DANIELA CRISPIM SILVA
ESTUDO COMPARATIVO DE ALTERNATIVAS ESTRUTURAIS PARA UM BLOCO DIDÁTICO MODELO DA UFC
FORTALEZA 2009
DANIELA CRISPIM SILVA
ESTUDO COMPARATIVO DE ALTERNATIVAS ESTRUTURAIS PARA UM BLOCO DIDÁTICO MODELO DA UFC
Monografia submetida à Coordenação do Curso de Engenharia Civil da Universidade Federal do Ceará, como requisito parcial para obtenção do grau de Engenheiro Civil.
Orientadora: Profa. Magnólia Maria Campelo Mota, M.Sc.
FORTALEZA 2009
DANIELA CRISPIM SILVA
ESTUDO COMPARATIVO DE ALTERNATIVAS ESTRUTURAIS PARA UM BLOCO DIDÁTICO MODELO DA UFC
Monografia submetida à Coordenação do Curso de Engenharia Civil, da Universidade Federal do Ceará, como requisito parcial para a obtenção do grau de Engenheiro Civil.
Aprovada em 02 / 12 / 2009
BANCA EXAMINADORA
_______________________________________________________ Prof. M.Sc. Magnólia Maria Campelo Mota (Orientadora)
Universidade Federal do Ceará - UFC
_______________________________________________________ Prof. D. Sc. Augusto Teixeira de Albuquerque
Universidade Federal do Ceará - UFC
________________________________________________________ Prof. M.Sc. Joaquim Eduardo Mota
AGRADECIMENTOS
Agradeço aos meus pais e ao meu irmão que sempre estiveram ao meu lado, me apoiando e principalmente me incentivando.
Ao meu grande amigo e companheiro Renato, que me deu suporte e conforto nas horas mais difíceis, sendo meu conselheiro e me ajudando a compreender que os grandes problemas que eu pensava que tinha, na verdade eram menores do que eu imaginava e, com sua tranqüilidade, me fazia ver que tudo era bem mais simples de se resolver.
Aos Engenheiros Marcelo Silveira e Denise Silveira que abriram as portas da MD Engenheiros Associados e possibilitaram a realização de grande parte deste projeto, e também ao Engenheiro Alexandre Teixeira pela sua paciência inesgotável ao me ajudar no uso dos programas utilizados durante o projeto e por se prontificar em discutir e responder várias das minhas dúvidas.
A todos os meus mestres do curso de Engenharia Civil, pela dedicação e pelos conhecimentos compartilhados, mas principalmente aos professores Joaquim Mota e Augusto Albuquerque que tanto contribuíram opinando, dando boas idéias e diretrizes para a realização deste projeto, em especial por terem acrescentado tanto para minha formação como Engenheira Civil.
E finalmente à professora Magnólia Maria de Campelo Mota por sua colaboração em minha formação profissional, dedicação e paciência ao me orientar e, principalmente, por ter concordado em fazer parte desse momento tão importante que foi a elaboração do trabalho final para a conclusão do meu curso superior.
RESUMO
O REUNI, Programa de Apoio ao Plano de Reestruturação e Expansão das Universidades Federais, visa expandir a disponibilidade de vagas para estudantes de graduação nas universidades federais. Para comportar maior número de alunos, será necessária a disponibilidade de maior infraestrutura física nos campi. Para tais construções existem diversos sistemas estruturais para se adequar a arquitetura adotada, entretanto como os recursos financeiros são limitados, deve-se optar pelo sistema mais econômico e de melhor eficiência. Esta escolha é bastante relevante, pois é comprovado que a etapa da estrutura de uma edificação corresponde há mais de 25% do custo total da obra. Desta forma, foi adotada uma arquitetura padrão de um bloco modelo da Universidade Federal do Ceará, escolhidos 4 sistemas estruturais (estrutura convencional de laje maciça, estrutura convencional de laje nervurada, estrutura convencional de laje treliçada e estrutura de concreto pré-fabricado) afim de se realizar as devidas comparações. Como a arquitetura escolhida possui característica modular, foi utilizado apenas um módulo para realizar o dimensionamento para então coletar os dados de consumo dos materiais utilizados (concreto, aço e formas). No final da pesquisa foi definida a estrutura economicamente mais viável para este tipo de estrutura.
LISTA DE FIGURAS
Figura 2.1 – Exemplo de laje maciça (MSE, 2009). ... 5
Figura 2.2 – Esquema da laje treliçada (BÖGER, 2007). ... 6
Figura 2.3 – Laje Treliçada (BÖGER, 2007). ... 7
Figura 2.4 – Esquema da laje nervurada. ... 8
Figura 2.5 – Exemplo de laje nervurada. ... 8
Figura 2.6 – Esquema de uma estrutura pré-moldada (Revista Téchne, 2008). ... 9
Figura 2.7 – Laje alveolar. ... 11
Figura 3.1 – Corte DD. ... 13
Figura 3.2 – Pavimento Superior. ... 14
Figura 3.3 – Módulo utilizado para o estudo. ... 15
Figura 4.1 – Forma do piso superior da estrutura com laje maciça. ... 19
Figura 4.2 – Forma do piso superior da estrutura com laje nervurada. ... 23
Figura 4.3 – Corte transversal da nervura adotada. ... 24
Figura 4.4 – Forma do piso superior da estrutura com laje treliçada. ... 28
Figura 4.5 – Forma do piso superior da estrutura pré-fabricada. ... 33
Figura 4.6 – Laje Alveolar pré-fabricada. ... 34
Figura 4.7 – Seção da viga pré-fabricada com laje alveolar e capeamento. ... 35
Figura 4.8 – Gráfico comparativo do volume de concreto (m³). ... 39
Figura 4.9 – Gráfico comparativo do peso do aço (kg) ... 40
Figura 4.10 – Gráfico comparativo da área de forma (m²). ... 41
Figura 4.11 – Gráfico comparativo da espessura média (cm). ... 42
Figura 4.12 – Gráfico comparativo da taxa de aço (kg/m³). ... 43
Figura 4.13 – Gráfico comparativo da taxa de aço II (kg/m²). ... 44
Figura 4.14 – Gráfico comparativo da taxa de forma (m²/m²). ... 45
Figura 4.15 – Gráfico comparativo do orçamento (R$). ... 46
Figura 4.16 – Gráfico comparativo percentual do orçamento (%). ... 47
LISTA DE TABELAS
Tabela 4.1 – Deformação das lajes. ... 20
Tabela 4.2 - Quantitativo do módulo da estrutura com laje maciça. ... 21
Tabela 4.3 – Resumo do consumo dos materiais para a estrutura com lajes maciças. ... 22
Tabela 4.4 – Índices obtidos para a estrutura com lajes maciças. ... 22
Tabela 4.5 – Orçamento para um módulo da estrutura com laje maciça. ... 22
Tabela 4.6 - Quantitativo do módulo da estrutura com laje nervurada. ... 25
Tabela 4.7 – Resumo do consumo dos materiais para a estrutura com lajes nervurada. ... 26
Tabela 4.8 – Índices para a estrutura com laje nervurada. ... 26
Tabela 4.9 – Caixotes por pavimento. ... 26
Tabela 4.10 – Orçamento para um módulo da estrutura com laje nervurada. ... 27
Tabela 4.11 – Deformação das lajes. ... 29
Tabela 4.12 – Quantitativo do módulo da estrutura com laje treliçada. ... 30
Tabela 4.13 – Resumo do consumo dos materiais para a estrutura com laje treliçada. ... 31
Tabela 4.14 – Índices para a estrutura com laje treliçada. ... 31
Tabela 4.15 – Outros elementos. ... 31
Tabela 4.16 – Orçamento para um módulo da estrutura com laje treliçada. ... 32
Tabela 4.17 – Deformações dos painéis de lajes alveolares. ... 34
Tabela 4.18 – Quantidade de cordoalhas por viga. ... 35
Tabela 4.19 – Consumo dos materiais para a estrutura pré-fabricada. ... 36
Tabela 4.20 – Índices para a estrutura pré-fabricada. ... 36
Tabela 4.21 – Orçamento para um módulo da estrutura com laje treliçada. ... 37
Tabela 4.22 – Resumo para comparação dos sistemas estruturais... 38
Tabela 4.23 – Produtividade dos funcionários. ... 49
SUMÁRIO
1.1. Objetivo Geral ... 2
1.2. Objetivos Específicos ... 3
1.3. Estrutura do Trabalho ... 3
2.1. Estrutura Convencional com Laje Maciça ... 5
2.2. Estrutura Convencional com Laje Treliçada... 6
2.3. Estrutura Convencional com Laje Nervurada ... 7
2.4. Estrutura Pré-Fabricada ... 9
3.1. Caracterização do Edifício ... 12
3.2. Índices para comparação ... 16
3.2.1. Espessura média ... 16
3.2.2. Taxa de aço ... 16
3.2.3. Taxa de aço II ... 17
3.2.4. Taxa de forma ... 17
4.1. Resultados ... 18
4.1.1. Estrutura com Laje Maciça ... 18
4.1.2. Estrutura com Laje Nervurada ... 23
4.1.3. Estrutura com Laje Treliçada ... 28
4.1.4. Estrutura Pré-Fabricada ... 33 4.2. Comparações ... 38 4.2.1. Volume de concreto (m³) ... 39 4.2.2. Peso do Aço (kg) ... 40 4.2.3. Área de forma (m²) ... 41 4.2.4. Espessura média (cm) ... 42 4.2.5. Taxa de aço (kg/m³) ... 43 4.2.6. Taxa de aço II (kg/m²) ... 44 LISTA DE FIGURAS ... vi
LISTA DE TABELAS ... vii
1. INTRODUÇÃO ... 1
2. CARACTERIZAÇÃO DOS SISTEMAS ESTRUTURAIS ... 5
3. METODOLOGIA ... 12
4.2.7. Taxa de forma (m²/m²) ... 45
4.2.8. Comparação do orçamento (R$) ... 46
4.2.9. Tempo de Execução (dias) ... 48
5. CONCLUSÃO ... 51
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ... 52
1. INTRODUÇÃO
O Programa de Apoio ao Plano de Reestruturação e Expansão das Universidades Federais – REUNI visa expandir a disponibilidade de vagas para estudantes de graduação nas universidades federais.
No dia 19 de outubro de 2007 foi realizada uma Síntese da proposta da UFC para o programa REUNI (CONSUNI,2007) e, de acordo com esta síntese, haverá uma adição de 1310 vagas relativas a novos cursos e 810 relativas a abertura de mais vagas para cursos já existentes. Para abrigar maior número de estudantes, será necessário, dentre várias propostas de reestruturação, que as faculdades federais realizem a construção de infra-estrutura física em seus campi.
De acordo com o item I do artigo 3º do decreto n.º 6.096, de 24 de abril de 2007
o Ministério da Educação destinará ao Programa recursos financeiros, que serão reservados a cada universidade federal, na medida da elaboração e apresentação dos respectivos planos de reestruturação, a fim de suportar as despesas decorrentes das iniciativas propostas especialmente no que respeita a
I - construção e readequação de infra-estrutura e equipamentos necessários à realização dos objetivos do Programa. (BRASIL, 2007)
Para realização da construção da infra-estrutura proposta pelo REUNI, será necessário que os recursos disponibilizados pelo Ministério da Educação sejam otimizados, motivo pelo qual estimula a realização de comparações entre orçamentos para que se determinem valores destas obras que se adéqüem às limitações financeiras do programa.
De acordo com Costa (1997 apud ALBUQUERQUE, 1999) a estrutura de uma edificação representa cerca de 15% a 20% do custo total de uma construção. Devido essa significativa porcentagem, é relevante a justificativa para o estudo de alternativas estruturais para a escolha da solução mais econômica.
A definição da forma de um edifício vai além da escolha do sistema estrutural a ser utilizado. É necessária, antes de tudo, a realização de um estudo prévio do projeto arquitetônico avaliando as necessidades do projeto e os detalhes estéticos a serem respeitados. Segundo Corrêa e Naveiro (2005) é de grande importância a compatibilização das atividades técnicas de projeto, tais como arquitetura, estrutura, instalações prediais, iluminação, comunicação visual, paisagismo, impermeabilização, entre outras.
Além disso, de acordo com Goldman (1986, apud CORRÊA E NAVIERO, 2005) a integração entre arquitetura e estrutura deve ser bem estudada para que se evitem erros e,
consequentemente, futuras correções na estrutura, pois os custos referentes à execução estrutural estão em torno de 19% a 26% do custo total da edificação. Já os custos dos projetos executivos variam entre 1,6% a 2,7% do custo total de um edifício, sendo menos onerosa a correção na fase de projeto do que em uma obra já executada.
Além da devida compatibilização entre projetos, outra etapa importante de um projeto é a realização de comparações entre diferentes sistemas estruturais. De acordo com Spohr (2008) “[...] a busca por soluções mais econômicas que as convencionais tornou-se uma preocupação para os construtores.” A escolha do sistema estrutural não pode ser realizada sem um estudo prévio. Esta decisão é de extrema importância, pois irá refletir em várias etapas da construção, além do custo final da obra.
Geralmente, o principal interesse do construtor é a escolha da solução estrutural mais viável economicamente. Entretanto, segundo Laranjeiras (1995, apud ALBUQUERQUE 1999) o sistema estrutural escolhido deve atender não só as condições econômicas, mas também as seguintes condições: segurança e durabilidade, compatibilização com a arquitetura, funcionalidade, condições construtivas, condições estruturais e integração com os demais projetos. São esses os fatores que o engenheiro deve atentar antes de verificar a solução menos dispendiosa.
O conceito de solução econômica geralmente vem atrelado ao menor volume de concreto e/ou menor quantidade de armadura utilizada. Entretanto, de acordo com Albuquerque (1999) os engenheiros vêm se conscientizando que cerca de 30% do custo da estrutura refere-se à forma, e a ela estão atrelados mão-de-obra e tempo de execução.
Para a comparação econômica dos diferentes sistemas estruturais, é necessário que seja realizado o dimensionamento de cada uma das estruturas. Segundo Spohr (2008), poderosos softwares ajudam na análise da estrutura e aceleram a produtividade no detalhamento dos projetos. Vale lembrar que a estrutura ao ser dimensionada deve obedecer às prescrições da norma quanto à deformação e capacidade de resistência das peças.
1.1. Objetivo Geral
Neste trabalho serão estudados e comparados diferentes sistemas estruturais para um bloco modelo didático da Universidade Federal do Ceará a fim de se determinar a alternativa estrutural mais econômica. Serão definidos 4 tipos de sistemas estruturais para
verificação de custo, tanto do consumo de material como de execução da estrutura, para obter a opção mais barata para construção de blocos didáticos para a Universidade Federal do Ceará.
1.2. Objetivos Específicos
Os seguintes objetivos específicos devem ser alcançados:
• Estudar a importância da escolha do sistema estrutural e determinação da forma do pavimento;
• Dentro da revisão bibliográfica, caracterizar os diferentes tipos de sistemas estruturais, apontando as vantagens e desvantagens;
• Estudar o funcionamento dos programas utilizados pelo Sistema CAD/TQS que foi o software adotado para realização da análise e dimensionamento das estruturas.
• Estudar a Norma Brasileira NBR 8681:2003 – Ações e segurança nas estruturas – Procedimento, para obtenção de pavimentos com altura de laje mínima, mas dentro das limitações de deformações exigidas pela Norma Brasileira NRB 6118:2003 – Projetos de estruturas de concreto – Procedimentos.
1.3. Estrutura do Trabalho
Esta monografia está dividida em cinco capítulos, onde o primeiro é esta introdução que trata da contextualização do problema, motivação e objetivos
No segundo capítulo os quatro tipos de estruturas são caracterizados, apontando peculiaridade, vantagens e desvantagens de cada sistema.
No terceiro capítulo está descrita a metodologia utilizada para a pesquisa. Neste item é apresentada a arquitetura da edificação estudada e mostrado os índices que foram adotados para realizar as comparações.
O quarto capítulo é dividido em duas partes: primeiramente são mostrados os resultados dos sistemas estudados, onde são apresentadas as formas utilizadas e para cada uma delas o quantitativo do consumo dos materiais, os índices para comparações e o orçamento da estrutura. Em seguida, com base nos resultados é feita a comparação propriamente dita.
O quinto capítulo aborda as considerações finais das comparações realizadas e as recomendações para estudos posteriores.
2. CARACTERIZAÇÃO DOS SISTEMAS ESTRUTURAIS
Para realizar a comparação dos quatro sistemas estruturais escolhidos (estrutura com lajes maciças, estrutura com lajes nervuradas, estrutura com lajes treliçadas e estrutura de concreto pré-fabricado) será feita uma caracterização dos mesmos, além de apontar as vantagens e desvantagens de cada um.
2.1. Estrutura Convencional com Laje Maciça
A laje é um elemento estrutural plano que possui duas dimensões muito maiores que a terceira, esta chamada de espessura. Este elemento recebe cargas distribuídas por área de maneira perpendicular as maiores dimensões. Uma das características da laje maciça é que, apesar de se considerar uma direção principal de apoio, o carregamento é distribuído entre todas as vigas do contorno, como mostra a Figura 2.1.
Figura 2.1 – Exemplo de laje maciça (MSE, 2009).
Devido às restrições adotadas aos valores de flechas na NBR 6118 (2003), as estruturas de lajes maciças limitam-se a vãos de até 5m na menor direção. Vãos maiores que esses tornam a estrutura ante-econômica, haja vista que existem outros sistemas estruturais para estas situações.
Este sistema foi por muito tempo a solução mais utilizada nas edificações, portanto o treinamento da mão-de-obra já está bastante consolidado. Outra vantagem deste
sistema é que ele proporciona boa estabilidade global devido à grande quantidade de pórticos formados por vigas e pilares. De acordo com Carvalho (2007), se comparada com a laje do tipo pré-moldada treliçada, a laje maciça possui outra vantagem durante a execução, pois permite a colocação de instalações elétricas antes da concretagem.
Os modelos estruturais formadas por esse tipo de sistema necessitam de uma grande quantidade de vigas, já que os vãos possuem comprimentos limitados. A existência de muitas vigas torna o pavimento muito recortado, o que diminui a produtividade da construção e inviabiliza o reaproveitamento das formas. Outra desvantagem apontada por Albuquerque (1999) é que para este tipo de sistema há grande consumo de forma, aço e concreto.
2.2. Estrutura Convencional com Laje Treliçada
O sistema de laje treliçada é uma solução adotada para edificações de pequeno e médio porte. Assim como as lajes maciças, este tipo de estrutura é utilizado para vencer vãos pequenos e médios não suportando cargas elevadas.
Figura 2.2 – Esquema da laje treliçada (BÖGER, 2007).
A composição da laje treliçada é feita por treliças de concreto pré-moldado armada com aço em forma de treliças espaciais, por lajotas cerâmicas e por uma capa de concreto moldada no local, como mostra a Figura 2.2. Para vãos pequenos, podem ser executadas com alturas próximas as adotadas para lajes maciças, possuindo a vantagem de serem mais leves se comparada às lajes maciças. Isso ocorre devido à utilização de lajotas cerâmicas cujo peso próprio é menor que o do concreto, como pode ser visto na Figura 2.3.
Figura 2.3 – Laje Treliçada (BÖGER, 2007).
As lajes são geralmente armadas de forma unidirecional apoiando-se apenas em duas vigas. Com isso, as vigas paralelas ao sentido principal das treliças das lajes recebem pouca ou nenhuma carga, sendo utilizadas apenas para a estabilidade global do edifício. Em contra partida, as vigas perpendiculares as treliças recebem praticamente todo o carregamento da laje, sendo muito mais solicitadas.
Uma das grandes vantagens das lajes treliçadas é a fácil montagem, dispensando o uso de forma e também de mão-de-obra especializada. Além disso, a treliça possui baixo peso o que permite facilidade no manuseio e transporte das peças pré-moldadas.
2.3. Estrutura Convencional com Laje Nervurada
Segundo Pinheiro (2007) a laje nervurada é um sistema formado por um conjunto de vigas que se cruzam solidarizando-se à mesa. Assim, como as lajes maciças esse tipo de laje se apóia em todas as vigas que a circundam, distribuindo de forma mais uniforme o carregamento para todas as vigas. O grande diferencial deste tipo de laje é que ela aproveita melhor as propriedades do aço e do concreto, ou seja, as nervuras armadas se responsabilizam pelas tensões de tração enquanto que a mesa suporta os esforços de compressão. Na Figura 2.4 pode-se observar um corte esquemático de uma laje nervurada.
Figura 2.4 – Esquema da laje nervurada.
As lajes nervuradas possuem alturas superiores que as utilizadas nas lajes maciças. Com este aumento de altura há maior ganho na inércia, aumentando a rigidez da peça. Como são constituídas por nervuras espaçadas por materiais mais leves que o concreto, ou mesmo por vazios, há diminuição significativa do peso próprio da laje, e como conseqüência há redução nas deformações permitindo a utilização deste sistema para vãos maiores que 6 metros. Como as lajes nervuradas permitem que se atinjam maiores dimensões de vãos, há necessidade de um menor número de vigas para o pavimento, diminuindo os recortes na forma, o que otimiza a execução do pavimento.
Figura 2.5 – Exemplo de laje nervurada.
Além disso, este sistema estrutural permite economia no consumo de concreto, já que são utilizados materiais inertes abaixo na linha neutra, região que realmente não necessita das propriedades de compressão do concreto.
Os caixotes de propileno têm sido o mais adotado para esse tipo de sistema. Este material possui grande resistência e durabilidade, permite economia de madeira, maior velocidade de execução devido às facilidades de montagem e desforma e conseqüentemente aumento da produtividade. Além disso, os caixotes podem ser reutilizados dezenas de vezes. Na Figura 2.5 pode ser visto um exemplo da laje nervurada.
2.4. Estrutura Pré-Fabricada
Estruturas pré-moldadas são aquelas que possuem os elementos, ou grande parte deles, produzidos fora do local de construção. Esta idéia surgiu com intuito de modificar os métodos utilizados atualmente tornando-os mais racionais. Tem-se o intuito de industrializar a construção civil, evitando desperdícios e aumentando a produtividade.
Através do uso de estruturas pré-moldadas podem-se reduzir custos no consumo de materiais (aço e concreto), mas principalmente atingir economias no que diz respeito à forma e cimbramento, que representam gastos significativos em uma construção. A Figura 2.6 mostra um desenho esquemático uma estrutura pré-fabricada.
O uso deste tipo de sistema estrutural está bastante atrelado ao desenvolvimento tecnológico de um país, pois, através destes avanços, há maior disponibilidade de equipamentos para auxiliar nas construções. Juntamente com o crescimento da tecnologia existe o fenômeno da diminuição da disponibilidade de mão-de-obra barata, ou seja, torna-se mais oneroso realizar construções consideradas artesanais.
A característica mais atrativa deste sistema estrutural é o ganho no tempo de execução da obra. Como os elementos vêm prontos da fabrica, são apenas montados e solidarizados no canteiro de obra.
Os elementos componentes das estruturas pré-moldadas devem possuir dimensões e pesos que permitam transporte para o local da obra e principalmente a montagem. Além disso, no caso de obras de menor porte, deve-se optar por modelos de peças já existentes no mercado, pois é necessário um número grande de peças para que a produção de novas formas seja viável economicamente.
Durante a fase de dimensionamento e detalhamento das peças, deve-se considerar não só os esforços existentes devido à posição final da peça construída, mas também prever as condições de esforços durante a movimentação dentro da indústria, transporte das peças para o canteiro de obras, movimentação e içamento inclusive o momento em que a peça se encontra montada, mas não consolidada com os outros elementos.
As peças de uma estrutura pré-moldada podem ser executadas com armaduras protendidas (pré-tração). A protensão proporciona a utilização de peças de grandes comprimentos, o que permite vencer grandes vãos. Além da velocidade de execução, esta é uma das características deste sistema estrutural que o torna bastante competitivo.
De acordo com El Debs (2000) as estruturas formadas por peças pré-moldadas dispõem de várias vantagens, tais como:
• Facilidade de produção dos elementos na fábrica com melhor aproveitamento do material;
• Aumento da reutilização das formas e redução do uso de cimbramento; • Possibilidade de uso de protensão com armaduras pré-tracionadas; • Disponibilidade de maior controle de qualidade;
• Maior produtividade da mão-de-obra; • Velocidade na construção da edificação.
• Há necessidade de se prever todas as ligações entre todas as peças na fase da concepção do projeto;
• Dificuldade na movimentação e na precisão do posicionamento das peças; • Dependendo da região onde haverá a obra, pode haver restrições quanto à
disponibilidade de equipamentos para a execução da obra; • Não monolitismo entre os elementos;
• A arquitetura deve dispor de certa modulação para que seja viável a escolha deste tipo de sistema.
• Necessita de determinado volume de demanda para que seja viável a utilização.
Para o estudo em questão serão utilizados os seguintes elementos pré-moldados: lajes alveolares e vigas, mostrados na Figura 2.7.
3. METODOLOGIA
O lançamento e dimensionamento dos seguintes modelos: estrutura com laje maciça, estrutura com laje nervurada e as vigas da estrutura com laje treliçadas serão realizados por intermédio do Sistema CAD/TQS, um software utilizado para análise e dimensionamento de estruturas de concreto armado. Tanto as lajes da estrutura treliçada como a estrutura de concreto pré-fabricado não serão estudada por intermédio Sistema CAD/TQS sendo então utilizados outros softwares, tais como: o FTOOL e planilhas do Microsoft Excel para o dimensionamento.
Devido à modulação existente na arquitetura da edificação, será adotado apenas um módulo para ser detalhado. A partir dele serão calculados os consumos dos materiais (concreto, aço e área de forma) para realizar as comparações entre os índices obtidos. Será feito também o orçamento de um módulo para cada estrutura.
Por fim, serão mostrados os resultados. A partir deles serão feitas as comparações entre os sistemas utilizados para então chegar à conclusão da estrutura mais viável.
3.1. Caracterização do Edifício
Para a realização deste estudo, foi escolhido um edifício padrão de salas de aula utilizado pela Universidade Federal do Ceará (UFC). A edificação é composta por térreo, pavimento superior e coberta de acordo com o corte mostrado na Figura 3.1; possui 700,70m² de área de laje do pavimento superior, como mostra a Figura 3.2.
Figura 3.1 – Corte DD.
Por se tratar de uma edificação construída em um campus da universidade em área urbana, foi considerado grau de agressividade II. Sendo assim, o cobrimento adotado será de 2,5cm para lajes e 3,0cm para vigas.
Será adotado para a concepção das estruturas com lajes maciças, lajes nervuradas e lajes treliçadas um fck de 25MPa. Para a estrutura de concreto pré-moldado, devido o uso da protensão dos elementos de vigas e de lajes alveolares, será adotado um fck de 40MPa.
Baseando-se na Norma Brasileira NBR 6120 (1980) – “Cargas para o cálculo de estruturas de edificações”, para o carregamento serão consideradas ações permanentes que são as cargas correspondentes ao peso próprio da estrutura e de elementos construtivos que farão parte da estrutura, tais como paredes e revestimento. Além destas cargas, também serão consideradas cargas acidentais que são determinadas a partir do uso da estrutura.
Nas cargas permanentes foi adotada uma carga de revestimento de 1kN/m². Nas paredes foi considerado o uso de tijolo cerâmico furado com peso específico de 13kN/m³. Finalmente, para as cargas acidentais, foi utilizado uma carga de 3kN/m². Os efeitos do vento, por serem pequenos para esta edificação que possui apenas 2 pavimentos foram desprezados.
Na Figura 3.2 está delimitado pelo retângulo o módulo a ser estudado para realizar as comparações. Deve-se ressaltar que o edifício possui quatro módulos de 9,60m de largura por 15,00m de comprimento e ainda um quinto módulo com 9,60m de largura com comprimento variável devido à caixa de escada. Na Figura 3.3 pode ser observado em destaque o módulo que será utilizado para o estudo.
Figura 3.3 – Módulo utilizado para o estudo.
Finalmente, é importante frisar que não serão considerados para comparação os pilares, pois a estrutura possui carregamentos similares para os diferentes sistemas estudados.
3.2. Índices para comparação
Serão calculados os quantitativos dos materiais utilizados em cada sistema estrutural (concreto, aço e forma) e para comparar os diferentes tipos de estruturas serão realizados os cálculos dos seguintes índices: espessura média, taxa de aço, taxa de aço II e taxa de forma.
Além do calculo dos índices, será realizado o orçamento de cada sistema com base dos valores da tabela de preços da Secretaria Municipal de Desenvolvimento Urbano e Infra-Estrutura (SEINF, 2009).
3.2.1. Espessura média
Este índice é calculado somando-se todo o volume de concreto de um pavimento e dividindo pela área estrutural em planta da edificação.
Espessura média = ²) m ( A ³) m ( V (1) 3.2.2. Taxa de aço
Trata-se da razão entre o peso do consumo total de aço (P) e o volume de concreto (V). Taxa de aço = ³) m ( V ) kg ( P (2)
3.2.3. Taxa de aço II
É a relação entre o peso do consumo total de aço (P) e a área estrutural em planta do edifício (A). Taxa de aço II = ²) m ( A ) kg ( P (3) 3.2.4. Taxa de forma
É a cálculo entre a área de forma para todos os elementos (F) dividida pela a área estrutural em planta do edifício (A).
Taxa de forma = ²) m ( A ²) m ( F (4)
4. RESULTADOS E COMPARAÇÕES
Neste capítulo primeiramente serão mostrados os resultados obtidos para cada estrutura. O resultado será composto pela forma utilizada para detalhamento, quantitativo dos materiais, índices calculados. Em seguida, serão feitas as comparações entre as estruturas, mostrando tabelas com os índices correspondentes a cada uma e o preço final calculado no orçamento.
O consumo total dos materiais e os índices calculados para os módulos de cada uma das estruturas não são suficientes para se obter a solução mais econômica. Para esse tipo de comparação é necessário verificar todos os itens que compõe a execução da estrutura, desde escoramentos, cimbramento, tipo de forma utilizado etc. Diante disto, para realizar o orçamento foi adotada a tabela de preços da SEINF para consulta dos preços das composições utilizadas.
Algumas das composições necessárias para a realização do orçamento não existiam na tabela de preços da SEINF, portanto, foram necessários alguns ajustes para que as composições se adequassem a estrutura. Estes ajustes serão comentados nas estruturas correspondentes.
As composições utilizadas da tabela de preço da SEINF, assim como as composições ajustadas encontram-se respectivamente nos ANEXO A e ANEXO B.
4.1. Resultados
4.1.1. Estrutura com Laje Maciça
A forma desde sistema estrutural foi definida de acordo com a modulação da arquitetura que estipulava pilares a cada 4,80m na horizontal e três pilares na vertical, Figura 4.1. Como as lajes do tipo maciça não são viáveis para vãos maiores que 5 m na menor direção foi necessário colocar vigas na direção vertical, seguindo a mesma modulação dos pilares. Foram adotadas vigas com 12 cm por 60 cm nas extremidades devido ao menor carregamento proveniente das lajes. Já para as vigas intermediárias (vigas V5 e V6 da Figura
4.1) foi necessária uma base de 20 cm, mas assim mesmo foi preciso colocar armadura dupla devido os momentos altos nos apoios centrais. Para as vigas da coberta foram adotadas vigas com altura de 60 cm.
No ANEXO D, pode ser visto a forma dos dois pavimentos assim como o detalhamento das vigas e das lajes.
Figura 4.1 – Forma do piso superior da estrutura com laje maciça.
Para as lajes do pavimento superior seria necessária uma altura de 11 cm devido as deformações existentes no meio do vão. Porém, para torná-las mais competitivas foi adotado altura de 10 cm e considerada uma contra flecha de 1,00cm. Para as lajes da coberta, como o carregamento é inferior ao do pavimento superior, não será necessário contra flecha.
Vale frisar que o limite adotado pela NBR 6118 (2003) de deformação (δ) de
250 l ≤
δ foi
respeitado como mostra a Tabela 4.1 a seguir:
Tabela 4.1 – Deformação das lajes.
Comp. do vão (cm) Limite de flecha (cm) Deformação calculada (cm) Contra Flecha Adotada (cm) Deformação Final (cm) Pav. Superior 480 1,92 1,93 1,00 0,93 Coberta 480 1,92 1,23 0,00 1,23
Na Tabela 4.2 está o quantitativo para um módulo da estrutura com laje maciça. Na Tabela 4.3 mostra o resumo do quantitativo da Tabela 4.2 e na Tabela 4.4 encontram-se os resultados do cálculo dos índices para este sistema estrutural.
Tabela 4.2 - Quantitativo do módulo da estrutura com laje maciça.
Materiais Pav. Superior Coberta TOTAL
Volume de Concreto 41,36 m³ - Lajes 13,61 15,83 29,44 m³ - Vigas 6,45 5,48 11,92 m³ Forma - Área de Forma 455,99 m² - Laje 136,08 158,31 294,38 m² - Viga 82,87 78,74 161,61 m² - Projeção 314,26 m² - Laje 136,08 158,31 294,39 m² - Viga 10,75 9,13 19,87 m²
Projeção do Edifício (escoramento
considerando o pavimento coberta) 167,43 m²
Armadura Fina CA 60 415,00 kg - Vigas - Φ 4.2 0 0 0,00 kg - Φ 5.0 55,5 78,5 134,00 kg - Lajes - Φ 4.2 0 0 0,00 kg - Φ 5.0 0 281 281,00 kg Armadura Fina CA 50 - (3.4 A 6.0) 1768,00 kg - Vigas - Φ 6.3 106,5 111,5 218,00 kg - Φ 8.0 84,5 0 84,50 kg - Lajes - Φ 6.3 308,5 219 527,50 kg - Φ 8.0 532 406 938,00 kg Armadura Média CA 50 - (6.3 A 10.0) 1703,50 kg - Vigas - Φ 10.0 78 114 192,00 kg - Lajes 0 - Φ 10.0 988,5 523 1511,50 kg Armadura Grossa CA 50 - (12.5 A 25.0) 468,00 kg - Vigas - Φ 12.5 92,5 44,5 137,00 kg - Φ 16.0 116 101,5 217,50 kg - Φ 20.0 97 16,5 113,50 kg - Lajes - Φ 12.5 0 0 0,00 kg - Φ 16.0 0 0 0,00 kg - Φ 20.0 0 0 0,00 kg
Tabela 4.3 – Resumo do consumo dos materiais para a estrutura com lajes maciças. Volume de Concreto (m³) Área de Forma (m²) Peso da Armadura (Kg) Área Estruturada (m²) Vigas 11,92 161,61 1096,50 19,87 Lajes 29,44 294,38 3258,00 294,39 TOTAL 41,36 455,99 4354,00 314,26
Tabela 4.4 – Índices obtidos para a estrutura com lajes maciças.
Espessura média (cm) Taxa de Aço (kg/m³) Taxa de Aço II (kg/m²) Taxa de Forma (m²/m²) 13,16 105,28 13,86 1,45
Para o orçamento da estrutura com laje maciça foi necessário considerar, além do consumo de concreto e de aço, a área de projeção da estrutura para orçar a de forma em chapa de madeira, o cimbramento e o escoramento. Vale ressaltar que na tabela de preços da SEINF não consta as composições para o cimbramento e para o escoramento. Desta forma, estas composições foram obtidas a partir do ajuste da composição de forma nervurada onde constam os valores referentes ao cimbramento e ao escoramento.
O resultado do orçamento calculado para a estrutura com laje maciça encontra-se na Tabela 4.5 a seguir:
Tabela 4.5 – Orçamento para um módulo da estrutura com laje maciça.
Composição Un. Quant. Preço
Uni.
Preço Total
FORMA EM CHAPA DE MADEIRA COMPENSADA RESINADA ESP = 12MM (REUTILIZAÇÃO 3 VEZES)
M2 237,05 66,73 15.817,79 ESCORAMENTO/CIMBRAMENTO PARA LAJE
MACIÇA M2 167,43 15,02 2.514,80
ARMADURA CA-60 MÉDIA D6.4 A 9.5 MM KG 415,00 7,77 3.224,55 ARMADURA CA-50 FINA D3.4 A 6.0 MM KG 1768,00 7,06 12.481,75 ARMADURA CA-50 MÉDIA D6.3 A 10.0 MM KG 1703,50 7,62 12.983,23 ARMADURA CA-50 GROSSA D12.5 A 25.0 MM KG 468,00 7,97 3.732,07
CONCRETO PRÉ-MISTURADO BOMBEADO,
INCLUSIVE ADENSADO, FCK 25 MPA M3 41,36 41,36 1.710,65
4.1.2. Estrutura com Laje Nervurada
As lajes do tipo nervurada, diferente das lajes maciças, têm capacidade de atingir vãos maiores que 5m. Sendo assim, foi adotada como solução para esse sistema a forma mostrada na Figura 4.2.
Figura 4.2 – Forma do piso superior da estrutura com laje nervurada.
Foi utilizado para esta laje uma nervura de 26 cm de altura mais capa de 4 cm resultando em 30cm de altura. O caixote adotado para o estudo está no catálogo da empresa Impacto Protensão, que se encontra no ANEXO C. Foi escolhido este caixote a fim de se obter maiores inércias nas nervuras evitando assim grandes deformações das lajes cujo vão atinge 7,80m. As deformações calculadas para as lajes respeitaram os limites determinados
pela NBR 6118 (2003). Para as lajes em balanço da estrutura da coberta foram adotadas lajes maciças de altura de 10 cm.
Figura 4.3 – Corte transversal da nervura adotada.
Foram adotadas vigas com 12 cm por 60 nas extremidades devido o menor carregamento proveniente das lajes. Já para a viga V5 intermediária entre dois módulos foi necessária uma base de 20 cm, mas assim mesmo foi necessária armadura dupla devido o momento alto no apoio central. Para as vigas da coberta, devidos aos carregamentos inferiores aos do pavimento superior, foram adotadas vigas com altura de 50 cm.
No ANEXO E, pode ser visto a forma dos dois pavimentos assim como o detalhamento das vigas e das lajes.
Na Tabela 4.6 está o quantitativo para um módulo da estrutura com laje nervurada. A Tabela 4.7 mostra o resumo do quantitativo da Tabela 4.6 e na Tabela 4.8 encontram-se os resultados do cálculo dos índices para este sistema estrutural. Por fim está contabilizado a quantidade de caixotes utilizados em um pavimento do módulo estudado na Tabela 4.9.
Tabela 4.6 - Quantitativo do módulo da estrutura com laje nervurada.
Materiais Pav. Superior Coberta TOTAL
Volume de Concreto 49,68 m³ - Lajes 19,78 21,89 41,67 m³ - Vigas 4,51 3,51 8,01 m³ Forma - Área de Forma 389,83 m² - Maciça 0,00 23,27 23,27 m² - Nervurada 139,57 139,57 279,14 m² - Viga 49,98 37,44 87,42 m² - Projeção 315,32 m² - Maciça 0,00 21,16 21,16 m² - Nervurada 139,57 139,57 279,14 m² - Viga 7,51 7,51 15,02 m²
Projeção do Edifício (escoramento
considerando o pavimento coberta) 168,24 m²
Armadura Fina CA 60 371,50 kg - Vigas - Φ 5.0 48,5 26,5 75,00 kg - Lajes - Φ 4.2 98 98 196,00 kg - Φ 5.0 24 76,5 100,50 kg Armadura Fina CA 50 - (3.4 A 6.0) 509,50 kg - Vigas - Φ 6.3 98,5 55 153,50 kg - Φ 8.0 21 17 38,00 kg - Lajes - Φ 6.3 96,5 158 254,50 kg - Φ 8.0 43 20,5 63,50 kg Armadura Média CA 50 - (6.3 A 10.0) 522,00 kg - Vigas - Φ 10.0 87,5 61 148,50 kg - Lajes - Φ 10.0 168,5 205 373,50 kg Armadura Grossa CA 50 - (12.5 A 25.0) 1141,50 kg - Vigas - Φ 12.5 46 112,5 158,50 kg - Φ 16.0 94 42,5 136,50 kg - Lajes - Φ 12.5 66 32,5 98,50 kg - Φ 16.0 378 370 748,00 kg
Tabela 4.7 – Resumo do consumo dos materiais para a estrutura com lajes nervurada.
Volume (m³) Área de Forma (m²) Peso da Armadura (Kg) Área Estruturada (m²) Vigas 8,02 87,42 710,00 15,02 Lajes 41,67 302,41 1834,50 300,30 TOTAL 49,93 389,83 2544,50 315,32
Tabela 4.8 – Índices para a estrutura com laje nervurada.
Espessura média (cm) Taxa de Aço (kg/m³) Taxa de Aço II (kg/m²) Taxa de Forma (m²/m²) 15,75 51,22 8,07 1,24
Tabela 4.9 – Caixotes por pavimento. Caixotes por Pavimento 344
Para o orçamento da estrutura com laje nervurada, todas as composições foram obtidas por meio da tabela de preços da SEINF. Entretanto, como no pavimento superior existem lajes maciças em balanço para compor a fachada da arquitetura, para estas foram utilizadas as composições adotadas para laje maciça.
O resultado do orçamento calculado para a estrutura com laje nervurada encontra-se na Tabela 4.10 a encontra-seguir:
Tabela 4.10 – Orçamento para um módulo da estrutura com laje nervurada.
Composição Un. Quantidade Preço
Uni.
Preço Total
FORMA PADRÃO TIPO CAIXOTE REMOV. EM PLÁSTICO P/ LAJE C/ LOC. MENSAL DE MOLDE/ESCORAMENTO/CIMBRAMENTO
M2 279,14 37,02 10.333,76 FORMA EM CHAPA DE MADEIRA COMPENSADA
RESINADA ESP = 12MM (REUTILIZAÇÃO 3 VEZES) – LAJES MACIÇAS
M2 110,69 66,73 7.386,38 ESCORAMENTO/CIMBRAMENTO PARA LAJE
MACIÇA – LAJES MACIÇAS E VIGAS M2 36,18 15,02 543,35
ARMADURA CA-60 MÉDIA D6.4 A 9.5 MM KG 371,50 7,77 2.886,56 ARMADURA CA-50 FINA D3.4 A 6.0 MM KG 509,50 7,06 3.596,97 ARMADURA CA-50 MÉDIA D6.3 A 10.0 MM KG 522,00 7,62 3.978,42 ARMADURA CA-50 GROSSA D12.5 A 25.0 MM KG 1141,50 7,97 9.102,89
CONCRETO PRÉ-MISTURADO BOMBEADO,
INCLUSIVE ADENSADO, FCK 25 MPA M3 41,36 49,68 2.054,56
4.1.3. Estrutura com Laje Treliçada
Assim como a estrutura com laje maciça, para a estrutura com laje treliçada também foi necessário definir vigamento vertical espaçado de 4,80m, pois este tipo de laje não consegue atingir grandes vãos devido às deformações. Foi adotado para essa solução treliças tr16746 com altura das nervuras de 16 cm mais capa de 4 cm, com espaçamento de 42cm de eixo a eixo. Foi utilizado como material inerte tijolo cerâmico furado de 16 cm de altura.
Neste sistema, o fator limitante dificilmente é o momento de cálculo resultante do carregamento da laje, mas sim a deformação das treliças, por isso foi necessária esta altura total de 20cm a fim de se obter maior inércia nas nervuras.
Apesar da altura adotada para a laje, devido à grande sobrecarga existente de 3kN/m², foi adotada uma contra flecha de 1,50cm para o pavimento superior. Já para as lajes da coberta, devido à incidência de menores carregamentos, não foi necessário contra flecha, pois as deformações existentes respeitam os limites impostos pela NBR 6118 (2003) de deformação (δ) de
250 l ≤
δ como mostra a Tabela 4.11 a seguir: Tabela 4.11 – Deformação das lajes.
Comp. do vão (cm) Limite de flecha (cm) Deformação calculada (cm) Contra Flecha Adotada (cm) Deformação Final (cm) Pav. Superior 480 1,92 2,62 1,50 1,12 Coberta 480 1,92 1,38 0,00 1,38
Foram adotadas vigas com 12 cm por 60 cm na horizontal, que servem para travamento dos pilares nos quais elas se apóiam. Já para as vigas verticais foi necessário dimensão de 15 cm por 60 cm para a viga da extremidade e de 20 cm por 60 cm para as vigas intermediárias. Isso acontece, pois as lajes apóiam-se de maneira unidirecional com direção horizontal, desta forma, estas vigas precisaram de maior inércia para suportar maiores carregamentos. As vigas horizontais recebem menor parcela de carga se comparadas às verticais. Para estas vigas verticais foi necessária armadura dupla devido os momentos de cálculo altos nos apoios centrais.
Para a capa das lajes foi adotada uma tela com armadura mínima evitando fissuração do concreto. A tela utilizada foi a Q92 da Belgo de bitola Φ 4.2mm de 15x15cm.
No ANEXO F, pode ser visto a forma dos dois pavimentos assim como o detalhamento das vigas e das lajes.
Na Tabela 4.12 está o quantitativo para um módulo da estrutura com laje treliçada. Na Tabela 4.13 mostra o resumo do quantitativo da Tabela 4.12 e na Tabela 4.14 encontram-se os resultados do calculo dos índices para este sistema estrutural. Por fim na Tabela 4.15 está contabilizado a quantidade de treliças e a quantidade de tijolos utilizados no pavimento superior e coberta.
Tabela 4.12 – Quantitativo do módulo da estrutura com laje treliçada.
Materiais Pav. Superior Coberta TOTAL
Volume de Concreto 41,13 m³ - Lajes 13,00 16,04 29,04 m³ - Vigas 6,59 5,50 12,09 m³ Área de Forma m³ - Área de Forma 169,55 m² - Treliça 0,00 0,00 0,00 m² - Viga 92,58 76,97 169,55 m² - Projeção 314,66 m² - Treliça 135,94 156,75 292,69 m² - Viga 10,99 10,99 21,97 m²
Projeção do Edifício (escoramento
considerando o pavimento coberta) 167,74 m²
Armadura Fina CA 60 305,50 kg - Vigas - Φ 5.0 35,5 81,5 117,00 kg - Lajes - Φ 5.0 129,40 59,10 188,50 kg Armadura Fina CA 50 - (3.4 A 6.0) 286,50 kg - Vigas - Φ 6.3 75,5 2 77,50 kg - Φ 8.0 191,5 17,5 209,00 kg Armadura Média CA 50 - (6.3 A 10.0) 144,00 kg - Vigas - Φ 10.0 88 56 144,00 kg Armadura Grossa CA 50 - (12.5 A 25.0) 659,00 kg - Vigas - Φ 12.5 4,5 48 52,50 kg - Φ 16.0 192 167,5 359,50 kg - Φ 20.0 247 0 247,00 kg Armadura da Treliça 830,87 kg - Lajes 382,64 448,23 830,87 kg Tela Soldada 528,80 kg - Lajes 227,95 300,85 528,80 kg
Número de Tijolo (Milheiro) 2,37
Tabela 4.13 – Resumo do consumo dos materiais para a estrutura com laje treliçada. Volume de Concreto (m³) Área de Forma (m²) Peso da Armadura (Kg) Área Estruturada (m²) Vigas 12,09 169,55 1206,50 21,97 Lajes 29,04 0 1548,17 292,69 TOTAL 41,13 169,55 2754,67 314,66
Tabela 4.14 – Índices para a estrutura com laje treliçada.
Espessura média (cm) Taxa de Aço (kg/m³) Taxa de Aço II (kg/m²) Taxa de Forma (m²/m²) 13,07 44,49 5,81 0,54
Tabela 4.15 – Outros elementos.
Quantidade de Tijolos dos
Pavimentos Superior e Coberta 2471 Quantidade de Treliças tr16746 304
Para o orçamento da estrutura com laje treliçada foi necessário ajuste na composição para Laje Treliçada existente na tabela de preços da SEINF, pois a composição original adota uma treliça de 10cm e capa de 5cm. Entretanto, para o projeto, foi utilizada uma treliça de 16cm de altura com capa de 4cm. Desta forma, foi ajustado o consumo dos materiais para o concreto e para a treliça, substituiu-se os materiais listados para a fabricação da treliça pelo preço de mercado de uma treliça de 16cm para sobrecarga de 3kN/m². A nova composição encontra-se no ANEXO B.
O resultado do orçamento calculado para a estrutura com laje nervurada encontra-se na
Tabela 4.16 – Orçamento para um módulo da estrutura com laje treliçada.
Composição Un. Quantidade Preço
Uni.
Preço Total
FORMA EM CHAPA DE MADEIRA COMPENSADA RESINADA ESP = 12MM (REUTILIZAÇÃO 3 VEZES) – P/ VIGAS
M2 169,55 66,73 11.314,07 ESCORAMENTO/CIMBRAMENTO – P/ VIGAS M2 21,97 15,02 329,99 LAJE TRELIÇADA P/ PISO INCLUSIVE
CAPEAMENTO ESP.=4CM M2 292,69 77,77 22.762,80
TIJOLO PARA LAJE TRELIÇADA - CERÂMICA TAVARES
1000
UN 2,37 400,00 948,40
ESCORAMENTO PARA LAJE TRELIÇADA M2 156,75 5,90 924,85
ARMADURA EM TELA SOLDADAP/ PISO M2 528,80 14,15 7.482,52 ARMADURA CA-60 MÉDIA D6.4 A 9.5 MM KG 211,25 7,77 1.641,41 ARMADURA CA-50 FINA D3.4 A 6.0 MM KG 286,50 7,06 2.022,64 ARMADURA CA-50 MÉDIA D6.3 A 10.0 MM KG 144,00 7,62 1.097,50 ARMADURA CA-50 GROSSA D12.5 A 25.0 MM KG 659,00 7,97 5.255,20
CONCRETO PRÉ-MISTURADO BOMBEADO,
INCLUSIVE ADENSADO, FCK 25 MPA M3 12,09 41,13 497,00
4.1.4. Estrutura Pré-Fabricada
Uma das grandes vantagens do sistema pré-fabricado é que os elementos que compõem a estrutura são protendidos. Isto permite que as peças possuam seções menores que as necessárias se comparadas a de uma peça de concreto armado, além de serem bastante viáveis para grandes vãos.
A forma adotada para o estudo foi definida como mostra a Figura 4.5 a seguir:
Figura 4.5 – Forma do piso superior da estrutura pré-fabricada.
Para todos os elementos calculados foi adotado o critério de protensão limitada, isto é, as tensões de tração na peça em serviço não ultrapassam a tensão de tração resistida pelo concreto.
Os painéis de lajes utilizadas são do tipo alveolar com 25cm de altura e 1,20m de largura cada como mostrado na Figura 4.6 cujos vãos de 9,45m. Para as lajes do pavimento superior foram adotados 14 cordoalhas de Φ 12.7mm CP 190 RB, já para as lajes da coberta seriam necessárias apenas 10 cordoalhas de Φ 12.7mm CP 190 RB.
Figura 4.6 – Laje Alveolar pré-fabricada.
Na Tabela 4.17 a seguir pode-se verificar o resumo das deformações dos painéis de lajes alveolares.
Tabela 4.17 – Deformações dos painéis de lajes alveolares.
Comp. do vão (cm) Limite de flecha (cm) Def. Carga Permanente (cm) Def. Carga Acidental (cm) Deformação Protensão (cm) Deformação Final (cm) Pav. Superior 945 3,78 5,39 0,63 -5,53 0,49 Coberta 945 3,78 4,02 0,11 -3,95 0,17
Todas as vigas possuem seção retangular com 25x55cm. Somado as lajes alveolares apoiadas e o capeamento de 5 cm tem-se altura total de 85cm como mostra a Figura 4.7.
Figura 4.7 – Seção da viga pré-fabricada com laje alveolar e capeamento.
Na Tabela 4.18 a seguir está o quadro resumo com a quantidade de cordoalhas necessárias para cada trecho de cada viga. As vigas V3 e V4 possuem maior número de cordoalhas, pois para seu cálculo foi adotado o carregamento proveniente do módulo estudado e também do modulo seguinte, não representado na forma da Figura 4.5.
Tabela 4.18 – Quantidade de cordoalhas por viga.
Viga Vão (m) Quant. de
cordoalha Pavimento Superior V1 7,68 7 V2 6,80 5 V3 7,68 16 V4 6,80 11 Coberta V1 7,98 5 V2 7,10 4 V3 7,98 12 V4 7,10 8
No ANEXO G, pode ser visto a forma dos dois pavimentos assim como o detalhamento das vigas e das lajes.
O orçamento da estrutura pré-fabricada é realizado de forma diferente dos outros sistemas estruturais já citados. Para tornar o preço desse tipo de estrutura viável, devem-se ter peças repetidas varias vezes, para que o preço da forma metálica seja diluído para uma grande quantidade de peças. É preferível, na verdade, que a peça já possua seção padrão na fabrica de
pré-moldados, para que este custo esteja ainda mais diluído. Já o aço e o concreto são orçados do mesmo modo que uma peça concreta “in loco”.
Além dos custos dos materiais dos elementos, devem ser somados os custos do transporte das peças, montagem, utilização de guindastes no local de montagem, assim como dos operários e das leis sociais. A estrutura pré-fabricada a principio torna-se mais cara devido todos esses itens citados, entretanto ela pode se tornar bastante competitiva devido o tempo de execução ser bastante inferior se comparado a estrutura moldada no local.
Devido às peculiaridades deste sistema, o orçamento do módulo estudado foi solicitado a uma empresa local fabricante de elementos pré-fabricados: T&A Pré-fabricados. Porém, devido à incompatibilidade das peças projetadas com as peças disponibilizadas pelo fabricante neste momento, a empresa sugeriu uma nova forma, onde os elementos estão dispostos de forma diferente, modificando completamente a estrutura proposta. A nova forma pode ser vista no ANEXO H. Não foi disponibilizado pela empresa o detalhamento das peças, informando apenas as taxas de aço adotadas.
Através das taxas de aço adotadas foi feita uma estimativa dos consumos para esta estrutura, como mostra a Tabela 4.19. Na Tabela 4.20 estão os índices calculados para a estimativa desta estrutura.
Tabela 4.19 – Consumo dos materiais para a estrutura pré-fabricada.
Volume de Concreto (m³) Área de Forma (m²) Peso da Armadura (Kg) Área Estruturada (m²) Vigas 16,28 0 2303,40 25,76 Lajes 24,64 0 985,60 168,80 TOTAL 40,92 0 3289,00 294,56
Tabela 4.20 – Índices para a estrutura pré-fabricada.
Espessura média (cm) Taxa de Aço (kg/m³) Taxa de Aço II (kg/m²) Taxa de Forma (m²/m²) 13,89 80,38 11,17 0
O resultado do orçamento disponibilizado para a estrutura sugerida pela T&A Pré-fabricados encontra-se na Tabela 4.21 a seguir:
Tabela 4.21 – Orçamento para um módulo da estrutura com laje treliçada. PEÇAS Q. FABRICAÇÃO (R$) TRANSPORTE (R$) GUINDASTE (R$) MONTAGEM (R$) PREÇO TOTAL (R$) V IG A S VBTF1 4 18.621,27 427,09 1.320,00 916,67 21.285,03 VBTF2 2 6.855,08 157,23 660,00 458,33 8.130,64 VBTF3 2 7.468,97 171,31 660,00 458,33 8.758,61 VBT1 2 8.674,24 198,95 660,00 458,33 9.991,52 L A J E S L1 16 16.052,84 691,80 1.320,00 916,67 18.981,31 L2 16 17.490,41 753,75 1.320,00 916,67 20.480,83 TOTAL 42 75.162,81 2.400,12 5.940,00 4.125,00 87.627,94
4.2. Comparações
Na Tabela 4.22 estão resumidos os principais resultados mostrados no item 4.1. Deve ser salientado que esses índices se aplicam para este módulo que está sendo estudado, ou seja, para este tipo de carregamento e para essas médias de vãos utilizados para o estudo.
Para cada item desta tabela será feita a comparação, com o auxílio dos gráficos a seguir.
Tabela 4.22 – Resumo para comparação dos sistemas estruturais.
Sistemas Estruturais
Laje Maciça Laje Nervurada Laje Treliçada Pré-fabricado Volume (m³) 41,36 49,93 41,13 40,92 Peso (kg) 4354,00 2544,50 2754,67 3289,00 Área de Forma (m²) 455,99 389,83 169,55 0,00 Espessura Média (cm) 13,16 15,75 13,07 13,89 Taxa de Aço (kg/m³) 105,28 51,22 44,49 80,38 Taxa de Aço II (kg/m²) 13,86 8,07 5,81 11,17 Taxa de Forma (m²/m²) 1,45 1,24 0,54 0,00 Orçamento (R$) 52.464,83 39.882,89 54.276,36 87.627,94
4.2.1. Volume de concreto (m³)
Entre os quatro sistemas estruturais, o que resultou no menor consumo de concreto foi a estrutura pré-fabricada, como mostra a Figura 4.8. Isto ocorre, pois, devido a protensão, as peças necessitam de menores inércias se comparadas às peças de concreto armado. Além disso, a quantidade de vigas adotada para o projeto é bem inferior se comparada às outras opções.
A estrutura que apresentou maior consumo de concreto foi a com laje nervurada. Isso de deve a concepção da forma que possui vãos maiores que o adotado para as estruturas com laje maciça e com laje treliçada. Como consequência foi adotado caixotes com maiores alturas, o que implica em nervuras mais altas para evitar grandes deformações na laje.
Comparação do Volume de Concreto (m³)
41,36 49,93 41,13 40,92 0 10 20 30 40 50 60
Laje Maciça Laje Nervurada
Laje Treliçada
Pré-fabricada
Opções dos Sistemas Estruturais
V o lu m e d e C o n c re to (m ³)
4.2.2. Peso do Aço (kg)
De acordo com o gráfico da Figura 4.9, a estrutura com menor valor no peso do aço foi a com laje nervurada.
Comparação do Peso do Aço (kg)
4354,00 2455,50 2754,67 3289,00 0 1000 2000 3000 4000 5000Laje Maciça Laje Nervurada
Laje Treliçada
Pré-fabricada Opções dos Sistemas Estruturais
P e s o d o A ç o ( k g )
4.2.3. Área de forma (m²)
A área de forma que está sendo comparada neste item engloba apenas a quantidade de forma utilizada “in loco”. Neste item é indiscutível que as estruturas que possuem elementos pré-fabricados possuam os menores valores, conforme o gráfico da Figura 4.10. Isto acontece, pois o canteiro de obras recebe os elementos prontos apenas para a montagem.
Fazendo a comparação apenas entre as estruturas que não possuem elementos pré-fabricados, a estrutura com laje nervurada possui menor consumo de área de forma que a com laje maciça devido à menor quantidade de vigas.
Comparação da Área de Forma (m²)
455,99 389,83 169,55 0,00 0 100 200 300 400 500Laje Maciça Laje Nervurada
Laje Treliçada Pré-fabricada
Opções dos Sistemas Estruturais
Á re a d e F o rm a ( m ²)
4.2.4. Espessura média (cm)
A comparação deste item muito se assemelha ao do volume de concreto, ou seja, a estrutura com menor resultado é a pré-fabricada, enquanto que a de maior valor é a com laje nervurada.
Comparação da Espessura Média (cm)
13,16 15,75 13,07 13,89 0 5 10 15 20
Laje Maciça Laje Nervurada
Laje Treliçada Pré-fabricada
Opções dos Sistemas Estruturais
E s p e s s u ra M é d ia ( c m )
4.2.5. Taxa de aço (kg/m³)
De acordo com o gráfico da Figura 4.12, a estrutura com menor valor na taxa de aço foi a com laje treliçada.
Comparação da Taxa de Aço (kg/m³)
105,28 51,22 44,49 80,38 0 20 40 60 80 100 120Laje Maciça Laje Nervurada
Laje Treliçada Pré-fabricada
Opções dos Sistemas Estruturais
T a x a d e A ç o ( k g /m ³)
4.2.6. Taxa de aço II (kg/m²)
De acordo com o gráfico da Figura 4.13, a estrutura com menor valor na taxa de aço foi a com laje treliçada.
Comparação da Taxa de Aço II (kg/m²)
13,86 8,07 5,81 11,17 0 2 4 6 8 10 12 14 16Laje Maciça Laje Nervurada Laje Treliçada Pré-fabricada Opções dos Sistemas Estruturais
T a x a d e A ç o I I (k g /m ²)
4.2.7. Taxa de forma (m²/m²)
Como esperado, o gráfico da Figura 4.14 mostra que as estruturas pré-fabricadas possuem menores taxas de forma, assemelhando-se bastante ao resultado do gráfico da Figura 4.10. Isso acontece, pois a área estruturada possui valores muito próximos para as quatro estruturas estudadas. Os motivos para o resultado da comparação entre as estruturas com laje maciça e com laje nervurada são os mesmos comentados no item 4.2.3.
Comparação da Taxa Forma (m²/m²)
1,45 1,24 0,54 0,00 0 0 0 1 1 1 1 1 2Laje Maciça Laje Nervurada Laje Treliçada Pré-fabricada Opções dos Sistemas Estruturais
T a x a F o rm a ( m ²/ m ²)
4.2.8. Comparação do orçamento (R$)
Como mostra o gráfico da Figura 4.15, a estrutura com laje nervurada foi a que apresentou menor custo no orçamento. Isso se deve ao menor gasto com forma, pois, conforme o que foi comentado anteriormente, esta forma possui menor número de vigas.
Outro fator relevante é que, no panorama atual, o aço possui preço mais elevado se comparado ao preço relativo ao concreto. Desta forma, a solução com laje nervurada tornou-se ainda mais vantajosa, pois, comparada aos outros sistemas, consumiu mais concreto e menos aço.
Comparação do Orçamento (R$)
52.464,83 39.882,89 54.276,36 87.627,94 0 20000 40000 60000 80000 100000Laje Maciça Laje Nervurada
Laje Treliçada
Pré-fabricada
Opções dos Sistemas Estruturais
O rç a m e n to ( R $ )
Figura 4.15 – Gráfico comparativo do orçamento (R$).
A estrutura com laje maciça teve um resultado 31,55% mais caro que a estrutura com laje nervurada, enquanto que a com laje treliçada custou 36,09% a mais, conforme mostra o gráfico da Figura 4.16.
A estrutura pré-fabricada teve o resultado mais elevado: 119,71% mais caro que a estrutura com laje nervurada. Como já foi comentado anteriormente, é necessário considerar o tempo de execução deste tipo de estrutura para que ela se torne competitiva.
Comparação do Percentual do Orçamento
(% )
31,55 0,00 36,09 119,71 0 20 40 60 80 100 120 140Laje Maciça Laje Nervurada
Laje Treliçada Pré-fabricada
Opções dos Sistemas Estruturais
P e rc e n tu a l d o O rç a m e n to ( % )
4.2.9. Tempo de Execução (dias)
Para verificar se a estrutura pré-fabricada é vantajosa para este projeto, ela será comparada apenas com a solução mais econômica: a estrutura com laje nervurada. Para realizar esta comparação será considerado não só o módulo estudado, mas todo o edifício.
Primeiramente será verificado o tempo de execução para a estrutura com laje nervurada.
Na composição de custo da forma foi considerado apenas um jogo de forma por pavimento. Desta forma, o prédio será dividido em 4 trechos iguais, ou seja 4 etapas de execução de forma e concretagem. Caso fosse divido em apenas 2 trechos, ou seja, uma etapa de concretagem para cada pavimento, o tempo necessário para desforma resultaria em operários parados na obra.
O prédio possui área de 700,70m² para cada pavimento. Cada pavimento então será dividido em 2 trechos de 350,35m², como pode ser visto na Figura 4.17.
Figura 4.17 – Divisão da estrutura em trechos iguais para as etapas de concretagem.
Todos os dados de produtividade utilizados para esta verificação foram fornecido pela Construtora Castelo Branco. Estes números foram resultados obtidos para uma estrutura com características similares: sistema estrutural com lajes nervuradas e vigas convencionais.
A Tabela 4.23 mostra os dados de produtividade para os funcionários necessários para a execução desta estrutura.
Tabela 4.23 – Produtividade dos funcionários.
Funcionário Produtividade (m²/dia) Carpinteiro 5,70
Ferreiro 11,66 Servente 10,00
A carpintaria, por ser o serviço de menor produtividade, irá ditar o tempo necessário para execução de cada um dos 4 trechos da obra. Segundo a Construtora Castelo Branco, um carpinteiro necessita de 40m² de área mínima de trabalho. Desta forma, dividi-se a área de um trecho 40m²/carpinteiro, obtendo-se então a quantidade necessária de carpinteiros. Através da produtividade mostrada na Tabela 4.23, calcula-se finalmente a quantidade de dias: eiros int carp 76 , 8 eiro int carp / ² m 40 ² m 35 , 350 = , assim: eiro int carp / dias 7 eiro int carp / dias 83 , 6 dia / ² m 7 , 5 eiros int carp / ² m 93 , 38 eiros int carp 9 ² m 35 , 350 = = ≅
Sabe-se então que serão necessários 7 dias para execução de cada trecho. Supondo que o trecho vermelho seja o primeiro a ser realizado; no 7º dia de execução, dia em que é realizada a concretagem, a equipe de carpintaria já inicia a execução do trecho amarelo. Serão então necessários 6 dias para o término deste segundo trecho. Seguindo esta lógica até o último trecho, o de cor azul, e adicionando ainda 5 dias após a concretagem para realização da desforma, a execução desta estrutura resulta em 29 dias úteis.
Através das produtividades da Tabela 4.23 pode-se verificar a equipe necessária: • Para montagem das formas:
Como foi calculado anteriormente, são necessários 9 carpinteiros. Para cada 4 carpinteiros, é necessário 1 auxiliar de carpintaria, desta forma, são necessários 3 auxiliares.
• Para montagem das armaduras:
ferreiros 5 ferreiros 29 , 4 dias 7 ferreiro / dias 05 , 30 dia / ² m ferreiros 66 , 11 ² m 35 , 350 : Ferreiros = = ≅ ⋅
Para cada 3 ferreiros, é necessário 1 auxiliar de carpintaria, sendo assim, são necessários 2 auxiliares.
• Para o cimbramento: serventes 5 dias 7 servente / dias 04 , 35 dia / ² m serventes 00 , 10 ² m 35 , 350 : Serventes = = ⋅
Em resumo é necessária uma equipe de 24 operários (9 carpinteiros, 3 auxiliares de carpinteiro, 5 ferreiros, 2 auxiliares de ferreiro e 5 serventes) para execução da estrutura.
Para a estrutura pré-fabricada foram utilizados os dados fornecidos pela empresa T&A Pré-fabricados, cujos resultados podem ser vistos na Tabela 4.24.
Tabela 4.24 – Tempo de montagem das peças da estrutura pré-fabricada.
PEÇAS Q. PEÇAS / DIA Nº DE DIAS
P IL A R E S P1 6 6,00 1,00 P2 9 6,00 1,50 P3 4 6,00 0,67 V IG A S VBTF1 20 8,00 2,50 VBTF2 4 8,00 0,50 VBTF3 2 8,00 0,25 VBTF4 2 8,00 0,25 VBTF5 2 8,00 0,25 VBT1 10 8,00 1,25 L A J E S L1 80 32,00 2,50 L2 64 32,00 2,00 L3 16 32,00 0,50 TOTAL 149 13,17
Através da Tabela 4.24 pode-se concluir que a estrutura pré-fabricada possui o tempo total de montagem de 14 dias.
