Comparação entre fundações de edificações em Alvenaria Convencional e Alvenaria
de Fôrmas isolantes de EPS para Concreto
Comparison between foundations of edification to conventional masonry and
insulating Molds in EPS for Concrete
Marden Venâncio Dal Col¹, Karen Wrobel Straub2
Resumo: A construção civil é um grande fator influente na economia brasileira, tendo em vista o alto índice de construções residenciais e que a alvenaria ocupa o maior volume dentro da edificação, novos métodos construtivos são aprimorados buscando maior eficiência. Dentre essas inovações pode-se citar o sistema de fôrmas isolantes para concreto (ICF), que oferecem vantagens em relação a alvenaria convencional. Com base nos fatos expostos o objetivo do trabalho foi comparar o carregamento nas fundações em função do sistema construtivo adotado para a confecção da alvenaria. Este estudo foi realizado adotando as características de solo da cidade de Sinop-MT. Como a região encontra-se em constante desenvolvimento, o projeto arquitetônico adotado em estudo foi de um conjunto habitacional local. Assim, para obter as cargas provenientes de cada parede, as mesmas foram calculadas, manualmente. A concepção estrutural foi locada e montada com a utilização de um software estrutural. Para sapata isolada foram adotados a alvenaria convencional e a fôrma de
EPS sem concreto, para sapata corrida a alvenaria convencional foi comparada com o método de construção de ICF. Notou-se que, alvenaria convencional resultou em uma carga superior ao ICF sem função estrutural de 43%. Resultando em 30% a mais de concreto e 28% de aço na sapata isolada e quando as fôrmas utilizadas de forma estrutural houve um aumento da carga de 15%. Resultando em 20% a mais de concreto e 24% de aço na sapata corrida.
Palavras-chave: Alvenaria; Fundação; Fôrmas isolantes de concreto; Parede.
Abstract: The construction is a major contributing factor in the Brazilian economy, given the high rate of Residential Buildings and masonry occupies the largest volume within the building new construction methods are enhanced seeking greater efficiency. Among these innovations we can mention the system of insulating concrete formwork for (ICF), they offer advantages over conventional masonry. Based on the facts stated the objective of this study was to compare the load on the foundations according to the construction system adopted to construct masonry. This study was conducted by adopting the soil characteristics of the city of Sinop-MT. As the region is developing constantly, the architectural design adopted in study is city district. Thus for loads from each wall, they were calculated manually, the structure was assembled with the use of a software structure. For isolated foundation, were adopted conventional masonry and EPS formwork without concrete, for foundation beam conventional masonry was compared with ICF construction method. Conventional masonry resulted in a higher charge to the ICF no structural function 43%. Resulting in 30 % more concrete and 28% steel in the foundation and when the molds used in structural terms there was an increased load of 15 %. Resulting in 20% more than 24% concrete and steel in the foundation.
Keywords: Masonry; Foundation; insulating concrete formwork; Wall.
1 Introdução
O mercado da construção civil tem se expandido cada vez mais nos últimos anos, participando diretamente na economia brasileira, desde construções na área de infraestrutura impulsionando o desenvolvimento e contribuindo para melhoria das cidades, como nas construções residenciais (CBIC, 2016).
Seguindo esta tendência, Sinop, que esta localizada ao norte do estado de Mato Grosso, também tem se destacado quanto ao crescimento populacional mantendo o mercado da construção civil aquecido. Observando o cenário do município que obteve crescimento considerável na construção civil em 2012, onde os dados do Núcleo de Desenvolvimento Urbano de Sinop apontam que foram construídos mais de 425.338,80 metros quadrados de imóveis residenciais e comerciais, dentro do perímetro urbano, entre janeiro e dezembro do referido ano (PRODEURBS, 2015).
1Graduando em Engenharia Civil, UNEMAT, Sinop-MT,
Brasil, E-mail: marden_vdc@hotmail.com
2Professora Mestre, UNEMAT, Sinop-MT, Brasil, E-mail:
karen.straub@unemat.br
Desta forma, o setor da construção civil vem buscando por sistemas construtivos alternativos mais econômicos, eficazes e sustentáveis, além de pensar na redução de resíduos e desperdício de materiais. Uma das partes mais importantes de uma construção é a alvenaria, pois ela ocupa o maior volume dentro de uma obra quando comparada a outros elementos presentes em uma edificação (SILVA, 2004).
Ela tem sido utilizada pelo homem desde a antiguidade em habitações, monumentos, templos religiosos e outros, mantendo-se presente nas mais antigas formas de construção (ACCETI, 1998). Até o final do século XIX a alvenaria prevaleceu como parte estrutural de uma edificação, porém devido à ausência de estudos específicos da área, eram executadas de forma empírica, resultando em um superdimensionamento. (SILVA, 2004).
Por volta de 1950 surgiram normas e códigos de obras com procedimentos de cálculos estruturais na Europa e também na América do Norte, resultando em um aumento contínuo no uso da alvenaria estrutural, (KALIL, 2007).
urbanas e exigindo um sentido estético mais compatível com as mudanças econômicas, políticas e culturais do país. São Paulo, por exemplo, se modernizava rapidamente, surgindo os primeiros edifícios em concreto armado e construções em aço (SILVA, 2004).
A alvenaria convencional, executada em bloco cerâmico, estabelece um predomínio dentro dos elementos de vedação utilizado no Brasil devido ao custo acessível oferecido pela mesma (GONZALEZ, 2003). Entretanto, para destacar-se no mercado relacionado à indústria da Construção Civil é necessário saber executar uma determinada obra com baixo custo, alta qualidade e tempo reduzido para atender a satisfação do proprietário e do construtor. Ou seja, a escolha do sistema construtivo a ser adotado para cada tipo de obra é fundamental para que haja uma redução no custo e no tempo de execução da obra.
Desta forma, existe uma preocupação permanente em relação às reduções do custo e aumento da produtividade, tendo em vista que a alvenaria contribui de forma significativa para o carregamento da fundação, pois a escolha da mesma pode influenciar diretamente no dimensionamento e no tipo de fundação a ser utilizado, consequentemente afetando no custo da obra.
Assim, com a necessidade de novos métodos construtivos mais eficazes e econômicos foram surgindo novas técnicas, pode-se citar como exemplo o sistema de fôrmas isolantes para concreto, (ICF), que consiste em um sistema que utiliza uma alvenaria composta por blocos de EPS de alta densidade que permite uma montagem rápida por encaixes, onde são feitos os blocos armados e concretados em seus vazios, tornando-a paredes monolíticas. Segundo Cozza (2016), esse sistema oferece maior controle das dimensões, e velocidade no alinhamento e construção da alvenaria.
Diante dos fatos apresentados este trabalho teve por objetivo fazer um estudo comparativo de sapatas utilizando alvenaria convencional e sistema de fôrmas isolantes de EPS para concreto.
Este trabalho se mostrou importante tendo em vista que apresentou resultados eficientes na área de fundações rasas demonstrando o consumo de concreto utilizado nas sapatas, adotando novos métodos construtivos disponíveis no município de Sinop, tendo como destaque a baixa tensão admissível do solo local.
2 Fundamentação Teórica 2.1 Alvenaria convencional
Conforme Tauil e Nese (2010), a alvenaria é um conjunto de peças cuidadosamente colocadas uma sobre a outra, interligadas por um ligante apropriado de cimento e areia, geralmente constituído de tijolo cerâmico devido sua abundancia. O resultado final é um elemento rígido, vertical e coeso.
Ainda segundo os autores, esse conjunto serve para impedir vazamentos, resistir às cargas oriundas da gravidade, contribuir para manutenção do conforto térmico, resistir aos impactos, impedindo também a entrada de vento e chuva no interior dos ambientes. A alvenaria de vedação convencional é determinada a partir das montagens de pequenos elementos com o propósito de separar ambientes, e é chamada de
vedação por funcionar somente para o fechamento de áreas entre estruturas, atendendo ao conforto físico e visual de usuários. A Figura 1 apresenta uma parede de alvenaria de vedação executada em tijolo cerâmico, (NASCIMENTO, 2004).
Figura 1 - Alvenaria convencional- Fonte: (Acervo pessoal, 2016).
Entretanto, como as necessidades foram mudando, o mercado teve de inovar para se adequar, surgindo então, novas tecnologias para vedação. Atualmente, uma das novas técnicas que tem ocupado espaço no mercado da construção civil é a alvenaria com fôrmas isolantes para concreto, que promete trazer algumas vantagens sobre o método convencional.
2.2. Alvenaria de fôrmas isolantes para concreto As fôrmas isolantes para concreto (ICF) são constituídas de poliestireno expandido (EPS), o que a leva a ser um material especialmente apropriado para preenchimento da alvenaria, que também envolve e da forma ao concreto.
O EPS é um plástico celular rígido, resultante da polimerização do estireno em água. Os produtos finais de EPS são inodoros, não contaminam o solo, água e ar, são 100% reaproveitáveis e recicláveis e podem voltar à condição de matéria (ABRAPEX, 2015). Barbosa e Silva (2008) ainda acrescentam que, pelo fato do poliestireno expandido ser um plástico celular rígido composto por praticamente 98% de ar, obter uma densidade especifica baixa mantendo a resistência e um alto potencial termo acústico o torna um material viável dentro das edificações. Assim, existem várias vantagens em aplicações do EPS na construção civil, entre elas a utilização como preenchimento de alvenaria.
Nos últimos trinta e cinco anos esse material ganhou uma posição estável na construção civil, não apenas por suas características isolantes, mas também por sua leveza, resistência, facilidade de manuseio e baixo custo, entre outros fatores (ABRAPEX, 2015). As paredes onde são empregadas as fôrmas isolantes para concreto, devem obedecer ao conjunto de regularizações do Sistema Nacional de Avaliações Técnicas (SINAT), as fôrmas destinadas a receber o concreto da estrutura não devem obter tubulações de gás e nenhum tipo de tubulação hidráulica.
O método de aplicação do sistema de ICF varia de acordo com cada fabricante, tendo entre eles alguns parâmetros primordiais. Sendo eles: Primeiramente, o terreno deve ser nivelado e feito a locação da fundação especifica para o projeto, as fundações podem ser de radier para edifícios de maiores cargas e sapata corrida para menores edificações (ABRAPEX, 2016).
A fundação é dimensionada e escolhida conforme a exigência de cada projeto, em seguida é fixada a primeira fileira de ICF dando seguimento a alvenaria, espessura da parede varia de acordo com cada forma como demonstra um exemplo de alvenaria em ICF na Figura 2 (ABRAPEX, 2016).
Figura 2- Sistema de ICF. Fonte: (Acervo pessoal, 2016)
A utilização de formas sem o preenchimento de concreto funciona como um elemento de enchimento de alvenaria como um bloco de EPS usado apenas para vedar ambientes em paredes destinadas a não receber nenhuma carga, onde não há necessidade do preenchimento de concreto. Na Figura 3 pode se observar as formas preenchidas com espuma expansiva.
Figura 3 - Formas sem preenchimento de concreto – Fonte: (Acervo Pessoal, 2016).
2.3 Influências do sistema construtivo na escolha da fundação.
O peso próprio da alvenaria influencia diretamente no dimensionamento da fundação, portanto deve ser considerado nos cálculos da estrutura (SILVA, 2004). Sabendo-se que carga atuante de uma alvenaria se dá de acordo com suas propriedades ou componentes, e que o dimensionamento das cargas é obtido com o volume do material envolvido, multiplicado pelo peso especifico de cada material (NBR-6120, 1980).
Quando se trata de fundações, trabalha-se com uma das partes mais complexas dentro do projeto de uma edificação sendo assim é necessário averiguar várias situações, como características do solo, sua deformabilidade e resistência (ARAUJO, 2010). É importante destacar que a fundação deve ser compatível com o comportamento da superestrutura, absorvendo e contribuindo com a capacidade de acomodação plástica e outras cargas atuantes (ARAUJO, 2010).
A fundação, segundo Botelho (2010) é considerada uma das mais importantes partes na construção, pois é ela que transmite as cargas da superestrutura para uma camada resistente no solo, dando sustentação à edificação.
Ainda segundo Botelho (2010), as fundações, no geral, pode subdividir-se em dois tipos, as superficiais e profundas. Dentre as fundações superficiais tem-se as sapatas, blocos, sapata corrida e radier, nas fundações profundas tem-se as estacas, tubulões, e outros tipos.
De acordo com Araújo (2010), a sapata corrida ou continua são destinadas a paredes ou pilares que seguem o mesmo alinhamento, assim todos os esforços atuantes são distribuídos em uma única sapata.
Em uma sapata contínua sob parede é importante a redução máxima de concreto para que diminua o peso próprio da sapata que influencia no carregamento da tensão admissível do solo, assim a utilização do formato trapezoidal é mais viável em solos com resistência a compressão baixa, a angulação máxima da parte superior da sapata deve ser de no máximo trinta graus para evitar a utilização de fôrmas na sapata (ARAUJO, 2010).
As fundações rasas do tipo sapata isoladas e blocos são indicadas quando o solo apresenta resistência satisfatória para resistir aos esforções solicitantes da superestrutura logo nas primeiras camadas (TEIXEIRA E GODOY, 1998)
Elas são muito utilizadas por serem mais econômicas, pois utilizam um menor consumo de concreto, tornando-a assim o método construtivo mais viável para alvenaria em tijolos cerâmicos que podem ser aplicadas a qualquer tipo de estrutura (TEIXEIRA E GODOY, 1998).
As sapatas isoladas são destinadas a transmitirem a carga axial de um único pilar ao solo podendo ser excêntrico ou não. Dependendo de suas dimensões as sapatas são divididas em sapata rígidas e sapata flexíveis. Para uma sapata ser considerada rígida ela deve obter a altura maior ou igual a metade da distancia entre a encosta do pilar até a ponta da sapata, se acaso a altura for menor, a sapata é considerada flexível (BOTELHO, 2010).
verificação da profundidade da sapata (ABNT NBR 6122, 2010).
A tensão de contato que atua em uma sapata é a tensão gerada entre contato da sapata com o solo. O conhecimento dessa pressão é de suma importância para distribuição e averiguação da tensão no solo para que possa ser executado o calculo da própria sapata (BOTELHO, 2010).
3 Caracterização da área de estudo
A cidade de Sinop esta localizada ao norte do estado do Mato Grosso a aproximadamente quinhentos quilômetros da Capital Cuiabá. Com uma população de aproximadamente de 130 mil habitantes, e quase 4000 km² de área territorial, nos últimos anos têm sido uma cidade com grande desenvolvimento urbano (IBGE, 2016).
De acordo com a Prefeitura Municipal de Sinop, (2016) nos últimos cinco anos, foram executados centenas de construções e mais de dez bairros novos. Conforme Pinto (2012), com a utilização dos resultados obtidos através de vários ensaios de SPT (Standard Penetration Test) realizados no municipio, nota-se o perfil geotécnico do solo da cidade de Sinop conforme demostra a Figura 4.
Figura 4- Perfil Geotécnico- Fonte; (PINTO, 2012)
Conforme Souza (2014), com os ensaios realizados na UNEMAT no campus de Sinop, de prova de carga em placa, o solo obteve a tensão media de 54,5 kN/m². Observa-se na Figura 5 a curva da tensão em relação ao recalque obtido nos extensômetros.
Figura 5- Tensão admissível- Fonte: (SOUZA, 2014)
4 Metodologia
No presente trabalho estão especificados os dimensionamentos de um estudo, estimando a quantidade de concreto necessário para absorção dos esforços na fundação e a área de aço mínima de calculo, entre três possíveis casos de carga de alvenaria sendo de alvenaria convencional de tijolo cerâmico, e o ICF com e sem o preenchimento das fôrmas com concreto, visando ter um maior esclarecimento em relação a este tipo de alvenaria.
4.1 Objeto da pesquisa
A comparação dos sistemas construtivos se deu com base em um projeto arquitetônico de 51,98 metros quadrados, com o intuito de obter a verificação da eficiência da alvenaria em relação uma edificação de pequeno porte no que diz respeito ao consumo de material na fundação, para desenvolvimento da planta em estudo foram realizados medições nas residências encontradas no conjunto habitacional Daury Riva, localizado em Sinop-MT.
Para o desenvolvimento dos cálculos de dimensionamento de fundação deste trabalho a tensão admissível do solo adotada foi de 54,5kN/m², encontrado no bairro Jardim Imperial, da cidade de Sinop, obtidos através de estudos específicos do solo pela Universidade do Estado do Mato Grosso, campus de Sinop (SOUZA, 2014).
Pode-se observar o modelo da planta baixa na Figura 6.
.
Figura 6- planta da edificação- Fonte: (Acervo pessoal)
4.2 Elementos de vedação.
Na parede de alvenaria cerâmica foi adotado o tijolo de seis furos com dimensões comerciais de 9 centímetros de espessura 14 de altura e 24 de comprimento. O peso específico da parede foi calculado de acordo com a espessura da argamassa do reboco e a espessura do tijolo cerâmico, assim com o volume total de cada material contido em sua estrutura foram multiplicados pelo peso específico de cada material.
Pode-se observar na Figura 7 a dimensão comercial do tijolo de seis furos para alvenaria convencional.
Figura 7 – Tijolo cerâmico - Fonte (Acervo pessoal, 2016)
No sistema ICF foram adotados fôrmas com dimensões de 1,19 metros de comprimento, 30 centímetros de altura, e 14 centímetros de largura. O peso específico da parede foi calculado conforme o volume de concreto utilizado nas formas, a espessura da argamassa de reboco e o peso especifico das formas de EPS. Observa-se na Figura 8 as fôrmas utilizadas para cálculo.
Figura 8- ICF - Fonte: (Acervo pessoal, 2016).
Como a espuma expansiva possui o peso aproximado do EPS, para o dimensionamento da parede com as formas sem o preenchimento de concreto, a forma foi considerada como elemento maciço, considerando peso da argamassa, do aço e do EPS.
4.3 Cargas para dimensionamento
O pé direito adotado para o cálculo foi de 3 m para os métodos construtivos, sendo 2,8 m de alvenaria e os 20 cm restantes da viga aparente. A força do vento atuante não foi considerada, pois não influencia no cálculo comparativo das alvenarias.
As condições empregadas e o tipo de aço CA-50 foram considerados iguais para os três sistemas construtivos, com peso especifico de 78 kN/m³. Sendo que o peso específico do concreto armado conforme a normativa é de 25 kN/m³, valor este utilizado para calcular o peso específico das sapatas (NBR 6120, 2010).
O peso específico do tijolo cerâmico foi o estabelecido pela NBR 6120, sendo de 13 kN/m³ (ABNT, 2010). A argamassa utilizada para confecção de projeto das duas alvenarias foi de cimento e areia com peso específico de 21 kN/m³ (ABNT, 2010).
Para o cálculo da fundação foi adicionada uma carga de 2 kN por metro quadrado, equivalente carga de telhado de fibro cimento que tem o peso de 0,4 kN/m² fornecido pelo fabricante, mais 1,5 kN/m² a considerar em casas residenciais estipulado pela NBR 6120-80. Para os métodos construtivos de alvenaria, foram adotados parâmetros de cálculo dimensionando o peso por metro linear de parede, desprezando os vãos de portas e janelas contidos na planta da edificação.
4.4 Fundações em estudo
Foram desenvolvidos quatro projetos de fundações para a mesma edificação, sendo duas de sapatas isoladas e duas de sapata corrida, assim as alvenarias foram comparadas em dois tipos de fundações.
Para as sapatas isoladas foram atribuídas para o dimensionamento a carga alvenaria convencional de tijolo cerâmico e outra com alvenaria com formas de EPS sem o preenchimento de concreto
As sapatas corridas foram dimensionadas com alvenaria convencional e outra com alvenaria de ICF.
4.5 Concepção estrutural
Para o desenvolvimento da distribuição dos pilares foi levado em consideração o projeto arquitetônico, visando a estabilidade global da edificação e o travamento da estrutura.
Os pilares foram locados primeiramente nas extremidades do projeto arquitetônico, de forma alinhada e nas mesmas direções, com a direção mais rígida na condição mais desfavorável, para evitar as ações horizontais e assim evitando as vigas de transição (SANTOS, 2004).
4.6 Dimensionamentos das fundações.
4.6.1 Dimensionamento das sapatas isoladas
Para locação dos pilares de estudo foram lançados os pesos específicos das paredes e do telhado em um
software estrutural para melhor distribuição das
cargas axiais, assim o carregamento ficou distribuído em 13 sapatas.
Para manter um desenvolvimento padrão nas sapatas as mesmas foram igualadas mantendo uma maior uniformidade de fôrma fazendo com que as dimensões e bitolas utilizadas sejam iguais.
Desta forma os pilares (P1, P3, e P12) foram considerados iguais. Também (P7, P4 e P10); (P11 e P5) e (P8 e P9).
O dimensionamento das sapatas isoladas foi feito conforme especifica a ABNT (NBR 6122, 2010). Tendo a carga exercida pelo pilar e a tensão admissível do solo, foram obtidas as áreas de contato necessárias para absorver o carregamento da superestrutura.
Desta forma para as 13 sapatas dimensionadas foi estimado cerca de 5% do peso de carga recebido. Assim pode-se calcular e estipular as seções das fundações, obtendo a área de distribuição de tensões das sapatas.
As seções das sapatas foram estipulados conforme a equação 1, onde se determinam os comprimentos demonstrados na Figura 9,
√
√
Equação 1Figura 9- dimensões da sapata. Fonte: Araújo, 2010.
A área de influência para descarga da superestrutura ao solo foi majorada conforme a seção da sapata calculada.
Para toda sapata vinculada no projeto foi feito a verificação quanto a rigidez conforme determina a ABNT na NBR 6122/2010:
Equação 2
Onde (h) é a altura da sapata, (A) é a seção de um lado da sapata, e (ap) seção frontal do pilar demonstrado na Figura 10.
Figura 10- Seção frontal do pilar. Fonte: Araújo, 2010.
Apos realizado a verificação quanto à rigidez da sapata foi averiguado a tensão atuante na parte superior da sapata.
Equação 3
Sendo que, Nd é a força normal de cálculo do pilar.
Quando d< 0,2 fcd, onde fcd é a resistência de compressão de cálculo, pode ocorrer de as bielas convergir para a seção do topo da sapata sem esmagamento. Assim Z= d onde (d) significa a altura útil da sapata, da armadura interligada às faces do pilar (ARAUJO, 2010).
Obtendo assim as cargas concentradas, foi possível calcular com as equações 4 e 5 as áreas de aço necessárias para conter as ações das tensões atuantes na sapata no eixo x e y da seção da peça.
( ) Equação 4
( ) Equação 5
4.6.2 Dimensionamento da sapata corrida
As cargas atuantes das paredes de ICF e de alvenaria convencional foram calculadas conforme suas propriedades, somadas com a carga do telhado e a carga das vigas de respaldo e baldrame. As vigas possuem altura de 30 cm e a largura se diferencia devido a largura do tijolo cerâmico e do ICF, sendo assim a viga da alvenaria cerâmica possui a espessura de 12 cm e a viga da alvenaria de ICF possui 17 cm. Assim foram obtidas as cargas resultando então em uma carga de Nk= 8,84 kN/m para a alvenaria em tijolo cerâmico e Nk=11,35 kN/m para o ICF.
Tendo a tensão admissível do os carregamentos foram submetidos ao dimensionamento estimando –
se o peso da sapata como 5% do peso transmitido a ela (Wk = 0,5 Nk). Pode-se então calcular a seção da sapata conforme mostra a equação 6.
Largura da sapata:
adm
Wk
Nk
A
Equação 6Porém tendo em vista que as duas sapatas corrida obtiveram a sessão mínima, para o cálculo de comparação da sapata corrida não foram levados em consideração as dimensões mínimas. Portanto as dimensões das sapatas adotadas foram as a sessões de cálculos obtidos, assim resulta em um consumo relativamente baixo de concreto, tornando um dimensionamento apenas para comparação de fundações.
Desta forma, a largura das sapatas continuas com a utilização do ICF e da alvenaria convencional de tijolo cerâmico foram menores que 0,60 m.
Tendo a espessura de cada parede e de cada sapata foi obtido a altura, (h), mínima da sapata que pode ser calculada através das equações 7 e 8.
4
a
-A
h
Equação 7.
20cm
h/3
h
Equação 8Em que (A) é a largura da sapata e (a) espessura da parede.
As alturas mínimas das duas sapatas foram devidamente iguais, obtendo a convergência das tensões atuantes para o topo da sapata. Resultando em uma altura de vinte centímetros. Assim a altura (h) coincidiu em um valor igual a altura (hº), tornando a uma sapata em bloco, de vinte centímetros de altura (NBR 6122, 2010).
Com o peso próprio da sapata foi possível calcular a tensão atuante no solo. Através da soma do (Nk) com o (Wk) de cada sapata, resultando em 12,6 kN/m para alvenaria em ICF e 9,84 kN/m para alvenaria convencional.
Feito a verificação da pressão no solo sendo menor que a resistência de tensão admissível, verificou-se as tensões no concreto por meio das equações 9, 10 e 11.
Nk
*
1,4
=
d
N
Equação 9a
Nd
=
d
Equação 101,4
Fck
=
d
Fc
Equação 11Onde (Nk) é a carga axial do pilar, (a) a espessura do pilar e (Fck) a resistência a compressão utilizado na sapata.
Segundo Araújo (2010), quando
d
0,2Fcd
as bielas de compressão podem convergir para a seção do topo da sapata sem perigo de esmagamento podendo, então, considerar Z=d.
Com o cálculo das armaduras levado em consideração o aço CA-50 foi obtido o Fyd, resultando assim nas áreas de aço. Através da equação 12
8ZFyd
a)
-Nd(A
=
As
Equação 12Sendo (A) a largura adotada na sapata, (a) a largura da parede, (Z) a distancia da armadura ao topo da sapata e o (Fyd) do aço.
4.6.3 Cálculo de recalque elástico
Obtendo o coeficiente de Poisson, o módulo de elasticidade do solo, o coeficiente de forma, e a largura da sapata, o recalque elástico das sapatas do tipo isoladas e corrida foram obtidos através da equação 13.
Iw
B
)
E
²
-1
(
.
=
S
Equação 135 Resultados
A partir da metodologia empregada foi possível determinar os detalhamentos das sapatas calculadas para cada sistema construtivo apresentado.
5.1 Cargas das alvenarias
Desta forma foram obtidos os resultados de cargas gerados por metro linear de alvenaria demonstrado na Tabela 1.
Tabela 1. Cargas de dimensionamento Alvenaria Espessura
da alvenaria
(cm)
Peso específico kN/m
Alvenaria convencional Alvenaria de ICF Alvenaria de EPS
para vedação
12 17 17
5,04 5,8 3,51 Fonte: (Acervo pessoal, 2016).
5.2 Sapatas Isoladas
As sapatas isoladas para os dois sistemas construtivos ficaram distribuídas conforme demonstra a Figura 11.
As cargas axiais dos pilares com o sistema de formas de EPS ficaram distribuídas conforme é possível observar na tabela 2.
Tabela 2. Cargas dos pilares Pilares Nk do pilar
(kN) P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7 P8 P9 P10 P11 P12 P13 21,93 34,72 21,93 40,93 26,29 43,64 40,93 29,43 29,43 40,93 26,29 21,93 23,68 Fonte: Acervo pessoal (2016)
As cargas axiais dos pilares com alvenaria convencional em tijolo cerâmico ficaram distribuídas conforme mostra a Tabela 3.
Tabela 3. Cargas dos pilares Pilares Nk do pilar
(kN) P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7 P8 P9 P10 P11 P12 P13 25,28 41,46 25,28 46,85 27,25 52,186 46,85 33,97 33,97 46,85 27,25 25,28 28,43 Fonte: Acervo pessoal (2016)
Na Tabela 4 estão estabelecidas as sessões calculadas e aproximadas das sapatas isoladas com a utilização das formas de EPS e a alvenaria convencional de tijolo cerâmico, (ACTC).
Tabela 4. Dados das sapatas isoladas Sapata (EPS)
(A e B) (cm)
(ACTC) (A e B) (cm) S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 S9 S10 S11 S12 S13
80 e 60 120 e 60
80 e 60 140 e 60
90 e 60 145 e 60 140 e 60 100 e 60 100 e 60 140 e 60 90 e 60 80 e 60 85 e 60
90 e 60 145 e 60
90 e 60 155 e 65 100 e 60 160 e 65 155 e 65 120 e 60 120 e 60 155 e 65 100 e 60 90 e 60 100 e 60 Fonte: Acervo pessoal (2016)
Na Tabela 5 estão especificadas as áreas de distribuição de esforços solicitantes ao solo, a altura e as áreas de aço necessárias das sapatas isoladas com as formas de EPS sem função estrutural.
Tabela 5. Dados das sapatas isoladas Sapata (A)
(m²) (cm) (h) (Asx) (Asy) (cm²) S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 S9 S10 S11 S12 S13 0,48 0,72 0,48 0,84 0,54 0,87 0,84 0,60 0,60 0,84 0,54 0,48 0,51 20 25 20 30 25 30 30 25 25 30 25 20 20
1,8 e 2,4 2,25 e 4,5
1,8 e 2,4 2,25 e 5,25 2,25 e 3,37 2,7 e 6,53 2,25 e 5,25 2,25 e 3,75 2,25 e 3,75 2,25 e 5,25 2,25 e 3,37 1,8 e 2,4 1,8 e 2,55 Fonte: Acervo pessoal (2016)
Na Tabela 6 estão especificadas as áreas de distribuição das tensões no solo, a altura e as áreas de aço necessário para cada uma das sapatas isoladas com a alvenaria convencional em tijolos cerâmicos.
Tabela 6. Dados das sapatas isoladas Sapata (A)
(m²) (cm) (h) (Asx) (Asy) (cm²) S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 S9 S10 S11 S12 S13 0,54 0,87 0,54 1,01 0,6 1,04 1,01 0,72 0,72 1,01 0,6 0,54 0,60 25 30 25 35 25 35 35 25 25 35 25 25 25
2,25 e 3,37 2,70 e 6,53 2,25 e 3,37 3,42 e 8,13 2,25 e 3,75 3,42 e 8,40 3,42 e 8,13 2,25 e 4,5 2,25 e 4,5 3,42 e 8,13 2,25 e 3,75 2,25 e 3,37 2,25 e 3,75 Fonte: Acervo pessoal (2016)
A Tabela 7 demonstra os recalques de cada fundação especificada para a alvenaria de vedação em EPS e alvenaria convencional de tijolo cerâmico.
Tabela 7. Recalque das sapatas isoladas Sapata (EPS)
A partir do material coletado, no decorrer desta pesquisa, obtiveram-se os resultados onde a alvenaria com formas de EPS sem função estrutural demonstrou ter uma carga consideravelmente inferior quando comparada com a alvenaria convencional em tijolos cerâmicos, assim o consumo de concreto utilizado em sua fundação obteve um volume menor que ao volume utilizado na alvenaria convencional, os valores estão demonstrados na tabela 8.
Tabela 8. Consumo de concreto e área de aço total Alvenaria Volume de
concreto Aço
Alvenaria convencional Alvenaria de EPS
para vedação
2,9m³
2,2m³
97,8 kg
76 kg Fonte: (Acervo pessoal, 2016).
5.1 Sapata Corrida
Na Figura 12 pode se observar o posicionamento da sapata corrida para os dois métodos construtivos.
Figura 12- Locação da sapata corrida. Fonte: Acervo pessoal, 2016.
As sapatas corridas obtiveram o mesmo comprimento das paredes sendo de 47 metros. A fundação da alvenaria convencional obteve a largura de 25 centímetros resultando em uma área de contato de distribuição dos esforços com o solo de 11,75 m², com um possível recalque de 5,2 milímetros. A alvenaria de ICF obteve a largura de 30 centímetros, resultando assim em uma área total de distribuição de forças atuantes de 14,1 m², com um possível recalque de 6,3 milímetros.
Na Tabela 9 estão especificados, o volume de concreto e a quantidade de aço necessário para resistir ás tensões atuantes de cada fundação.
Tabela 9. Consumo de concreto e área de aço total Alvenaria Volume de
concreto Aço
Alvenaria convencional Alvenaria de ICF
2,35 m³ 2,82 m³
72,6 kg 90,2 kg Fonte: (Acervo pessoal, 2016).
Vale ressaltar que as fundações de sapata corrida foram calculadas com as menores dimensões possíveis para comparação dos métodos construtivos. Entretanto para atender a NBR 6122 de projeto e execução de fundação, deve-se utilizar a largura mínima de 0,6 m.
6 Conclusão
Com os cálculos realizados foi possível observar a quantidade de concreto utilizado na fundação em cada método construtivo.
Na comparação das sapatas isoladas, o carregamento gerado pela alvenaria de vedação com EPS sem função estrutural, ou seja, sem o preenchimento de concreto das fôrmas, foi significativamente menor que o gerado pela alvenaria convencional a diferença verificada foi de aproximadamente 43%. Verificou se também um menor consumo de concreto de 30% utilizado nas sapatas e menor quantidade de aço de 28%. Tornando assim o sistema de formas de EPS para enchimento de alvenaria mais econômico na utilização de sapatas isoladas.
Na comparação das sapatas corridas a alvenaria convencional resultou em uma carga de aproximadamente 15% menor. Resultou também em uma diminuição no consumo de concreto na fundação de 20% e menor quantidade de aço de 24%. Tornando a alvenaria convencional mais viável no quesito do consumo de materiais na fundação, que o sistema de formas isolantes de concreto.
7 Agradecimentos
Devo gratidão a Deus, por ter concedido saúde e muita prosperidade para meus pais, José Luiz Dal Col e Marcia Venâncio, que sempre me deram apoio durante todos esses anos de graduação, também agradeço a todos os professores que colaboraram para meu aprendizado, em especial a professora, Karen Wrobel Straub, o professor Júlio César Beltrame Benatti e o professor Maicon José Hillesheim, que contribuíram e colaboraram para minha orientação do trabalho de conclusão de curso, e aos amigos que tive a oportunidade de partilhar parte de minha vida com eles.
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