MARLON SORA DA ROSA
ANÁLISE COMPARATIVA ENTRE LAJES MACIÇAS E LAJES DE VIGOTAS TRELIÇADAS EM UM EDIFÍCIO DE TREZE PAVIMENTOS: ESTUDO DE CASO
Palhoça 2017
MARLON SORA DA ROSA
ANÁLISE COMPARATIVA ENTRE LAJES MACIÇAS E LAJES DE VIGOTAS TRELIÇADAS EM UM EDIFÍCIO DE TREZE PAVIMENTOS: ESTUDO DE CASO
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Curso de Engenharia Civil da Universidade do Sul de Santa Catarina como requisito parcial à obtenção do título de Bacharel em Engenharia Civil.
Orientador: Prof. Ildo Sponholz, Msc.
Palhoça 2017
Dedico este trabalho a Deus, que permitiu que tudo pudesse ser realizado. À minha esposa Mariana, por seu amor, dedicação e compreensão. Ao meu filho Arthur, pela inspiração fundamental nesta caminhada. A todos os familiares e amigos que me apoiaram e acreditaram no meu objetivo.
AGRADECIMENTOS
Agradeço primeiramente a Deus pela saúde, disposição e motivação, algo indispensável para a realização deste curso.
A minha esposa Mariana, que de forma especial e carinhosa me deu força e coragem, me apoiando nos momentos de dificuldades, a seus pais, Domício e Marinete, que nos ajudaram de diversas formas, sendo minha segunda família.
Ao meu filho Arthur, que embora não tivesse conhecimento disto, mas me inspirou de forma especial na busca por mais conhecimento.
A minha mãe Roseli, meu pai Osni, minha irmã Luiza e minha avó Thomazia (in memoriam), pelo início da minha trajetória.
Aos meus compadres, que já são considerados meus irmãos Balbino e Deise, pelo apoio, principalmente nos momentos turbulentos, durante estes 5 anos. Claro que não poderia esquecer de agradecer aos meus sobrinhos, que tanto me alegram os dias em suas companhias. Aos meus grandes amigos, que na verdade são considerados irmãos, Alex, Fran, Gladson e Daiane, pelo incentivo e pelo apoio constante.
Agradeço a todos os professores por me proporcionar o conhecimento não apenas racional, mas a manifestação do caráter e afetividade da educação no processo de formação profissional. Professores dedicados aos quais sem nominar terão o meu eterno agradecimento.
Agradeço de forma especial ao Professor/Orientador Ms. Ildo Sponholz, pela paciência, dedicação, incentivos, sabedoria e conselhos que muito me auxiliaram para a conclusão deste Trabalho de Conclusão de Curso.
“No que diz respeito ao empenho, ao compromisso, ao esforço, à dedicação, não existe meio termo. Ou você faz uma coisa bem feita ou não faz” (Ayrton Senna).
RESUMO
Este trabalho tem como objetivo analisar comparativamente os custos entre os sistemas estruturais de lajes maciças e lajes de vigotas treliçadas. Devido ao grande avanço tecnológico, dispõem-se atualmente de uma série de softwares para cálculos estruturais, sendo possível desta forma executar o processo de análise estrutural com maior rapidez e precisão, facilitando a busca do sistema mais econômico e seguro dentro das condições impostas pelo projeto arquitetônico.
Inicialmente será considerado todo o projeto com o sistema de lajes maciças, e posteriormente, substituído pelo sistema de lajes com vigotas treliçadas. Os dimensionamentos dos elementos estruturais seguirão os critérios estabelecidos pela NBR 6118:2014, e lançados através do software Eberick.
Primeiramente apresenta-se os sistemas estruturais adotados, descrevendo suas principais características, destacando suas vantagens e desvantagens e abordando critérios de projetos. Adotou-se um edifício residencial com 13º pavimentos tipos como modelo para realização desse estudo. Posteriormente, é feito o lançamento e análise estrutural para os sistemas estruturais escolhidos, obtendo-se assim os quantitativos de materiais, os quais são utilizados para comparação. Em seguida, foram comparados os custos totais da edificação obtidos através de composições de preços, obtendo-se um valor global para cada alternativa estrutural adotada. Completando a análise chegou-se à conclusão que a alternativa estrutural mais adequada para a edificação proposta é o sistema de lajes com vigotas treliçadas.
ABSTRACT
This work aims at comparing the costs between structural systems of concreteslabs and lattice girder slabs. Due to the great technological advance, a series of software for structural calculations is currently available, so, it is possible to execute the structural analysis process with greater speed and precision. Facilitating the search for the most economical and safe system under the constrains by the project architectural.
Initially the whole project will be considered with the system of massive slabs, and later, replaced by the system of slabs with lattice beams. Dimensions of the structural elements will follow the criteria established by NBR 6118: 2014, and released through Eberick software. First, it presents the structural systems adopted, describing their main characteristics, highlighting their advantages and disadvantages and approaching the project criteria. It was adopted in residential building with 13 floors a model for study . Subsequently, the pove a structural analysis is done for the chosen structural systems, obtaining the quantitative of materials, which are used for comparison. Emud, compendium compartments of the total costs of the building obtained through price compositions, obtaining an overall value for each structural alternative adopted. Completing an analysis, it was concluded that the most appropriate structural alternative for a proposed building was the lattice girder slabs.
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Figura 1 – Perspectiva de parte de edifício: principais elementos estruturais. ... 21
Figura 2 – Tipos de lajes em função dos vínculos nas bordas. ... 24
Figura 3 – Laje em balanço. ... 24
Figura 4 – Viga de bordo como apoio simples para a laje. ... 25
Figura 5 – Engastamento na continuidade das lajes. ... 25
Figura 6 – Vão efetivo das lajes. ... 27
Figura 7 – Isopleta da velocidade básica V0 (m/s). ... 35
Figura 8 – Fator topográfico S1 (z) V0 (m/s). ... 36
Figura 9 – Representação esquemática de um sistema construtivo convencional. ... 39
Figura 10 – Vão das lajes para o pré-dimensionamento da espessura h... 41
Figura 11 – Gabaritos de locação de pilares. ... 43
Figura 12 – Armaduras de lajes e vigas colocadas. ... 45
Figura 13 – Concretagem das vigas e lajes maciças. ... 46
Figura 14 – Laje com vigota treliçada. ... 47
Figura 15 – Vigota treliçada. ... 47
Figura 16 – Armação treliçada. ... 48
Figura 17 – Escoramento de laje com vigotas treliçadas... 51
Figura 18 – Residencial Jasmim dos Poetas. ... 54
Figura 19 – Perfil da edificação. ... 55
Figura 20 – Ambiente de trabalho Eberick. ... 56
Figura 21 – Definição do ponto de origem. ... 58
Figura 22 – Paredes lançadas sobre as lajes. ... 59
Figura 23 – Lançamento das cargas de paredes ... 60
Figura 24 – Lançamento das cargas de revestimento ... 61
Figura 25 – Lançamento das cargas acidentais ... 62
Figura 26 – Projeto de formas com lajes maciças. ... 65
LISTA DE GRÁFICOS
Gráfico 1 – Comparativo do volume de concreto (m³) entre os sistemas estruturais propostos
... 68
Gráfico 2 – Comparativo do peso de aço CA-50 (kg) entre os sistemas estruturais propostos 69 Gráfico 3 – Comparativo do peso de aço CA-60 (kg) entre os sistemas estruturais propostos 69 Gráfico 4 – Comparativo da área de formas (m²) entre os sistemas estruturais propostos ... 70
Gráfico 5 – Custo percentual do sistema de lajes maciças ... 71
Gráfico 6 – Custo percentual por elemento do sistema de lajes maciças ... 71
Gráfico 7 – Custo percentual por material do sistema de lajes maciças... 72
Gráfico 8 – Custo percentual do sistema de lajes com vigotas treliçadas ... 73
Gráfico 9 – Custo percentual por elemento do sistema de lajes com vigotas treliçadas ... 73
Gráfico 10 – Custo percentual por material do sistema de lajes com vigotas treliçadas ... 74
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 – Frequências observadas das opiniões dos moradores da cidade ... 18
Tabela 2 – Valores mínimos de cargas verticais ... 19
Tabela 3 – Representação dos tipos de apoio. ... 23
Tabela 4 – Classe de agressividade ambiental... 28
Tabela 5 – Correspondência entre classe de agressividade e qualidade do concreto. ... 29
Tabela 6 – Correspondência entre classe de agressividade ambiental e cobrimento nominal para ∆c = 10mm. ... 30
Tabela 7 – Limites para deslocamentos. ... 32
Tabela 8 – Valores mínimos para armaduras passivas aderentes. ... 34
Tabela 9 – Valores de ρmin. ... 34
Tabela 10 – Valores mínimos do fator estatísticos S3. ... 38
Tabela 11 – Carga de revestimento considerada. ... 61
Tabela 12 – Cargas acidentais consideradas... 62
Tabela 13 – Fatores considerados para carga de vento. ... 63
Tabela 14 – Consumo de materiais do sistema de lajes maciças. ... 65
Tabela 15 – Índices do sistema de lajes maciças. ... 66
Tabela 16 – Consumo de materiais do sistema de lajes com vigotas treliçadas. ... 67
Tabela 17 – Índices do sistema de lajes com vigotas treliçadas. ... 67
Tabela 18 – Blocos de enchimento. ... 67
Tabela 19 – Comparativo de materiais e índices. ... 68
Tabela 20 – Resumo de custos para o sistema de laje maciças. ... 70
Tabela 21 – Resumo de custos para o sistema de laje com vigotas treliçadas. ... 72
SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO... 12 1.1 OBJETIVO ... 12 1.1.1 Objetivo Geral ... 12 1.1.2 Objetivo específico... 13 1.2 JUSTIFICATIVA ... 13 1.3 DELIMITAÇÃO DO TEMA ... 14 1.4 ESTRUTURA DO TRABALHO ... 14 2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ... 16 2.1 CONCRETO ARMADO ... 16
2.2 REQUISITOS DA NBR 6118 – QUALIDADE NA ESTRUTURA ... 16
2.3 ABNT NBR 6120:1980 – CARGAS PARA O CÁLCULO DE ESTRUTURAS DE EDIFICAÇÕES ... 17
2.4 NBR 2163:1988 – FORÇAS DEVIDAS AOS VENTO EM EDIFICAÇÕES... 20
2.5 CONCEPÇÃO PARA ELABORAÇÃO DE PROJETO ESTRUTURAL ... 20
2.5.1 Diretrizes básicas para a concepção estrutural de edifícios ... 21
2.6 CARACTERÍSTICAS DAS LAJES DE CONCRETO ARMADO ... 23
2.6.1 Vinculação nas lajes ... 23
2.6.1.1 Borda livre ... 24
2.6.1.2 Borda simplesmente apoiada ... 25
2.6.1.3 Borda engastada... 25
2.6.2 Cargas atuantes nas lajes ... 26
2.6.3 Vãos efetivos nas lajes ... 26
2.7 CRITÉRIOS A SEREM SEGUIDOS NO DIMENSIONAMENTO DAS LAJES ... 27
2.7.1 Classes de agressividade ambiental ... 27
2.7.2 Fator água/cimento e classe do concreto ... 28
2.7.3 Cobrimento nominal ... 29
2.7.4 Estados limites ... 30
2.7.4.1 Estado limite último ... 30
2.7.4.2 Estado limite de serviço... 31
2.7.5 Deslocamentos limites ... 31
2.7.6 Taxas de armadura mínima e máxima ... 33
2.7.7.1 Velocidade básica do vento – V0 ... 36
2.7.7.2 Fator topográfico – S1 ... 36
2.7.7.3 Rugosidade do terreno – S2 ... 37
2.7.7.4 Fator estático – S3 ... 37
2.7.8 Coeficiente gama-z (γz) ... 38
2.8 INTRODUÇÃO AOS SISTEMAS ESTRUTURAIS ADOTADOS ... 39
2.8.1 Sistema estrutural convencional com lajes maciças ... 40
2.8.1.1 Vantagens das lajes maciças ... 41
2.8.1.2 Desvantagens das lajes maciças ... 42
2.8.1.3 Processo construtivo de lajes maciças ... 42
2.8.1.3.1 Montagem das fôrmas dos pilares ... 43
2.8.1.3.2 Montagem das fôrmas de vigas e lajes ... 43
2.8.1.3.3 Concretagem dos pilares ... 44
2.8.1.3.4 Colocação das armaduras nas fôrmas de vigas e lajes ... 44
2.8.1.3.5 Concretagem das vigas e lajes ... 45
2.8.1.3.6 Desfôrma ... 46
2.8.2 Sistema estrutural com vigotas treliçadas ... 46
2.8.2.1 Vantagens das lajes treliçadas ... 48
2.8.2.2 Desvantagens das lajes treliçadas ... 49
2.8.2.3 Processo construtivo de lajes com vigotas treliçadas ... 50
2.8.2.3.1 Escoramento ... 50
2.8.2.3.2 Colocação das vigotas ... 51
2.8.2.3.3 Colocação dos blocos de enchimento ... 51
2.8.2.3.4 Colocação das armaduras ... 52
2.8.2.3.5 Concretagem ... 52
3 METODOLOGIA ... 53
3.1 CONSIDERAÇÕES GERAIS ... 53
3.2 SISTEMAS CONSTRUTIVOS ADOTADOS ... 53
3.2.1 Sistema construtivo ... 53
3.2.2 Etapas consideradas ... 53
3.2.3 Serviços e insumos envolvidos ... 53
3.3 EDIFÍCIO MODELO ... 54
3.4 FERRAMENTA DE CÁLCULO ESTRUTURAL - EBERICK ... 56
3.5.1 Índice de concreto = Ic ... 57
3.5.2 Índice de aço = Ia ... 57
3.5.3 Índice de formas = If ... 57
3.6 LANÇAMENTO E CÁLCULO ESTRUTURAL DO EDIFÍCIO NO EBERICK ... 57
3.7 CARREGAMENTOS CONSIDERADOS ... 59
3.7.1 Carga Permanente... 59
3.7.1.1 Peso próprio da estrutura em concreto armado ... 59
3.7.1.2 Peso das paredes de vedação em alvenaria ... 60
3.7.1.3 Peso dos revestimentos das lajes ... 60
3.7.2 Carga Acidental ... 62
3.7.3 Cargas de Vento ... 63
4 RESULTADOS ... 64
4.1 RESISTÊNCIA CARACTERÍSTICA DO CONCRETO ADOTADA ... 64
4.2 AÇOS UTILIZADOS ... 64
4.3 COBRIMENTO DA ARMADURA ... 64
4.4 FORMAS ... 64
4.5 SISTEMA ESTRUTURAL CONVENCIONAL COM LAJES MACIÇAS ... 65
4.5.1 Resultados do sistema de lajes maciças ... 65
4.6 SISTEMA ESTRUTURAL COM LAJES DE VIGOTAS TRELIÇADAS ... 66
4.6.1 Resultados do sistema de lajes com vigotas treliçadas ... 66
5 ANÁISE COMPARATIVA DE CUSTOS ... 68
5.1 RESULTADO DOS MATERIAIS ... 68
5.2 CUSTOS ... 70
5.2.1 Custo do sistema estrutural com lajes maciças ... 70
5.2.2 Custo do sistema estrutural com lajes de vigotas treliçadas ... 72
5.3 COMPARATIVO TOTAL DE CUSTOS ... 74
6 CONCLUSÃO ... 76
REFERÊNCIAS ... 77
ANEXOS ... 79
ANEXO A – RESUMO DOS MATERIAIS DE LAJES MACIÇAS ... 80
ANEXO B – RESUMO DOS MATERIAIS DAS LAJES COM VIGOTAS TRELIÇADAS ... 82
ANEXO C – CARREGAMENTO NAS LAJES MACIÇAS ... 85
ANEXO E – ANÁLISE ESTÁTICA LINEAR, SISTEMA DE LAJES MACIÇAS ... 87 ANEXO F – ANÁLISE ESTÁTICA LINEAR, SISTEMA DE LAJES COM VIGOTAS TRELIÇADAS ... 88
1 INTRODUÇÃO
A construção civil brasileira evoluiu consideravelmente nos últimos anos, tendência esta que deve ser mantida apesar da crise ter gerado enfraquecimento no setor. O cenário do mercado imobiliário obriga as empresas a buscarem por novas técnicas e materiais, a fim de melhorar o desempenho das construções e fazer com que os gastos com a execução fiquem cada vez menores.
Em busca pela redução dos custos que envolvem a construção de determinado edifício, as construtoras estão investindo constantemente no conhecimento de novas técnicas que permitam atenuar o desperdício e reduzir o custo total da obra. Este fator pode ser bastante significativo quando aplicado às lajes, tendo em vista que uma redução se refletirá na repetição de pavimentos e o resultado irá proporcionar vantagens financeiras relativas e redução das cargas permanentes. Além do lado financeiro na economia de materiais, deve-se levar em consideração a rapidez que o método construtivo adotado poderá proporcionar.
Com base neste contexto, o presente trabalho busca realizar uma análise comparativa entre o sistema estrutural com a utilização de lajes maciças e o sistema estrutural com a utilização de lajes com vigotas treliçadas e enchimento de EPS, com a intenção de possibilitar a escolha adequada da estrutura que apresenta o melhor comportamento e o menor consumo de materiais.
A fundamentação teórica deste trabalho, está referenciada pela NBR 6118:2014, que estabelece requisitos a serem atendidos no projeto estrutural de uma obra de concreto armado, bem como as diretrizes básicas para a concepção estrutural de edifícios proposta por especialistas.
Com a utilização do software Eberick, foram executados os dimensionamentos dos elementos estruturais do edifício modelo, considerando os dois sistemas de lajes, a fim de constatar a diminuição na quantidade de insumos e comparar os custos.
1.1 OBJETIVO
1.1.1 Objetivo Geral
O presente trabalho tem como objetivo realizar uma análise comparativa de custos entre os sistemas estruturais de lajes maciças e lajes de vigotas treliçadas, levando em consideração o consumo de aço, concreto e fôrmas para um edifício de 13 pavimentos.
1.1.2 Objetivo específico
Deverão ser executados, a fim de alcançar o objetivo to trabalho, os seguintes objetivos específicos:
a) Realizar uma revisão bibliográfica para os sistemas estruturais de lajes adotados, abordando suas principais vantagens e desvantagens;
b) Gerar uma análise comparativa de custos entre os sistemas, verificando o consumo dos insumos utilizados para os dois modelos estruturais;
c) Apresentar resultados que possam servir de referência para os profissionais da construção civil na escolha do sistema estrutural de lajes que irá utilizar; d) Ampliar o conhecimento na ferramenta de cálculos estrutural (Eberick); e e) Aprofundar o conhecimento na área de projetos estruturais.
1.2 JUSTIFICATIVA
Devido à forte crise econômica que o pais vem atravessando, possíveis compradores sentem receio em assumir dívidas e financiamentos, com isso o mercado da construção civil está passando por uma forte queda, o que está o tornando mais exigente e competitivo, obrigando cada vez mais as construtoras e incorporadoras a reduzirem o preço do seu produto sem perder a qualidade no acabamento.
Como a estrutura é um item de grande influência no orçamento de uma obra, se torna necessário um estudo sobre os vários métodos estruturais o que gera uma grande diferença em termos financeiros.
Com a utilização de ferramentas de cálculos que auxiliam com maior rapidez e precisão, o processo de análise estrutural, acelerando a produtividade no desenvolvimento e detalhamento dos projetos de estruturas é possível fazer uma avaliação aprofundada sobre o melhor método estrutural a ser adotado para a construção, levando em consideração o projeto arquitetônico e os critérios técnicos econômicos.
Como o custo é um fator determinante no tipo de laje a ser executada, optou-se por realizar neste trabalho, um estudo comparativo de dois sistemas estruturais convencionais e no final estabelecer um referencial dos custos de cada tipo de laje analisado.
Os sistemas a serem analisados de forma comparativa, são: sistema estrutural de lajes maciças e sistema estrutural de lajes de vigotas treliçadas.
O estudo foi feito utilizando como base, um edifício de 13 pavimento o qual servirá de referência para a escolha do sistema estrutural mais adequado, levando em conta os custos para executar cada um dos tipos de lajes.
1.3 DELIMITAÇÃO DO TEMA
O trabalho fica delimitado a análise comparativa de dois modelos estruturais de lajes, aplicadas a um edifício residencial de 13 pavimentos, na cidade de Palhoça, considerando-se apenas os pavimentos tipos para a execução do projeto.
Para o dimensionamento estrutural de cada alternativa de laje, será utilizado o software de cálculo estrutural Eberick V8 da empresa AltoQi e no que diz respeito as composições unitárias dos insumos, se fará a adoção do SINAPI como referência de preços.
As variáveis utilizadas na comparação entre os modelos estruturais de lajes, ficam limitadas conforme apresentadas abaixo:
a) Custos relacionados a estruturas (área de formas, volume de concreto, peso de aço e demais materiais utilizados para a laje de vigotas treliçadas); e
b) Vantagens e desvantagens em cada método estrutural pesquisado. 1.4 ESTRUTURA DO TRABALHO
O primeiro capítulo do trabalho contém o tema, os objetivos e a justificativa para este estudo, assim como a estrutura do mesmo.
No segundo capítulo é apresentada a revisão bibliográfica que dá sustentação ao estudo, onde primeiramente foram expostos os conceitos relevantes sobre estruturas de concreto armado, os requisitos quanto a qualidade e durabilidade das estruturas, concepção para elaboração de projetos estruturais, características das lajes de concreto armado, critérios a serem seguidos no dimensionamento das lajes e a introdução aos sistemas adotados.
O terceiro capítulo apresenta o processo de elaboração do projeto para se atingir os objetivos propostos neste trabalho acadêmico, onde se apresentou os serviços e insumos envolvidos, o edifício modelo, a ferramenta de cálculo estrutural utilizada para lançar a estrutura e os parâmetros adotados para a análise comparativa.
O quarto capítulo demonstra os resultados obtidos em cada sistema estrutural e as especificações e cargas adotadas em cada um deles.
O quinto capítulo traz a análise comparativa das quantidades de materiais e custos de cada sistema.
O sexto capitulo é constituído pela conclusão do trabalho e recomendações para trabalhos futuros.
O último capítulo apresenta as referências bibliográficas, ou seja, de onde foram retiradas as informações para confecção e fundamentação desde trabalho.
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1 CONCRETO ARMADO
No que se refere a utilização do concreto na parte estrutural, se faz necessário a utilização do concreto armado, pois o concreto simples apesar de ter uma excelente resistência a compressão, resiste pouco a tração.
Para constituir-se concreto armado, se faz necessário uma associação de dois materiais muito importantes para a construção civil, concreto simples em conjunto com uma armadura, normalmente constituída por barras de aço, onde o concreto simples por sua vez é formado por cimento, água, agregado miúdo e agregado graúdo.
Segundo Araújo (2003, p.1):
Concreto armado é o material composto formado pela associação do concreto com barras de aço, convenientemente colocadas em seu interior. Em virtude da baixa resistência à tração do concreto (cerca de 10% da resistência à compressão), as barras de aço cumprem a função de absorver os esforços de tração na estrutura. As barras de aço também servem para aumentar a capacidade de carga das peças comprimidas.
2.2 REQUISITOS DA NBR 6118 – QUALIDADE NA ESTRUTURA
Para a elaboração dos projetos de estruturas de concreto, deve-se seguir a ABNT NBR 6118:2014, a qual, apresenta uma série de requisitos, exigências e parâmetros visando a qualidade e durabilidade das estruturas projetadas no Brasil.
Toda estrutura de concreto deve atender aos requisitos mínimos de qualidade durante o período de construção e utilização, apresentando qualidade referente aos três requisitos seguintes:
a) Capacidade Resistente: consiste basicamente na segurança à ruptura. Significa que a estrutura deve ter a capacidade de suportar as ações previstas de ocorrerem na construção, com conveniente margem de segurança contra a ruína ou a ruptura;
b) Desempenho de Serviço: consiste na capacidade da estrutura manter-se em condições plenas de utilização durante a sua vida útil, não podendo apresentar danos que comprometam em parte ou totalmente o uso para o qual foi projetada.; e
c) Durabilidade: consiste na capacidade de a estrutura resistir às influências ambientais previstas e definidas em conjunto pelo auto de projeto estrutural e pelo contratante, no início dos trabalhos de elaboração do projeto.
2.3 ABNT NBR 6120:1980 – CARGAS PARA O CÁLCULO DE ESTRUTURAS DE EDIFICAÇÕES
Esta Norma estabelece as condições para determinação dos valores das cargas que devem ser consideradas no projeto de estrutura de edificações, qualquer que seja sua classe e destino, salvo os casos previstos em normas especiais.
Para a aplicação desta Norma, as cargas foram divididas em duas classes, sendo elas:
a) Carga permanente (g)
Esta carga é constituída através do peso próprio da estrutura e pelo o peso de todos os elementos construtivos fixos e instalações permanentes (revestimentos, pisos, enchimentos, concretos, paredes divisórias e outras).
Conforme descrito na NBR 6120, na falta de determinação experimental, deve ser adotado os pesos específicos aparentes dos materiais de construção mais frequentes, conforme indicado na tabela abaixo:
Tabela 1 – Frequências observadas das opiniões dos moradores da cidade
Fonte: ABNT NBR 6120:1980.
b) Carga acidental (q)
Para a NBR-8681 (2003), as cargas acidentais são ações variáveis que atuam nas construções em função de seu uso (pessoas, mobiliário, veículos, materiais diversos, etc), com os valores mínimos apresentados na tabela a seguir:
Tabela 2 – Valores mínimos de cargas verticais
2.4 NBR 2163:1988 – FORÇAS DEVIDAS AOS VENTO EM EDIFICAÇÕES
O vento não é um problema em construções baixas e pesadas com paredes grossas, porém em estruturas esbeltas passa a ser uma das ações mais importantes a se determinar no projeto de estruturas.
A NBR 6123:1988 estabelece as condições exigíveis na consideração das forças devidas à ação estática e dinâmica do vento, para efeitos de cálculo de edificações.
A norma prevê diferentes formas para se considerar os efeitos produzidos pelo vento, para fins de cálculo. Todos os tratam como uma carga estática equivalente à ação real, dinâmica, do vento.
2.5 CONCEPÇÃO PARA ELABORAÇÃO DE PROJETO ESTRUTURAL
De acordo com Pinheiro (2003, p.1), “a concepção estrutural, ou simplesmente estruturação, também chamada de lançamento da estrutura, consiste em escolher um sistema estrutural que constitua a parte resistente do edifício”.
Alva (2007, p.), define que “a concepção da estrutura de um edifício consiste no estabelecimento de um arranjo adequado dos vários elementos estruturais do edifício, de modo a assegurar que o mesmo possa atender às finalidades para as quais foi projetado”.
Figura 1 – Perspectiva de parte de edifício: principais elementos estruturais.
Fonte: Alva (2007, p. 1).
Ainda segundo Alva (2007, p.1):
Um arranjo estrutural adequado consiste em atender, simultaneamente, os aspectos de segurança, economia (custo), durabilidade e os relativos ao projeto arquitetônico (estética e funcionalidade). Em particular, a estrutura deve garantir a segurança contra os Estados Limites, nos quais a construção deixa de cumprir suas finalidades. O engenheiro responsável pela concepção do projeto estrutural deverá também se preocupar com a compatibilização entre os demais projetos, de modo a permitir a coexistência, com qualidade, de todos os sistemas.
2.5.1 Diretrizes básicas para a concepção estrutural de edifícios
Ao lançar a estrutura deve-se tem em mente vários aspectos, de acordo com Alva (2007, p.8), merecem ser destacadas algumas considerações que influenciam o comportamento dos elementos estruturais:
a) O posicionamento dos elementos estruturais na estrutura da construção pode ser feito com base no comportamento primário dos mesmos. Assim, as lajes são
posicionadas nos pisos dos compartimentos para transferir a carga dos mesmos para as vigas de apoio. As vigas são utilizadas para transferir as reações das lajes e o peso das alvenarias para os pilares em que se apoiam (ou, eventualmente, vigas de apoio), vencendo os vãos entre os mesmos. E os pilares são utilizados para transferir as cargas das vigas para as fundações.
b) A transferência de carga deve ser a mais direta possível. Desta forma, deve-se evitar, na medida do possível, a utilização de vigas importantes sobre outras vigas (chamadas apoios indiretos), bem como o apoio de pilares em vigas (chamadas de vigas de transição).
c) Os elementos estruturais devem ser os mais uniformes possíveis, quanto à geometria e quanto às solicitações. Desta forma, as vigas devem, em princípio, apresentar vãos comparáveis entre si.
d) As dimensões contínuas da estrutura, em planta, devem ser, em princípio, limitadas a cerca de 30 m para minimizar os efeitos da variação da temperatura e da retração do concreto. Assim, nas construções com dimensões em planta acima de 30 m, é desejável a utilização de juntas estruturais ou juntas de separação que decompõem 25 a estrutural original em um conjunto de estruturas independentes entre si, para minimizar estes efeitos.
e) Conforme já mencionado, as ações horizontais atuantes em uma edificação são normalmente resistidas por pórticos planos ortogonais entre si, os quais devem apresentar resistência e rigidez adequadas. Para isso, é importante a orientação criteriosa das seções transversais dos pilares (em planta). Também é importante que a estrutura ofereça adequada estabilidade à construção, conseguida geralmente através da imposição de rigidez mínima às seções transversais dos pilares e das vigas.
Alva (2007, p.9), faz algumas recomendações que podem-se aplicar em edificações em concreto armado com concepção estrutural usual (sistema estrutural com laje, viga e pilar) e com pequenas sobrecargas de utilização:
a) Posicionar os pilares, de preferência, nos cantos das edificações e nos encontros das vigas.
b) Procurar distanciar os pilares entre 2,5 e 6 m.
c) Escolher regiões não muito nobres no pavimento tipo da edificação para o posicionamento dos pilares (cantos dos armários embutidos, atrás das portas, etc.) evitando que os mesmos fiquem aparentes em salas e dormitórios.
d) Verificar se as posições lançadas no pavimento tipo são aceitáveis ao térreo e nas garagens (subsolos). Por sua vez, essa preocupação de cunho estético é menos importante para o térreo, uma vez que a sua arquitetura pode ficar um pouco prejudicada em favor de um melhor posicionamento dos pilares no pavimento tipo. Quanto às garagens, verifica-se que é mais difícil compatibilizar as melhores posições estruturais dos pilares com a melhor distribuição dos boxes (espaços reservados para os automóveis), sendo primordial, nesta etapa, o entendimento entre calculistas e arquitetos na busca da melhor posição estrutural para os pilares. e) Procurar, sempre que possível, o posicionamento das vigas de tal forma que as
mesmas formem pórticos com os pilares, a fim de enrijecer a estrutura frente às ações horizontais (vento), principalmente na direção da menor dimensão em planta do edifício.
f) Procurar lançar vigas onde existam paredes, evitando que as mesmas fiquem aparentes, contribuindo para o aspecto estético. Entretanto, não é obrigatório lançar vigas sob todas as paredes. Eventualmente, uma parede poderá apoiar-se diretamente na laje, devendo-se fazer as 26 devidas verificações na laje em virtude do carregamento introduzido pela parede. Quando existirem paredes leves, como por exemplo paredes de gesso acartonado e divisórias, a tarefa do lançamento de vigas torna-se mais flexível.
g) Verificar a real necessidade de rebaixamento de uma laje em relação à outra. Às vezes o rebaixamento é necessário quando se tem que embutir as tubulações de esgoto nas lajes (lajes de banheiro ou das áreas de serviço). Atualmente, para esconder as tubulações de esgoto, há a preferência pela utilização de forros falsos em contrapartida à opção pelo rebaixamento. Isso se deve principalmente à facilidade de eventuais consertos nas tubulações.
2.6 CARACTERÍSTICAS DAS LAJES DE CONCRETO ARMADO
Segundo Alva (2007, p. 4), “Lajes são elementos planos bidimensionais, apoiado em seu contorno nas vigas, constituindo os pisos dos compartimentos; recebe as cargas (ações gravitacionais) do piso transferindo-as para as vigas de apoio; submetida predominantemente à flexão nas duas direções ortogonais. ”
De acordo com Pinheiro, Muzardo e Santos (2010, p. 1):
Lajes são elementos planos, em geral horizontais, com duas dimensões muito maiores que a terceira, sendo esta denominada espessura. A principal função das lajes é receber os carregamentos atuantes no andar, provenientes do uso da construção (pessoas, móveis e equipamentos) e transferi-los para os apoios.
Segundo Araújo (2003, p.1), “As lajes são os elementos estruturais que tem a função básica de receber as cargas de utilização das edificações, aplicadas nos pisos e transmiti-las as vigas”.
2.6.1 Vinculação nas lajes
Antes de efetuar o cálculo dos esforços solicitantes e das deformações nas lajes é necessário identificar os vínculos de suas bordas.
Existem, basicamente, três tipos de vínculos, sendo eles: borda livre, borda simplesmente apoiada e borda engastada.
Tabela 3 – Representação dos tipos de apoio.
Fonte: Pinheiro, Muzardo e Santos (2010, p. 3).
Segundo Bastos (2005, p.6), “ Em função das várias combinações possíveis de vínculos nas quatro bordas das lajes retangulares, as lajes recebem números que diferenciam as combinações de vínculos nas bordas”.
Figura 2 – Tipos de lajes em função dos vínculos nas bordas.
Fonte: Bastos (2005, p. 7).
2.6.1.1 Borda livre
Segundo Campos Filho (2014, p. 4), “Quando a borda da laje não tiver vinculação ao longo daquele lado”.
Figura 3 – Laje em balanço.
2.6.1.2 Borda simplesmente apoiada
Segundo Campos Filho (2014, p. 4), “quando a borda da laje é continuamente suportada por vigas, paredes de alvenaria de tijolos cerâmicos, de blocos de concreto ou de pedras”.
Figura 4 – Viga de bordo como apoio simples para a laje.
Fonte: Bastos (2005, p. 4).
2.6.1.3 Borda engastada
Segundo Campos Filho (2014, p. 4), “quando a borda da laje tem continuidade além do apoio correspondente daquele lado (laje adjacente) ”.
Figura 5 – Engastamento na continuidade das lajes.
2.6.2 Cargas atuantes nas lajes
As ações ou carregamentos principais atuantes nas lajes das edificações geralmente são classificadas como cargas permanentes (g) e cargas acidentais (q). As cargas permanentes são constituídas pelos pesos próprios dos elementos e pelo peso de elementos fixos a estruturas, estes valores são considerados constantes ou de pequena variabilidade durante a vida útil da construção. São denominadas cargas acidentais todas aquelas que podem atuar sobre a estrutura da edificação em função de seu uso geralmente sofrem variações significativas durante a vida da construção, como por exemplo (pessoas, móveis, materiais diversos, veículo e etc.)
Segundo Araújo (2003, p.1), “ As cargas permanentes são constituídas pelo peso próprio da estrutura e pelas sobrecargas fixas, como o peso dos revestimentos, alvenaria e enchimentos. As cargas acidentais atuam nas lajes em função da finalidade da edificação e incluem o peso de pessoas, móveis, materiais diversos, veículos, etc.) ”
2.6.3 Vãos efetivos nas lajes
Quando começamos um projeto de lajes, a primeira etapa consiste na determinação dos vãos. Conforme (NBR 6118:2014, item 14.7.2.2), “quando os apoios puderem ser considerados suficientemente rígidos quanto à translação vertical, o vão efetivo deve ser calculado pela seguinte expressão:
ℓef = ℓ0 + a1 + a2 Sendo:
ℓef – Vão efetivo da laje (m);
ℓ0 – Distância entre as faces internas dos pilares (m); "# ≤ &'#/2
0,3 ℎ ". ≤ &0,3 ℎ './2
Figura 6 – Vão efetivo das lajes.
Fonte: Pinheiro, Muzardo e Santos (2010, p. 2).
2.7 CRITÉRIOS A SEREM SEGUIDOS NO DIMENSIONAMENTO DAS LAJES
Para a realização do dimensionamento de lajes deve-se recorrer as normas NRB 6118/14, NBR 8681/03 e NBR 6120/80, entre outras pertinentes, sempre respeitando os critérios por elas determinados, conforme será descrito abaixo.
2.7.1 Classes de agressividade ambiental
A determinação correta da classe de agressividade ambiental é de extrema importância, pois está relacionada às ações físicas e químicas que atuam sobre as estruturas de concreto, através desta classificação pode-se determinar alguns fatores muito importantes, como a resistência a compressão do concreto e seu cobrimento mínimo.
Tabela 4 – Classe de agressividade ambiental.
Fonte: ABNT NBR 6118:2014.
2.7.2 Fator água/cimento e classe do concreto
O concreto é composto por uma mistura de agregado graúdo, agregado miúdo, cimento e água, sendo que a relação entre estes dois últimos componentes é o parâmetro mais importante em sua composição, pois este fator influencia diretamente na resistência e durabilidade do concreto.
De acordo com a ABNT NBR 12655:2015, na falta de ensaios comprobatórios do desempenho, permite-se adotar os requisitos mínimos expressos na tabela 5, utilizando como critério a classe de agressividade ambiental.
Tabela 5 – Correspondência entre classe de agressividade e qualidade do concreto.
Fonte: ABNT NBR 12655:2015.
2.7.3 Cobrimento nominal
De forma a garantir a durabilidade das estruturas, as armaduras devem estar protegidas por uma camada de cobrimento de concreto com uma espessura adequada, responsável pela proteção das barras às ações externas, principalmente evitando a ocorrência de corrosão.
Segundo Bastos (2005, p.12), “Para garantir o cobrimento mínimo (cmín) o projeto e a execução devem considerar o cobrimento nominal (cnom), que é o cobrimento mínimo acrescido da tolerância de execução (∆c). ”
A Tabela 6 (NBR 6118/2014) apresenta valores de cobrimento nominal com tolerância de execução (∆c) de 10 mm, em função da classe de agressividade ambiental.
Tabela 6 – Correspondência entre classe de agressividade ambiental e cobrimento nominal para ∆c = 10mm.
Fonte: ABNT NBR 6118:2014.
2.7.4 Estados limites
A NBR 6118:2014 define que para os cálculos de dimensionamento e verificação das estruturas devem ser considerados os estados-limites últimos e os estados-limites de serviço.
Para que um que uma estrutura possa ser considerada segura, se faz necessário que seus esforços solicitantes sejam menores do que o estado limite considerado. A partir do momento em que ela deixa de atender este requisito, diz-se que ela atingiu um estado limite.
2.7.4.1 Estado limite último
Segundo a NBR 6118:2014 (item 3.2.1, p. 4) “ Estado-Limite último está relacionado ao colapso, ou a qualquer outra forma de ruína estrutural, que determine a paralisação do uso da estrutura ”.
Para garantir a segurança da estrutura de concreto, a NBR 6118:2014 estabelece que devesse ser verificado os estados-limites últimos para:
a) Estado limite último da perda do equilíbrio da estrutura, admitida como corpo rígido;
b) Estado limite último de esgotamento da capacidade resistente da estrutura, no seu todo ou em parte, devido às solicitações normais e tangenciais, admitindo-se a redistribuição de esforços internos, desde que seja respeitada a capacidade de adaptação plástica definida na Seção 14, e admitindo-se, em geral, as verificações separadas das solicitações normais e tangenciais; todavia, quando a interação entre elas for importante, ela estará explicitamente indicada nesta Norma; c) Estado limite último de esgotamento da capacidade resistente da estrutura, no seu
todo ou em parte, considerando os efeitos de segunda ordem; d) Estado limite último provocado por solicitações dinâmicas; e) Estado limite último de colapso progressivo;
f) Estado limite último de esgotamento da capacidade resistente da estrutura, no seu todo ou em parte, considerando exposição ao fogo, conforme a ABNT NBR 15200;
g) Estado limite último de esgotamento da capacidade resistente da estrutura, considerando ações sísmicas, de acordo com a ABNT NBR 15421;
h) Outros estados-limites últimos que eventualmente possam ocorrer em casos especiais.
2.7.4.2 Estado limite de serviço
Segundo Araújo (2003, p.52), “ Estados limites de utilização (ou de serviço): correspondem aos estados em que a utilização da estrutura torna-se prejudicada, por apresentar deformações excessivas (incluindo vibrações indesejáveis), ou por um nível de fissuração que compromete a sua durabilidade ”.
Conforme Campos Filho (2014, p. 4), “Os estados limites de serviço, que devem ser verificados nas estruturas de concreto armado, são: ”.
a) Estado limite de abertura das fissuras: estado em que as fissuras se apresentam com aberturas iguais ao máximos especificados;
b) Estado limite de deformações excessivas: estado em que as deformações atingem os limites estabelecidos para a utilização normal da construção;
c) Estado limite de vibrações excessivas: estado em que as vibrações atingem os limites estabelecidos para a utilização normal da construção.
2.7.5 Deslocamentos limites
Segundo a NBR 6118:2014 (item 13.3, p. 76), “Deslocamentos limites são valores práticos utilizados para verificação em serviço do estado limite de deformações excessivas da estrutura. Para os efeitos desta Norma, são classificados nos quatros grupos básicos a seguir relacionados: ”.
a) Aceitabilidade sensorial: o limite é caracterizado por vibrações indesejáveis ou efeito visual desagradável. A limitação da flecha para prevenir essas vibrações, em situações especiais de utilização, deve ser realizada como estabelecido na Seção 23 da NBR 6118:2014;
b) Efeitos específicos: os deslocamentos podem impedir a utilização adequada da construção;
c) Efeitos em elementos não estruturais: deslocamentos estruturais podem ocasionar o mau funcionamento de elementos que, apesar de não fazerem parte da estrutura, estão a ela ligados;
d) Efeitos em elementos estruturais: os deslocamentos podem afetar o comportamento do elemento estrutural, provocando afastamento em relação às hipóteses de cálculo adotadas. Se os deslocamentos forem relevantes para o elemento considerado, seus efeitos sobre as tensões ou sobre a estabilidade da estrutura devem ser considerados, incorporando-as ao modelo estrutural adotado.
Conforme previsto na norma 6118 de 2014, na tabela 7, são dados os valores limites de deslocamentos.
Tabela 7 - Continuação
Fonte: ABNT NBR 6118:2014.
2.7.6 Taxas de armadura mínima e máxima
O dimensionamento das armaduras não deve ser realizado apenas a partir dos esforços ou das tensões resultantes nos cálculos. As armaduras devem sempre respeitar as taxas mínimas e máximas exigidas pela Norma 6118:2014, conforme consta na Tabela 8, sendo que
estas armaduras devem ser executadas preferencialmente por barras com alta aderência ou por telas soldadas.
Tabela 8 – Valores mínimos para armaduras passivas aderentes.
Fonte: Bastos (2005, p. 38).
Os valores para ρmin constam na Tabela 9, no qual, se deve levar em consideração o Fck utilizado.
Tabela 9 – Valores de ρmin.
Fonte: Pinheiro, Muzardo e Santos (2010, p. 16).
Segundo, Pinheiro, Muzardo e Santos (2010, p. 16), “Devem ser observadas outras prescrições da NBR 6118, algumas das quais são mencionadas a seguir: ”
a) Qualquer barra da armadura de flexão deve ter diâmetro no máximo igual a h/8. b) As barras da armadura principal de flexão devem apresentar espaçamento no
máximo igual a 2h ou 20 cm, prevalecendo o menor desses dois valores na região dos maiores momentos fletores.
c) A armadura secundária de flexão deve corresponder à porcentagem de armadura igual ou superior a 20% da porcentagem da armadura principal, mantendo-se, ainda, um espaçamento entre barras de no máximo 33 cm.
2.7.7 Ações horizontais nas estruturas
O vento é uma ação externa que necessita de cuidado redobrado, sendo de responsabilidade do projetista fazer a avaliação da arquitetura e região onde a edificação será implantada. Os esforços devem ser calculados conforme recomendações na NBR 6123:1988 – Forças devidas ao vento em edificações.
Para a definição dos esforços provocados pelo vento deve ser adotada uma velocidade básica V0, este valor pode ser extraído do gráfico de isopletas do Brasil, que apresenta valores ensaiados em (m/s) para cada região brasileira conforme figura a seguir.
Figura 7 – Isopleta da velocidade básica V0 (m/s).
Fonte: ABNT NBR 6123:1988.
Para que seja possível encontrar o carregamento gerado pelo vento com a utilização do software, se faz necessário a determinação dos fatores, V0, S1, S2 e S3, conforme descriminados a seguir:
2.7.7.1 Velocidade básica do vento – V0
A velocidade básica do vento é a velocidade de uma rajada de 3 segundos, excedida na média uma vez em 50 anos, a 10 metros acima do terreno, em campo aberto e plano. (NBR 6123:1988)
2.7.7.2 Fator topográfico – S1
O fator topográfico S1 leva em consideração as variações do relevo do terreno e é determinado pela NBR 6123:1988 do seguinte modo:
a) terreno plano ou fracamente acidentado: S1 = 1,0; b) taludes e morros:
• taludes e morros alongados nos quais pode ser admitido um fluxo de ar bidimensional soprando no sentido indicado na figura a seguir:
Figura 8 – Fator topográfico S1 (z) V0 (m/s).
Fonte: ABNT NBR 6123:1988.
• no ponto A (morros) e nos pontos A e C (taludes): S1 = 1,0; • no ponto B: [S1 é uma função S1 (z)]:
6º ≤ θ ≤ 17º: S1 (z) = 1,0 + /2,5 −234tg (θ - 3º) ≥ 1
θ ≥ 45º S1 (z) = 1,0 + /2,5 −324 0,31 ≥ 1
[Interpolar linearmente para 3º < θ < 6º < 17º < θ < 45º] Onde:
z = altura medida a partir da superfície do terreno no ponto considerado; d = diferença de nível entre a base e o topo do talude ou morro;
θ = inclinação média do talude ou encosta do morro.
Nota: Entre A e B e entre B e C, o fator S1 é obtido por interpolação linear.
c) Vales profundos, protegidos de ventos de qualquer direção: S1 = 0,9.
2.7.7.3 Rugosidade do terreno – S2
Segundo a NBR 6123:1988, “o fator S2 considera o efeito combinado da rugosidade do terreno, da variação da velocidade do vento com a altura acima do terreno e das dimensões da edificação ou parte da edificação em consideração”.
2.7.7.4 Fator estático – S3
De acordo a NBR 6123:1988, “ o fator estático S3 é baseado em conceitos estatísticos, e considera o grau de segurança requerido e a vida útil da edificação”.
Tabela 10 – Valores mínimos do fator estatísticos S3.
Fonte: ABNT NBR 6123:1988.
2.7.8 Coeficiente gama-z (γz)
O coeficiente γz é um parâmetro de estabilidade criado pelos engenheiros Mário Franco e Augusto Carlos Vasconcelos para medir a intensidade dos efeitos de segunda ordem em edificações.
De acordo com Moncayo (2011, p.32), “ O coeficiente γz é um parâmetro que avalia, de forma simples e bastante eficiente, a estabilidade global de um edifício com estrutura de concreto armado”.
Conforme a NBR 6118:2014 o coeficiente γz é uma avaliação de importância dos esforções de segunda ordem global, sendo válido para estruturas reticuladas de no mínimo quatro andares.
O valor de γz para cada combinação de carregamento é dado pela expressão:
γz = 1
1 −∆;; <=<,3 #,<=<,3 onde:
M1,tot,d = Momento de tombamento, ou seja, a soma dos momentos de todas as forças horizontais da combinação considerada, com seus valores de cálculo, em relação à base da estrutura;
∆Mtot,d = soma dos produtos de todas as forças verticais atuantes na estrutura, na combinação considerada, com seus valores de cálculo, pelos deslocamentos horizontais de seus respectivos pontos de aplicação, obtidos da análise de 1ª ordem.
Considera-se que a estrutura é de nós fixos se for obedecida a condição γz ≤ 1,1. 2.8 INTRODUÇÃO AOS SISTEMAS ESTRUTURAIS ADOTADOS
O Sistema estrutural é formado através das combinações de elementos estruturais, cujo estes são responsáveis pela resistência e estabilidade da construção. Para realização da análise estrutural deve ser realizada a escolha de um modelo que atenda os objetivos propostos pelo projeto arquitetônico.
De acordo com Spohr (2008, p. 30),
Um sistema convencional de estruturas de concreto armado é aquele que pode ser constituído basicamente por lajes maciças, vigas e pilares, sendo que as lajes recebem os carregamentos oriundos da utilização, ou seja, das pessoas, móveis acrescidos de seu peso próprio, os quais são transmitidos às vigas, que por sua vez descarregam seus esforços aos pilares e esses às fundações.
Na figura 9 está a representação de uma laje convencional, descrita por Spohr.
Figura 9 – Representação esquemática de um sistema construtivo convencional.
Segundo Alva (2007, p. 6),
Os sistemas estruturais devem ser entendidos como disposições racionais e adequadas de diversos elementos estruturais – vigas, pilares, lajes, paredes estruturais, entre outros. Os sistemas estruturais, portanto, consistem na reunião de elementos estruturais de concreto, de aço, mistos e outros, de maneira que estes trabalhem de forma conjunta para resistir às ações atuantes no edifício e garantir sua estabilidade. Para efeito deste trabalho, adotou-se dois sistemas estruturais de lajes, sabendo que estes pertencem ao sistema construtivo em concreto armado, no qual é formado pela associação do concreto simples com uma armadura de aço.
2.8.1 Sistema estrutural convencional com lajes maciças
Conforme descrito por Araújo (2003, p. 2), “as lajes maciças são placas de espessura uniforme apoiadas ao longo do seu contorno. Os apoios podem ser constituídos por vigas ou por alvenarias, sendo este o tipo de laje predominante nos edifícios residenciais onde os vãos são relativamente pequenos. ”
Nas lajes maciças cabe ressaltar que devem ser respeitados os seguintes limites mínimos para a espessura em função do seu uso, conforme prescreve a NBR 6118 (ABNT, 2014):
• 7 cm para cobertura não em balanço; • 8 cm para lajes de piso não em balanço; • 10 cm para lajes em balanço;
• 10 cm para lajes que suportem veículos de peso total menor ou igual a 30kN; • 12 cm para lajes que suportem veículos de peso total maior que 30kN; • 15 cm para lajes com protensão apoiadas em vigas, com no mínimo de >.ℓ
para lajes de piso biapoiadas e ? ℓ para lajes de piso contínuas; • 16 cm para lajes lisas e 14 cm para lajes-cogumelos, fora do capitel.
Segundo Spohr (2008, p. 31), “a laje maciça não é adequada para vencer grandes vãos. Ele recomenda adotar-se como vão médio econômico um valor entre 3,5m e 5m.”
Quando da existência de vãos maiores que 6m no projeto, pode-se pensar na utilização de outros tipos de lajes existentes no mercado, de forma a avaliar o menor custo, pois quanto a espessura de lajes maciças, dizem os especialistas que o máximo aceitável de espessura é 15cm.
Alva (2007, pg. 12), recomenda algumas práticas que constituem uma boa estimativa inicial para o pré-dimensionamento de lajes, ele considera que a espessura da laje (h) pode ser estimada por: h ≅ "#$ onde Lx é o menor vão da laje.
Figura 10 – Vão das lajes para o pré-dimensionamento da espessura h.
Fonte: Alva (2007, p. 12).
2.8.1.1 Vantagens das lajes maciças
Conforme Lopes, (2012, p.37), as lajes maciças apresentam as seguintes vantagens; • Oferece função de placa e membrana (chapa);
• Bom desempenho em relação à capacidade de redistribuição dos esforços; • Apropriada a situações de singularidade estrutural;
• A existência de muitas vigas, por outro lado, forma muitos pórticos, que garantem uma boa rigidez à estrutura de contraventamento;
• Foi durante anos o sistema estrutural mais utilizado nas construções de concreto, por isso a mão de obra já é bastante treinada;
• Menos suscetível a fissuras e trincas, uma vez que, depois de seco, o concreto torna-se um monobloco que dilata e contrai de maneira uniforme. 2.8.1.2 Desvantagens das lajes maciças
Ainda segundo Lopes (2012, p. 38), as lajes maciças também apresentam as desvantagens lista a seguir;
• Elevado consumo de fôrmas, escoras, concreto e aço;
• Elevado peso próprio implicando em maiores reações nos apoios (vigas, pilares e fundações);
• Elevado consumo de mão de obra referente às atividades dos profissionais: carpinteiro, armador, pedreiro e servente;
• Grande capacidade de propagação de ruídos entre pavimentos;
• Limitação quanto a sua aplicação a grandes vãos por conta da demanda de espessura média de concreto exigida para esta situação;
• Custo relativamente elevado;
• Devido aos limites impostos, apresenta uma grande quantidade de vigas, fato esse que deixa a forma do pavimento muito recortada. Diminuindo a produtividade da construção;
• Tempo muito elevado para execução das fôrmas e da desforma. 2.8.1.3 Processo construtivo de lajes maciças
No sistema convencional de lajes maciças, Barros e Melhado (2006), definem que para a produção da estrutura, deve-se seguir basicamente os seguintes passos:
a) Montagem das fôrmas e armaduras dos pilares; b) Montagem das fôrmas de vigas e lajes;
c) Concretagem dos pilares;
d) Montagem da armadura de vigas e lajes; e) Concretagem de vigas e lajes;
2.8.1.3.1 Montagem das fôrmas dos pilares
Em Barros e Melhado (2006), recomenda-se os seguintes procedimentos para a montagem das fôrmas dos pilares.
a) Locação dos gabaritos de pé de pilar, os quais deverão circunscrever os painéis das faces;
b) Posicionamento das três faces do pilar, nivelando e aprumando cada uma das faces com o auxílio de réguas inclinadas;
c) Posicionamento da armadura, com os espaçadores e conferência do engenheiro conforme o projeto;
d) Fechamento da última face e revisão no prumo e escoramento das quatro faces.
Figura 11 – Gabaritos de locação de pilares.
Fonte: Arquivo do autor (2017).
2.8.1.3.2 Montagem das fôrmas de vigas e lajes
Finalizado a montagem das fôrmas dos pilares, tem início a montagem das fôrmas de vigas e lajes, Barros e Melhado (2006) recomendam que sejam seguidos os seguintes procedimentos:
a) Montagem dos fundos de vigas apoiados sobre os pontaletes, cavaletes ou garfos;
b) Posicionamento das laterais das vigas, das guias, dos travessões e pés-direitos de apoio dos painéis de laje;
c) Distribuição e fixação dos painéis de laje e colocação das escoras das faixas de laje;
d) Alinhamento das escoras e nivelamento das vigas e lajes;
e) Limpeza geral e liberação da fôrma para a colocação da armadura.
2.8.1.3.3 Concretagem dos pilares
Primeiramente, deve-se salientar que esta etapa pode ser executada antes da montagem das fôrmas de vigas e lajes, cabe ao engenheiro responsável avaliar as vantagens e desvantagens na ordem das etapas.
De acordo com Barros e Melhado (2006), “ o lançamento do concreto no pilar deve ser feito por camadas não superiores a 50cm, devendo-se vibrar cada camada expulsando os vazios”.
2.8.1.3.4 Colocação das armaduras nas fôrmas de vigas e lajes
Segundo Barros e Melhado (2006), considerando-se que as armaduras estejam previamente cortadas e dobradas, inicia-se o posicionamento nas fôrmas, recomendando-se observar os seguintes procedimentos:
a) Antes de colocar a armadura da viga e da laje nas fôrmas, devem-se colocar espaçadores de acordo com o projeto;
b) Marcar as posições e montar as armaduras nas vigas e lajes; c) Efetuar a verificação de todas as ferragens de vigas e lajes.
Figura 12 – Armaduras de lajes e vigas colocadas.
Fonte: Arquivo do autor (2017).
2.8.1.3.5 Concretagem das vigas e lajes
Ainda de acordo com Barros e Melhado (2006) é recomendado seguir os passos abaixo:
a) Lançar o concreto diretamente sobre a laje e espalhar com auxílio de pás e enxadas;
b) Lançar o concreto sempre que possível diretamente nas vigas com a bomba ou com o auxílio de pás e enxadas.
c) Adensamento com vibrador e sarrafeamento do concreto;
d) Acabamento com desempenadeira e início da cura da laje logo que for possível andar sobre o concreto.
Figura 13 – Concretagem das vigas e lajes maciças.
Fonte: Arquivo do autor (2017).
2.8.1.3.6 Desfôrma
A NBR 14931:2004, recomenda que escoramentos e fôrmas não devem ser removidos até que o concreto alcance resistência suficiente para:
a) Suportar a carga imposta ao elemento estrutural nesse estágio; b) Evitar deformações que excedam as tolerâncias especificadas; c) Resistir a danos para a superfície durante a remoção.
2.8.2 Sistema estrutural com vigotas treliçadas
De acordo com Droppa Junior (1999, p. 13):
As lajes treliçadas podem ser tratadas como estruturas monolíticas, devido à grande solidarização da armadura com o concreto moldado no local. A princípio, estas lajes têm o mesmo funcionamento estrutural de uma laje projetada da forma convencional, sendo que os elementos pré-moldados têm, no caso, função de racionalização na execução, proporcionando à obra rapidez e economia.
Estas lajes são formadas por vigotas treliçadas, preenchidas com elementos, como blocos cerâmicos vazados, mais conhecidos por tavelas, ou blocos de poliestireno expandido (EPS), onde estes são colocados sobre os elementos pré-moldados, para posteriormente receber uma capa de concreto moldado no local.
Figura 14 – Laje com vigota treliçada.
Fonte: Manual técnico ArceloMittal (2010).
Conforme especificado no manual da ArcelorMittal (2010, p.6), a vigota treliçada é um conjunto formado pela armação treliçada, a ferragem adicional e a base de concreto, conforme apresentado na figura 15.
Figura 15 – Vigota treliçada.
Os comprimentos das vigotas deverão ser definidos em projetos pelo engenheiro e repassados ao fornecedor para que estas sejam produzidas no tamanho exato, caso necessário as vigotas também podem ser fabricadas com armaduras adicionais introduzidas na base de concreto.
No caso de serem utilizadas vigotas protendidas, normalmente o fornecedor com base no projeto estrutural define o comprimento e a quantidade de vigotas.
Ainda segundo o manual técnico da ArceloMittal (2010, p. 4):
A armação treliçada é constituída por um fio superior (banzo superior), que atual como armadura de compressão durante a montagem e concretagem da laje treliçada, e pode colaborar na resistência ao momento fletor negativo (em regiões de apoio central); dois fios inferiores (banzo inferior), os quais resistem às forças de tração oriundas do momento fletor positivo; as diagonais ou sinusoides, que além de funcionarem como armadura resistente às forças cortantes (quando forem altas), servem para promover uma perfeita coesão ou aderência entre o concreto pré-moldado da vigota e o concreto do capeamento (moldado in loco).
Figura 16 – Armação treliçada.
Fonte: Manual técnico ArceloMittal (2010).
2.8.2.1 Vantagens das lajes treliçadas
De acordo com a CONCREFATO (2006), as principais vantagens no uso das lajes treliçadas são:
• Capacidade de vencer grandes vãos livres e suportar altas cargas;
• Capacidade de suportar paredes apoiadas diretamente sobre a laje, fazendo-se previamente as considerações necessárias;
• Possibilidade de redução da quantidade de vigas e consequentemente de pilares e fundações do sistema estrutural de qualquer edificação. Com a redução da quantidade de pilares, ganha-se espaço interno;
• Redução do custo final da estrutura, entre economia de aço, concreto, fôrma e mão-de-obra;
• Menor peso próprio com consequente alívio das cargas em vigas, pilares e fundações;
• Redução do escoramento, devido ao baixo peso próprio;
• Redução de grande parte do uso de fôrma para a execução das lajes;
• Facilidade de transporte horizontal e vertical, e maior agilidade na montagem;
• Dimensionamento uni ou bidirecional, dependendo da necessidade da estrutura;
• Eliminação da possibilidade de trincas e fissuras, pela condição de total aderência entre as nervuras e o concreto de capeamento. Esta total aderência é oferecida principalmente pela existência dos sinusóides (armadura diagonal que liga o ferro superior aos inferiores), e também pela superfície rugosa em contato com o concreto de capeamento;
• Perfeita condição de monoliticidade da estrutura, possibilitando ser utilizada em qualquer tipo de obra, seja horizontal ou vertical com altura elevada; • Baixo índice de desperdício;
• Melhoria das características térmicas e acústicas, quando a laje é executada com blocos de EPS.
2.8.2.2 Desvantagens das lajes treliçadas
Segundo Ferreira (2016, p. 17), podem ser citadas como desvantagens:
• Quando é feito enchimento com EPS, não é possível fazer furos na parte inferior;
• Também é necessário utilizar uma cola especial na face aparente do isopor para que o acabamento (chapisco ou gesso) possa aderir ao material; • Necessidade de mão de obra especializada para realizar os acabamentos de
2.8.2.3 Processo construtivo de lajes com vigotas treliçadas
O processo construtivo das lajes com vigotas treliçadas segue as normas da NBR 14931:2004 igualmente as de laje maciça. Devido a excluir o uso de fôrmas nas execuções, se obtém um ganho imenso de tempo na montagem das lajes.
Conforme descrito na PINI (2011), para este processo construtivo deve-se seguir os seguintes passos, considerando que os pilares já estejam concretados:
a) Escoramento;
b) Colocação das vigotas;
c) Colocação dos blocos de enchimento; d) Colocação das armaduras;
e) Concretagem.
2.8.2.3.1 Escoramento
De acordo com os passos descritos na PINI (2011, p.91), é necessário considerar 3 etapas importantes para realizar adequadamente o escoramento das lajes com vigotas treliçadas. a) Escoramento apoiado em bases firmes, de preferência no contrapiso. Não deixe vão com mais de 1,3m sem linha de escora, cuidando sempre para respeitar a contra flecha no vão central;
b) Coloque as travessas horizontais no sentido perpendicular aos que as vigotas foram apoiadas, sem forças para cima;
c) A retirada do escoramento não deve acontecer até que o concreto alcance resistência descrita em projeto.
Figura 17 – Escoramento de laje com vigotas treliçadas.
Fonte: Mecamil (2017).
2.8.2.3.2 Colocação das vigotas
Para a colocação das vigotas a Pini (2011) define os seguintes procedimentos: a) Fazer a colocação das vigotas, lado a lado, com as ferragens voltadas para
cima, apoiadas nas extremidades sobre a cinta de amarração ou sobre a parede de alvenaria;
b) Fazer os furos nos pontos previstos para a passagem das instalações elétricas.
2.8.2.3.3 Colocação dos blocos de enchimento
Segundo a Pini (2011), para a colocação dos blocos de enchimentos deve-se seguir os seguintes passos:
a) Realizar a colocação dos blocos de enchimento a partir das extremidades. Eles ficam encaixados no espaço entre as vigotas, que serve de gabarito de montagem.
b) Após o encaixe de todos os blocos, é efetuado os cortes necessários para a passagem dos eletrodutos sobre a laje.
2.8.2.3.4 Colocação das armaduras
Conforme recomendação da Pini (2011), deve-se seguir a seguinte sequência para a colocação das armaduras:
a) Fixar as armaduras positivas e negativas, que devem ser distribuídas no sentido transversal e perpendicular às vigotas, sempre seguindo as orientações e medidas do projeto;
b) Colocação das armaduras de distribuição por cima dos blocos de enchimento, de acordo com as especificações de projeto.
2.8.2.3.5 Concretagem
Ainda de acordo com a Pini (2011), a concretagem é realizada seguindo os mesmos passos citados no item 2.7.1.3.5 – Concretagem de lajes e vigas, na parte de lajes maciças, porém deve-se tomar cuidado antes do lançamento do concreto, molhando bem todo o enchimento e as vigotas evitando que estes absorvam a água do concreto.
3 METODOLOGIA
3.1 CONSIDERAÇÕES GERAIS
Neste presente trabalho, desenvolveu-se uma análise comparativa entre os sistemas estruturais convencionais de lajes maciças e lajes de vigotas treliçadas.
Primeiramente, foram definidos os sistemas construtivos a serem analisados, em seguida, foi escolhido o edifício modelo para servir como base para concepção e análise de cada sistema estrutural proposto neste trabalho. Para que os resultados apresentados fossem mais relevantes, optou-se por trabalhar com uma edificação multifamiliar de 13 pavimentos.
Na segunda parte deste trabalho, efetuaram-se os lançamentos estruturais do edifício modelo e executou-se uma análise da estrutura para os dois sistemas escolhidos, obtendo-se os quantitativos de materiais, os quais permitam a formação de índices definidos para comparação.
Foram comparados os custos totais da obra obtidos através de composições de preços, chegando-se a um valor global para cada sistema estrutural proposto.
3.2 SISTEMAS CONSTRUTIVOS ADOTADOS
3.2.1 Sistema construtivo
• Sistema estrutural convencional com lajes maciças, vigas e pilares;
• Sistema estrutural convencional com lajes de vigotas treliçadas, vigas e pilares.
3.2.2 Etapas consideradas
• Análise de sustos da estrutura propriamente dita: sapatas, pilares, vigas e lajes.
3.2.3 Serviços e insumos envolvidos
• Concreto; • Aços; e • Formas.
3.3 EDIFÍCIO MODELO
O projeto arquitetônico do edifício modelo trata-se de uma adaptação feita para a execução deste trabalho, usando como exemplo o projeto do Residencial Jasmim dos Poetas. Trata-se de um edifício com uso misto, onde no andar térreo contém salas comerciais e nos pavimentos tipos apartamentos residenciais, conforme a figura 18, localiza-se na Avenida Atílio Pagani, esquina com a Claudio Zacchi, no município de Palhoça, estado de Santa Catarina.
Figura 18 – Residencial Jasmim dos Poetas.
Fonte: Site da Construtora.
Como objeto deste estudo considerou-se que o edifício tem 13 pavimentos, todos iguais ao pavimento tipo, conforme indica a figura 19, e com a distância de 2,88m de piso a piso. Sendo que para este estudo não será considerada a existência de outros pavimentos, tais como térreo, garagens, cobertura e reservatórios.
Figura 19 – Perfil da edificação.
Fonte: Elaboração do autor, 2017.
A escolha por esse edifício modelo deve-se ao fato do mesmo possuir uma utilização residencial de padrão médio, o que obriga as construtoras a trabalharem com o orçamento menor possível pois os lucros neste padrão de empreendimentos são mais justos e isto acaba despertando o interesse de qual alternativa estrutural seria a mais adequada e com menor custo para a edificação.
