SHORFLEX ® : Sistema Modular para Estruturas de Engenharia

O sistema SHORFLEX ® teve a sua génese em 2012 com o objetivo de desenvolver soluções construtivas inovadoras para estruturas de engenharia temporárias que sejam dotadas de requisitos técnicos superiores, comparativamente com soluções com funções homólogas disponíveis, conjugando elevados níveis de segurança na construção e na indústria, com enfoque no suporte de alta resistência.

Pretendia-se que o novo sistema tivesse como base os perfis PERFLEX® (patente METALUSA) e fosse constituído por um conjunto de componentes dotados de características técnicas que possibilitassem a assemblagem em obra com elevada simplicidade e eficiência, com a faculdade de ser destinado a uma gama variada de aplicações, nomeadamente: Torres de Escoramento, Contenção de Fachadas, Contrafortes, Cofragens Trepantes, Cofragens de Túneis, de Pontes e de Viadutos e outras Estruturas de Engenharia.

O grau de singularidade do desenvolvimento culminou num conjunto de avanços técnicos, disruptivos face aos conceitos habitualmente utilizados no setor, nomeadamente:

• Versatilidade do sistema, possibilitando aplicações multifuncionais;

• Elevada simplicidade e facilidade de transporte;

• Redução do tempo de construção em obra, proporcionada pelos elementos modulares standard, que possibilitam a sua montagem mais rápida, segura, eficiente e exata em obra;

• Possibilidade de compatibilização com o portfólio de produtos já existentes, nomeadamente sistemas de andaime e cofragem;

• Possibilidade de otimização de acordo com a solicitação de cargas para cada caso específico; • Características técnicas que possibilitam uma desmontagem fácil e a sua reutilização em outras obras;

• Minimizar a necessidade de desenvolver componentes específicos para cada projeto/produto distinto (sistema modular).

Desenvolvimento das estruturas de engenharia SHORFLEX ® HD decorreu da identificação de necessidade práticas

Posteriormente, no desenvolvimento de alguns projetos identificou-se a necessidade de criar um sistema com maior capacidade, de forma a dar resposta aos requisitos cada vez mais exigentes em termos de magnitude das ações. Assim surgiu o sistema SHORFLEX ® HD (Heavy Duty). Pretendia-se que este novo sistema tivesse flexibilidade para substituir ou complementar o existente, consoante as necessidades das aplicações.

Os requisitos principais tidos em conta no desenvolvimento foram:

• Permitir um reduzido número de apoios ao solo;

• Permitir a formação de estruturas com vãos livres de grande dimensão;

• Permitir montagem e desmontagem  rápida e segura;

• Permitir movimentação de grandes secções sem desmontar.

Assim, os componentes principais da estrutura reticulada são os perfis “2C HD” enformados a frio em aço S355. A utilização de diagonais e barras horizontais aumentam a capacidade de carga e garantem uma maior estabilidade da estrutura.

Tendo em conta o facto de se pretender que o sistema seja reutilizado o maior número de vezes possível, as ligações entre elementos são aparafusadas, encavilhadas ou de encaixe, eliminando a necessidade de soldadura em obra.

Foi concebida uma vasta gama de acessórios, com o propósito de ligar vários elementos que convergem num nó, ou ao longo dum elemento, com possibilidade de realizar diferentes ângulos de ligação através de peças rotuladas. Foram ainda previstos alguns elementos com comprimento ajustável, tornando assim o sistema o mais universal possível.

O Processo de desenvolvimento do sistema SHORFLEX ®

A METALUSA adota um sistema de Gestão da Investigação, Desenvolvimento e Inovação (IDI), de acordo com os princípios das normas NP 4457:2007, baseando-se num modelo de inovação, suportado por interfaces e interações entre o conhecimento científico/tecnológico e o conhecimento sobre a organização e o mercado.

Assim, com vista à concretização dos objetivos/requisitos específicos definidos acima, o desenvolvimento assentou no seguinte faseamento:

• Análise do estado-da-arte e definição de requisitos técnicos;

• Definição dos elementos do sistema modular;

• Dimensionamento dos elementos e realização de desenhos técnicos;

• Conceção de protótipos;

• Ensaios e testes de validação;

• Industrialização (produção piloto).

Esquema 3D conceptual

Tendo em consideração os objetivos do projeto, foi realizado o levantamento do estado de arte com enfoque no enquadramento do sistema a desenvolver, essencialmente dos diversos tipos e geometrias de sistemas de contenção de fachada e de torres de escoramento. Após a realização do levantamento do estado da arte, a equipa envolvida no projeto procedeu à análise, discussão e definição de especificações técnicas dos componentes do sistema.

Numa segunda fase esboçaram-se esquemas conceptuais (Figura 1) de forma a poder identificar os novos elementos e acessórios a desenvolver.

Procedeu-se ao dimensionamento inicial dos acessórios, tanto por via analítica de acordo com o EN 1993-1-1 (Eurocódigo 3), como numérica, e consequente definição geométrica e de materiais. A Figura 2 ilustra a análise de elementos finitos realizada para o elemento sapata.

Como ponto central do sistema surge o novo perfil principal “2C HD”. A sua geometria foi definida tendo em conta a ordem de grandeza expectável para as ações aplicadas relativas ao tipo de aplicações que se pretende para o sistema.

Este perfil composto é obtido pela união de 2 perfis “C” em aço S355 galvanizado a quente dotados de perfuração longitudinal com o objetivo de aligeirar o perfil e permitir realizar facilmente novas ligações (Figura 3).

Os outros elementos desenvolvidos foram:

– Nó de ligação SHD 2C 700mm – permite unir troços dos elementos verticais e simultaneamente ligação às barras horizontais e barras diagonais na direção de maior inércia do 2C HD;

– Nó de ligação SHD 2C 450mm – permite criar ligações entre os perfis 2C HD e elementos horizontais ou diagonais na direção de maior inércia do 2C HD em qualquer zona dos elementos verticais;

– Nó lateral SHD 2C 420mm – permite criar ligação entre o perfil 2C HD e elementos horizontais ou diagonais na direção de menor inércia do 2C HD (direção paralela à fachada) em qualquer zona dos elementos verticais;

– Nó lateral SHD 2C 170mm – permite criar ligação entre o perfil 2C HD e elementos diagonais na direção de menor inércia do 2C HD na base dos elementos verticais;

– Sapata SHD 2C – permite ligar os elementos verticais à fundação em betão armado e simultaneamente a elementos horizontais ou diagonais na direção de maior e menor inércia do 2C HD;

– Adaptador SHD – Perflex – permite criar ligação cavilhada de elemento horizontal ao banzo do perfil 2C HD;

– Barra Reforçada e Diagonal Reforçada SHD – elemento tubular com ponteira soldada para ligação cavilhada (permite vários ângulos);

– Barra horizontal e diagonal vertical SHD – elemento tubular com ponteira soldada para ligação cavilhada (permite vários ângulos);

– Escora Estabilizadora Simples – composto por tubo central, fuso roscado TR38 e ponteira para ligação cavilhada;

– Perfil 2C e 2C+C+C extensíveis – composto por perfil 2C + C superior (alma aparafusada ao banzo superior do 2C) + C inferior (alma aparafusada ao banzo inferior do 2C) + ponteira regulável para perfil 2C (com furação para ligação cavilhada);

– Perfil 2C extensível – composto por perfil 2C + ponteira regulável para perfil 2C

Após definição de todos os elementos, e definidos os desenhos técnicos foram realizados os protótipos para ensaios laboratoriais internos e em laboraórios externos para validação da conceção (Figura 4).

O SHORFLEX ®, à semelhança do portfolio de produtos METALUSA, é produzido na Unidade Fabril de Albergaria-à-Velha, com recurso a tecnologias laser (Figura 5) e CNC, garantindo precisão e rigor dimensional. Foram executados jigs para soldadura MIG robotizada dos diversos elementos, permitindo de forma rápida soldaduras contínuas e limpas. Durante todo o processo existe um acompanhamento pelo Departamento de Qualidade, assegurando o cumprimento dos requisitos técnicos, desde o controlo de matérias-primas e controlo dimensional das peças, até à verificação das ligações soldadas por recurso a ensaios mecânicos e líquidos penetrantes.

Para apoio aos projetistas e outros intervenientes no processo construtivo foi desenvolvido o Manual Técnico com desenhos, definições geométricas e de materiais, esforços resistentes, bem como instruções de montagem e desmontagem.

Caso de Estudo

Com a crescente necessidade de reabilitação de edifícios em centros urbanos e com a demolição e renovação do seu interior é necessário recorrer a sistemas de contenção temporária de fachadas.

No presente caso prático em análise, sob ponto de vista funcional e de segurança estrutural, recorreu-se à utilização do sistema modular estrutural SHORFLEX ® cuja função foi de contenção provisória das fachadas principais a preservação do edifício sito na Rua da Praia do Bom Sucesso, Lisboa (Figura 6), para a execução dos trabalhos de reabilitação e recuperação a realizar.

A razão da demolição parcial dos edifícios prende-se com o estado atual dos mesmos e com razões de ordem regulamentar. As paredes das fachadas principais do edifício em questão tiveram de ser mantidas, como tal foi executada uma estrutura de suporte metálica SHORFLEX ® tipo pórtico fixa ao maciço de fundação em betão armado.

Após as paredes das fachadas principais estarem devidamente contidas, foi iniciado o processo de demolição parcial do edifício. Esta técnica construtiva tem-se tornado uma prática cada vez mais corrente, pois adapta o edifício a novas exigências funcionais, mantendo o seu carácter histórico, cultural e arquitetónico.

Na realização de um estudo de contenção de fachada são vários os pontos/dificuldades a ter em consideração. No presente caso fomos deparados com alguns desafios, um dos quais assenta na altura significativa de algumas fachadas a conter, sendo que a maior apresenta 17 m. Outros desafios constituem a limitação de ocupação de via pública em que para a implantação das torres o espaço disponível era limitado em algumas zonas e a ação do vento devido ao posicionamento geográfico do edifício ser nas proximidades da linha costeira.

A estrutura é constituída por 4 níveis de perfis horizontais duplos (Perfis PERFLEX®), contraventados entre si por barras horizontais e diagonais (PERFLEX ®), bem como todas as peças de ligação e acessórios do sistema. Por cada nível/piso existem 2 perfis metálicos PERFLEX ® que serão colocadas no interior e exterior da fachada, ligados entre si através de barras DYWIDAG 15/17mm (nas aberturas existentes, janelas e portas), formando assim um bloco. A solução estrutural foi dividida em quatro blocos, sendo que a disposição em planta das torres SHORFLEX ® de acordo com a Figura 7.

Figura 6 – Localização do edifício em estudo

As ações a que as estruturas de contenção estão sujeitas durante o período de tempo em que estas desempenham a função para as quais são concebidas, devem ser consideradas na altura do seu dimensionamento.

De acordo com a regulamentação vigente, complementada com as disposições presentes na Norma Europeia, para além das ações usualmente utilizadas em estruturas metálicas, foram também consideradas a ação do desaprume da fachada como ação varável e a carga de impacto como ação acidental.

• Ação desaprumo da fachada: Considerou-se no dimensionamento 2,0% da carga vertical (paredes existentes do edifício), para ter em conta a ação horizontal provocada pelo desaprume ou barriga da fachada.

• Carga de impacto – Tratando-se de intervenções com grande movimentação de materiais, veículos e equipamentos de elevação e suspensão, a estrutura de contenção foi dimensionada de modo a suportar uma carga de impacto de 10 kN, atuando simultaneamente com a ação do vento no sentido desfavorável.

A análise estática e verificação da segurança deste sistema consistem nos seguintes pontos:

-Verificação da estrutura metálica, através da realização de um modelo de cálculo automático de acordo com a sua aplicação prática no local; o programa procede à classificação e verificação das secções metálicas, de acordo com o estipulado na norma EN 1993-1-1 (Eurocódigo 3);

– Determinação das reações a suportar pela fundação e dimensionamento das ancoragens de fixação das bases da estrutura metálica ao maciço de fundação (Figura 8).

Como critério de verificação estrutural, considerou-se um critério de deformação de h/500. Para monitorizar as deformações ao longo do decorrer da obra foram colocados alvos topográficos em pontos estratégicos da estrutura. (Figura 9).

A Figura 10 ilustra a montagem de toda a estrutura de contenção de acordo com os planos de montagem e definições técnicas das memórias de cálculo.

Agradecimentos: Agradecemos às entidades envolvidas na execução da obra Rua da Praia do Bom Sucesso, 7-11, em particular à ABB Alexandre Barbosa Borges, S.A. e Systvertical – Systema Vertical de Engenharia, Lda. Autores:

• Eng. Ivo Jesus
• Eng. Hélder Gafanhão
• Eng. Laertes Mota

Perguntas frequentes