Projeto da viga divisora ​​como parte do projeto padrão do elevador.

Um novo método para instalar esses componentes como parte do processo de instalação do elevador e seus benefícios.

Este artigo foi apresentado na Elevcon 2023 em Praga, República Tcheca.

Palavras-chave: Configurações de grupos de elevadores, viga divisória, sistema modular, norma de projeto, controle de qualidade, norma de processo, relatório de projeto, poço de elevador, prevenção de acidentes, economia de tempo

Sumário

As vigas divisórias podem causar dores de cabeça para os gerentes de projeto que precisam instalar paredes de separação em um poço de elevador que deve abrigar dois ou mais elevadores. Para evitar acidentes durante o manuseio e a soldagem de materiais pesados ​​de aço, a instalação das vigas geralmente é terceirizada para o empreiteiro geral ou um subempreiteiro. Envolver uma terceira parte exige desenhos de projeto, um processo de licitação, coordenação, inspeção para aprovação e, por fim, o procedimento de reclamação.

Este artigo apresenta um novo método de projeto para a instalação de vigas divisórias como parte do processo de instalação de elevadores e discute os múltiplos benefícios dessa solução inovadora.

1. Introdução

É prática comum que os poços de elevador para configurações em grupo (duplex, triplex, etc.) sejam construídos pelo empreiteiro geral sem paredes divisórias (Figura 1). A parede frontal da caixa do elevador geralmente é deixada completamente aberta. Isso reduz os custos de construção em concreto e elimina o risco de reclamações com base na avaliação do poço e quaisquer trabalhos corretivos subsequentes que precisariam ser realizados. Também proporciona maior flexibilidade para o projeto do sistema de elevadores, que muitas vezes é detalhado somente após o início da construção.

Nesse caso, o instalador do elevador utilizará as chamadas vigas divisórias para fixar os trilhos-guia. O projeto e a aquisição das vigas divisórias, geralmente feitas de aço, costumam ser realizados localmente. Essa tarefa, incluindo a instalação, geralmente é terceirizada para uma empresa local de estruturas metálicas. Em alguns países, é comum que a empresa de elevadores exija que o trabalho seja realizado como parte da construção da caixa do elevador. Nesse caso, a responsabilidade pela execução fica a cargo do empreiteiro geral.

O projeto e a construção da viga divisora ​​influenciam o conforto da viagem no elevador, principalmente em modelos de alto desempenho. Em caso de frenagem de emergência com acionamento dos dispositivos de segurança, vigas divisoras instaladas incorretamente podem levar à perda de contato suficiente do dispositivo de segurança com os trilhos-guia, o que pode ter consequências fatais. Para garantir o funcionamento adequado do dispositivo de segurança, existem requisitos rigorosos quanto ao deslocamento horizontal máximo do sistema composto por trilhos-guia e viga divisora. Para sistemas de alto desempenho, esses requisitos são definidos para garantir o conforto da viagem (redução da vibração e do ruído na cabine, no hall e nas salas adjacentes).

A definição e instalação local da viga divisora ​​leva à definição de uma grande variedade de soluções que, em sua maioria, evitam inspeções de qualidade e controle por parte do fabricante do elevador em termos de projeto e execução centralizados. Como o sistema composto por viga divisora ​​e trilhos-guia tem uma influência significativa na segurança e no conforto da viagem do elevador, uma solução centralizada e específica para as vigas divisoras seria muito bem-vinda (Merz, 2010). 

Na construção das vigas divisórias, a estrutura metálica geralmente prevê vigas I maciças com placas de ancoragem soldadas em fábrica, que posteriormente precisam ser fixadas à parede do poço do elevador com ancoragens diretamente no canteiro de obras. A solução escolhida, principalmente em condições sísmicas, é fixar as placas de ancoragem no concreto, às quais as vigas I são soldadas durante a instalação. A movimentação de vigas de aço maciças em um ambiente confinado como o do poço do elevador exige equipamentos de elevação pesados, e o trabalho de soldagem pode gerar faíscas. A instalação das vigas divisórias geralmente é realizada separadamente, antes da montagem do sistema do elevador, e concluída antes do início da instalação do elevador. Devido ao risco de acidentes no manuseio de vigas de aço maciças e ao risco de incêndio associado às faíscas de soldagem, a instalação das vigas divisórias é preferencialmente terceirizada (Figura 2). 

O esforço necessário para selecionar, contratar e instruir um subempreiteiro quanto à correta instalação da viga divisora ​​é considerável. Mesmo assim, ainda existe o risco de surgirem reclamações, que exijam retrabalho, após a avaliação oficial da caixa do elevador. O tempo necessário para esse trabalho prévio reduz o prazo para a instalação do sistema de elevadores. Isso também pode atrasar a entrega do sistema ao empreiteiro geral.

Se as vigas divisórias já tiverem sido instaladas e aprovadas pela empresa de elevadores, a conexão do suporte do trilho pode ser problemática. Geralmente, é necessário perfurar os furos de fixação no local; furos pré-existentes muitas vezes precisam ser alargados. Em alguns casos, o suporte do trilho também pode ser soldado às vigas divisórias. Devido aos riscos associados a esse trabalho, nenhuma outra pessoa pode trabalhar na caixa do elevador durante esse período, e a proteção contra incêndio deve ser garantida.

O risco de acidentes associado deve ser evitado, e o tempo necessário para executar as tarefas relacionadas é significativo.

A garantia da qualidade durante a instalação e durante o processo de aceitação da empresa de elevadores, após a instalação das vigas divisórias, é bastante exigente e difícil de alcançar.

2. Sistema modular para construção de estruturas de suporte           

Sistemas modulares padronizados têm sido usados ​​há algum tempo para criar estruturas de suporte para fixação e disposição de todos os tipos de linhas de suprimento em trabalhos de instalação na construção de edifícios, instalações e plataformas, tanto em terra quanto no mar. Esses sistemas foram estendidos para construir plataformas para posicionamento de máquinas e equipamentos, passarelas, caminhos, etc. (Merz, 2014).

Foram desenvolvidos perfis e conectores especiais para permitir que sistemas modulares sejam utilizados na construção de vigas divisoras. O projeto é realizado com um software específico do fabricante que monitora as cargas de força de todo o projeto e também determina a eventual deformação das vigas.

No projeto de modelos de elevadores, sistemas modulares podem ser integrados como uma solução padrão, permitindo alcançar uma qualidade definida centralmente no projeto das vigas divisoras. Com o projeto do sistema de elevador, o processo de instalação das vigas divisoras modulares, compostas por componentes padrão, também pode ser definido centralmente. Isso possibilita o controle centralizado da qualidade do trabalho. Se o fornecedor do sistema modular for capaz de fornecer o sistema globalmente, uma qualidade uniforme das vigas divisoras em nível global pode ser alcançada (Merz, 2010).

Como os sistemas modulares geralmente consistem em componentes muito mais leves em comparação com as vigas de aço padrão, toda a configuração do grupo de elevadores pode ser redefinida no local. O risco de acidentes durante a instalação pode ser reduzido ou até mesmo eliminado.

O sistema modular aqui apresentado consiste em vigas de aço galvanizado a quente com um design particularmente rígido que, devido ao perfil especial, permitem uma conexão bastante flexível de acessórios, independentemente do fabricante. Perfis C dentados são integrados em ambos os lados do perfil da viga (Figura 3). Isso possibilita o uso de parafusos de cabeça de martelo em T para fixação dos suportes dos trilhos. Os parafusos de cabeça de martelo em T podem ser movidos independentemente no perfil C, em ambos os lados, para o posicionamento horizontal dos suportes dos trilhos, permitindo um alinhamento simplificado dos trilhos-guia. Além da conexão por atrito durante o aperto dos parafusos, os dentes internos proporcionam um encaixe perfeito que garante a estabilidade da conexão. Dessa forma, não é mais necessário furar orifícios para fixação ou soldar no local da construção (Merz, 2014).

As vigas são fixadas em conectores de parede especiais com uma abertura em forma de U. Os conectores de parede podem ser ancorados às paredes independentemente da viga, utilizando um sistema de ancoragem semelhante ao que ancora os suportes dos trilhos às paredes do poço (Figura 4). Podem ser utilizadas ancoragens mecânicas ou químicas, bem como canais de ancoragem embutidos no concreto (Merz, 2018).

Durante a instalação, o trabalho preliminar de fixação dos suportes de parede envolve o uso e manuseio de componentes compactos e leves, que podem ser facilmente posicionados e fixados por uma única pessoa. Os sistemas de posicionamento a laser são particularmente adequados para o posicionamento dos furos de ancoragem. A viga divisória propriamente dita é colocada na abertura em forma de U assim que ambos os suportes de parede estiverem fixados.

A viga divisora ​​tem um peso moderado (9 kg por metro) quando comparada às vigas de aço padrão, que são de 2 a 3 vezes mais pesadas e, portanto, mais difíceis de manusear em poços estreitos. A viga divisora ​​pode ser movida para dentro do poço do elevador e, em seguida, colocada no suporte de parede sem a necessidade de dispositivos especiais de elevação ou içamento (Figura 5). O design do suporte de parede garante que as vigas divisoras fiquem seguras contra quedas, sem a necessidade de outras providências ou precauções.

Após o correto posicionamento horizontal, que também pode ser usado para alinhar os trilhos-guia, a viga divisória é fixada ao perfil em U do conector de parede com parafusos passantes. A instalação desse tipo de viga divisória pode ser realizada com segurança por uma única pessoa em menos de 30 minutos.

A instalação simples requer apenas alguns passos concisos e pode ser bem documentada em um fluxograma de processo padrão, disponibilizado para instaladores em todo o mundo por meio de um sistema de documentação centralizado. Isso garante um controle de qualidade centralizado para um processo uniforme de instalação de vigas divisórias em nível global.

Em termos de comprimento e perfuração, ambos os suportes de parede foram projetados para suportar a fixação conforme as especificações, em conjunto com o padrão de furos nas vigas divisórias, mesmo que a profundidade do poço inclua tolerâncias estruturais. O sistema pode compensar desvios na profundidade do poço de até +/- 40 mm, permitindo que todas as vigas divisórias sejam entregues no canteiro de obras com comprimento uniforme e eliminando a necessidade de cortes posteriores para ajuste (Figura 6).

3. Projeto técnico das vigas divisoras

O projeto técnico da viga divisora ​​é suportado por um software de cálculo específico do fabricante, baseado no programa de estática de alto desempenho RSTAB. Para avaliar a resistência à carga e o comportamento do conceito geral, análises de elementos finitos dos componentes mecânicos são realizadas com base no software ANSYS 2020 durante o processo de desenvolvimento do produto. O software de projeto foi certificado pela TÜV SÜD.

Cálculos numéricos e testes práticos foram realizados para calibrar o modelo de elementos finitos (MEF) e determinar os dados técnicos de todos os componentes, verificando-os com os testes físicos. A Figura 7 mostra um exemplo de comparação direta entre os testes práticos e a simulação numérica de um conjunto de viga divisora ​​em escala real com 2 m de comprimento. As distribuições de tensão nos componentes e no modelo geral foram determinadas e documentadas em detalhes. Para o caso apresentado (Figura 7), foi utilizada a seguinte configuração: modelo de material S350 para a viga e S355 para os conectores de base, com aproximadamente 93,000 elementos hexagonais multizona e mais de 608,000 nós. Por fim, todas as evidências e os dados abrangentes das simulações numéricas são inseridos no software de cálculo para servir de base para o projeto técnico.

O software de cálculo gera um relatório completo sobre o projeto do sistema. Os dados de entrada relativos às forças atuantes nos trilhos-guia são documentados, assim como o posicionamento geométrico dos trilhos-guia por meio dos suportes na viga divisora. Isso é complementado por um esboço esquemático da viga divisora. O processo de projeto resulta na sugestão de um perfil específico para a viga e um suporte de parede adequado. Sua capacidade de carga também é documentada em relação às tensões nos componentes. Além disso, a deflexão das vigas divisoras é mostrada no ponto onde os trilhos-guia são fixados às vigas divisoras (Merz, 2014).

Uma interface com o software de projeto de ancoragem do mesmo fabricante permite o projeto simultâneo da ancoragem da viga divisória nas paredes do poço e documenta os diferentes sistemas de ancoragem propostos, incluindo sua taxa de capacidade.

Dependendo do modelo do elevador do fabricante e dos requisitos de deformação máxima dos trilhos-guia e das vigas divisoras sob carga, a flexibilidade na escolha dos perfis das vigas e dos suportes de parede é limitada. Para cada uma dessas variações, um projeto detalhado pode ser realizado com o software de cálculo — cujos resultados são então documentados em uma tabela (Figura 8). A tabela serve, então, como especificação padrão para os diversos modelos de elevador oferecidos aos clientes.

Isso reduz os esforços de planejamento local, elimina fontes de erros e economiza custos no projeto e instalação de vigas divisórias instaladas localmente, além de apoiar o controle de qualidade centralizado no projeto dessas vigas. 

4. As vantagens das soluções modulares padronizadas

Além da qualidade e do desenvolvimento, a cadeia de suprimentos também encontra vantagens na aquisição de um sistema uniforme mundial para vigas divisoras (Figura 9).

A centralização das aquisições favorece a implementação de economias de escala nas negociações de preços. Isso, por sua vez, significa que o custo do sistema modular difere menos do custo de soluções adquiridas localmente do que poderia parecer ao usar os preços de sistemas modulares locais como base.

As vantagens de custo na instalação da viga divisória podem ser ainda maiores graças à economia de tempo e à eliminação de certas ferramentas e dispositivos para o manuseio do material mais leve. O processamento de uma quantidade reduzida de aço na criação de vigas divisórias de comprimento definido resulta em menor consumo de energia na sua fabricação. Vigas divisórias construídas a partir de sistemas modulares contribuem significativamente para o alcance das metas de pegada de carbono definidas pelas diversas empresas de elevadores.

A grande simplificação da instalação de vigas divisoras, em virtude da redução dos riscos de acidentes e erros, pode, em casos específicos, levar à transferência do pacote de vigas divisoras do empreiteiro geral para o instalador de elevadores, o que pode contribuir para o aumento das vendas e dos lucros.

 Mesmo a padronização de soluções com estruturas complexas de paredes divisórias, compostas por pilares e vigas divisórias, reduz a possibilidade, em casos individuais, de ter que redesenhar todo o sistema de fixação dos trilhos para aumentar as distâncias entre os suportes dos trilhos (Figura 10). Isso pode levar à utilização de perfis de trilho menores, com custos e esforços reduzidos, durante a instalação na caixa do elevador.

Uma aplicação adicional, mais complexa, surge na modernização, onde elevadores de tração modernos com design sem casa de máquinas (MRL) substituem as antigas máquinas hidráulicas. Como o design hidráulico impulsiona a cabine para cima a partir do térreo, frequentemente acima do último andar, nenhuma estrutura de suporte de carga era necessária no edifício. Infelizmente, os elevadores MRL concentram as cargas mais elevadas e complexas na estrutura do edifício, no nível do último andar e acima dele.

Sistemas de suporte modulares podem ser usados ​​para projetar e construir uma estrutura em gaiola onde a máquina do elevador de tração e os trilhos são montados (Figura 11). A estrutura de suporte modular absorve as forças dos componentes do elevador e as distribui para o edifício através de sua ancoragem na laje do último pavimento.

 Um projeto modular padrão pode ser desenvolvido, adequado para um tipo específico de elevador de tração do fabricante, que permita uma instalação simples e rápida, com muito menos ruído e poeira do que as atividades de construção tradicionais envolvendo concreto e elementos de aço causariam na produção de tal estrutura.

5. Conclusões

Existem bons motivos para omitir o projeto de uma parede divisória no local em poços de elevadores para configurações em grupo. A qualidade da fixação e instalação dos trilhos-guia é fundamental para a segurança e o conforto dos passageiros do sistema de elevadores. Estruturas de suporte devem ser erguidas para fixar os trilhos-guia entre os sistemas de elevadores. O planejamento, o projeto e a instalação dessas estruturas de suporte geralmente são terceirizados para uma empresa local. Esse processo representa um desafio significativo para o controle de qualidade centralizado e acarreta riscos consideráveis ​​relacionados a acidentes, custos adicionais e atrasos na instalação.

Em muitos setores industriais, os sistemas modulares já estão consolidados para uso no projeto de estruturas de suporte. Fornecedores globais desses sistemas modulares seguem padrões internacionais para estruturas de suporte com design modular na indústria. Os sistemas modulares foram expandidos de tal forma que se tornaram adequados para uso no projeto de paredes divisórias em instalações com múltiplos edifícios e elevadores (Figura 12).

A especificação de soluções padronizadas, baseadas nesse tipo de sistema modular para vigas divisórias utilizado em determinados modelos de sistemas, permite o controle centralizado da qualidade e a garantia da qualidade na construção de estruturas de paredes divisórias. A padronização da solução é acompanhada pela unificação do processo de instalação, que se caracteriza pelo manuseio de componentes leves que são montados no local sem a necessidade de processos de separação ou união a quente (como soldagem, etc.). Isso proporciona uma série de vantagens relacionadas à redução do risco de acidentes, bem como à economia de tempo e dinheiro, e à integração da instalação do sistema de paredes divisórias ao processo de montagem dos sistemas de elevadores.

Quando a estrutura de divisórias é especificada nas normas como parte integrante do modelo do sistema de elevador, o custo de seu fornecimento pode ser incorporado às ferramentas de fornecimento dos fabricantes de elevadores.

O grande número de vantagens oferecidas pelos sistemas modulares na criação de estruturas de paredes de separação provavelmente levará à consolidação dessas soluções em todo o mundo no futuro.

Agradecimentos

Agradecemos ao Dr. Alexander Eberlein, líder da equipe de especialidades do Escritório de Gerenciamento de Projetos Corporativos da Hilti, em FL-Schaan, Liechtenstein, pelo apoio nos detalhes do MEF (método dos elementos finitos) para auxiliar no cálculo do projeto das vigas divisoras de elevadores.

Referências

1. Merz, M. (2010). Comportamento prático de tensão do sistema completo de fixação do trilho. Tecnologia de elevadores 18: Anais do ELEVCON 2010 (A. Lustig), Lucerna, p. 248-257. Elevator World, 2011, 59(6).
2. Merz, M. (2014). Sistemas de suporte modulares substituem a estrutura de suporte soldada. Tecnologia de elevadores 20: Anais do ELEVCON, 20 (A. Lustig), Paris, 214-226.
3. Merz, M. (2018). Valor agregado de âncoras seguindo um padrão de aprovação/avaliação. Tecnologia de elevadores 22: Anais do ELEVCON, 22 (A. Lustig), Berlim, 12-23.