Roberta de Sa

UNIVERSIDADE DO ESTADO DE MATO GROSSO – UNEMAT

ROBERTA TABACZENSKI DE SÁ

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

Sinop

2015/1

UNIVERSIDADE DO ESTADO DE MATO GROSSO – UNEMAT

ROBERTA TABACZENSKI DE SÁ

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

Projeto de Pesquisa apresentado à Banca Examinadora do Curso de Engenharia Civil – UNEMAT, Campus Universitário de Sinop-MT, como pré-requisito para aprovação na disciplina de Trabalho de Conclusão de Curso I.

Prof. Orientador: Dr.º Roberto Vasconcelos Pinheiro.

Sinop

2015/1

LISTA DE ABREVIATURAS

ABCP – Associação Brasileira de Cimento Portland ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas Caixa – Caixa Econômica Federal

fck – Resistência característica à compressão do concreto, aos 28 dias IBGE – Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística

kg – Quilograma m – metros

m² – metros quadrados m³ – metros cúbicos MPa – Mega Pascal NBR – Norma Brasileira

PAC – Programa de Aceleração do Crescimento

SINAPI – Sistema Nacional de Pesquisa de Custos e Índices da Construção Civil

α – parâmetro de instabilidade γz – parâmetro de instabilidade

DADOS DE IDENTIFICAÇÃO

1. Título: 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.

2. Tema: Estruturas de Concreto Armado 3. Delimitação do Tema: Engenharia de custos 4. Proponente(s): Roberta Tabaczenski de Sá 5. Orientador: Dr.º Roberto Vasconcelos Pinheiro

6. Estabelecimento de Ensino: Universidade do Estado de Mato Grosso -

UNEMAT

7. Público Alvo: Estudantes, Pesquisadores e Profissionais da área de

Engenharia e Arquitetura.

8. Localização: UNEMAT, Avenida dos Ingás; 3001; Jardim Imperial;

Sinop-MT; 78550-000.

SUMÁRIO

5.2 PROPRIEDADES DOS MATERIAIS ... 11

5.2.1 Concreto ... 12

5.2.2 Aço para concreto armado ... 13

5.3 CONCEPÇÃO ESTRUTURAL ... 14

5.4 AÇÕES ATUANTES NA ESTRUTURA ... 14

5.5 SEGURANÇA E ESTADOS LIMITES ... 15

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

5.7 DIMENSIONAMENTO DOS ELEMENTOS ESTRUTURAIS ... 17

5.8 SOFTWARE PARA PROJETO ESTRUTURAL – ALTOQI EBERICK V9 .. 18

5.9 COMPOSIÇÃO DE CUSTOS ... 19

5.10ASPECTOS GERAIS DA ANÁLISE ESTRUTURAL TÉCNICO-ECONÔMICA.... ... 20

6 METODOLOGIA ... 21

6.1 MATERIAIS ... 21

6.2 MÉTODOS ... 21

6.2.1 1ª Etapa – Projeto Arquitetônico ... 21

6.2.2 2ª Etapa – Ações e Concepção Estrutural ... 21

6.2.3 3ª Etapa – Mapeamento dos quantitativos e composição de custo de insumos.... ... 23

6.2.4 4ª Etapa – Parâmetros técnico-econômicos ... 23

7 CRONOGRAMA ... 24

1 INTRODUÇÃO

A moradia é uma das necessidades primordiais requeridas pela sociedade, deste modo, a procura por um local seguro para se habitar sempre foi uma das ambições mais antigas da humanidade. Segundo a ABCP (2013), o grande crescimento na construção civil registrado nos últimos anos, dado aos fatores macroeconômicos e incentivos governamentais como o PAC, gerou uma grande movimentação no mercado, principalmente, em obras de infraestrutura e habitação.

No início dos tempos, o homem buscava nas cavernas uma forma de garantir proteção significativa referente às intempéries e aos perigos eminentes da época. Com o passar dos anos, tais habitações já não atendiam as necessidade exigidas pela sociedade e, assim, surgem as primeiras construções destinadas às moradias. Estas, por sua vez, evoluíram muito no que se diz respeito a técnicas construtivas e, principalmente materiais empregados, sendo que, inicialmente usavam-se madeiras e ossos de animais, passando ao barro cru e cozido, e atualmente, também empregam-se o concreto armado e o aço.

Atualmente, o uso do concreto tem se mostrado extremamente relevante no setor de construção civil. Conforme ABCP (2013), “... o material é parte integrante de praticamente todas as construções, de edificações residenciais a grandes obras de infraestrutura, como as rodovias que cortam o País.”.

Com a urbanização e o crescimento desenfreado das grandes cidades, vinculado à demasiada valorização imobiliária ocorrida nas últimas décadas, torna-se crescente a demanda pela aquisição da moradia. Em contrapartida, tal crescimento tem tornado inviável a construção de moradias horizontais, por ocupar grandes áreas e, consequentemente, gerar custo elevado e insegurança dos consumidores, o que tem adiado a decisão de compra de imóveis. Para atender as expectativas do mercado, as empresas responsáveis pela construção dessas edificações vêm se espelhando nas tendências internacionais de verticalização dos espaços, levando a um maior aproveitamento dos terrenos utilizados e acarretando em um menor custo final da obra.

Contudo, para que os edifícios tenham bom desempenho estrutural e sua execução seja viável, é necessário que estes sejam submetido a uma minuciosa concepção estrutural, que segundo Alva (2007), consiste em atender os aspectos de segurança, economia, durabilidade e os relativos a estética e funcionalidade,

garantindo a segurança contra os Estados Limites, nos quais a construção deixa de cumprir suas finalidades.

Com o avanço das tecnologias em produção de concretos com maior capacidade de resistência, é comum seu emprego tanto em obras especiais quanto nos edifícios convencionais, trazendo como vantagem a otimização de espaços internos, proporcionados pela redução das seções de concreto e aumento da durabilidade (Silva, 2011).

Neste contexto, tem-se desenvolvido na Universidade do Estado de Mato Grosso – UNEMAT – um projeto de pesquisa, que considera relevante a necessidade de um estudo da variação da resistência à compressão do concreto durante a elaboração do projeto estrutural, objetivando um comparativo de quantitativo de materiais – concreto, aço e fôrmas de madeira – das lajes, vigas e pilares, de edifícios de múltiplos pavimentos e em diferentes geometrias em plantas.

Assim, como parte deste projeto, será feito um estudo que analisará o quantitativo dos materiais empregados na superestrutura de um edifício hipotético de 10 a 21 pavimentos, com uma relação geométrica em planta de 1:3, supostamente construído na cidade de Sinop-MT, bem como subsidiar sua orçamentação.

Para a elaboração e verificação das combinações necessárias a este estudo, bem como a obtenção dos resultados referentes aos quantitativos de concreto, de aço e de fôrma será utilizado o software AltoQi Eberick V9 respeitando as indicações pressupostas na ABNT NBR 6118:2014 e demais documentos normativos correlatos. Posteriormente, será empregado um programa de planilha eletrônica para auxiliar, na forma de tabelas e gráficos, a organização dos resultados obtidos.

2 PROBLEMATIZAÇÃO

Para o projeto em questão, abordou-se os seguintes questionamentos:

· Qual o valor da resistência característica à compressão (fck) tecnicamente viável para aplicação na superestrutura – vigas, pilares e lajes maciças – de edifícios de 10 a 21 pavimentos numa relação geométrica em planta de 1:3?

· Qual o valor da resistência característica à compressão (fck) tecnicamente viável para aplicação global, em edifícios de 10 a 21 pavimentos numa relação geométrica em planta de 1:3?

· Quais os parâmetros técnicos – kgaço/m³concreto; m²fôrma/m³concreto; Custo/m²área; espessura média do pavimento tipo – utilizando diferentes valores de resistência característica à compressão (fck) em edifícios de 10 a 21 pavimentos numa relação geométrica em planta de 1:3?

3 JUSTIFICATIVA

O crescimento desenfreado das grandes cidades vinculado à demasiada valorização imobiliária tem levado a procura cada vez mais intensa por parte de projetistas por métodos que buscam a economia e viabilidade de construção de edifícios verticalizados que otimizam a ocupação dos espaços urbanos. Para tanto, uma das formas concebidas para viabilizar tal verticalização, foi a adequação de propriedades mecânicas do concreto, proporcionando o aumento da resistência característica a compressão (fck) e, com isso, ocasionar uma diminuição nas seções transversais das peças que compõem a estrutura, bem como gerar economia no custo global da obra.

Portanto, considerou-se relevante o estudo que avalie o comportamento técnico de edifícios de múltiplos pavimentos – 10 a 21 – com uma relação geométrica em planta de 1:3, considerando-se a variação de valores de resistência característica à compressão do concreto de 25, 30, 35 e 40 MPa, afim de determinar a relação de parâmetros técnico-econômicos para a construção de edifícios residenciais na região de Sinop/MT.

A escolha do fck a ser empregado se deu conforme a possibilidade de produção da região, que atualmente dispõe de resistências que atingem no máximo 40MPa.

4 OBJETIVOS

4.1 OBJETIVO GERAL

O objetivo geral deste projeto é estudar o comportamento estrutural de edifícios de 10 a 21 pavimentos com uma reação geométrica em planta de 1:3 dentro das possíveis combinações entre diferentes tipos de resistência característica à compressão do concreto (fck) empregados a superestrutura – vigas, pilares e lajes maciças – e analisar os resultados técnicos obtidos a partir destas combinações.

4.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Os objetivos específicos desta pesquisa abrangem, entre outros, os seguintes itens:

· Realizar o projeto estrutural de um edifício de 10 a 21 pavimentos com uma relação geométrica em planta de 1:3, considerando os elementos da superestrutura – vigas, pilares e lajes maciças – e admitindo resistência característica à compressão (fck) com os valores de 25, 30, 35 e 40 MPa; · Obter os resultados referentes aos quantitativos de concreto, aço e fôrma,

através da elaboração e verificação das combinações consideradas na realização do projeto estrutural e apresentar os mesmos na forma de gráficos;

· Elaborar o arranjo de custos da superestrutura considerando os resultados obtidos a partir da realização do projeto estrutural;

· Definir parâmetros técnicos de consumo de insumos – kgaço/m³concreto; m²fôrma/m³concreto; espessura média do pavimento tipo – visando auxiliar o orçamento estimativo para edifícios de 10 a 21 pavimentos nesta geometria em planta.

5 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA

Afim de garantir o desenvolvimento de um projeto estrutural apropriado para uma edificação, que satisfaça os quesitos de conforto, durabilidade e segurança do mesmo, é essencial que se conheça o comportamento dos materiais e parâmetros que o constituem, bem como seu arranjo como um todo.

5.1 NORMATIZAÇÃO

A concepção e considerações do projeto estrutural serão elaborados seguindo rigorosamente as indicações propostas nas seguintes normativas:

· ABNT NBR 6118:2014 – Projeto de Estruturas de Concreto – Procedimento;

· ABNT NBR 6120:1980 – Cargas para o cálculo de estruturas de edificações;

· ABNT NBR 6123:1988 – Forças devidas ao vento em edificações;

· ABNT NBR 7480:1996 – Barras e fios de aço destinados a armaduras para concreto armado;

· ABNT NBR 8681:2003 – 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 – Procedimento.

5.2 PROPRIEDADES DOS MATERIAIS

Sendo o concreto simples um material que possui alta resistência às tensões de compressão, porém, baixa resistência à tração, é evidente a necessidade de uni-lo a um material que apresente alta resistência à tração, objetivando um comportamento de resistência solidária e conjunta das solicitações impostas às peças que dele se constituem (Bastos, 2006).

Em vista disto, surge a ideia de se unir o concreto simples ao aço – material altamente resistente à tração –, que somados ao fenômeno de aderência, dão origem ao concreto armado, material fundamental para esta pesquisa.

5.2.1 Concreto

O concreto simples é um material que se origina da mistura de cimento, água – responsável pelas reações químicas do cimento –, agregados graúdos e miúdos – cerca de 70% de sua composição –, ar e, eventualmente adições e aditivos que agregam características específicas a suas propriedades básicas (Bastos, 2006).

5.2.1.1 Propriedades mecânicas do concreto

O concreto armado tem como principais propriedades mecânicas a resistência característica à compressão, resistência à tração e o módulo de elasticidade, cuja determinação é realizada através de ensaios padronizados e executados em condições especificas (Pinheiro, 2007).

Silva (2005) afirma que a resistência característica à compressão do concreto, devido a sua função estrutural no concreto armado, é a principal propriedade mecânica do material. Segundo Araújo (2014), o valor desta pode variar devido a inúmeros fatores, como tipos de agregados, tipos de aditivos, qualidade dos materiais e, sobretudo, relação água-cimento que determina a porosidade da pasta de cimento endurecida.

A ABNT NBR 8953:2015 dispõe que os concretos para fins estruturais são classificados nos grupos I e II, conforme a resistência característica à compressão – definida com fck –, determinada a partir dos ensaios de corpos de prova moldados conforme disposições da ABNT NBR 5738 e rompidos conforme a ABNT NBR 5739.

Para concreto armado, a ABNT NBR 8953:2015 fixa fck igual a 20MPa como o mínimo para ser utilizado como resistência estrutural.

Uma massa de concreto tem um determinado valor de fck se dele forem tirados uma quantidade de corpos de prova e, no máximo 5% apresentarem valores inferiores ao fixado (Botelho & Marchetti, 2010).

Concretos com maior fck possuem, além de maior resistência à compressão, baixa permeabilidade, o que garante a estrutura mais durabilidade e resistência às agressões do meio (Botelho & Marchetti, 2010).

Segundo Bastos (2006), a resistência à tração do concreto varia ente 8 e 15% de sua resistência à compressão. Esta pode ser obtida através dos ensaios de resistência à tração direta, tração indireta e tração na flexão, cujos procedimentos estão disposto na ABNT NBR 6118:2014 em seu Item 8.2.5.

O módulo de elasticidade é um parâmetro relativo à medida da deformação sofrida pelo concreto sob a ação de tensões – geralmente de compressão –, cujo valor depende das características e de seus materiais componentes. Concretos com maiores resistências à compressão normalmente deformam-se menos que os concretos de baixa resistência, obtendo módulos de elasticidade maiores (Bastos, 2006).

As deformações do concreto ao longo do tempo tem importância considerável na análise estrutural e são provocadas principalmente pela perda de água do concreto para o meio. Estas são convencionalmente separadas em fluência e retração. “A fluência é o acréscimo continuo das deformações que ocorre mesmo para uma tensão constante. A retração é a redução de volume do material na ausência de uma carga externa” (Araújo, 2014).

O tipo de cimento e aditivos e as propriedades elásticas dos agregados são, juntamente com a variação da temperatura ambiente, umidade relativa do ar, duração do carregamento e idade do concreto, alguns dos fatores que influenciam nas deformações do material. Estas deformações, por sua vez, podem causar uma série de efeitos indesejáveis para a estrutura, tais como aumento de flechas e curvaturas de pilares, fissuração das superfícies e introdução de esforços indesejáveis em estruturas aporticadas (Araújo, 2014).

5.2.1.2 Vantagens e restrições do concreto armado

Segundo Araújo (2014), o concreto armado tem como vantagens em relação aos demais materiais estruturais a economia, facilidade de execução em diversos tipos de formas, resistência ao fogo, resistência a agentes externos e desgaste mecânicos, baixa manutenção, além de proporcionar a construção de estruturas hiperestáticas. Entretanto, possui algumas desvantagens dentre as quais se destaca o elevado peso das estruturas e fissuração.

5.2.2 Aço para concreto armado

Os aços utilizados nas estrutura de concreto são estabelecidos segundo a ABNT NBR 7480:1996 que, de acordo com o valor característico da resistência de escoamento, classifica as barras de aço nas categorias CA-25 e CA-50 – com diâmetros variando de 5 a 40 mm –, e os fios de aço na categoria CA-60 – de 2,4 a 10 mm de diâmetro.

No concreto armado, as barras de aço exercem a função de absorver os esforços de tração da estrutura e aumentar a capacidade de carga das peças comprimidas (Araújo, 2014).

5.3 CONCEPÇÃO ESTRUTURAL

A concepção estrutural é, sem dúvida alguma, crucial pra o desenvolvimento de um bom projeto estrutural. Este consiste em dispor todos os elementos estruturais do edifício de modo a atender a finalidade para o qual foi projetado, devendo ser realizado de maneira que o posicionamento e dimensões de seus elementos não provoque interferências com o projeto arquitetônico e de instalações da construção.

Em questões econômicas para análise estrutural dos elementos, Giongo (2007) diz que é conveniente analisar lajes, vigas e pilares separadamente. Para o pré-dimensionamento destes elementos deve-se observar as indicações mínimas propostas na ABNT NBR 6118:2014.

De maneira geral, as lajes ficam geometricamente definidas pela posição das vigas no pavimento. Estas por sua vez, devem ser locadas entre os pilares e, em algumas situações, apoiadas entre si.

O posicionamento dos pilares deve ser compatível com a arquitetura do edifício – geralmente nos encontros das paredes –, e de modo a resistir tanto às ações verticais transmitidas pelas vigas como às horizontais advindas das ações do vento. Pode-se também adotar pilares-paredes nas regiões dos elevadores afim de proporcionar maior rigidez ao edifício, melhorando sua resistência com relação às ações horizontais que lhe são impostas (Giongo, 2007).

A disposição dos pilares de maneira alinhada, a fim de formar pórticos com as vigas que os unem, contribui significativamente na estabilidade global do edifício (Pinheiro, 2007).

5.4 AÇÕES ATUANTES NA ESTRUTURA

As definições das ações atuantes numa estrutura devem seguir as indicações propostas nas ABNT NBR 8681:2003, ABNT NBR 6120:1980 e ABNT NBR 6123:1988.

Segundo a ABNT NBR 8681:2003, as ações são causas que provocam esforços ou deformações nas estruturas, cuja determinação varia de acordo com o

tempo de ocorrência durante a vida da construção, podendo ser permanentes, variáveis ou excepcionais.

As ações permanentes são aquelas que ocorrem durante praticamente toda a vida da construção, sem que haja grandes variações. Estas podem ser ações permanentes diretas e indiretas. As diretas são compostas pelo peso próprio da estrutura ou dos elementos construtivos permanentes – paredes, pisos e revestimentos –, e instalações permanentes. Já as indiretas são ocasionadas pela retração e fluência do concreto, recalques de apoio, imperfeições geométricas e protensão (Silva, 2005).

As ações variáveis são as que ocorrem com variações consideráveis na vida útil da construção. São as ações de uso da edificação, podendo ser ações variáveis normais e especiais. As normais, também chamadas de cargas acidentais, cuja probabilidade de ocorrência é consideravelmente grande, são relativas ao uso por pessoas, mobiliário, veículos, ações do vento, etc. As especiais, por sua vez, são constituídas por cargas de intensidade especial e ações sísmicas (Giongo, 2007).

As ações excepcionais são as que têm duração extremamente curta e pouquíssima probabilidade de ocorrência durante a vida da construção, sendo portanto, consideradas em projetos de estruturas especificas. Estas são decorrentes de explosões, choques de veículos, incêndios, enchentes ou ações sísmicas excepcionais (Giongo, 2007).

5.5 SEGURANÇA E ESTADOS LIMITES

Os estados limites de uma estrutura são os estados ou condições em que esta passa a se apresentar imprópria para o uso que foi designada. Segundo Pinheiro (2007), os estados limites são classificados em estados limites últimos, referidos à situação de ruína, ou estados limites de serviço, referidos à situação de uso em serviço, diferenciando a segurança com relação à capacidade de carga e capacidade de utilização da estrutura.

Os estados limites últimos correspondem à máxima capacidade de carga da estrutura, sua ocorrência determina a paralisação – de todo ou partes – do uso da construção (Pinheiro, 2007).

Segundo disposto na ABNT NBR 6118:2014, os estados limites de serviço estão relacionados ao conforto do usuário, durabilidade, aparência, e boa utilização das estruturas.

Na determinação da segurança das estruturas de concreto armado, pode haver a necessidade de verificação de alguns estados limites de serviços, tais como o estado limite de formação de fissuras, estado limite de abertura de fissuras, estado limite de deformações excessivas, estado limite de descompressão, estado limite de descompressão parcial, estado limite de compressão excessiva e estado limite de vibrações excessivas, conforme indicações propostas na ABNT NBR 6118:2014.

Uma estrutura poderá ser considerada segura se tiver condições de suportar todas as ações possíveis de ocorrer – sem que atinja um estado limite – durante toda sua vida útil (Pinheiro, 2007).

5.6 ANÁLISE

ESTRUTURAL

E

ESTABILIDADE

GLOBAL

DE

EDIFÍCIOS

Segundo a ABNT NBR 6118:2014, as verificações de estabilidade das estruturas podem ser realizadas segundo os efeitos de primeira ordem, cujo o equilíbrio da estrutura é estudado em sua configuração geométrica inicial, e efeitos de segunda ordem, cuja análise de equilíbrio passa a considerar a configuração deformada da estrutura.

Segundo a norma, na verificação dos estados limites últimos das estruturas reticuladas, deve-se considerar as imperfeições geométricas nos eixos dos elemento da estrutura descarregada, sendo estas divididas em dois grupos: imperfeições globais e imperfeições locais, cujas considerações estão dispostas em seu Item 11.3.3.4.

Giongo (2007) afirma que, “nos edifícios de concreto armado a atuação simultânea das ações verticais e horizontais provoca, inevitavelmente, deslocamentos laterais dos nós da estrutura”. Estes deslocamentos denominam-se não linearidade geométrica e implicam no aparecimento de esforços solicitantes adicionais à estrutura.

Outra questão que deve ser analisada, quando se trata da necessidade de consideração de efeitos de segunda ordem, é a chamada não linearidade física, que leva em consideração a não linearidade entre as ações e deformações do concreto (Giongo, 2007).

Dependendo de sua rigidez global, é possível perceber se uma estrutura é mais ou menos sensível aos efeitos de segunda ordem (Giongo, 2007).

Esta sensibilidade pode ser medida a partir do parâmetro de instabilidade “α”, segundo proposto no Item 15.5.2 da ABNT NBR 6118:2014, cuja determinação é realizada em função da altura total da estrutura, da somatória de todas as cargas verticais atuantes e da somatória dos valores de rigidez de todos os pilares – ou pórticos – do edifício na direção considerada (IBRACON, 2011).

Segundo IBRACON (2011), este parâmetro foi desenvolvido segundo estudos que envolviam estruturas como um todo, trabalhando em regime elástico-linear, que possibilitaria classificar a estrutura quanto a sua deformabilidade. Sendo que, de acordo com a teoria, para valores de “α” menores que 0,6, o acréscimo de tensão gerado pelo deslocamento não ultrapassaria 10% dos existentes – em virtude dos efeitos de primeira ordem –, sendo portanto desnecessária sua consideração nos cálculos de esforços solicitantes. Logo, estas estruturas poderiam ser consideradas indeslocáveis.

Já para valores de “α” maiores que 0,6, a consideração do acréscimo de tensão gerado se faz necessário nos cálculos de esforços solicitantes. Assim, estas estruturas são consideradas deslocáveis.

Outro critério de sensibilidade da estrutura aos efeitos da não-linearidade geométrica, estimando a magnitude dos esforços de segunda ordem em relação aos esforços de primeira ordem, é o coeficiente “γz”, cuja determinação pode ser feita observando o Item 15.5.3 da ABNT NBR 6118:2014, onde, além de considerar as cargas verticais, considera-se também as cargas horizontais incidentes no edifício.

Neste caso, tem-se que, para valores de “γz” menores que 1,1, a estrutura pode ser considerada indeslocável, caso contrário, esta deve ser considerada deslocável. No entanto, este processo é válido apenas para casos em que os valores de “γz” não ultrapassem 1,3. (Giongo, 2007).

Feitas as verificações cabíveis, caso seja constatado que a estrutura pode ser considerada indeslocável, sua análise deve proceder de acordo com o Item 15.6 da ABNT NBR 6118:2014, caso contrário, a análise deverá seguir o Item 15.7 da mesma norma.

5.7 DIMENSIONAMENTO DOS ELEMENTOS ESTRUTURAIS

Segundo a ABNT NBR 6118:2014, logo após a análise estrutural seguem-se três etapas – dimensionamento, verificação e detalhamento –, cujo objetivo é

garantir a segurança em relação aos estados limites últimos e de serviços da estrutura como um todo e cada uma de suas partes.

A rigor, esta segurança é garantida impondo que as solicitações de cálculo sejam inferiores às resistências de cálculo para todos os estados limites considerados importantes para a estrutura.

De maneira geral, na etapa de dimensionamento definem-se as seções transversais dos elementos e a armadura a ser empregada segundo pressupostos na norma.

Em seguida são feitas as verificações dos estados limites, conforme indicações propostas na ABNT NBR 6118:2014.

Por fim, é realizado o detalhamento, onde são dispostos os arranjos das armaduras nos elementos, de modo a não só atender sua função estrutural, mas também as condições de execução, particularmente com relação ao lançamento de adensamento do concreto, segundo indicações da norma.

5.8 SOFTWARE PARA PROJETO ESTRUTURAL – ALTOQI EBERICK

V9

Como visto, a etapa de análise estrutural é essencial para a geração de esforços solicitantes num edifício. Os resultados desta análise são usados para verificar a capacidade de uso de uma estrutura, sem que haja a necessidade de realizar testes físicos na mesma.

No entanto, esta etapa pode se tornar extremamente complexa e exaustiva para o projetista, visto que, em busca de um melhor arranjo estrutural, o profissional deve levar em consideração informações como propriedades dos materiais, carga estrutural e não estrutural, geometria da edificação, orientação dos elementos, dentre outros, gerando várias interações até que se encontre a opção mais técnica e economicamente viável para a estrutura.

Em contrapartida, várias empresas especializadas vem disponibilizando no mercado de engenharia civil softwares que visam a alta produtividade na elaboração de projetos e no estudo de diferentes soluções para um mesmo projeto.

A escolha destes softwares é relativo à sensibilidade e preferência de cada projetista. Sendo assim, optou-se pela utilização do software Eberick V9, cujos recursos de dimensionamento e detalhamento dos elementos, são atendidos de acordo com a NBR 6118:2014 (AltoQi [1], S.d).

Com relação as considerações feitas pelo sistema, a AltoQi [2] (2010) afirma que, o Eberick sempre irá considerar as excentricidades relativas à segunda ordem e à fluência – independentemente do índice de esbeltez do pilar. A empresa defende que:

"[...] a possibilidade prescrita pela norma de despreza-las não significa que as mesmas não atuem nos elementos com esbeltez abaixo do valor limite, mas sim que, para estes casos podem não ser significativas no dimensionamento. Somente há sentido desprezar tais excentricidades em cálculos manuais, onde a dificuldade de obtenção das mesmas e a pouca diferença final nos resultados do dimensionamento podem não compensar o tempo despendido. Com o dimensionamento automatizado disponível através dos recursos computacionais, não há motivos para desprezar tais excentricidades.” (AltoQi [2], 2010).

5.9 COMPOSIÇÃO DE CUSTOS

Para edifícios convencionais, o custo de uma estrutura de concreto armado moldado in loco, varia entre 20% a 25% do custo total da obra finalizada (Giongo, 2010).

A Engenharia de Custos, aplicada à construção civil, dá suporte à formação do preço e controle de custos de obras. Segundo Carvalho & Pini (S.d.), esta prevê – de acordo com a precisão do resultado que se pretende alcançar, e à complexidade da obra –, distintas metodologias, fundamentalmente estimativas de estudos, formação do preço por tabelas de custos padrão e formação do preço por modelagem.

Nos custos do concreto armado estão envolvidos os materiais constituintes – cimento, agregados, aditivos, adições, barras e fios de aço –, bem como a mão-de-obra e equipamentos para sua execução (Giongo, 2007).

Para a composição destes custos, podem-se utilizar as tabelas SINAPI, que são um importante banco de dados que tem gestão compartilhada entre Caixa, responsável pela base técnica de engenharia, e IBGE, responsável pela pesquisa mensal de preço, metodologia e formação dos índices, que divulga mensalmente custos e índices da construção civil.

No entanto, é importante também observar os custos destes insumos junto aos fornecedores, fabricantes e prestadores de serviço atuantes na região onde se deseja executar a construção.

5.10 ASPECTOS GERAIS DA ANÁLISE ESTRUTURAL

TÉCNICO-ECONÔMICA

Quanto à análise de concepção estrutural em concreto armado, Johann (2013) estudou a concepção estrutural de um edifício esbelto de múltiplos pavimentos de uso misto, através de sistemas estruturais distintos, variando as seções dos pilares – não tendo a intenção de encontrar uma concepção estrutural ideal, mas mostrar a importância da análise do projeto e fatores que podem interferir na estabilidade da estrutura –, chegando à conclusão que o vento é o maior problema a ser vencido em edifícios esbeltos, causando grandes deslocamentos na estrutura e fazendo-se necessário reforçar a estrutura em sua direção de menor inércia a fim de amenizar os efeitos causados pelo mesmo.

Quanto a análise técnico-econômica de estruturas em concreto armado, Silva (2011) realizou um estudo visando a avaliação dos custos entre estruturas calculadas com diferentes fck, em edifícios de múltiplos pavimentos, através de um modelo de estrutura simplificado, com variação nos vãos de vigas, sendo mantidas constantes as espessuras das lajes, e alteradas as dimensões dos pilares e vigas, cujos resultados indicam um grande ganho de área útil na edificação com o aumento do fck do concreto dos pilares. Assim, concluiu-se que o concreto de fck 25 MPa resultou em menores custos para lajes e vigas, e o de fck 50 MPa apresentou-se como melhor alternativa para a execução de pilares.

Costa (2012) realizou uma análise do consumo de materiais para estrutura de um edifício residencial em concreto armado, comparando-se duas concepções estruturais, variando-se os vãos de pilares e pórticos – em média 4,0 e 6,5 metros – numa mesma arquitetura, resultando numa economia de 12% no custo global dos insumos para a estrutura com vão menores.

Spohr (2008) analisou comparativamente os custos entre sistemas estruturais convencionais e estruturas de lajes nervuradas em concreto armado de um edifício de escritórios, cujos resultados apontaram que as lajes lisas nervuradas apresentam uma redução de 18,1% no custo total em relação ao sistema convencional de lajes maciças.

6 METODOLOGIA

Abordar-se-ão os Materiais e Métodos empregados no desenvolvimento e procedimentos técnicos envolvidos na pesquisa.

6.1 MATERIAIS

Para a pesquisa serão utilizados bibliografias que tratam do tema em questão, bem como softwares para projeto estrutural em concreto armado – AltoQiEberick V9 – e programa de planilha eletrônica.

Para obtenção dos resultados de análises estruturais locais e globais, verificações, dimensionamentos e quantitativos de materiais, será utilizado o software para projeto estrutural em concreto armado.

Para a organização dos resultados, utilizando tabelas e gráficos demonstrativos, será utilizado um programa de planilha eletrônica.

6.2 MÉTODOS

A pesquisa se desenvolverá em quatro etapas:

· Na primeira etapa será definido o projeto arquitetônico;

· Na segunda etapa serão realizadas a concepção estrutural e definição das ações atuantes na estrutura;

· Na terceira etapa serão determinados os quantitativos dos insumos – concreto, aço e fôrma – bem como sua composição de custo;

· Na quarta etapa serão definidos os parâmetros técnico-econômicos do projeto dimensionado.

6.2.1 1ª Etapa – Projeto Arquitetônico

Será utilizado um projeto arquitetônico hipotético cujo desenvolvimento será baseado num edifício residencial supostamente construído na cidade de Sinop-MT, com proporção geométrica em planta de 1:3 e com número de pavimentos variando de 10 a 21. Os cálculos efetivos serão considerados para 10, 16 e 21 pavimentos tipo, para a geração dos resultados dos parâmetros propostos.

6.2.2 2ª Etapa – Ações e Concepção Estrutural

A concepção estrutural será desenvolvida a fim de garantir a resistência do edifício sem que haja alterações relevantes em sua planta arquitetônica.

Afim de evitar grandes deslocamento provenientes das ações horizontais provocadas pelo vento, a estrutura será disposta de modo a haver formação de pórticos planos nas duas direções ortogonais, possibilitando a existência de um contraventamento mais eficaz da estrutura.

O posicionamento dos pilares iniciará a partir do contorno do pavimento térreo, considerando sua rigidez máxima na direção mais desfavorável do edifício. Em seguida serão dispostos os demais pilares internos.

As vigas serão locadas entre os pilares e, possivelmente, em algumas situações, apoiadas entre si.

A disposição das lajes será condicionada ao arranjo das vigas.

As dimensões das seções transversais dos elementos estruturais serão definidos de acordo com a necessidade e limitações da planta arquitetônica, sempre observando indicações mínimas propostas na ABNT NBR 6118:2014.

A definição das ações verticais atuantes será realizada de acordo com as indicações dispostas nas ABNT NBR 6120:1980, ABNT NBR 8681:2003 e ABNT NBR 6118:2014. Para as ações horizontais, devido às forças do vento, será seguido os critérios indicados na ABNT NBR 6123:1988. Para tanto, serão consideradas apenas as ações permanentes e variáveis na estrutura sem que haja interferência das ações excepcionais.

Com o lançamento no software estrutural serão realizados os cálculos da estrutura, considerando ações anteriormente definidas.

Serão adotados para o concreto características como tipo de agregado, resistência à compressão, classe de agressividade, fluência e relação água-cimento, peso específico do concreto, slump, cobrimento e definição da seção transversal das peças.

Com base nos estados limites últimos será feita a verificação do concreto e definição da armadura cujas bitolas serão pré-dimensionadas a fim de evitar grande discrepância entre si. Para estas serão adotados diâmetro, resistência à tração, espaçamento e taxa de armadura.

Posteriormente serão analisados os deslocamentos globais da estrutura segundo as ações de primeira e segunda ordem, cujas verificações serão realizadas considerando como parâmetros relevantes os coeficientes “α” e “γz”, bem como a rigidez das seções transversais dos elementos estruturais.

6.2.3 3ª Etapa – Mapeamento dos quantitativos e composição de custo de insumos

Feitas todas as verificações e constatando a segurança no dimensionamento da estrutura, obtém-se através do software os quantitativos de insumos – concreto, aço e fôrma – da superestrutura para cada resultado gerado em decorrência da variação da resistência à compressão do concreto.

Com o quantitativo de concreto, aço e fôrmas e, a inclusão dos índices de produtividade da mão-de-obra e o custo dos equipamentos, a composição dos custos será efetuada com embasamento na tabela SINAPI/MT e a partir de levantamento de preços realizados na cidade de Sinop.

6.2.4 4ª Etapa – Parâmetros técnico-econômicos

Com a composição de preços formada e com o mapeamento de quantitativo dos insumos, poderá ser definida a melhor relação técnico-econômica para os elementos estruturais correlacionando a variação de resistência característica à compressão de acordo com a variação de pavimentos.

Estes parâmetros técnico-econômicos se apresentaram segundo as relações de:

· Custo / m2

área edificação;

· Espessura média do pavimento tipo; · kgaço / m3concreto;

· m2

fôrma / m3concreto.

Estes resultados serão descritos em tabelas e gráficos organizadas no software de planilha eletrônica a fim de facilitar o entendimento dos resultados da pesquisa.

7 CRONOGRAMA

ATIVIDADES

ANO

FEV MAR ABR MAI JUN JUL AGO SET OUT NOV Escolha do tema e do orientador Encontros com o orientador Pesquisa bibliográfica preliminar Leituras e elaboração de resumos Elaboração do projeto de pesquisa Entrega do projeto de pesquisa Revisão bibliográfica complementar Coleta de dados complementares e desenvolvimento da monografia Redação da monografia Revisão e entrega oficial do trabalho Apresentação do trabalho em banca

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