser
desnecessárias desde que a manta de subcobertura permita essa respiração. Como referência
prescritiva, recomenda-se que o vazio total das aberturas nos beirais seja de, no mínimo,
1/150 da área de projeção total do telhado.
Figura 15 - Treliças de madeira pré-industrializadas travam a estrutura
A madeira para uso como wood frame
A madeira utilizada no sistema de wood frame é o pínus. Na América do Norte a sigla SYP
(Southern Yellow Pine) designa várias espécies de pínus de rápido crescimento, dentre os
quais o elliottii e o taeda, que são duas das espécies mais plantadas no Brasil. Assim como na
parte sul dos Estados Unidos, no Brasil a madeira de pínus precisa passar por processo de
tratamento em autoclave, para ficar imune ao ataque de cupins. Por ser uma conífera, tipo de
árvore que, quando jovem, não tem cerne, o seu lenho é totalmente permeável ao
tratamento, o que não ocorre com a maioria de nossas madeiras nativas e com o eucalipto,
que são folhosas (a exceção é o pinho do Paraná ou araucária, cujo corte é proibido). O
tratamento em autoclave mais recomendado para o uso em wood frame é o que utiliza
produtos hidrossolúveis, em especial o CCA tipo C óxido. As normas internacionais
recomendam retenção mínima de 4,0 kg de I.A. /m³ (I. A. = ingrediente ativo) para as
madeiras utilizadas protegidas de intempéries. Esse é o caso da maioria das peças utilizadas
no wood frame. A exceção são as peças que vão em contato direto com a fundação de
concreto ou em contato com umidade. Nesse caso a recomendação de norma é de no mínimo
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6,5 kg I. A./m³.
A produção de pínus no Brasil é uma atividade comercial
formal e está presente em todos os Estados das regiões
Sul, Sudeste e Centro-oeste, além da Bahia, sendo,
portanto, uma base florestal importante para considerar o
sistema de wood frame sustentável do ponto de vista de
atendimento de demanda. A produção de madeira e o
tratamento em autoclave também são atividades com
baixas barreiras de entrada, o que permite que o País
tenha uma produção descentralizada e sustentável ao
Figura 16 - Lã mineral aplicada sob o forro
longo do tempo. Há no País vários centros educacionais
que têm em suas estruturas curriculares, de graduação ou pós graduação, disciplinas voltadas
à formação de profissionais para a área, como os cursos de Engenharia Industrial Madeireira
das universidades: Unesp de Itapeva (SP); Federal de Pelotas (RS); Federal do Espírito Santo,
em Alegre (ES); ou os cursos de Engenharia Civil da USP de São Carlos (SP) e Federal de
Santa Catarina (Florianópolis). Há ainda cursos de formação de técnicos em edificação com
conhecimentos em wood frame, oferecidos pelo Centro Paula Souza em algumas cidades do
Estado de São Paulo. Além disso, com a recente crise no mercado imobiliário norteamericano, muitos brasileiros que lá trabalhavam no setor da construção civil estão
retornando ao Brasil e podem suprir uma demanda crescente por esse tipo de profissional.
Marcelo de Freitas Sacco, arquiteto formado pela FAU-USP, com especialização em Administração de Empresas pela FGVSP, diretor da Preservam Preservação de Madeiras Ltda; [email protected]
Guilherme Corrêa Stamato, engenheiro civil formado pela USP-São Carlos, mestrado e doutorado em estruturas de
madeira pelo Lamem-USP-São Carlos e diretor da Stamade Projetos e Consultoria em Madeira;
[email protected]
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de serem dois países cuja indústria de preservação de madeiras é muito respeitada em termos mundiais.
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NBR 8457 - Postes de Eucalipto Preservado para Redes de Distribuição de Energia Elétrica - Dimensões
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NBR 7190 - Projeto de Estruturas de Madeira
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