HENKES_Análise técnica de edifícios em concreto armado, de 3 a 21 pavimentos, com variação de resistência à compressão (dimensões em planta - 15m x 15m)

UNIVERSIDADE DO ESTADO DE MATO GROSSO – UNEMAT

RAQUEL HENKES

ANÁLISE TÉCNICA DE EDIFÍCIOS EM CONCRETO ARMADO, DE 3 A

21 PAVIMENTOS, COM VARIAÇÃO DE RESISTÊNCIA À

COMPRESSÃO (DIMENSÕES EM PLANTA - 15m x 15m)

Sinop

2017/2

UNIVERSIDADE DO ESTADO DE MATO GROSSO – UNEMAT

RAQUEL HENKES

ANÁLISE TÉCNICA DE EDIFÍCIOS EM CONCRETO ARMADO, DE 3 A

21 PAVIMENTOS, COM VARIAÇÃO DE RESISTÊNCIA À

COMPRESSÃO (DIMENSÕES EM PLANTA - 15m x 15m)

Projeto de Pesquisa apresentado à Banca Examinadora do Curso de Engenharia Civil – UNEMAT, Campus Universitário de Sinop-MT, como pré-requisito para obtenção do título de Bacharel em Engenharia Civil.

Prof. Orientador: Dr. Roberto Vasconcelos Pinheiro.

Sinop

2017/2

LISTA DE FIGURAS

Figura 1- Densidade de frequência da resistência à compressão do concreto ... 11 Figura 2 - Isopleta da velocidade básica V0 (m/s) ... 15

LISTA DE ABREVIATURAS

ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas fc – Resistência à compressão do concreto

fck – Resistência característica à compressão do concreto aos 28 dias fcm – Resistência média do concreto à compressão

fct – Resistência do concreto à tração

fyk – Resistência característica ao escoamento do aço Kg – Quilograma

KN – Quilo Newton MPa – Mega Pascal GPa – Giga Pascal m – Metro

mm – Milímetro

NBR – Norma Brasileira s – Segundo

tf – Tonelada-força

V0 – Velocidade básica do vento σ – Tensão

ε – Deformação

f – Coeficiente de ponderação z – Parâmetro de instabilidade  – Parâmetro de instabilidade

DADOS DE IDENTIFICAÇÃO

1. Título: Análise técnica de edifícios de concreto armado, de 3 a 21 pavimentos, com variação de resistência à compressão (dimensões em planta – 15m x 15m)

2. Tema: Estruturas de Concreto Armado

3. Delimitação do Tema: Engenharia de estruturas 4. Proponente: Raquel Henkes

5. Orientador: Dr. Roberto Vasconcelos Pinheiro

6. Estabelecimento de Ensino: Universidade do Estado de Mato Grosso 8. Público Alvo: Pesquisadores e profissionais na área da engenharia.

9. Localização: Avenida dos Ingás, nº 3001; Jardim Imperial; Sinop - MT; 78550-000

SUMÁRIO

5.4 AÇÕES ATUANTES NA ESTRUTURA ... 14

5.5 SEGURANÇA E ESTADOS LIMITES ... 16

5.6 ANÁLISE ESTRUTURAL E ESTABILIDADE GLOBAL DE EDIFÍCIOS ... 16

5.7 DIMENSONAMENTO DOS ELEMENTOS ESTRUTURAIS ... 17

5.8 ASPECTOS GERAIS DA ANÁLISE ESTRUTURAL TÉCNICA DE ESTRUTURAS EM CONCRETO ARMADO... 18

6 METODOLOGIA ... 21

6.1 1ª ETAPA - PROJETO ARQUITETÔNICO ... 21

6.2 2ª ETAPA – CONCEPÇÃO ESTRUTURAL ... 21

6.3 3ª ETAPA – AÇÕES ATUANTES E CARREGAMENTOS NA ESTRUTURA 21 6.4 4ª ETAPA – ANÁLISE ESTRUTURAL ... 22

6.5 5ª ETAPA – DIMENSIONAMENTO E VERIFICAÇÃO ESTRUTURAL ... 22

6.6 6ª ETAPA – MAPEAMENTO DOS QUANTITATIVOS ... 23

6.7 7ª ETAPA – PARÂMETROS TÉCNICO ... 23

7 CRONOGRAMA ... 24

1 INTRODUÇÃO

A construção civil possui diferentes aspectos ao longo da história, marcada no seu início, pelo surgimento das primeiras técnicas construtivas, refletindo através desses métodos de construção a origem e cultura de cada povoado. Posteriormente, o emprego de novos materiais, como o aço e o concreto, possibilitou o desenvolvimento de estruturas mais altas e com diversas formas arquitetônicas, tornando esse tipo de edificações objeto de disputa de poder e reconhecimento.

No cenário atual, a construção civil vem sendo largamente utilizada como alternativa para abertura de novos empreendimentos devido ao forte investimento imobiliário e grande demanda deste setor. Contudo, utilizar-se do método tradicional de construções horizontais inviabilizaria a organização do sistema ocupacional urbano e prejudicaria o retorno financeiro, visto que para esse tipo de construção, seria necessária a aquisição de grandes extensões de solo.

Para tanto, o emprego da verticalização permitiu melhor explorar as áreas urbanas - principalmente no centro onde há maior concentração de comércio – e diminuir os custos finais das edificações, trazendo também maior valorização do espaço.

No Brasil, a maior parte dessas edificações tem como sistema construtivo o concreto armado, que segundo Porto e Fernandes (2015), foi introduzido no país no início do século XX e vem sendo amplamente utilizado até no presente momento. Se tratando deste sistema, outro aspecto importante foi desenvolvimento de concretos com maior resistência característica à compressão (fck).

Apesar de ter um custo maior, o aumento do fck pode provocar uma redução na seção transversal dos elementos estruturais (pilar, laje e viga), podendo reduzir, significativamente, o volume de concreto e as fôrmas e, em algumas situações, promover redução da quantidade de armaduras a ser utilizada.

Neste contexto, destaca-se a relevância do estudo da variação da resistência característica do concreto durante a fase de elaboração de projeto para constatação de qual fck é tecnicamente viável quanto a estrutura global do edifício a partir da análise e comparação dos quantitativo dos insumos.

Desta forma, o presente trabalho tem como finalidade realizar o levantamento dos parâmetros técnico-financeiros a partir do dimensionamento de um edifício residencial com 3, 5, 7, 10, 13, 15, 18 e 21 pavimentos, com relação geométrica em

planta de 1:1 (15m x 15m) e resistência a compressão com valores de 25, 30, 35 e 40 MPa. De outra forma, também auxiliará na composição de projetos modelos de edifícios de concreto armado que levem, aos investidores, parâmetros que possam subsidiar a escolha da proporção geométrica da edificação, bem como o sistema estrutural, fck e outros parâmetros e fatores que possam acarretar em menores custos das edificações.

2 PROBLEMATIZAÇÃO

Para o projeto em questão, levanta os seguintes questionamentos:

a) No que se refere aos elementos da superestrutura, viga, pilar e laje, qual valor da resistência característica a compressão é tecnicamente viável para edifícios de 3 a 21 pavimentos com relação geométrica em planta de 1:1 (15m x 15m)?

b) Quanto a estrutura global, qual valor da resistência característica a compressão é tecnicamente viável para edifícios de 3 a 21 pavimentos com relação geométrica em planta de 1:1 (15m x 15m)?

c) Quais são os parâmetros técnicos – Kgaço/m3_{concreto, m}2_fôrma/m3_{concreto e} espessura do pavimento tipo – para edifícios de 3 a 21 pavimentos com relação geométrica em planta de 1:1 (15m x 15m) e resistência a compressão com valores de 25, 30, 35 e 40 MPa?

3 JUSTIFICATIVA

Devido ao elevado desenvolvimento e crescimento das cidades houve a necessidade da mudança da dinâmica ocupacional do espaço urbano, valorizando o setor da construção civil e o mercado imobiliário. Desta forma, os profissionais da área foram motivados a procurar por novas alternativas, como a verticalização, para permitir um melhor aproveitamento do espaço urbano e a abertura para novos empreendimentos.

A construção de edifícios de concreto armado é uma atividade que requer altos investimentos, e sua aceitação no mercado depende do seu custo/benefício, exigindo dos profissionais da área uma boa análise de fatores técnicos, visando a viabilidade econômica de implantação.

Deste modo, evidencia-se a importância de estudos que tragam a sociedade informações que possam ser utilizadas para a concepção mais econômica de edifícios de concreto armado, variando as relações geométricas em planta e valores de resistência a compressão.

Sendo assim, este estudo tem como finalidade a análise do comportamento estrutural, como também o quantitativo de insumos (concreto, aço e fôrma) dos elementos da superestrutura de um edifício com número de pavimentos variando de 3 a 21, levando em consideração os seguintes parâmetros: relação geométrica em planta de 1:1 (15mx15m); resistência característica a compressão (25, 30, 35 e 40 MPa) e velocidade básica do vento V0 de 30 m/s.

4 OBJETIVOS

4.1 OBJETIVO GERAL

Estudar o comportamento estrutural de um edifício de múltiplos pavimentos, a partir dos elementos da superestrutura (pilar, viga e laje), variando os valores de resistência característica a compressão (fck).

4.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Para elaboração do trabalho em questão, propõem-se os seguintes objetivos específicos:

a) Realizar os projetos estruturais dos edifícios de 3, 5, 7, 10, 13, 15, 18 e 21 pavimentos, com relação geométrica em planta de 1:1 (15mx15m), variando os valores de resistência característica à compressão de 25, 30, 35 e 40 MPa;

b) Elaborar o quantitativo dos insumos (concreto, aço e fôrma) dos elementos pilar, viga e laje;

c) Determinar os parâmetros técnicos: Kgaço/m3concreto, m2fôrma/m3concreto e espessura do pavimento tipo;

d) Auxiliar na formação de uma futura base de dados para profissionais da área da construção civil.

5 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA

5.1 NORMATIZAÇÃO

Todos os cálculos e considerações de projetos serão elaborados seguindo as disposições das seguintes normativas:

ABNT NBR 6118:2014 – Projeto de estruturas de concreto – Procedimento; ABNT NBR 6120:2000 – Cargas para o cálculo de estruturas de edificações; ABNT NBR 6123:2013 – Forças devido ao vento em edificações;

ABNT NBR 7480:2007 – Barras e fios de aço destinados a armaduras para concreto armado;

ABNT NBR 8681:2004 – Ações e segurança nas estruturas – Procedimento; ABNT NBR 8953:2015 – Concreto para fins estruturais – Classificação pela massa específica, por grupos de resistência e consistência;

ABNT NBR 14931:2004 – Execução de estruturas de concreto armado – Procedimento.

5.2 CONCRETO ARMADO

O concreto é um material composto por agregados, cimento e água. Podendo ser adicionados aditivos químicos e minerais com finalidade de modificar ou melhorar suas características. Sua resistência depende do tipo de agregados, relação água-cimento, grau de adensamento, entre outros.

Segundo Fusco (2008) o concreto caracteriza-se pela sua boa resistência à compressão, habitualmente entre 20 e 50MPa. Embora outras características, como a resistência a agressões químicas e físicas, a durabilidade e flexibilidade arquitetônica também são características importantes do concreto.

Porém, devido à baixa resistência à tração do concreto (cerca de 10% da sua resistência à compressão), são inseridas barras com função de resistir a esses esforços, aumentando ainda sua capacidade de carga em peças comprimidas (ARAÚJO, 2014).

Essa associação só é possível devido a aderência que é imprescindível para que dois materiais trabalhem de forma conjunta. Sendo, suas deformações praticamente iguais (BASTOS, 2006).

5.2.1 Propriedades mecânicas

Segundo Pinheiro (2007) o concreto tem como principais propriedades mecânicas a resistência à compressão, resistência à tração e módulo de elasticidade, que são determinados através de ensaios, geralmente realizados para controle de qualidade e atendimento as especificações.

A resistência à compressão é obtida através de ensaios de corpo de prova moldados de acordo com a ABNT NBR 5738:2015 e rompidos conforme a ABNT NBR 5739:2007.

Devido a dispersão dos valores obtidos, que variam de obra para obra e rigor na confecção, tem-se adotado o conceito de resistência característica (fck) que leva em consideração a média aritmética das resistências à compressão (fcm) obtidas pelos ensaios e pelo seu coeficiente de variação. (CARVALHO; FIGUEIREDO FILHO, 2007). Deste modo, a resistência característica à compressão do concreto é caracterizada pelo valor que apresenta grau de confiança de 95%, ou seja, é tolerado que apenas 5% dos resultados dos ensaios não alcancem a resistência esperada, como representado na figura 1.

Figura 1- Densidade de frequência da resistência à compressão do concreto Fonte: (PINHEIRO, 2007)

A resistência característica à compressão conforme Fusco (2008) é a propriedade que confere ao concreto maior representatividade no que se refere à qualidade e desempenho.

Já a resistência à tração para efeitos de dimensionamento pode ser desconsiderada, visto que tem pouca relevância na capacidade de carga da estrutura. Porém, seu efeito deve ser considerado na verificação das deformações sob ação das cargas de serviço (ARAÚJO, 2014).

Os ensaios para determinação da resistência a tração axial (fct) são de difícil realização. Desta forma, são realizados o ensaio e ruptura por tração na flexão e ensaio por ruptura indireta por compressão diametral. Porém, usualmente são admitidas relações fixas entre a resistência do concreto à tração e à compressão conforme disposto na ABNT NBR 6118:2014.

O módulo de elasticidade consiste na relação entre as tensões (σ) e deformações (ε) do concreto. Deve ser obtido conforme o método de ensaio estabelecido na ABNT NBR 8522:2017. Entretanto, na falta de ensaios é possível fazer uma estimativa através das equações estabelecidas na ABNT NBR 6118:2014, que levam em conta o fck e as propriedades dos agregados utilizados.

Os aços para concreto armado são classificados de acordo com a ABNT NBR 7480:2007 em barras ou fios. As barras são obtidas através de laminação a quente e tem diâmetro mínimo de 6,3 mm, enquanto os fios são obtidos por laminação a frio ou trefilação e apresentam diâmetro máximo de 10 mm. Os aços para concreto armado são classificados ainda conforme sua resistência característica ao escoamento (fyk). As barras são classificadas nas categorias CA-25 e CA-50 e os fios de aço na categoria CA-60.

A ABNT NBR 7480:2007 estabelece ainda as propriedades mecânicas - limite elástico, a resistência e o alongamento na ruptura - exigíveis para cada categoria dos aços destinados a armadura para concreto armado.

Na falta de ensaios a ABNT NBR 6118:2014 permite que seja adotado um modulo de elasticidade de 210 GPa.

5.2.2 Vantagens e desvantagens

Segundo Porto e Fernandes (2015) o concreto armado possui várias vantagens, entre elas destacam-se:

 Facilidade de execução e adaptação a diversos tipos de formas, dando a edificação maior flexibilidade arquitetônica;

 Possibilita a obtenção de estruturas monolítica e hiperestáticas, que favorecem a segurança;

 Possui grande resistência a efeitos físicos e químicos, como a ação do vento, chuva e temperaturas extremas;

 Resistência a desgastes mecânicos;

Contudo, ainda que os benefícios citados acima sejam inúmeros, a empregabilidade deste material também possui algumas desvantagens como o próprio elevado, baixo grau de proteção térmica e acústica, e baixa resistência à tração. Entretanto, algumas destas propriedades podem ser melhoradas com a utilização de outros materiais.

5.3 CONCEPÇÃO ESTRUTURAL

A concepção estrutural consiste na escolha de um sistema estrutural capaz de resistir as ações atuantes na estrutura. É uma das partes mais importantes do projeto, pois o projetista deve definir os elementos estruturais a serem utilizados e suas posições, de modo que esses elementos absorvam de forma eficaz os esforços provenientes das ações atuantes na estrutura e transmitindo-lhes ao solo de fundação (PINHEIRO, 2007).

Pinheiro (2007) diz ainda que o projetista deve levar em conta a finalidade da edificação e as condições impostas pela arquitetura, atendendo sempre os requisitos de qualidade exigidos pelas normas, referente a capacidade resistente, desempenho em serviço e durabilidade da estrutura.

O projeto estrutural deve também ser compatível com os demais projetos, como o de instalações elétricas, hidráulicas, sanitárias, telefonia, entre outros. Permitindo a coexistência e qualidade destes sistemas, respeitando a distribuição dos ambientes da edificação (ALVA, 2007).

Sua estrutura resistente deve ser composta pela disposição adequada dos elementos estruturais – pilar, viga, laje e parede estrutural. As lajes são placas de concreto que têm como função absorver as ações verticais, permanentes e variáveis, que são transmitidos para as vigas - juntamente com as cargas advindas do peso das paredes – e subsequentemente distribuídas para os pilares que transfere as cargas para a fundação (GIONGO, 2007).

Pinheiro (2007) recomenda que distribuição dos pilares seja feita da superfície para o interior da edificação, de modo a não interferir em sua arquitetura. Os pilares devem ser usualmente posicionados entre 4m e 6m, pois distâncias muito grandes acarretam em maiores custo e distâncias muito pequenas causas interferência na fundação.

Em sequência as vigas são posicionadas formando pórticos com os pilares, contribuindo com a estabilidade da edificação. Podem também ser utilizadas para dividir lajes de grandes dimensões ou suportar cargas de estruturas para que elas não se apoiem diretamente sobre a laje (PINHEIRO, 2007).

O arranjo estrutural desses elementos deve garantir que a estrutura trabalhe em conjunto, melhorando a capacidade da estrutura em absorver as ações horizontais, de modo a não gerar deslocamentos excessivos, aumentando a resistência global do edifício (GIONGO, 2007).

5.4 AÇÕES ATUANTES NA ESTRUTURA

De acordo com a ABNT NBR 6118:2014 uma análise estrutural deve considerar todas as ações atuantes que possam gerar efeitos significativos para a segurança de uma edificação, levando em consideração os estados-limites últimos e os de serviço. Essas ações são classificadas pela norma ABNT NBR 8681:2004 segundo sua variabilidade temporal, na qual as ações permanentes são aquelas que atuam na estrutura com valores constantes, durante praticamente toda sua vida útil, e as ações variáveis, são aquelas que possuem significativa variação em torno de sua média durante a vida da construção. Já as ações excepcionais devem ser consideradas somente em projetos específicos, pois possuem baixa probabilidade de ocorrência.

A ABNT NBR 8681:2004 define ainda que as ações permanentes são aquelas oriundas do peso próprio da estrutura, elementos construtivos e instalações permanentes, enquanto as ações variáveis são advindas das cargas acidentais de construção devido a força do vento, variação de temperatura, entre outras. Sendo classificadas como normais ou especiais em função da probabilidade de ocorrência.

Na ausência de valores obtidos experimentalmente, a norma ABNT NBR 6120:2000 dispõe dos pesos específicos aparentes de alguns materiais construtivos e valores mínimos das cargas acidentais de acordo com a finalidade da edificação e seus ambientes.

Segundo Pereira e Ramalho (2007) a concepção de estruturas mais esbeltas faz com que o vento assuma maior importância no dimensionamento, visto que promove a mobilização de toda a estrutura desenvolvendo esforços internos expressivos.

Para tanto a ação do vento deve ser determinada de acordo com as especificações das normas ABNT NBR 6123:2013, assim como, sua dispensa pode ser feita de acordo com a ABNT NBR 6118:2014.

Para o cálculo da ação do vento sobre uma estrutura, é necessário determinar o fator topográfico S1 que está relacionado ao relevo do terreno; o fator S2 que considera a rugosidade do terreno, dimensões da edificação e altura sobre o terreno; e o fator estatístico S3.

Para obter a velocidade característica do vento ainda é necessário conhecer a velocidade básica do vento que pode ser obtida através da isopleta contida na ABNT NBR 6123:2013 de acordo com a região, como mostra a figura 2.

Figura 2 - Isopleta da velocidade básica V0 (m/s) Fonte: ABNT NBR 6123:2013

Os valores de cálculo das ações são obtidos multiplicando os valores representativos pelos respectivos coeficientes de ponderação f que estão dispostos nas normas ABNT NBR 6118:2014 e ABNT NBR 8681:2004.

5.5 SEGURANÇA E ESTADOS LIMITES

Segundo Pinheiro (2007) uma estrutura é dita como segura somente se for capaz de suportar todas as ações que possam vir a atuar sobre sua estrutura, durante sua vida útil, sem atingir um estado limite.

Deste modo, a ABNT NBR 6118:2014 estabelece que ações devem ser combinadas de maneira a considerar a possível ocorrência de situações mais desfavoráveis, realizando combinações últimas e combinações de serviço para a verificação quanto aos estados limites últimos e aos estados limites de serviço, respectivamente.

O estado limite último corresponde a capacidade máxima de suporte de uma estrutura, de forma que sua ocorrência determina a paralização total ou parcial do uso da edificação. Já o estado limite de serviço está relacionado a sua funcionalidade, conforto e aparência. (PINHEIRO, 2007).

5.6 ANÁLISE

ESTRUTURAL

E

ESTABILIDADE

GLOBAL

DE

EDIFÍCIOS

A ação simultânea de forças verticais e horizontais provocam deslocamentos horizontais nos nós da estrutura. Esse efeito, denominado de não linearidade geométrica, admite que a estrutura se mantenha em equilíbrio em sua posição deslocada, porém acarreta o surgimento de esforços solicitantes adicionais, também chamados de esforços de segunda ordem global. (GIONGO, 2007).

Desta forma, quando uma estrutura está na sua posição deslocada, as cargas verticais geram momentos adicionais que não existiam inicialmente. Enquanto a não linearidade física está relacionada com as propriedades do concreto, como também com a fissuração e fluência do concreto (RIBEIRO, 2010).

Pinto (2002) fala sobre a importância de uma correta avaliação da resposta estrutural de edifícios altos, visto que os efeitos de não linearidade da geometria e não linearidade física podem gerar acréscimos de esforços quando a estrutura é sujeita a determinadas solicitações.

De acordo com a ABNT NBR 6118:2014, quando os esforços de segunda ordem são significativos, ou seja, superiores a 10% dos esforços de primeira ordem, a estrutura é denominada de estrutura de nós móveis. Nessas estruturas deve-se considerar também a não linearidade dos materiais e esforços de segunda ordem locais e globais.

Já as estruturas de nós fixos, são estabelecidas pela ABNT NBR 6118:2014 como estruturas que possuem reduzidos deslocamentos horizontais, e os esforços de segunda ordem, por consequência, são desprezíveis (inferiores a 10% dos esforços de primeira ordem). Sendo necessário apenas considerar efeitos locais.

A ABNT NBR 6118:2014 apresenta ainda dois processos aproximados para verificar a dispensa dos esforços globais de segunda ordem, que são: o parâmetro de instabilidade  e o coeficiente z.

Segundo Mocayo (2011) o parâmetro  é um meio utilizado para avaliar a estabilidade global de uma estrutura. Esse parâmetro é calculado em função da altura do edifício, cargas verticais e rigidez de um pilar equivalente e, posteriormente, comparado com o valor “1” para classificar a estrutura de nós fixos ou nós móveis.

Já o coeficiente “z”, além de avaliar a estabilidade global da estrutura, pode estimar os esforços finais, através da majoração dos esforços de primeira ordem.

Desta forma, se a estrutura for considerada de nós fixos, o cálculo deve ser de acordo com o item 15.6 da ABNT NBR 6118:2014. Caso a estrutura for considerada de nós móveis o cálculo deve ser de acordo com o item 15.7 da mesma norma.

5.7 DIMENSONAMENTO DOS ELEMENTOS ESTRUTURAIS

De acordo com a ABNT NBR 6118:2014, após a análise estrutural, devem ser seguidas as etapas de dimensionamento, verificação e detalhamento, afim de garantir a segurança da estrutura quanto aos estados limites últimos e de serviço. Para tal, é necessário que os esforços solicitantes sejam inferiores os esforços resistentes.

De acordo com Bastos (2006) o dimensionamento feito com base no estado limite último, considera a estrutura como se estivesse próxima ao rompimento. No entanto, são utilizados os coeficientes de majoração que permite a estrutura receber carregamentos bem superiores para os quais foi projetada. Fusco (2008) afirma que este dimensionamento se tornou possível devido a conhecimentos experimentais das condições de ruptura dos elementos estruturais submetidos a diferentes tipos de solicitação.

A primeira etapa de dimensionamento consiste em definir as seções transversais iniciais dos elementos estruturais, método não especificado na ABNT NBR 6118:2014, porém consagrado em algumas literaturas, como a de Pinheiro (2007) e Bastos (2017).

As dimensões finais dos elementos estruturais juntamente com as seções transversais das armaduras devem ser obtidas através do dimensionamento feito com base no estado limite último previsto ABNT NBR 6118:2014.

A ABNT NBR 6118:2014 ainda estabelece critérios para a verificação dos elementos quanto ao estado limite de serviço, de modo a não gerar fissuração e ocorrência de flechas.

5.8 ASPECTOS GERAIS DA ANÁLISE ESTRUTURAL TÉCNICA DE

ESTRUTURAS EM CONCRETO ARMADO

Segundo Silva (2011) a utilização de concretos com maiores resistências possui inúmeras vantagens, como a otimização de espaços de uma edificação proporcionada pela redução das seções transversais dos elementos estruturais, bem como o aumento da durabilidade e a possível diminuição nos custos finais.

Em seu estudo, Silva (2011) faz a análise de edifícios comerciais de múltiplos pavimentos com a utilização de diferentes resistências à compressão do concreto com valores entre 20 e 50MPa. Nesta análise foi possível constatar que houve uma redução no consumo de insumos e diminuição na área dos pilares de acordo com o aumento da resistência do concreto utilizado. Já para as lajes e vigas, esse consumo teve um acréscimo de acordo com o aumento da resistência do concreto. Com isso, o autor concluiu que devido a estes aspectos seria interessante a execução de pilares com concretos de maiores resistências.

O estudo realizado por Peinato et al.(2012) faz uma comparação dos resultados de custo de execução para diversos pilares - com altura fixa de 3,2 m e seção transversal quadrada submetidos a uma carga de 100 tf - em função das classes de resistência do concreto entre 20 e 50 MPa. Com esta análise foi possível verificar que o custo do concreto e das fôrmas para os pilares teve um decréscimo conforme o aumento do fck. No entanto, pilares de até 40 MPa o consumo de aço diminuiu, e aumentou para os pilares calculados com concreto de 45 e 50 MPa. Desta forma, verificou-se que o uso do concreto de 40 MPa teve maior viabilidade técnico-econômica.

Freitas (2014) realizou uma análise técnico-econômica de um edifício comercial com intuito de elaborar um comparativo entre a utilização de concretos comuns e de alto desempenho. No qual, no dimensionamento das vigas o concreto de 25MPa se

mostrou mais econômico, seguido pelos concretos de 40 e 60MPa. Já para os pilares, o concreto mais econômico foi o de 40 MPa.

Lanini e Pinheiro (2016) realizaram uma análise de um edifício de 3 a 21 pavimentos, com relação geométrica, em planta, de 1:4 (15m X 60m), variando o valor da resistência a compressão do concreto, na qual constatou-se que com esse aumento, o consumo de aço se manteve praticamente constante, ocasionando uma redução de 6,5% e 2,5%, do consumo de aço nas vigas e lajes, respectivamente, enquanto os pilares tiveram em média uma redução de 19%. Todos os casos propostos por este estudo apresentaram melhor viabilidade técnica com a utilização do concreto de 35 MPa.

A mesma análise foi realizada por Farto, Hillesheim e Pinheiro (2016) com uma edificação com dimensões aproximadas de 6m por 24m, na qual foi constatado que a melhor viabilidade técnico-econômica global foi alcançada com a utilização do concreto de 40 MPa.

Sá e Pinheiro (2015) também realizaram uma análise estrutural de um edifício de 3 a 21 pavimentos, porém este com uma relação geométrica em planta de 1:3, com dimensões aproximadas de 10m por 30m. Nesta análise foi constatado que o consumo de aço se manteve praticamente constante para lajes e vigas independente do aumento da resistência à compressão do concreto. Já os pilares tiveram uma economia média de 29,53%.

Outros estudos relacionados têm sido desenvolvidos Universidade do Estado de Mato Grosso, campus de Sinop, orientados pelo professor Dr. Roberto Vasconcelos Pinheiro. Estes fazem uma análise de edifícios de múltiplos pavimentos, realizando levantamentos de parâmetros técnicos-econômicos, afim de verificar a melhor resistência característica do concreto e relação geométrica em planta a ser utilizada. Fazem parte desta linha de pesquisa Lanini (2016), Farto (2016), Sá (2015), Loss (2014), Witkowski (2014), Nascimento (2015), Pagno (2015), Coan (2015), Boechat (2015), Hermes (2015), Moraes (2015), Carvalho (2015), Silva (2016), Alves (2017), Pillon (2017).

No que se refere ao estudo comparativo entre os sistemas estruturais convencionais (pilar, laje e viga) e os sistemas estruturais de laje nervurada. Silva (2010) elaborou um estudo comparativo entre lajes nervuradas e lajes maciças em função dos vãos entre os apoios. No qual, foi verificado que para lajes simplesmente apoiadas, as lajes maciças apresentam menor consumo de material para vão menores

que 6m, enquanto vão entre 6m e 12m, as lajes nervuradas são mais indicadas. Já para as lajes engastadas, as lajes maciças apresentam resultados mais satisfatórios para vão menores que 8m, enquanto as lajes nervuradas apresentam maior desempenho para vão superiores a 8m.

Afim de avaliar outros fatores que acarretam em menores custos, Costa (2012) elaborou um estudo comparativo entre duas concepções distintas, uma com vãos próximos de 4 metros e a outra com vão na ordem de 6,5 metros. Constatou-se que a concepção estrutural de vãos maiores gera um acréscimo de 28% no consumo de aço, quando comparada à de vãos menores. Enquanto as estruturas de vãos menores proporcionaram uma economia de 12% nos custos dos insumos, se comparado à concepção de maiores vãos.

6 METODOLOGIA

A pesquisa a ser realizada se desenvolverá em sete etapas, abordando os materiais e métodos utilizados, bem como os procedimentos técnicos empregados.

6.1 1ª ETAPA - PROJETO ARQUITETÔNICO

O projeto arquitetônico será de um edifício residencial com as seguintes características: relação geométrica em planta de 1:1 (15m x 15m), número de pavimentos variando de 3 a 21 e altura entre pavimentos de três metros.

6.2 2ª ETAPA – CONCEPÇÃO ESTRUTURAL

A concepção estrutural será realizada de modo a garantir a estabilidade e funcionalidade do edifício, respeitando as condições impostas pela arquitetura. Desta forma, os elementos estruturais devem ser definidos garantindo um arranjo estrutural adequado capaz de suportar as ações atuantes, impedindo a ocorrência de deslocamentos excessivos.

Sua estrutura resistente será desenvolvida utilizando-se de um sistema estrutural composto por pilares, vigas e lajes. O posicionamento desses elementos deve partir do contorno da edificação, com a locação dos pilares, seguindo para o interior do edifício, mantendo sempre que possível o alinhamento entre os pilares, permitindo a formação de pórticos planos, os quais contribuem na estabilidade da edificação. Posteriormente, as vigas serão dispostas entre os pilares ou apoiadas entre si, definindo as condições de contorno, e consequente posicionamento das lajes.

Tendo em vista a contribuição das linhas de pilares no aumento da rigidez da estrutura e dimensões em planta da edificação, serão inseridas quatro linhas de pilares na menor dimensão do edifício propiciando o aumento da estabilidade global do mesmo.

As seções transversais dos elementos serão definidas de acordo com a indicações da ABNT 6118:2014 e restrições do projeto arquitetônico.

6.3 3ª ETAPA

– AÇÕES ATUANTES E CARREGAMENTOS NA

ESTRUTURA

As ações verticais a serem consideradas no projeto do edifício em questão serão obtidas pelas normas ABNT NBR 6118:2014 e ABNT NBR 6120:2000. Para tal,

serão consideradas ações permanentes e variáveis, não levando em conta a atuação de ações excepcionais.

No que se refere as ações horizontais, os parâmetros de cálculo das forças devidas ao vento serão obtidos conforme os critérios contidos na ABNT NBR 6123:2013, bem como, velocidade básica do vento de 30m/s, como especifica o mapa de isopletas.

As ações citadas acima, serão combinadas de acordo com probabilidade de ocorrência simultânea e de maneira a ser considerados os carregamentos de efeitos mais desfavoráveis a estrutura, conforme estabelece as normas ABNT NBR 8681:2004 e ABNT NBR 6118:2014.

6.4 4ª ETAPA – ANÁLISE ESTRUTURAL

Após a concepção estrutural e o levantamento das ações atuantes, deve ser realizada uma análise global que permita efetuar a distribuição dos esforços internos, tensões, deformações e deslocamentos como determina a ABNT NBR 6118:2014.

6.5 5ª ETAPA – DIMENSIONAMENTO E VERIFICAÇÃO ESTRUTURAL

Incialmente serão predefinidos alguns parâmetros para que o presente projeto de pesquisa esteja de acordo com os demais projetos parte de um grupo maior que segue a linha deste mesmo estudo.

 Diâmetro do agregado de 19 mm;

 Peso específico do concreto armado em 25 KN/m³;

 Resistência à compressão do concreto de 25 MPa, 30 MPa, 35 MPa e 40 MPa;

 Resistência a tração do aço na ordem de 500 MPa 50) a 600 MPa (CA-60);

 Classe de agressividade do ambiente II, entre outros.

Em seguida, com auxílio de software para projeto estrutural será feito o dimensionamento/verificações dos elementos estruturais da superestrutura dos edifícios de 3, 5, 7, 10,13,15, 18 e 21 pavimentos, de acordo com as especificações da ABNT NBR 6118:2014.

As seções dos elementos pilar, viga e laje, serão padronizados em algumas ocasiões de modo evitar consumo elevado de formas.

6.6 6ª ETAPA – MAPEAMENTO DOS QUANTITATIVOS

Após o cumprimento das etapas de dimensionamento e verificação estrutural, serão gerados, com auxílio do software para projeto estrutural, os quantitativos de concreto, aço e fôrma.

6.7 7ª ETAPA – PARÂMETROS TÉCNICO

Após a realização das etapas anteriores, serão definidos os seguintes parâmetros técnicos:

 Espessura média do pavimento tipo;  Kgaço/m³concreto;

 m²fôrma/m³concreto

Os dados obtidos serão correlacionados de acordo com a variação do número de pavimentos e a variação da resistência característica à compressão do concreto. Subsequentemente serão organizados e apresentados em gráficos, e em tabelas geradas por software de planilha eletrônica.

7 CRONOGRAMA

ATIVIDADES

2018

JAN FEV MAR ABR MAI JUN JUL

Encontros com o orientador Entrega do projeto de pesquisa Revisão bibliográfica complementar Coleta de dados complementares Redação da monografia Revisão e entrega oficial do trabalho Apresentação do trabalho em banca

8 REFERENCIAL BIBLIOGRÁFICO

ALVA, G. M. S. Concepção estrutural de edifícios em concreto armado: Notas de aula. Santa Maria, 2007.

ARAÚJO, J. M. Curso de Concreto Armado. 4. ed. Rio Grande: Dunas, 2014. 1 v.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 6118 – Projeto de estruturas de concreto – Procedimento. Rio de Janeiro, maio 2014.

______. NBR 5738 – Concreto – Procedimentos para moldagem e cura de corpos-de-prova. Rio de Janeiro, jan. 2015.

______. NBR 5739 – Concreto – Ensaio de compressão de corpo-de-prova cilíndricos. Rio de Janeiro, jun. 2007.

______. NBR 6120 – Cargas para o cálculo de estruturas de edificações. Rio de Janeiro, 2000.

______. NBR 6123 – Forças devidas ao vento em edificações. Rio de Janeiro, 2013.

______. NBR 7480 – Barras e fios de aço destinados a armaduras para concreto armado. Rio de janeiro, set. 2007.

______. NBR 8522 – Concreto – Determinação dos módulos estáticos de elasticidade e de deformação à compressão. Rio de janeiro, nov. 2017.

______. NBR 8681 – Ações e segurança nas estruturas – Procedimento. Rio de Janeiro, abril. 2004.

______. NBR 8953 – Concreto para fins estruturais – classificação pela massa específica, por grupos de resistência e consistência. Rio de Janeiro, mar. 2015. ______. NBR 14931. Execução de estruturas de concreto – Procedimento. Rio de Janeiro, maio 2004.

BASTOS, P. S. S. Fundamentos do Concreto Armado: Notas de aula. Bauru, 2006.

CARVALHO, R. C; FIGUEIREDO FILHO, J. R. Cálculo e detalhamento de estruturas usuais de concreto armado: segundo a NBR 6118:2003. 3. ed. São Carlos: EdUFSCar, 2007.

COSTA, L. Estudo comparativo entre duas concepções estruturais de um mesmo edifício. 62 p. TCC (Graduação) - Curso de Engenharia Civil, Centro de Ciências Tecnológicas, Universidade do Estado de Santa Catarina, Joinville, 2012.

FARTO, P. J. S.; HILLESHEIM, M. J.; PINHEIRO, R. V. Análise técnica de estruturas de edifícios em concreto armado, de 3 a 10 pavimentos, com variação nos valores de resistência à compressão, considerando a relação geométrica, em planta, de 1:4. 12 p. TCC (Graduação) - Curso de Engenharia Civil, Universidade do Estado de Mato Grosso, Sinop, 2016.

FREITAS, R. D. Estudo comparativo de custos da estrutura de um edifício com concreto comum e de alto desempenho. 112 p. TCC (Graduação) - Curso de Engenharia Civil, Escola Politécnica, Universidade Federal do Rio de janeiro, Rio de janeiro, 2014.

FUSCO, P. B. Tecnologia do Concreto Estrutural. 1. ed. São Paulo: Pini, 2008.

GIONGO, J. S. Concreto Armado: Projeto Estrutural de Edifícios. São Carlos, 2007.

LANINI. T. L. S; PINHEIRO, R. V. Análise técnica de estruturas de edifícios em concreto armado, de 3 a 21 pavimentos, com variação de resistência à compressão: (relação geométrica, em planta, de 1:4). 10 p. TCC (Graduação) - Curso de Engenharia Civil, Faculdade de Ciências Exatas e Tecnológicas, Universidade do Estado de Mato Grosso, Sinop, 2016.

MONCAYO, W. J. Z. Análise de segunda ordem global em edifícios com estrutura de concreto armado. São Carlos, 2011.

PEINADO, S. H. A utilização de concreto de alta resistência na produção de pilares: estudo de impacto econômico e ambiental. 11 p. SIMPGEU - III Simpósio De Pós-Graduação em Engenharia Urbana, Maringá, 2012.

PEREIRA, G. S.; RAMALHO M. A. Contribuições à análise de estruturas de contraventamento de edifícios em concreto armado. Caderno de Engenharia de Estruturas, São Carlos, 2007.

PINHEIRO, L. M. Fundamentos do Concreto e Projeto de Edifícios. São Carlos, 2007.

PINTO, R. S. Análise não-linear das estruturas de contraventamento de edifícios

em concreto armado. 204 p. Tese (Doutorado) - Curso de Engenharia de Estruturas, Universidade de São Paulo, São Carlos, 2002.

PORTO, T. B; FERNANDES, D. S. G. Curso básico de concreto armado: segundo a NBR 6118:2014. São Paulo: Oficina de Textos, 2015. 207 p.

RIBEIRO, J. F. Estabilidade Global em Edifícios: Análise dos Efeitos de Segunda Ordem nas Estruturas de Concreto. Porto Alegre, 2010.

SÁ, R. T. de; PINHEIRO, R. V. Análise técnica de estruturas de edifícios em concreto armado, de 10 a 21 pavimentos, com variação de resistência à compressão, numa relação geométrica, em planta, de 1:3. 11 p. TCC (Graduação) - Curso de Engenharia Civil, Faculdade de Ciências Exatas e Tecnológicas, Universidade do Estado de Mato Grosso, Sinop, 2015.

SILVA, L. P. Estudo comparativo entre lajes nervuradas e maciças em função dos vãos entre apoios. 99 p. TCC (Graduação) - Curso de Engenharia Civil, Universidade Federal do Rio grande do Sul, Porto Alegre, 2011.

SILVA, R. L. Projeto Estrutural de Edifícios com Concretos de Diferentes Resistências à Compressão: Comparativo de Custos. 81 p. TCC (Graduação) -

Curso de Engenharia Civil, Universidade Federal do Rio grande do Sul, Porto Alegre, 2010.