UNIVERSIDADE DO ESTADO DE MATO GROSSO – UNEMAT
ANNA PAULA DE OLIVEIRA GUIMARÃES NASCIMENTO
ANÁLISE PARÂMETROS TÉCNICO-FINANCEIROS DE EDIFÍCIOS
EM CONCRETO ARMADO (10, 15 E 21 PAVIMENTOS) COM
DIFERENTES VALORES DE RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO,
CONSIDERANDO A RELAÇÃO GEOMÉTRICA, EM PLANTA, DE 1:4
Sinop
2015/1
UNIVERSIDADE DO ESTADO DE MATO GROSSO – UNEMAT
ANNA P. DE O. G. NASCIMENTO
ANÁLISE PARÂMETROS TÉCNICO-FINANCEIROS DE EDIFÍCIOS
EM CONCRETO ARMADO (10, 15 E 21 PAVIMENTOS) COM
DIFERENTES VALORES DE RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO,
CONSIDERANDO A RELAÇÃO GEOMÉTRICA, EM PLANTA, DE 1:4
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.º Roberto Vasconcelos Pinheiro.
Sinop
2015/1
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 - Formação de pórticos para o enrijecimento lateral do edifício. Fonte: Alva (2007). ...15
LISTA DE ABREVIATURAS
ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas E – Modulo de Elasticidade
ELS – Estados Limites de Serviço (Utilização) ELU – Estados Limites Últimos
fck – Resistência característica à compressão do concreto, aos 28 dias fctk – Resistência característica à tração do concreto
fyk – Resistência característica ao escoamento do aço IBGE – Índice Brasileiro de Geografia e Estatística kg – Quilograma(s)
m – Metro(s)
m² – Metro(s) quadrado(s) m³ – Metro(s) cúbico(s) MPa – Mega Pascal MT – Mato Grosso NBR – Norma Brasileira R$ – Reais, moeda brasileira
SINAPI – Sistema Nacional de Pesquisa de Custos e Índices da Construção Civil α – Parâmetro de instabilidade
γz – Coeficiente de majoração dos esforços globais de 1ª ordem devidos aos carregamentos horizontais para obtenção dos esforços finais de 2ª ordem
DADOS DE IDENTIFICAÇÃO
1. Título: Análise técnica de edifícios em concreto armado (10 a 21 pavimentos)
com diferentes valores de resistência à compressão, considerando a relação geométrica em planta, de 1:4.
2. Tema: Estruturas de Concreto Armado 3. Delimitação do Tema: Engenharia de custos
4. Proponente(s): Anna Paula de Oliveira Guimarães Nascimento 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: Avenida dos Ingás; 3001; Jardim Imperial; Sinop-MT;
78550-000.
SUMÁRIO
LISTA DE FIGURAS ... I LISTA DE ABREVIATURAS ... II DADOS DE IDENTIFICAÇÃO ... III
1 INTRODUÇÃO ... 6 2 PROBLEMATIZAÇÃO ... 8 3 JUSTIFICATIVA ... 9 4 OBJETIVOS ... 10 4.1 OBJETIVO GERAL ... 10 4.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ... 10 5 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA ... 11
5.1 DESENVOLVIMENTO DO CONCRETO NA HISTÓRIA ... 11
5.2 NORMATIZAÇÃO ... 12
5.3 PROPRIEDADES DOS MATERIAIS ... 12
5.3.1 Concreto ... 12
5.3.1.1 Generalidades ... 12
5.3.1.2 Deformação do concreto ... 12
5.3.1.3 Propriedades mecânicas do concreto ... 13
5.3.1.4 Vantagens e desvantagens de estruturas de concreto ... 14
5.3.2 Aço para concreto armado ... 14
5.4 CONCEPÇÃO ESTRUTURAL ... 14 5.5 AÇÕES NA ESTRUTURA ... 15 5.5.1 Ações permanentes... 15 5.5.2 Ações variáveis ... 16 5.5.3 Ações excepcionais ... 16 5.6 ESTABILIDADE GLOBAL ... 16 5.6.1 Parâmetro de instabilidade ... 17 5.6.2 Coeficiente γz ... 17 5.7 ESTADOS LIMITES ... 17
5.7.1 Estado limite último (ELU) ... 17
5.7.2 Estado limite de utilização (ELS) ... 18
5.8 DIMENSIONAMENTO DOS ELEMENTOS ESTRUTURAIS ... 18
5.9 CUSTO ... 18
5.10EBERICK V9 ... 19
5.11ASPECTOS GERAIS RELAÇÃO TÉCNICO-ECONÔMICA ... 19
6.1 MATERIAIS ... 21 6.2 MÉTODOS ... 21 6.2.1 Projeto Arquitetônico ... 21 6.2.2 Concepção Estrutural ... 21 6.2.3 Análise Estrutural ... 22 6.2.4 Composição de Custo ... 23 6.2.5 Parâmetros técnicos ... 23 7 CRONOGRAMA ... 24 8 REFERENCIAL BIBLIOGRÁFICO ... 25
1 INTRODUÇÃO
No passado, a concepção do concreto armado vem da ideia de criar um material que tivesse melhor desempenho de resistência à compressão do que as rochas e, ainda, oferecesse a oportunidade de ser moldado conforme a necessidade da aplicação.
Na análise dos materiais oferecidos na época, constatou-se que o concreto apresentava uma boa resistência quanto aos esforços de compressão, mas, por outro lado, não possuía o mesmo desempenho satisfatório quando exposto aos esforços de tração, levando-o à ruptura com baixos níveis de solicitações. Portanto, com o intuito de aprimorar o desempenho do concreto na região submetida aos esforços de tração, foi necessário uni-lo a outro material que apresentasse propriedades intrínsecas que atendessem tais necessidades. Assim, surge o concreto armado, a partir da junção do concreto com o aço, material resistente aos esforços de tração.
A união do concreto-aço só foi possível devido à boa aderência entre os materiais, que dessa forma os fazem trabalhar em conjunto quando recebem esforços, seja de compressão como de tração.
Segundo Giongo (2007), o concreto armado é um conjunto de materiais adaptáveis. Isso se torna possível, em virtude da liberdade de montagem da armadura e devido à semi-fluidez do concreto que, juntamente com agregados de dimensões compatíveis, se adapta facilmente a armadura e as formas.
Ao projetista cabe adequar as principais estruturas de concreto armado da obra (lajes, vigas, pilares) dentro da realidade, ou seja, encontrar a melhor forma de harmonização de todos os projetos, assim como o melhor estudo de caso para as condições particulares impostas, sem que haja o comprometimento da qualidade, da resistência e estabilidade, desempenho e durabilidade das peças. É importante salientar que, não há uma única concepção que atenda todo e qualquer arranjo estrutural. (ALVA, 2007).
Tem-se conhecimento que, em geral, quando há um aumento na resistência característica à compressão do concreto (fck), as seções dos elementos estruturais podem ser reduzidas. Entretanto, quando analisado o custo global da obra, é importante analisar a elevação do preço devido o aumento do “fck”, a redução do consumo de aço e de forma, assim como considerar o custo de adição/aditivos na
mistura do mesmo, o que pode elevar o orçamento, se comparado com um concreto de menor resistência característica à compressão (fck). (SILVA, 2011).
Como continuidade da pesquisa já existente no curso de Engenharia Civil da Unemat, campus de Sinop, este projeto visa analisar os parâmetros técnicos-econômicos do conjunto de elementos estruturais (vigas, lajes, pilares) para um edifício de múltiplos pavimentos (10 a 21 pavimentos tipos), serão consideradas quatro diferentes classificações quanto ao “fck” (25, 30, 35 e 40 MPa) e, assim estabelecer as relações (kgaço/m³concreto; m²forma/m³concreto; R$/m²área; espessura média do pavimento tipo). Quanto ao projeto arquitetônico, a planta do edifício será de proporções retangulares, com relação aproximada de 1:4 entre as dimensões.
As análises estruturais e os quantitativos dos insumos gerados para a superestrutura serão obtidos através do auxílio do software AltoQi Eberick V9 Gold e, para organizar os resultados e gerar os gráficos, serão empregadas planilhas eletrônicas.
Finalmente, tais resultados serão empregados para subsidiar a elaboração estimada de orçamentação de edifícios de múltiplos andares.
2 PROBLEMATIZAÇÃO
Para o projeto em questão, têm-se os seguintes questionamentos:
a) Qual o valor da resistência característica à compressão (fck) viável financeiramente para aplicação individual na superestrutura (vigas, lajes e pilares), supondo edifícios de 10, 15 e 21 pavimentos tipo, cuja relação geométrica, em planta, é de 1:4?
b) Qual o valor da resistência característica à compressão (fck) viável financeiramente para aplicação global, tomando edifícios de 10, 15 e 21 pavimentos tipo, cuja relação geométrica, em planta, é de 1:4?
c) Quais os parâmetros técnicos (kgaço/m³concreto; m²forma/m³concreto; m³concreto/m²área; R$/m²área; espessura média do pavimento tipo) considerando edifícios de 10, 15 e 21 pavimentos tipo, utilizando diferentes valores de resistência característica à compressão (fck)?
3 JUSTIFICATIVA
Com o passar do tempo houve-se a necessidade de maximizar o uso das áreas na construção civil e, por este motivo, as construções térreas começaram a dar espaço para edifícios de múltiplos pavimentos. E assim, com a alta competitividade de empreendimentos de tal porte, torna-se extremamente relevante aliar a eficiência da estrutura ao menor custo possível, sem prejudicar a segurança da obra, principalmente quando se trata da velocidade dos ventos de nossa região, e a satisfação do cliente. Sabe-se também que, do ponto de vista técnico, a resistência característica a compressão do concreto (fck) (25 a 40 MPa) influência na variação da seção transversal dos subsistemas verticais (pilares), podendo proporcionar economia na obra.
Por este motivo, torna-se relevante o conhecimento dos parâmetros técnico-econômicos dos principais insumos estruturais (concreto, aço e forma), a fim de subsidiar, de maneira estimada, a orçamentação para edifícios de 10 a 21 pavimentos com relação geométrica, em planta, de 1:4.
4 OBJETIVOS
4.1 OBJETIVO GERAL
O objetivo geral desta pesquisa é realizar as combinações entre diferentes tipos de resistência característica à compressão do concreto (fck) e o número de pavimentos de um edifício com proporção (em planta) de 1:4, considerando-se apenas a superestrutura (vigas, pilares e lajes). De forma a mapear os resultados quantitativos de aço, concreto e forma a serem empregados na construção da estrutura.
4.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Os objetivos específicos desta pesquisa abrangem, entre outros, os seguintes itens:
a) Elaborar projetos estruturais de edifícios com 10, 15 e 21 pavimentos, considerando os elementos da superestrutura (vigas, lajes, pilares) e adotando diferentes valores para resistência característica à compressão (fck - 25, 30, 35 e 40 MPa);
b) Elaborar gráficos para comparação visual dos dados adquiridos;
c) Obter a relação de custos para superestrutura através do uso da SINAPI-MT e levantamento regional do custo dos insumos;
d) Definir parâmetros técnicos de consumo de insumos, visando auxiliar o orçamento estimativo para edifícios de 10 a 21 pavimentos.
5 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
Com o intuito de garantir a elaboração de um projeto estrutural satisfatório, alguns padrões e normas regulamentadoras devem ser adotados. A correta adequação da obra a esses critérios garantirão ao engenheiro fatores como a satisfação, o conforto, a segurança e a durabilidade do empreendimento, por exemplo. Assim, é importante compreender o comportamento dos materiais e elementos utilizados na estrutura.
5.1 DESENVOLVIMENTO DO CONCRETO NA HISTÓRIA
Segundo Giongo (2007), a criação da mistura do concreto foi em virtude da necessidade de um material que substituísse as rochas naturais nas construções civis. Esse novo material, ou pedra artificial (concreto), por sua vez deveria apresentar qualidades semelhantes com a do material natural, como resistência, economia e durabilidade, e ainda a vantagem de ser moldado nos formatos e dimensões necessários quanto a sua utilização.
Para a composição final do concreto, o desenvolvimento do cimento, usado como aglomerante da mistura, foi de grande relevância. Em meados do século XIX deu-se a fórmula final do cimento Portland que, a partir do século XX, começou a ser produzido em grande escala nas indústrias inglesas. (GIONGO, 2007).
Foi constatado então que a rocha artificial apresentava grande resistência à compressão, entretanto, em contrapartida quando exposta a forças de tração não apresentava o mesmo desempenho. Com o intuito de melhorar essa característica do material, no século XIX ainda, foram agregados barras e fios de aço à argamassa de cimento, e assim surge o concreto aramado. Em 1849, na França, foi projetada e construída a primeira estrutura em argamassa armada; um barco conhecido como “Barco de Lambot”. (GIONGO, 2007).
Dado o aprimoramento do conhecimento e a grande utilização do concreto armado em elementos estruturais das construções, em 1904, na Alemanha, foi publicada a primeira norma técnica para estruturas do tipo concreto armado. (GIONGO, 2007).
5.2 NORMATIZAÇÃO
Para a elaboração do projeto estrutural do edifício de concreto armado, as normas técnicas empregadas serão ABNT NBR 6118 - Projeto de estruturas de concreto: 2014, ABNT NBR 14931 - Execução de Estruturas de Concreto: 2004, ABNT NBR 6120 - Cargas para o cálculo de estruturas de edificações: 1980, ABNT NBR 6123 - Forças devidas ao vento em edificações: 1988, ABNT NBR 7480 - Barras e fios de aço destinados a armaduras para concreto armado: 1996, e ABNT NBR 8681 - Ações e segurança nas estruturas: 2003.
5.3 PROPRIEDADES DOS MATERIAIS
5.3.1 Concreto
5.3.1.1 Generalidades
Os materiais fundamentais que compõe a mistura do concreto são o cimento (aglomerante hidráulico), a água (responsável pelas reações de hidratação) e os agregados graúdos (pedra e/ou brita) e miúdos (areia).
Conforme a necessidade do elemento projetado esta mistura ainda pode receber adições, que melhoram as propriedades específicas do concreto, e aditivos, que agregam propriedades previamente inexistentes ao produto. Os aditivos mais utilizados são a sílica ativa, as fibras plásticas e metálicas e o minério de ferro. (GIONGO, 2007).
5.3.1.2 Deformação do concreto
O concreto está sujeito a deformações de volume que se tornam mais evidentes e expressivas ao longo do tempo, e são causadas em parte na ausência dos carregamentos externos e, posteriormente, pela presença dos mesmos e pelas variações de temperatura. Devido a essa característica temporal das deformações, elas são variáveis indispensáveis ao cálculo das estruturas.
Segundo Bastos (2006) as deformações mais relevantes são as devidas à fluência, à retração e à variação de temperatura do meio. Araújo (2002, p.1) define: “[...] fluência [como] o acréscimo contínuo das deformações que ocorre mesmo para uma tensão constante [e a] retração [como] a redução de volume do material na ausência de uma carga externa.”.
“Embora seja mais comum à redução de volume, também pode ocorrer o fenômeno inverso, de expansão quando o elemento estiver em presença da água.” (GIONGO, 2007, p. 14).
5.3.1.3 Propriedades mecânicas do concreto
Para a garantia de durabilidade, desempenho e segurança das estruturas de concreto armado, as propriedades mecânicas da massa de concreto são regulamentadas por normas técnicas e ensaios específicos. As propriedades são: resistência característica à compressão, resistência à tração e módulo de elasticidade. O concreto é amplamente conhecido por reagir muito bem aos esforços de compressão, sendo esta sua principal característica. Para quantificar a carga máxima de compressão, ou seja, a resistência característica à compressão (fck), que a peça moldada com concreto pode suportar sem comprometer a sua estrutura interna, são realizados ensaios segundo normas técnicas. Araújo (2010) adverte que o valor da resistência à compressão pode variar devido a inúmeros fatores. Podem ser citados, entre outros, como fatores os tipos de agregados, tipos de aditivos, qualidade dos materiais e relação água-cimento. Sendo este último o mais importante, pois define a porosidade do concreto.
Quando expostas aos esforços de tração, as peças de concreto não possuem a mesma resistência à compressão, porém conhecer essas restrições é importante principalmente para analisar os Estados Limites de Serviço (ELS). Os ensaios normatizados para determinação da resistência característica à tração (fctk) são divididos em ensaios de tração direta, tração indireta e tração na flexão. (BASTOS, 2006).
Por fim, Bastos (2006, p. 12) define o módulo de elasticidade (E) como “um parâmetro numérico relativo à medida da deformação que o concreto sofre sob a ação de tensões, geralmente tensões de compressão.”. O autor ainda ressalta que, além de o módulo de elasticidade depender das propriedades e dos elementos componentes do concreto, quanto maior a resistência à compressão do concreto, maior será o módulo de elasticidade do mesmo, pois as deformações das peças serão menores.
5.3.1.4 Vantagens e desvantagens de estruturas de concreto
Como qualquer outro material construtivo, o concreto armado apresenta vantagens e desvantagens em seu uso nos elementos estruturais. Como vantagens podem ser citadas a sua resistência à compressão, mão-de-obra e materiais constituintes da mistura relativamente fáceis o que garante a economia, maleabilidade que permite a coerência arquitetônica do projeto, pouca permeabilidade, etc.
Quanto a suas desvantagens podem ser citadas o peso próprio elevado da estrutura, a manutenção em alguns casos é inviável, baixo conforto termoacústico, etc. Pode-se observar na sociedade contemporânea que apesar das desvantagens, o concreto armado é um tipo de estrutura largamente utilizada, o que demonstra que as suas vantagens se contrapõe a suas limitações. (GIONGO, 2007).
5.3.2 Aço para concreto armado
A NBR 7480 (ABNT, 1996) rege as especificações do aço para o concreto armado onde os classifica conforme a sua resistência característica ao escoamento (fyk) e subdivide o material em dois formatos: barras e fios. As barras podem ser subdivididas nas classes CA-25 e CA-50, enquanto os fios compõe à classe CA-60.
A normativa anterior ainda rege as bitolas que são permitidas em estruturas de concreto armado, variando seus diâmetros entre 2,40 a 40,00 mm.
O concreto é um material conhecido por não ter uma grande resistência aos esforços de tração, assim a disposição das armaduras de aço nos elementos estruturais visa suavizar esta deficiência. Mas ainda, em alguns casos, as armaduras são utilizadas visando absorver os esforços de compressão, principalmente em elementos como pilares e vigas com armadura dupla.
5.4 CONCEPÇÃO ESTRUTURAL
Ao arranjo formado pelos elementos estruturais, tais como vigas, pilares, lajes, entre outros, dá-se o nome de sistema estrutural. O arranjo estrutural atua de forma conjunta a fim de resistir aos esforços atuantes no edifício e garantir a estabilidade do mesmo. “Em virtude da complexidade das construções, uma estrutura requer o emprego de diferentes tipos de peças estruturais adequadamente combinadas para a formação do conjunto resistente.”. (ALVA, 2007, p. 1).
De modo a garantir a estabilidade de edifícios de múltiplos pavimentos, é importante que durante a concepção estrutural a estabilidade global da obra seja
objetivada. Além das cargas verticais (oriundas das ações permanentes) que a obra está sujeita, ainda existem as cargas horizontais (provenientes dos ventos) que atuam com grande impacto na estrutura.
Segundo Alva (2007), no Brasil um dos sistemas estruturais mais empregados para edifícios de 15 a 20 pavimentos seria o sistema de pórticos. Pórtico é o arranjo estrutural formado pela junção de vigas e pilares por meio de conexões rígidas. A disposição de pórticos planos em ambas as direções ortogonais, constituindo um pórtico tridimensional, garante a estabilidade do edifício contra os carregamentos horizontais como mostrado na Figura 1. (ALVA, 2007).
Figura 1 - Formação de pórticos para o enrijecimento lateral do edifício. Fonte: Alva (2007). Para garantia da absorção dos esforços horizontais, pode ainda ser empregada ao sistema uma estrutura chamada de núcleo estrutural rígido, composto geralmente pelos pilares de grande inércia das escadas e ou dos elevadores.
5.5
AÇÕES NA ESTRUTURA
A NBR 8681 (ABNT, 2003) aponta as ações como sendo as causadoras pelo surgimento dos esforços ou deformações na estrutura global, sendo elas subdividas em: ações permanentes, variáveis e excepcionais.
Ações que possuem pouca ou nenhuma variação de intensidade ao longo da vida útil da estrutura. Exemplos de ações permanentes seriam o peso próprio da estrutura, alvenaria, acabamentos, equipamentos fixos, retração e fluência do concreto. (ABNT NBR 6120, 1980).
5.5.2 Ações variáveis
Estes tipos de ações ocorrem com variações consideráveis durante a vida útil da obra. Como exemplos podem ser citados o trânsito de pessoas, deslocamento de móveis, circulação de veículos, ações do vento e variações de temperatura. (ABNT NBR 6120, 1980).
A velocidade dos ventos será uma variavel fundamental para o dimensionamento da estrutura, baseando-se em parametros estabelecidos pela NBR 6123 (ABNT, 1988), como por exemplo a velocidade do vento de 30m/s para a regiao de Sinop-MT.
5.5.3 Ações excepcionais
Estas são ações com duração extremamente curta e muito pouca probabilidade de ocorrer durante a vida útil da construção. Podem ser decorrentes de causas como explosões, choques de veículos, incêndios, enchentes ou sismos excepcionais. (ARAÚJO, 2010).
As ações excepcionais não serão levadas em consideração para a elaboração do projeto estrutural desta pesquisa.
5.6 ESTABILIDADE GLOBAL
A análise das ações presentes na estrutura é de fundamental importância para obtenção da estabilidade global. A partir da análise serão conhecidos os Estados Limites da estrutura, bem como as composições das deformações, dos esforços internos, das tensões e dos deslocamentos da mesma. (ABNT NBR 6118, 2014).
Os efeitos de instabilidade são divididos em dois tipos. O primeiro tipo são os efeitos de primeira ordem, que englobam os esforços calculados a partir do arranjo inicial da estrutura, onde ainda não houve deformação. Já o segundo tipo, os efeitos de segunda ordem, são caracterizados pelos esforços provenientes da deformação da estrutura. (CARVALHO; FIGUEIREDO, 2002)
Para verificação se há possibilidade de dispensa da consideração dos esforços de segunda ordem, geralmente são utilizados dois índices de aproximação: o parâmetro de instabilidade (α) e o coeficiente “γz”. A partir do emprego destes índices é possível a classificação das estruturas em edifícios como sendo de nós fixos ou de nós móveis. (PINHEIRO; MUZARDO; SANTOS, 2003).
5.6.1 Parâmetro de instabilidade
Para estimar os esforços de primeira ordem utiliza-se o parâmetro de instabilidade (α). Este parâmetro tem o intuito de avaliar a estabilidade global do edifício, considerando a estrutura como um meio elástico, podendo ainda supor se a mesma possui o sistema de nós fixos ou deslocáveis, dependendo do valor encontrado. (ABNT NBR 6118, 2014).
5.6.2 Coeficiente γz
A NBR 6118 (ABNT, 2014) define o coeficiente “γz” como a “[...] majoração dos esforços globais finais de [primeira] ordem para obtenção dos finais de [segunda] ordem.” Para edifícios com estruturas reticuladas acima de três andares o parâmetro estima a importância dos esforços de segunda ordem. Quando “γz” é menor ou igual a 1,1 a estrutura é considerada como possuindo nós fixos, caso contrário, entende-se a estrutura como possuindo nós móveis, sendo o parâmetro limitado a 1,3.
5.7 ESTADOS LIMITES
De acordo com Pinheiro, Muzardo e Santos (2003, p.1):
As estruturas de concreto armado devem ser projetadas de modo que apresentem segurança satisfatória. Esta segurança está condicionada à verificação dos estados limites, que são situações em que a estrutura apresenta desempenho inadequado à finalidade da construção, ou seja, são estados em que a estrutura se encontra imprópria para o uso. Os estados limites podem ser classificados em estados limites últimos ou estados limites de serviço, conforme sejam referidos à situação de ruína ou de uso em serviço, respectivamente. Assim, a segurança pode ser diferenciada com relação à capacidade de carga e à capacidade de utilização da estrutura.
5.7.1 Estado limite último (ELU)
Para a segurança e durabilidade da estrutura de concreto, devem ser verificados quanto aos Estados Limites Últimos os comportamentos estruturais como a perda do equilíbrio do corpo rígido (estrutura), falência da capacidade resistente da estrutura e colapso progressivo. (ABNT NBR 6118, 2014).
5.7.2 Estado limite de utilização (ELS)
O Estado Limite de Utilização (ou de Serviço), como o nome já diz, está relacionado a fatores de utilização da estrutura, como sua funcionalidade, aparência, conforto e durabilidade da construção, visando os usuários, máquinas e equipamentos presentes na mesma. Quando atingido este limite começam a aparecer na estrutura deformações excessivas, ou ainda, fissurações acima dos níveis permitidos, que comprometem diretamente e negativamente a durabilidade da estrutura. (ARAÚJO, 2010).
5.8 DIMENSIONAMENTO DOS ELEMENTOS ESTRUTURAIS
Conforme a NBR 6118 (ABNT, 2014), após a análise e concepção estrutural da obra, é dado inicio as etapas de dimensionamento, verificação e detalhamento das estruturas.
Na etapa de dimensionamento, utilizando o ELU, visa-se alcançar a menor dimensão de seção transversal possível dos elementos estruturais e a quantidade de armadura a ser utilizada nos mesmos, ao menor custo e sem comprometimento da segurança da obra.
Já na etapa de verificação, é utilizado o ELS, para o exame em especial dos deslocamentos (verticais e horizontais) dos subsistemas e a fissuração dos referidos elementos.
Por fim, a etapa de detalhamento tem como objetivo o posicionamento detalhado das armaduras no interior dos elementos estruturais, de modo a absorver todos os esforços que agem na estrutura.
5.9 CUSTO
Por definição custo significa uma composição dos gastos necessários para a fabricação ou comercialização de um serviço ou bem, que será posteriormente refletido no preço de venda de tal produto para cliente ou entidade final. (IBRACON, 1999).
Não há como generalizar o custo das construções, pois as condições do solo, dos elementos estruturais e do acabamento utilizado na obra variam conforme as características do local e a vontade do cliente.
Entretanto sabe-se que no ramo da construção civil, para uma obra de concreto armado, no caso de edifícios com os elementos estruturais moldados in loco, o custo médio do arranjo estrutural varia entre 20% a 25% do custo total da obra finalizada. (GIONGO, 2007).
Por fim, o Sistema Nacional de Pesquisa de Custos e Índices da Construção Civil do Mato Grosso (SINAPI-MT), realizado pela por técnicos da CAIXA e do IBGE, será utilizada para obter os preços de mercado dos insumos.
5.10 EBERICK V9
O Eberick V9 trata-se de um software para projeto estrutural em concreto armado, que engloba desde as etapas de lançamento e análise da estrutura, até o dimensionamento e detalhamento final dos elementos. (ALTOQI, 2014).
O programa foi escolhido por possuir um excelente sistema gráfico de entrada de dados que auxilia na análise da estrutura em um modelo de pórtico espacial e no dimensionamento e detalhamento dos elementos estruturais, com embasamento na normativa NBR 6118:2014. (ALTOQI, 2014).
5.11 ASPECTOS GERAIS RELAÇÃO TÉCNICO-ECONÔMICA
Silva (2011) em seu estudo de comparativo de preços entre concretos com diferentes valores de “fck” para um mesmo modelo estrutural com variações de altura e utilizando dimensões fixas em lajes e vigas e variando seções transversais dos pilares, constatou que há uma tendência de aumentos de custos das lajes e vigas e redução de custo dos pilares. Como o aumento do “fck” está diretamente relacionado à redução da seção dos pilares, há também um aumento de área útil do pavimento e diminuição do volume de concreto, logo também, diminuição da quantidade de formas necessárias para moldagem dos elementos estruturais.
Costa (2012) opta em analisar as diferenças técnico-econômicas de duas concepções estruturais de um mesmo projeto. Ele varia os modelos quanto às distâncias dos vãos livres; 6,50m e 4,00m. Assim, constata que para o modelo com os vãos maiores houve um consumo de aço aproximadamente 28% maior, se comparado com os vãos menores. Entretanto, relativo ao consumo de concreto e forma, não apresentaram grande diferença entre os dois modelos.
Johann (2013) no intuito de avaliar a melhor concepção estrutural para um edifício esbelto através dos parâmetros de instabilidade verifica que, independente do
modelo estrutural, os deslocamentos existentes na estrutura devem-se em grande parte as ações do vento. Argumenta ainda que, do ponto de vista da estabilidade do edifício, a direção com menor inércia é também a direção mais crítica. Por fim, conclui que a concepção estrutural deve levar em consideração tanto as ações do vento, quanto as direções mais críticas de estabilidade, para garantir ao usuário segurança e conforto.
Barbosa (2014) e Loss Junior (2014), em trabalhos separados, produzem uma relação técnico-econômica para um mesmo modelo de edifício de múltiplos pavimentos. Ao analisar os insumos necessários à execução da estrutura, considerando o aumento do “fck”, constatou-se que independente da quantidade de pavimentos, para os elementos verticais (pilares) existe uma considerável baixa no consumo de aço e concreto, enquanto para os elementos horizontais (vigas e lajes – dimensões constantes), pode-se observar uma pequena diminuição do consumo de aço.
6 METODOLOGIA
A primeira parte da Metodologia abordará os Materiais empregados para desenvolvimento da pesquisa, enquanto a segunda parte trará os Métodos propostos para a execução, como fases e procedimentos técnicos do projeto.
6.1 MATERIAIS
O presente projeto de pesquisa fará uso de artigos científicos e livros, além de
softwares. Tratando-se dos softwares, para obtenção e organização de dados, serão
utilizados o AltoQi Eberick V9 Gold e planilha eletrônica. A análise estrutural e dimensionamento dos elementos estruturais serão analisados no primeiro software, que fornecerá ainda os resultados quantitativos dos materiais empregados na superestrutura (concreto, formas e aço). Posteriormente, os dados obtidos serão organizados no segundo software, em forma de planilhas e gráficos.
6.2 MÉTODOS
A presente pesquisa será baseada em bibliografias técnicas e nas normativas vigentes da ABNT para a concepção, dimensionamento e comportamento das estruturas em concreto armado. Seu desenvolvimento se dará através de etapas que estarão descritas nos tópicos subsequentes.
6.2.1 Projeto Arquitetônico
Para o desenvolvimento desta pesquisa, será elaborado um projeto arquitetônico de um edifício residencial que será, hipoteticamente, construído na cidade de Sinop-MT. Na planta baixa, as dimensões do edifício atenderão a proporção geométrica aproximada de 1:4 e a altura variará, referente a edifícios de 10 a 21 pavimentos. Para elaboração dos cálculos e síntese de resultados serão analisados apenas edifícios com 10, 15 e 21 pavimentos.
6.2.2 Concepção Estrutural
A concepção estrutural do edifício residencial proposto nesta pesquisa será dada por meio da locação dos elementos estruturais. Primeiramente, os pilares serão dispostos, respeitando e priorizando o projeto arquitetônico. A quantidade e o arranjo dos pilares serão projetados de forma a garantir a melhor estabilidade para o edifício
e, para isso, serão locados de fora para dentro da estrutura, a partir dos cantos mais externos, seguindo pelo seu contorno e finalizando com a disposição na região interna do edifício. É muito importante que a disposição dos pilares esteja alinhada e, juntamente com as vigas, possam formar pórticos planos que contribuirão para o contraventamento e, consequentemente, combatam as forças horizontais oriundas do vento.
A viga será o segundo elemento estrutural a ser locado e interligará os pilares, com a função de compor o pórtico de contraventamento, bem como receber as cargas verticais das lajes. As ligações entre os pilares e as vigas podem ser rígidas, semi-rígidas ou rotuladas.
A última etapa da concepção estrutural é o arranjo das lajes maciças. A geometria da laje é pré-estabelecida pela locação das vigas. As lajes poderão ter bordas livres, apoiadas ou engastadas sobre as vigas, bem como composições mistas de tipos de apoio.
6.2.3 Análise Estrutural
Para verificação da análise estrutural e do dimensionamento dos elementos estruturais do projeto, alguns documentos normativos serão considerados, tais como: a NBR 6118:2014, a NBR 6120:1980, a NBR 8681:2003 e a NBR 6123:1988.
Em concordância com as normas NBR 6120:1980 e NBR 6123:1988, são definidas as ações atuantes na estrutura, que seriam subdivididas em permanentes, variáveis e excepcionais. Por ações permanentes, entende-se o peso próprio da estrutura e os elementos não estruturais (alvenaria, revestimento, acabamentos, entre outros) do edifício. Já para as ações variáveis, têm-se as cargas de utilização (sobrecarga) e as ações do vento. No caso deste projeto, serão desconsideradas as ações excepcionais.
Ainda há outras especificações para o projeto de estruturas de concreto armado que necessitam ser cumpridas, ou seja, a resistência característica a compressão e à tração do aço, o cobrimento das armaduras (em função da classe de agressividade ambiental), o diâmetro do agregado e das barras de aço empregado na estrutura, entre outras.
Com base nos esforços característicos, baseando-se na NBR 8681:2003, confere-se a segurança mínima às estruturas a partir das combinações de ações, determinando os valores de projeto. De posse destas informações e, com apoio do
software AltoQi Eberick V9 Gold, as verificações locais e globais são verificadas
conforme mostrada a seguir: seções transversais dos elementos de concreto armado; dimensionamento das armaduras; deslocamentos verticais (subsistemas horizontais – vigas e lajes) e horizontais (subsistemas verticais – pilares) na estrutura; os efeitos de primeira e segunda ordem (coeficientes “α” - parâmetro de instabilidade; “γz” - majoração dos esforços globais finais de 1ª ordem).
6.2.4 Composição de Custo
A partir da quantificação dos insumos (concreto, aço e formas) necessários para a execução da superestrutura, será realizada a composição dos custos através da tabela SINAPI-MT e levantamento local de preços dos insumos. Nesta composição ainda estão incluídos os índices de produtividade da construção civil, relacionados à mão-de-obra e o uso de equipamentos.
6.2.5 Parâmetros técnicos
Conforme as informações de quantitativo dos insumos (aço, concreto e forma) e com o auxílio das tabelas e planilhas geradas por software de planilhas eletrônicas, obtêm-se parâmetros técnico-econômicos correlacionando-os entre si, de acordo com a seguinte disposição: kgaço/m³concreto; m²forma/m³concreto; R$/m²área; espessura média do pavimento tipo.
7 CRONOGRAMA
ATIVIDADES
ANO
MAR ABR MAI JUN AGO SET OUT NOV Escolha do tema e do orientador Encontros com o orientador Pesquisa bibliográfica e redação do projeto de pesquisa Elaboração do projeto de pesquisa Entrega do projeto de pesquisa Revisão bibliográfica complementar Coleta de dados complementares Redação do artigo científico Revisão e entrega oficial do trabalho Apresentação do trabalho em banca
8 REFERENCIAL BIBLIOGRÁFICO
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