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Paulo Rodrigo Beiersdorf Silva RACIONALIZAÇÃO DOS INSUMOS ESTRUTURAIS E CARGAS, COMPARANDO O SISTEMA DE VEDAÇÃO CONVENCIONAL COM FECHAMENTO EM DRYWALL PARA ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO Balneário Camboriú 2020 Ficha catalográfica elaborada pelo Repositório Institucional do Centro Universitário Avantis (RI-UniAvan), com os dados fornecidos pelo(a) autor(a). Rodrigo Beiersdorf Silva, Paulo RACIONALIZAÇÃO DOS INSUMOS ESTRUTURAIS E CARGAS, COMPARANDO O SISTEMA DE VEDAÇÃO CONVENCIONAL COM FECHAMENTO EM DRYWALL PARA ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO / Rodrigo Beiersdorf Silva, Paulo. -- Balneário Camboriú, 2020. 92 f. Orientador(a): LUAN MATEUS STIEGEMEIER. Trabalho de Conclusão de Curso (TCC) (Engenharia Civil) -- Centro Universitário Avantis - UniAvan, 2019. 1. Concreto Armado 1. Fechamento 1. Cargas I. LUAN MATEUS STIEGEMEIER II. Título. 1 PAULO RODRIGO BEIERSDORF SILVA RACIONALIZAÇÃO DOS INSUMOS ESTRUTURAIS E CARGAS, COMPARANDO O SISTEMA DE VEDAÇÃO CONVENCIONAL COM FECHAMENTO EM DRYWALL PARA ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO Balneário Camboriú 2020 2 PAULO RODRIGO BEIERSDORF SILVA RACIONALIZAÇÃO DOS INSUMOS ESTRUTURAIS E CARGAS, COMPARANDO O SISTEMA DE VEDAÇÃO CONVENCIONAL COM FECHAMENTO EM DRYWALL PARA ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Curso de Graduação em Engenharia Civil do Centro Universitário Uniavan, como requisito parcial para obtenção do título de Engenheiro Civil. Prof. Orientador: Luan Mateus Stiegemeier (Esp.). Balneário Camboriú 2020 3 PAULO RODRIGO BEIERSDORF SILVA RACIONALIZAÇÃO DOS INSUMOS ESTRUTURAIS E CARGAS, COMPARANDO O SISTEMA DE VEDAÇÃO CONVENCIONAL COM FECHAMENTO EM DRYWALL PARA ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO Este Trabalho de Conclusão de Curso foi julgado adequado à obtenção do título de Engenheiro Civil e aprovado em sua forma final pelo Curso de Engenharia Civil, do Centro Universitário Uniavan. Balneário Camboriú (SC), 15 de julho de 2020 _________________________ Prof. Luan Mateus Stiegemeier, Especialista Orientador _________________________ Prof. Dr. Ricardo André Hornburg Coordenador do Curso Apresentada perante a Banca Examinadora composta pelos Professores _________________________ Vanessa Steigleder Moser, Especialista _________________________ João Tomás Pereira Filho, Me. 4 Dedico esse trabalho à minha esposa Máira, que sempre me apoiou nos momentos mais necessários. 5 AGRADECIMENTOS Quero agradecer primeiramente a Deus, por permitir a realização desse sonho, à todos os professores, que cooperaram de forma significativa para esse momento. Em especial aos professores Luan Mateus Stiegemeier, meu orientador, suas contribuições foram fundamentais e transmitida de forma excelente e a Professora da disciplina de TCC II, Pamella Hornburg, pois suas orientações foram vitais na elaboração desse estudo. A Máira Beiersdorf Silva, minha esposa, por me apoiar incondicionalmente nesse projeto, me incentivar em cada passo dessa caminhada. Por suportar muitos e muitos finais de semana em casa, para a elaboração desse trabalho. 6 “Abraço combina muito com engenharia: colunas alinhadas que dão conforto e segurança.” (Tiago Bezerra) 7 TERMO DE ISENÇÃO DE RESPONSABILIDADE Declaro, para todos os fins de direito, que assumo total responsabilidade pelo aporte ideológico conferido ao presente trabalho, isentando o Centro Universitário Uniavan, a coordenação do Curso de Engenharia Civil, a Banca Examinadora e o Orientador de toda e qualquer responsabilidade acerca do mesmo. Balneário Camboriú (SC), 27 de junho de 2020. _______________________________________ Paulo Rodrigo Beiersdorf Silva 8 RESUMO A racionalização na construção civil torna-se relevante devido a competitividade crescente. Portanto seria possível reduzir os insumos estruturais e as cargas em uma estrutura de concreto armado utilizando fechamento em drywall. Nesta ótica, foi realizada uma avaliação utilizando fechamento de paredes em drywall e a paredes de fechamento convencional, verificando se e o quanto esta utilização contribui para redução de insumos para estrutura e carregamentos para as fundações. Para obter os resultados da avaliação foi realizado um estudo bibliográfico de estruturas em concreto armado e sistema de vedação, a escolha de um projeto arquitetônico para utilização dos sistemas, a elaboração e dimensionamento de dois modelos computacionais utilizando o TQS®, a análise do custo da utilização do drywall versus alvenaria convencional e a comparação dos insumos e cargas. Quanto aos procedimentos técnicos da construção do estudo, pode-se caracterizar a pesquisa como aplicada, e quantitativa, quanto aos objetivos é exploratória e descritiva, trata de um estudo de caso, e instrumentalmente utilizando a pesquisa bibliográfica. Por fim verifica-se o resultado da comparação dos dois modelos estruturais, sendo em comparação ao modelo de alvenaria convencional a redução de cargas do modelo com drywall foi de aproximadamente 28,29% na carga total da edificação, a redução de aço foi de 16,30%. Palavras-chave: Concreto Armado. Fechamento. Cargas. 9 ABSTRACT The rationalization in civil construction becomes relevant due to the growing increase. Therefore, it is possible to reduce the selected values and loads in a reinforced concrete structure using drywall locking. In this perspective, an evaluation was carried out using the closing of drywall walls and conventional closing walls and verifying whether the value of this use is necessary to reduce inputs in the structure and loads to the foundations. To obtain the results of the evaluation, a bibliographic study of reinforced concrete structures and a sealing system was carried out, a choice of an architectural design for use of systems, an assembly and dimensioning of two models of computational use of TQS®, an analysis of cost of using drywall versus conventional masonry and comparing inputs and loads. As for the technical procedures of construction of the study, one can characterize a research as applied, and quantitative, as for the objectives it is exploratory and descriptive, it deals with a case study and it uses the bibliographic research instrumentally. Finally, check if the result of comparing the two models applied, compared to the conventional masonry model and the load reduction of the drywall model was approximately 28.29% in the total edition load, a reduction in steel was 16 30%. Keywords: Reinforced Concrete. Closure. Loads. 10 LISTA DE ILUSTRAÇÕES Figura 1: Diagrama tensão-deformação .................................................................... 24 Figura 2: Diagrama tensão-deformação para aços de armaduras passivas ............. 25 Figura 3: Diagrama tensão-deformação para aços de armaduras ativas .................. 26 Figura 4: Elementos Estruturais ................................................................................ 28 Figura 5: Fundações Rasas ...................................................................................... 30 Figura 6: Ações e combinações em uma estrutura ................................................... 32 Figura 7: Modelo colapso da estrutura ...................................................................... 37 Figura 8: Modelo funcionamento estrutura ao estado limite de serviço ..................... 37 Figura 9: Modelo Estrutural .......................................................................................41 Figura 10: Vigas contínuas ........................................................................................ 42 Figura 11: Grelha somente de vigas ......................................................................... 43 Figura 12: Grelha vigas e lajes .................................................................................. 44 Figura 13: Pórtico plano ............................................................................................ 45 Figura 14: Pórtico espacial ........................................................................................ 46 Figura 15: Barra de pórtico espacial .......................................................................... 46 Figura 16: Resumo da evolução dos modelos .......................................................... 47 Figura 17: Esquema de montagem de parede de drywall ......................................... 53 Figura 18: Tipos de massas ...................................................................................... 55 Figura 19: Tipos de fitas ............................................................................................ 55 Figura 20:Comparativo Sistemas Construtivos ......................................................... 57 Figura 21:Comparativo de desempenho entre alvenaria e drywall ............................ 59 Figura 22:Comparativo de desempenho entre alvenaria e drywall entre unidades ... 60 Figura 23: Modelador Estrutural ................................................................................ 61 Figura 24: Visualizador de grelha não linear ............................................................. 62 Figura 25: Cálculo do Pilar ........................................................................................ 63 Figura 26: Visualizador de plantas ............................................................................ 64 Figura 27: Página Inicial ............................................................................................ 65 Figura 28: Projeto arquitetônico ................................................................................ 67 Figura 29: Forma do Pavimento Tipo ........................................................................ 68 Figura 30: Modelo 3D no TQS ................................................................................... 69 Figura 31: Detalhe da laje nervurada ........................................................................ 71 11 Figura 32: Pilar P11 modelo alvenaria ...................................................................... 77 Figura 33: Pilar P11 modelo drywall .......................................................................... 78 Figura 34: Viga V10 modelo alvenaria ...................................................................... 79 Figura 35: Viga V10 modelo drywall .......................................................................... 80 12 LISTA DE QUADROS Quadro 1: Valor do coeficiente de aderência 1 ........................................................ 26 Quadro 2: Coeficiente de γf = γf 1⋅ γf 3 ....................................................................... 38 Quadro 3: Valores dos coeficientes ........................................................................... 39 Quadro 4: Tipos de chapas ....................................................................................... 54 Quadro 5: Especificações lã mineral ......................................................................... 56 Quadro 6:Tabela de desempenho das paredes drywall ............................................ 56 Quadro 7: Alvenarias de Vedação ............................................................................. 58 Quadro 8: Divisórias .................................................................................................. 58 Quadro 9: Revestimentos de Pisos ........................................................................... 59 Quadro 10: Cargas por m³......................................................................................... 69 Quadro 11: Coeficiente de arrasto ............................................................................ 71 Quadro 12: Insumos SINAPI - Aço ............................................................................ 81 13 LISTA DE TABELAS Tabela 1: Resultado Gama Z .................................................................................... 72 Tabela 2: Cargas sobre os pilares ............................................................................. 73 Tabela 3: Resultados Concreto e Fôrmas ................................................................. 74 Tabela 4: Resultado Consumo de Aço – Modelo Alvenaria ...................................... 75 Tabela 5: Resultado Consumo de Aço – Modelo Drywall ......................................... 75 Tabela 6: Peso total Aço ........................................................................................... 75 Tabela 7: Taxas de Aço ............................................................................................ 76 Tabela 8: Consumo de Aço por bitola – Modelo Alvenaria ........................................ 81 Tabela 9: Consumo de Aço por bitola – Modelo Drywall ........................................... 81 Tabela 10: Valor do consumo de aço por bitola ........................................................ 82 14 LISTA DE GRÁFICOS Gráfico 1: Consumo de Aço (Kg) ............................................................................... 76 15 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO ....................................................................................................... 19 1.1 OBJETIVOS ..................................................................................................... 20 1.1.1 Objetivo Geral ........................................................................................... 20 1.1.2 Objetivos Específicos ................................................................................ 20 1.2 HIPÓTESE ....................................................................................................... 21 1.3 JUSTIFICATIVA ............................................................................................... 21 2. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA ............................................................................ 22 2.1 CONCRETO .................................................................................................... 22 2.1.1 Massa específica....................................................................................... 22 2.1.2 Resistência à compressão ........................................................................ 23 2.1.3 Resistência à tração .................................................................................. 23 2.2 AÇO ................................................................................................................. 25 2.2.1 Propriedades do aço ................................................................................. 25 2.2.2 Tipo de superfície aderente ....................................................................... 26 2.2.3 Massa específica e coeficiente de dilatação térmica................................. 27 2.3 CONCRETO ARMADO .................................................................................... 27 2.4 NBR 6118:2014 - PROJETO DE ESTRUTURAS DE CONCRETO – PROCEDIMENTO ................................................................................................. 27 2.5 ELEMENTOS ESTRUTURAIS ........................................................................ 28 2.5.1 Elementos de Superestrutura .................................................................... 29 2.5.2 Elementos de Infraestrutura ......................................................................29 2.5.3 Elementos Complementares ..................................................................... 30 2.6 PROJETO ESTRUTURAL ............................................................................... 31 2.6.1 Concepção estrutural ................................................................................ 31 16 2.6.2 Análise estrutural....................................................................................... 31 2.6.3 Dimensionamento e detalhamento ............................................................ 32 2.6.4 Emissão de plantas ................................................................................... 32 2.7 AÇÕES E COMBINAÇÕES ............................................................................. 32 2.7.1 Ações permanentes .................................................................................. 33 2.7.2 Ações permanentes diretas ....................................................................... 33 2.7.3 Ações permanentes indiretas .................................................................... 34 2.7.4 Ações variáveis ......................................................................................... 34 2.7.5 Ações variáveis diretas ............................................................................. 34 2.7.6 Ações variáveis indiretas ........................................................................... 35 2.7.7 Coeficientes de ponderação das ações (γf) ............................................... 36 2.7.8 Estado limite último (ELU) ......................................................................... 36 2.7.9 Estado limite de Serviço (ELS) .................................................................. 37 2.7.10 Coeficientes de ponderação das ações no estado-limite último .............. 38 2.7.11 Coeficientes de ponderação das ações no estado-limite de serviço ....... 39 2.7.12 Combinações de ações ........................................................................... 40 2.8 ANÁLISE ESTRUTURAL ................................................................................. 40 2.8.1 Modelos estruturais ................................................................................... 41 2.8.2 Métodos aproximados mais vigas contínuas ............................................. 41 2.8.3 Viga mais pilares (Pórtico H) ..................................................................... 43 2.8.4 Grelha somente de vigas .......................................................................... 43 2.8.5 Grelha de vigas e lajes .............................................................................. 44 2.8.6 Pórtico plano ............................................................................................. 44 2.8.7 Pórtico espacial ......................................................................................... 45 2.8.8 Combinações de modelos estruturais ....................................................... 47 2.9 SISTEMAS ESTRUTURAIS ............................................................................ 48 2.9.1 Edifícios com estrutura interna .................................................................. 48 17 2.9.2 Edifícios com estrutura externa ................................................................. 48 2.9.3 Análise global ............................................................................................ 48 2.10 RACIONALIZAÇÃO DA CONSTRUÇÃO ....................................................... 50 2.11 VEDAÇÕES ................................................................................................... 50 2.12 ALVENARIA CONVENCIONAL ..................................................................... 51 2.12.1 Propriedades das alvenarias na execução .............................................. 51 2.12.2 Contribuição das paredes na estabilidade .............................................. 52 2.13 DRYWALL (GESSO ACARTONADO) ........................................................... 52 2.13.1 Chapas de gesso .................................................................................... 53 2.13.2 Perfis metálicos em aço galvanizado ...................................................... 54 2.13.3 Fixações (parafusos e buchas) ............................................................... 54 2.13.4 Massa para juntas e massa para colagem .............................................. 54 2.13.5 Fitas ........................................................................................................ 55 2.13.6 Acessórios ............................................................................................... 56 2.13.7 Lã mineral ............................................................................................... 56 2.13.8 Desempenho ........................................................................................... 56 2.13.9 Facilidades .............................................................................................. 57 2.13.10 Redução de Resíduos ........................................................................... 57 2.14 PESOS DE COMPONENTES CONSTRUTIVOS .......................................... 58 2.15 DESEMPENHO TÉRMICO ALVENARIA E DRYWALL ................................. 59 2.16 FERRAMENTAS COMPUTACIONAIS .......................................................... 60 2.16.1 TQS ......................................................................................................... 60 2.16.2 EXCEL .................................................................................................... 64 2.17 CUSTOS E ORÇAMENTAÇÃO ..................................................................... 65 3 PROCEDIMENTOS METODOLÓGICOS............................................................... 66 3.1 CARACTERIZAÇÃO DA PESQUISA............................................................... 66 3.2 DESCRIÇÃO DA FONTE DE DADOS ............................................................. 66 18 3.3 DESCRIÇÃO DO PROJETO ARQUITETÔNICO ............................................ 67 3.4 ANÁLISE, INTERPRETAÇÃO E COLETA DOS DADOS ................................ 67 3.5 CONFIGURAÇÕES UTILIZADAS PARA O PROJETO ESTRUTURAL .......... 70 4 RESULTADOS ....................................................................................................... 72 4.1 CARGAS .......................................................................................................... 72 4.2 CONSUMO DE CONCRETO E FÔRMAS ....................................................... 74 4.3 CONSUMO DE AÇO ....................................................................................... 74 4.3.1 MODELO ALVENARIA .............................................................................. 74 4.3.2 MODELO DRYWALL ................................................................................ 75 4.4 COMPARATIVO EXEMPLIFICADO ................................................................ 77 4.4.1 PILAR ........................................................................................................ 77 4.4.2 VIGA .......................................................................................................... 79 4.5 COMPARATIVO BITOLA E VALORES ........................................................... 80 5 CONSIDERAÇÕES FINAIS ................................................................................ 83 5.1 LIMITAÇÕES DA PESQUISA .......................................................................... 85 5.2 SUGESTÕES PARA PRÓXIMAS PESQUISAS .............................................. 85 REFERÊNCIAS ......................................................................................................... 86 19 1 INTRODUÇÃO Muitas empresas construtoras têm buscado alternativas de produção que lhes permitamobter aumento da produtividade, qualidade intrínseca do produto e redução de custo de produção e, em decorrência, a satisfação dos anseios e das exigências dos clientes (HOLANDA, 2003). Os requisitos da norma NBR 6118:2014 dizem que a solução estrutural adotada em projeto deve atender aos requisitos de qualidade estabelecidos nas normas técnicas, relativos à capacidade resistente, ao desempenho em serviço e à durabilidade da estrutura. A qualidade da solução adotada deve ainda considerar as condições arquitetônicas, funcionais, construtivas, estruturais e de integração com os demais projetos, explicitadas pelos responsáveis técnicos de cada especialidade, com a anuência do contratante (ABNT, 2014). Segundo Holanda (2003), as novas ações de gestão da produção de estruturas têm resultado em mudanças que exigem vedações verticais também compatíveis com a nova filosofia de trabalho, por isso, a antiga alvenaria, caracterizada pela baixa produtividade e regularidade geométrica insatisfatória, vem dando lugar a novas tecnologias de produção de vedações verticais que buscam a interação com todos os subsistemas que a cercam, principalmente, estrutura, sistemas prediais hidrossanitário e elétricos, impermeabilizações e revestimentos. Para Silva (2016) a instalação de fábricas de chapas de gesso de drywall, reforçou o esforço de modernização da construção civil brasileira, tradicionalmente caracterizadas pelo uso de métodos artesanais, com baixa produtividade, elevados níveis de desperdícios e reduzida valorização da mão de obra. Tendo em vista as dificuldades financeiras que as empresas construtoras sofrem, devido principalmente aos altos juros e à situação econômica geral do país, passa a ser importante cada pequeno passo em direção à racionalização da construção (GEHBAUER, 2002). Historicamente as alvenarias tiveram a função inicial de simplesmente dividir ambientes e isolar as coberturas a ação das intempéries e dos predadores e atualmente, a alvenaria é vista não só com as suas funções primárias, mas como elemento de construção (SALGADO, 2009). O drywall vem sendo utilizado regularmente no país desde meados dos anos 90. Esse curto período foi suficiente para que conquistasse a preferência dos líderes 20 da cadeia de negócios da construção civil, sobretudo os maiores incorporadores, construtores e escritórios de arquitetura do país, e vem obtendo novos adeptos a cada dia, em razão das muitas vantagens que proporciona a todos os envolvidos e, em especial, aos moradores e usuários de imóveis com vedações internas executadas com esse sistema (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DO DRYWALL, 2006). Para racionalização significativa em uma estrutura é necessário a redução de cargas e insumos estruturais, sendo assim, levanta-se o seguinte problema pesquisa: é possível reduzir os insumos estruturais e as cargas em uma estrutura de concreto armado utilizando fechamento em drywall, de forma a viabilizar a sua utilização? 1.1 OBJETIVOS Nessa seção serão apresentados o objetivo geral da pesquisa e os objetivos específicos que irão auxiliar no entendimento sobre o assunto. 1.1.1 Objetivo Geral Avaliar a utilização de fechamentos de paredes em drywall em comparação a paredes de fechamento convencional e se essa utilização contribui para redução de insumos para a estrutura e carregamentos para as fundações. 1.1.2 Objetivos Específicos Para obter os resultados da avaliação será necessário: a) Estudo bibliográfico de estruturas em concreto armado e sistema de vedação; b) apresentar um projeto arquitetônico para utilização dos sistemas; c) elaborar e dimensionar dois modelos computacionais utilizando o TQS®, sendo um modelo com carregamento de alvenaria convencional e outro utilizando drywall; d) extrair e analisar os resultados apresentados pelo programa; e) analisar o custo da utilização da alvenaria convencional x drywall; e f) comparar insumos e cargas. 21 1.2 HIPÓTESE Tendo em vista a pesquisa realizada com o fechamento em drywall no mínimo, se possibilitará reduzir as cargas de forma significativa nas fundações, bem como significativa redução dos esforços solicitantes nas estruturas, reduzindo por sua vez o custo global da construção. 1.3 JUSTIFICATIVA Devido à grande concorrência no setor da construção civil, práticas de racionalização tornam-se cada vez mais necessárias e fundamentais para que o empreendedor possa obter os resultados esperados. Existe uma escassez sobre o tema em estudos e artigos, portanto tratar desse assunto contribui para sua disseminação. Um dos itens que mais contribui para o orçamento de uma obra é o consumo de aço nas estruturas de concreto armado, portanto, a sua redução causa grande impacto no custo da obra. Para diminuir esse consumo é vital aliviar as cargas na estrutura e uma das formas é reduzindo a carga permanente, que é possível substituindo as vedações verticais de fechamento por outra alternativa mais leve. O desenvolvimento do trabalho sinaliza a escolha de vedações e como isso irá contribuir em retorno financeiro e outros benefícios indiretos dessa escolha, contribuindo assim com as melhores práticas no ramo da construção civil, bem como por se tratar de um processo industrializado com menores perdas e necessidade de deslocamento dos resíduos gerados na sua utilização. Importante como engenheiro é aprender com mais profundidade ferramentas de cálculo e projeto, saber que as escolhas de projetos, contribuirão nas cargas ao longo da estrutura e as consequências financeiras dessas preferências. Para a formação acadêmica é fundamental a clareza de tais conhecimentos. 22 2. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA 2.1 CONCRETO O concreto é um material composto de água, cimento e agregados, assim ao associar esses materiais, o resultado é, pasta com cimento mais água, argamassa formada por pasta mais agregado miúdo e o concreto é a argamassa mais agregado graúdo (CARVALHO; FIGUEIREDO FILHO, 2017). Segundo Borges (2015), o concreto é constituído por três componentes principais: a) Cimento ou Aglomerantes: é a substância sílico-calcária pulverizada, retirada de jazidas minerais, responsável pelas reações químicas no interior do concreto, que propiciam coesão e causam seu endurecimento. Estas reações surgem devido à adição de água, em proporções adequadas, que enrijecem a mistura com o decorrer do tempo; b) Agregado Graúdo: é a chamada brita, ou pedra britada para concreto, que é responsável pela resistência mecânica da mistura. É ela, juntamente com o agregado miúdo, que propicia a elevada resistência à compressão do concreto. É retirado de jazidas de granito (pedreiras), onde a rocha bruta é cortada em blocos de diversos tamanhos, e os pedaços menores são triturados até atingirem as dimensões estipuladas em Norma, denominadas de brita zero, um, dois, três e etc.; e c) Agregado Miúdo: é a areia para concreto ou areia lavada, normalmente retirada de rios e lagos ou jazidas naturais, desde que não estejam contaminadas por sal ou outras substâncias que possam afetar o concreto. O agregado miúdo também pode ser composto por pó de pedra ou pó de brita, isoladamente ou em conjunto com a areia. 2.1.1 Massa específica A norma NBR 6118:2014, aplica aos concretos de massa específica normal, aqueles que, depois de secos em estufa, têm massa específica () compreendida entre 2 000 kg/m3 e 2 800 kg/m3. Se a massa específica real não for conhecida, para 23 efeito de cálculo, pode-se adotar para o concreto simples o valor 2 400 kg/m3 e para o concreto armado, 2 500 kg/m3 (ABNT, 2014). Quando se conhecer a massa específica do concreto utilizado, pode-se considerar para valor da massa específica do concreto armado aquela do concreto simples acrescida de 100 kg/m3 a 150 kg/m3 (ABNT, 2014). 2.1.2 Resistênciaà compressão De acordo com a NBR 6118:2014 quando não for indicada a idade, as resistências referem-se à idade de 28 dias. A estimativa da resistência à compressão média, fcmj, correspondente a uma resistência fckj especificada, deve ser feita conforme indicado na ABNT NBR 12655:2015 (ABNT, 2014). Para Carvalho e Figueiredo Filho (2017), a principal característica do concreto é a sua resistência à compressão, a qual é determinada pelo ensaio de corpos de prova submetidos à compressão centrada, esse ensaio também permite a obtenção de outras características, como o módulo de deformação longitudinal. 2.1.3 Resistência à tração Segundo Carvalho e Figueiredo Filho (2017), o concreto é um material que resiste mal a tração, geralmente não se considera esta resistência, entretanto, a resistência a tração pode estar relacionada com a capacidade resistente da peça, quando estas estão sujeitas a esforço cortante, relacionadas diretamente, com a fissuração, sendo necessário, o conhecimento dessa propriedade. A resistência à tração indireta fct,sp e a resistência à tração na flexão fct,f devem ser obtidas em ensaios realizados segundo as ABNT NBR 7222:2011 e ABNT NBR 12142:2010, respectivamente (ABNT, 2014). A resistência à tração direta fct pode ser considerada igual a 0,9 fct,sp ou 0,7 fct,f, ou, na falta de ensaios para obtenção de fct,sp e fct,f, pode ser avaliado o seu valor médio ou característico por meio das equações 1, 2, 3 e 4: 𝑓𝑐𝑡𝑘, 𝑖𝑛𝑓 = 0,7 𝑓𝑐𝑡, 𝑚 (1) 24 𝑓𝑐𝑡𝑘, 𝑠𝑢𝑝 = 1,3𝑓 , (2) Para concretos de classes até C50: 𝑓𝑐𝑡, 𝑚 = 0,3𝑓 / (3) Para concretos de classes C55 até C90: 𝑓𝑐𝑡, 𝑚 = 2,12 ln (1 + 0,11 𝑓 ) (4) Segundo a norma NBR 6118:2014, o fct,m e fck são expressos em Megapascal (MPa). Sendo fckj ≥ 7 Mpa. Estas expressões podem também ser usadas para idades diferentes de 28 dias (ABNT, 2014). Para tensões de compressão menores que 0,5 fc, pode-se admitir uma relação linear entre tensões e deformações, para análises no estado-limite último, podem ser empregados o diagrama tensão-deformação idealizado mostrado na Figura 1, dada pela NBR 6118:2014. Figura 1: Diagrama tensão-deformação Fonte: ABNT NBR 6118 (2014) 25 2.2 AÇO Para Bauer (2016), o ferro fundido tem grande teor de carbono, esse teor fica entre 1,7 e 6,7%, verificou-se que, se esse teor baixar de 1,7 para 0,2%, o ferro adquirirá propriedades especiais, e será chamado aço. 2.2.1 Propriedades do aço A norma NBR 7480:2007 define os tipos, as características e outros itens sobre as barras e fios de aço destinados a armaduras de concreto armado. Define que todo o material em barras, casos dos CA25 e CA50, devem ser obrigatoriamente fabricados por laminação a quente, e que todos os fios, característicos do CA60, devem ser fabricados por trefilação ou processo equivalente, como estiramento ou laminação a frio (ABNT, 2007). A norma NBR 6118:2014 estabelece os diagramas de tensão-deformação para armaduras passiva e ativa (Figuras 2 e 3), para a resistência ao escoamento e à tração, este diagrama é válido para intervalos de temperatura entre 20 °C e 150 °C e pode ser aplicado para tração e compressão (ABNT, 2014). Figura 2: Diagrama tensão-deformação para aços de armaduras passivas Fonte: ABNT NBR 6118 (2014) 26 Figura 3: Diagrama tensão-deformação para aços de armaduras ativas Fonte: ABNT NBR 6118 (2014) 2.2.2 Tipo de superfície aderente De acordo com a NBR 6118:2014 os fios e barras podem ser lisos, entalhados ou providos de saliências ou mossas (ABNT, 2014). A capacidade aderente entre o aço e o concreto está relacionada ao coeficiente 1, cujo valor está estabelecido no Quadro 1. Tipo de superfície 1 Lisa 1,0 Entalhada 1,4 Nervurada 2,25 Quadro 1: Valor do coeficiente de aderência 1 Fonte: Adaptado ABNT NBR 6118 (2014) 27 2.2.3 Massa específica e coeficiente de dilatação térmica A NBR 6118:2014 estabelece que se pode adotar para a massa específica do aço de armadura passiva o valor de 7 850 kg/m3. O valor de 10-5/°C pode ser considerado para o coeficiente de dilatação térmica do aço, para intervalos de temperatura entre 20 °C e 150 °C (ABNT, 2014). 2.3 CONCRETO ARMADO Para a utilização estrutural, o concreto sozinho não é adequado como elemento resistente, pois, enquanto tem uma boa resistência à compressão, pouco resiste à tração, cerca de 10% (CARVALHO; FIGUEIREDO FILHO, 2017). Para Borges (2015) concreto armado é a utilização do concreto moldado, com o uso de formas, acrescentando-se no seu interior uma armação, ou armadura, de aço, e a união desses dois elementos é que propicia resistência tanto a esforços de compressão como de tração. De acordo com Carvalho e Figueiredo Filho (2017), para aumentar a resistência, é importante associar o concreto a um material que tenha boa resistência à tração e seja mais deformável, sendo o aço o mais comum. Os dois materiais deverão trabalhar solidariamente, o que é possível devido às forças de aderência entre a superfície do aço e concreto. 2.4 NBR 6118:2014 - PROJETO DE ESTRUTURAS DE CONCRETO – PROCEDIMENTO Nos projetos de estruturas em concreto armado, a norma vigente até os dias de hoje e responsável pelos requisitos gerais, bem como os específicos, é a ABNT NBR 6118:2014, que estabelece os requisitos básicos exigíveis para o projeto de estruturas de concreto simples, armado e protendido, excluídas aquelas em que se empregam concreto leve, pesado ou outros especiais (ABNT, 2014). Segundo a NBR 6118:2014 elementos de concreto armado são aqueles cujo comportamento estrutural depende da aderência entre concreto e armadura, e nos quais não se aplicam alongamentos iniciais das armaduras antes da materialização dessa aderência (ABNT, 2014). 28 Os requisitos de qualidade da estrutura e condições gerais das estruturas de concreto devem atender aos requisitos mínimos de qualidade, classificados em três grupos distintos, durante sua construção e serviço e aos requisitos adicionais estabelecidos em conjunto entre o autor do projeto estrutural e o contratante (ABNT, 6118:2014). Conforme a NBR 6118:2014 a capacidade resistente, consiste basicamente na segurança à ruptura, já o desempenho em serviço, trata da capacidade da estrutura manter-se em condições plenas de utilização durante sua vida útil, não podendo apresentar danos que comprometam em parte ou totalmente o uso para o qual foi projetada (ABNT, 2014). A durabilidade aponta a capacidade de a estrutura resistir às influências ambientais previstas e definidas em conjunto pelo autor do projeto estrutural e pelo contratante, no início dos trabalhos de elaboração do projeto. 2.5 ELEMENTOS ESTRUTURAIS Segundo Araújo (2009), as estruturas usuais dos edifícios são constituídas por um pórtico espacial ligado às lajes dos pisos, dispostas ao longo dos diversos andares. Trata-se, portanto de uma estrutura tridimensional formada por elementos lineares (vigas e pilares) e por elementos bidimensionais (placas ou lajes). Portanto a composição da estrutura de uma edificação pode ser classificada e dividida, sendo elas a superestrutura, formada pelo conjunto viga, pilar e laje e a infraestrutura, constituída pelas fundações, sendo superficiais ou profundas ou até a junção entre ambas (Figuras 4). Figura 4: Elementos Estruturais Fonte: ALVA (2007) 29 2.5.1 Elementos de Superestrutura a) laje: na visão de Botelho e Marchetti (2015), lajes são as estruturas primeiras que recebem e sustentam as cargas verticais acidentais que ocorrem nos prédios. Estruturas planas e quase sempre retangulares; b) viga: são estruturas horizontais, que podem receber cargas verticais concentradas ou distribuídasao longo do seu comprimento, normalmente apoiadas sobre pilares, descarregando sobre eles seus carregamentos ou solicitações. Podem ser de três tipos: isoladas, contínuas ou em balanço. Vigas isoladas são as que possuem apenas um vão com dois apoios, vigas contínuas são sustentadas por vários apoios formando dois ou mais vãos e viga em balanço são sustentadas por apenas um apoio engastado (BORGES, 2015); e c) pilar: para Borges (2015), pilares são estruturas verticais que, normalmente, sustentam vigas de teto e/ou outros pilares de andares superiores, em certos casos, como o de lajes cogumelo ou nervuradas, as lajes também podem descarregar seus esforços diretamente sobre os pilares. Em edifícios, são submetidos a cargas concentradas verticais na direção do seu eixo, aplicadas no seu topo, e as transmitem às fundações. 2.5.2 Elementos de Infraestrutura É a parte estrutural que está localizada sob a superfície do solo, são componentes estruturais que podem ser formados por concreto ou por perfis de aço, cuja finalidade é transmitir ao solo todas as cargas da superestrutura (BORGES, 2015). Para Velloso e Lopes (2011) as fundações são convencionalmente separadas em dois grandes grupos: fundações superficiais ou rasas e fundações profundas. A distinção entre esses dois tipos é feita segundo o critério de que uma fundação profunda é aquela cujo mecanismo de ruptura de base não surgisse na superfície do terreno. 30 a) rasas: são as que estão apoiadas em um nível não superior a duas vezes a sua menor dimensão e não inferior a um metro de profundidade. Os tipos de fundações rasas: Bloco de Fundação, Sapata, Fundação Corrida ou Sapata Corrida, Radier, Sapata Associada e Viga de Fundação (Figura 5) (BORGES, 2015). Segundo Rebello (2008), define-se como fundação rasa aquela em que as cargas da edificação são transmitidas ao solo nas primeiras camadas; e Figura 5: Fundações Rasas Fonte: Pereira (2017) b) profundas: a fundação profunda transmite a carga da superestrutura através do seu corpo, usando o atrito entre ela e o solo e a resistência na sua ponta (REBELLO, 2008). Para Velloso e Lopes (2011), como os mecanismos de ruptura de base atingem, acima dela, tipicamente duas vezes sua menor dimensão, a norma ABNT NBR 6122:2019 determinou que fundações profundas são aquelas cujas bases estão implantadas a uma profundidade superior a duas vezes sua menor dimensão, e pelo menos três metros de profundidade. 2.5.3 Elementos Complementares a) escada: Segundo Borges (2015) as escadas são elementos estruturais, providos de degraus que se destinam ao acesso de um pavimento a outro da 31 construção, podem ser construídas de vários materiais, tais como: aço, madeira, rocha ou concreto. Existem vários tipos de formatos de escadas, em caracol, escada tipo I, escada em L, escada em U, escada enclausurada; e b) reservatório: há dois tipos, os reservatórios enterrados (ou cisternas) são subterrâneos onde recebem diretamente a água da concessionária de distribuição e os reservatórios elevados que se localizam nas coberturas dos edifícios e casas (BORGES, 2015). 2.6 PROJETO ESTRUTURAL Segundo Kimura (2018) a elaboração de um projeto estrutural de um edifício é um trabalho diferenciado e que envolve certas particularidades. De forma simplificada, a elaboração de um projeto estrutural pode ser subdividida em quatro etapas principais: definição de dados ou concepção estrutural, análise estrutural, dimensionamento e detalhamento, e emissão de plantas finais. 2.6.1 Concepção estrutural Esta primeira etapa consiste em definir os dados dos materiais a serem empregados, pré-dimensinar os elementos, bem como definir as ações que atuarão sobre a estrutura. No entanto, cabe ao Engenheiro conceber a estrutura, isto é, imaginar a solução mais adequada, bem como prever seu respectivo comportamento (KIMURA, 2018). 2.6.2 Análise estrutural Nesta segunda etapa, calculam-se os efeitos das ações ou cargas sobre a estrutura. Em outras palavras, significa calcular os deslocamentos e esforços solicitantes por meio de um modelo que simulará a estrutura real. Os sistemas computacionais atuais possuem uma série de modelos estruturais disponíveis. Cabe ao Engenheiro decidir qual será utilizado (KIMURA, 2018). 32 2.6.3 Dimensionamento e detalhamento Para Kimura (2018), na terceira etapa, são dimensionadas e detalhadas as armaduras necessárias em todos os elementos estruturais, de acordo com as solicitações calculadas durante a análise estrutural. Trata-se de uma etapa bastante automatizada, porém de verificação e edição posterior quase indispensável, pois existem diversas condições especiais que podem não ser consideradas de forma automática pelos softwares. 2.6.4 Emissão de plantas O produto final de um projeto estrutural é basicamente composto por desenhos que precisam conter especificações de como executar a estrutura na obra. Nos sistemas computacionais em geral, o processo de impressão em uma plotter ou impressora, ou mesmo a montagem do conjunto de plantas com a moldura e carimbo, é totalmente automatizado (KIMURA, 2018). 2.7 AÇÕES E COMBINAÇÕES Segundo KIMURA (2018), no cálculo de um edifício, devem ser consideradas todas as ações (Figura 6) que irão produzir efeitos na sua estrutura e essas ações não necessariamente são cargas externas aplicadas diretamente ao edifício. Figura 6: Ações e combinações em uma estrutura Fonte: KIMURA, (2018) 33 Denomina-se ação, qualquer influência ou conjunto de influências, capaz de produzir estados de tensão ou de deformação em uma estrutura. Essas ações são tratadas pela NBR 6118:2014, onde destaca que na análise estrutural deve ser considerada a influência de todas as ações que possam produzir efeitos significativos para a segurança da estrutura em exame, levando-se em conta os possíveis estados limites últimos e os de serviço. As ações a considerar classificam-se, de acordo com a norma NBR 8681:2003, em ações permanentes, variáveis e excepcionais. Para cada tipo de construção, as ações consideradas devem respeitar suas peculiaridades e as normas a elas aplicáveis. 2.7.1 Ações permanentes Para Kimura (2018) as ações permanentes são aquelas que acompanham a utilização do edifício desde o início ao fim, ou seja, são aquelas que “entram e ficam para sempre”. As ações permanentes são as que ocorrem com valores praticamente constantes durante toda a vida da construção. Também são consideradas permanentes as ações que crescem no tempo, tendendo a um valor limite constante. As ações permanentes devem ser consideradas com seus valores representativos mais desfavoráveis para a segurança (CARVALHO; FIGUEIREDO FILHO, 2017). 2.7.2 Ações permanentes diretas Para Carvalho e Figueiredo Filho (2017) as ações permanentes diretas são constituídas pelo peso próprio da estrutura e pelos pesos dos elementos construtivos fixos e das instalações permanentes. Além do peso próprio é preciso considerar permanentes os empuxos de terra e outros materiais granulosos, quando forem admitidos não removíveis. Para Kimura (2018), o peso próprio da estrutura, dos elementos construtivos e o empuxo são classificados com ações permanentes diretas. 34 2.7.3 Ações permanentes indiretas De acordo com a NBR 6118:2014, as ações permanentes indiretas são constituídas pelas deformações imposta por retração e fluência do concreto, deslocamento de apoio, imperfeições geométricas (globais e locais) e protensão (ABNT, 2014). Para Botelho e Marchetti (2015), são exemplos de ações permanentes indiretas a temperatura, a retração, a fluência, o recalque e a protensão. Kimura (2018) consideraque toda a estrutura é geometricamente imperfeita e essa premissa precisa ser lembrada e considerada durante a elaboração do projeto, pois na maioria dos casos, não estão cobertas pelos coeficientes de segurança. 2.7.4 Ações variáveis São aquelas que atuam somente durante um período da vida do edifício, ou seja, eles “entram e depois saem” (KIMURA, 2018). 2.7.5 Ações variáveis diretas Segundo a NBR 6118:2014, as ações variáveis diretas são constituídas pelas cargas acidentais previstas para o uso da construção, pela ação do vento e da água, devendo-se respeitar as prescrições feitas por normas brasileiras específicas (ABNT, 2014). Para Carvalho e Figueiredo Filho (2017), as cargas acidentais previstas para o uso da construção correspondem, normalmente a: a) cargas verticais de uso da construção (pessoas, mobiliário, veículos, materiais diversos, etc.); b) cargas móveis, considerando o impacto vertical; c) impacto lateral; d) força longitudinal de frenagem ou aceleração; e e) força centrífuga. 35 Essas cargas devem ser dispostas nas posições mais desfavoráveis para o elemento estudado, ressalvadas as simplificações permitidas por normas brasileiras específicas. É obrigatória a consideração da ação do vento, e os esforços correspondentes à ação do vento devem ser determinados de acordo com o prescrito pela ABNT NBR 6123:1988, permitindo-se o emprego de regras simplificadas (CARVALHO; FIGUEIREDO FILHO, 2017). Para Kimura (2018), os efeitos do vento na estrutura, principalmente em edifícios mais altos, são significativos e para a segurança devem ser considerados sempre. 2.7.6 Ações variáveis indiretas De acordo com a NBR 6118:2014, as ações variáveis indiretas são causadas por variações uniformes e não uniformes de temperatura e ações dinâmicas. Considera-se que a variação de temperatura da estrutura é uniforme quando é causada globalmente pela variação da temperatura da atmosfera e pela insolação direta. Ela depende do local de implantação da construção e das dimensões dos elementos estruturais que a compõem (ABNT, 2014). Segundo Carvalho e Figueiredo Filho (2017) de maneira genérica, podem ser adotados os seguintes valores: a) para elementos estruturais cuja menor dimensão não seja superior a 50 cm, deve ser considerada uma oscilação de temperatura em torno da média de 10 ºC e 15 ºC; b) para elementos estruturais maciços ou ocos com os espaços vazios inteiramente fechados, cuja menor dimensão seja superior a 70 cm, admite- se que essa oscilação seja reduzida, respectivamente, para 5 ºC e 10 ºC; e c) para elementos estruturais cuja menor dimensão esteja entre 50 cm e 70 cm, admite-se interpolação linear entre os valores indicados. 36 2.7.7 Coeficientes de ponderação das ações (γf) Segundo Kimura (2018), o valor característico de uma ação Fk, seja permanente ou variável, é transformado para o seu respectivo valor de cálculo Fd externo por meio do coeficiente ponderador γf, comumente chamado de coeficiente de segurança. As ações devem ser majoradas pelo coeficiente de ponderação γf obtido pelo produto de três outros: 𝛾 = 𝛾 ∙ 𝛾 ∙ 𝛾 (5) a) γf1 considera a variabilidade das ações; b) γf2 considera a simultaneidade de atuação das ações; e c) γf3 considera os possíveis desvios gerados nas construções e as aproximações feitas em projeto do ponto de vista das solicitações. O desdobramento do coeficiente de ponderação em coeficientes parciais permite que os valores gerais especificados para γf possam ser discriminados em função das peculiaridades dos diferentes tipos de estrutura e de materiais de construção considerados (CARVALHO; FIGUEIREDO FILHO, 2017). 2.7.8 Estado limite último (ELU) Um estado limite último é alcançado quando o edifício tem o seu uso interrompido por um colapso parcial ou total da estrutura (Figura 7), como por exemplo, um pilar mal dimensionado provoca a ruína de um prédio, uma laje mal dimensionada vem abaixo, assim que o escoramento é retirado e não é comum deparar com estruturas que atingem o estado limite último (KIMURA, 2018). 37 Figura 7: Modelo colapso da estrutura Fonte: KIMURA, (2018) 2.7.9 Estado limite de Serviço (ELS) Para Botelho e Marchetti (2015), o estado limite de serviço está relacionado a durabilidade, a aparência, o conforto e a funcionalidade, ou seja, o dia-a-dia da sua funcionalidade. O projeto estrutural deve impedir que os limites sejam ultrapassados. De acordo com Kimura (2018), o estado limite de serviço é alcançado quando o edifício deixa de ter o seu uso pleno e adequado em função do mau comportamento da estrutura, que não seja a ruína da mesma propriamente dita, como exemplo as fissuras visíveis em uma viga causam sensação de desconforto, as alvenarias trincam como consequência de um deslocamento excessivo do prédio, uma janela deixa de abrir devido à deformação excessiva de uma viga (Figura 8). Figura 8: Modelo funcionamento estrutura ao estado limite de serviço Fonte: KIMURA, (2018) 38 2.7.10 Coeficientes de ponderação das ações no estado-limite último Conforme a NBR 6118:2014 os valores base para verificação nos estados limites últimos são os apresentados nos Quadros 2 e 3, para os coeficientes γf1, γf2, γf3, respectivamente. Combinações de ações Ações Permanentes (g) Variáveis (q) Protensão (p) Recalques de apoio e retração D F G T D F D F Normais 1,4 * 1,0 1,4 1,2 1,2 0,9 1,2 0 Especiais ou de construção 1,3 1,0 1,2 1,0 1,2 0,9 1,2 0 Excepcionais 1,2 1,0 1,0 0 1,2 0,9 0 0 Onde: D é desfavorável, F é favorável, G representa as cargas variáveis em geral e T é a temperatura. * Para as cargas permanentes de pequena variabilidade, como o peso próprio das estruturas, especialmente as pré-moldadas, esse coeficiente pode ser reduzido para 1,3. Quadro 2: Coeficiente de γf = γf 1⋅ γf 3 Fonte: Adaptado ABNT NBR 6118 (2014) Os valores dos Quadros 2 e 3 podem ser modificados em casos especiais não contemplados, acordo com a ABNT NBR 8681:2003. O valor do coeficiente de ponderação, de cargas permanentes de mesma origem, em um dado carregamento, deve ser o mesmo ao longo de toda a estrutura. A única exceção é o caso da verificação da estabilidade como corpo rígido (ABNT, 2003). 39 Ações f2 0 1* 2 Cargas acidentais de edifícios Locais em que não há predominância de pesos de equipamentos que permanecem fixos por longos períodos de tempo, nem de elevadas concentrações de pessoas ** 0,5 0,4 0,3 Locais em que há predominância de pesos de equipamentos que permanecem fixos por longos períodos de tempo, ou de elevada concentração de pessoas *** 0,7 0,6 0,4 Biblioteca, arquivos, oficinas e garagens 0,8 0,7 0,6 Vento Pressão dinâmica do vento nas estruturas em geral 0,6 0,3 0 Temperatura Variações uniformes de temperatura em relação à média anual local 0,6 0,5 0,3 * Para os valores de 1 relativos às pontes e principalmente para os problemas de fadiga. ** Edifícios residenciais. *** Edifícios comerciais, de escritórios, estações e edifícios públicos. Quadro 3: Valores dos coeficientes Fonte: Adaptado ABNT NBR 6118 (2014) 2.7.11 Coeficientes de ponderação das ações no estado-limite de serviço De acordo com a NBR 6118:2014, em geral o coeficiente de ponderação das ações para estados-limites de serviço é dado pela expressão: 𝛾 = 𝛾 (6) 40 γf2 tem valor variável conforme a verificação que se deseja fazer; γf2 = 1 para combinações raras; γf2 = 1 para combinações frequentes; e γf2 = 2 para combinações quase permanentes. Para Carvalho e Figueiredo Filho (2017), o objetivo da análise estrutural é determinar os efeitos das ações na estrutura, de modo a verificar os estados limites últimos ede serviço. Essa análise permite estabelecer as distribuições de esforços internos, as tensões, as deformações e os deslocamentos, em parte ou em toda a estrutura. Para isso, as solicitações de cálculo devem ser determinadas a partir de combinações das ações consideradas, de acordo com a análise estrutural. 2.7.12 Combinações de ações Segundo Kimura (2018), na vida real, um edifício dificilmente estará sujeito à aplicação de apenas uma ação isolada por vez, estará sim, submetido à atuação de várias ações ao mesmo tempo. Um carregamento é definido pela combinação das ações que têm probabilidade não desprezíveis de atuarem simultaneamente sobre a estrutura durante um período (CARVALHO; FIGUEIREDO FILHO, 2017). Conforme preestabelecido pela NBR 6118:2014, a combinação das ações deve ser feita de forma que possam ser determinados os efeitos mais desfavoráveis para a estrutura, a verificação da segurança em relação aos estados-limites últimos e aos estados-limites de serviço devem ser realizados em função de combinações últimas e de combinações de serviço, respectivamente (ABNT, 2014). 2.8 ANÁLISE ESTRUTURAL Para Kimura (2018), a análise estrutural é a etapa mais importante durante todo o projeto de edifícios, mas que muitas vezes não é tratada com a devida atenção e os cuidados necessários quando se faz uso de uma ferramenta computacional. É o conjunto de simplificações adicionais, após a análise inicial da edificação, que visam tornar o projeto estrutural exequível, por meio de novas decomposições virtuais, subdividindo a estrutura em grupos de elementos estruturais mais simples, 41 que possam ser tratados separadamente por modelos esquemáticos da teoria das estruturas (CLÍMACO, 2016). A análise estrutural consiste na obtenção e avaliação da resposta da estrutura perante as ações que lhe foram aplicadas, em outras palavras, significa calcular e analisar os deslocamentos e os esforços solicitantes nos pilares, nas vigas e nas lajes que compõem um edifício (KIMURA, 2018). Segundo a NBR 6118:2014, a análise estrutural deve ser feita a partir de um modelo estrutural adequado ao objetivo da análise, em um projeto pode ser necessário mais de um modelo para realização das verificações (ABNT, 2014). 2.8.1 Modelos estruturais Toda a análise de um edifício realizada num computador é baseada na adoção de um certo modelo estrutural (Figura 9) ou matemático, trata-se de um protótipo que procura simular um edifício real no computador (KIMURA, 2018). Figura 9: Modelo Estrutural Fonte: KIMURA (2018) 2.8.2 Métodos aproximados mais vigas contínuas Para Kimura (2018), esse modelo estrutural, conforme Figura 10, é o primeiro destinado ao cálculo de edifícios de concreto armado que se deparam os alunos durante a graduação em Engenharia Civil. 42 Figura 10: Vigas contínuas Fonte: KIMURA (2018) A análise estrutural baseada nesse modelo, segundo Kimura (2018), é realizada da seguinte maneira: a) os esforços e as flechas nas lajes são calculados a partir de tabelas baseadas em diversos métodos aproximados consagrados, exemplos: Marcus, Czerney, etc.; b) as cargas das lajes são transferidas para as vigas por área de influência; c) os esforços e as flechas nas vigas são calculados por meio do modelo clássico de viga contínua com apoios simples que simulam os pilares; e d) a reação vertical obtida nos apoios das vigas é transferida como carga concentrada para os pilares. Trata-se de um modelo estrutural extremamente simples, de fácil compreensão e que permite uma visualização muito clara do percurso das cargas verticais aplicadas ao edifício até as fundações. No entanto, possui certas aproximações que limitam o seu uso para o cálculo de estruturas mais complexas (KIMURA, 2018). 43 2.8.3 Viga mais pilares (Pórtico H) Trata-se de uma evolução direta do modelo clássico de viga contínua utilizada para análise de vigas, em vez de apoios simples, os lances inferior e superior dos pilares são modelados juntamente com a viga, formando um pórtico plano (KIMURA, 2018). Assim Kimura (2018), afirma que esse é um modelo simples e de fácil interpretação, mas possui basicamente as mesmas limitações do modelo anterior, a única vantagem é a consideração da interação entre as vigas e os pilares. Na prática atual, esse modelo é muito pouco adotado na elaboração de projetos profissionais com auxílio de uma ferramenta computacional. 2.8.4 Grelha somente de vigas É um modelo direcionado para análise estrutural de um pavimento, no qual é levada em conta a interação entre todas as vigas presentes no mesmo (Figura 11). Composto por elementos lineares, chamados de barras, que simulam as vigas, essas barras são dispostas no plano horizontal da laje e estão submetidas a cargas perpendiculares ao mesmo (cargas verticais), oriundas da transferência das lajes por área de influência (KIMURA, 2018). Figura 11: Grelha somente de vigas Fonte: KIMURA (2018) 44 Atualmente o modelo de grelha somente de vigas ainda é utilizando na análise das vigas de um pavimento, mas teve seu uso praticamente substituído pela grelha de vigas e lajes (KIMURA, 2018). 2.8.5 Grelha de vigas e lajes Trata-se de um modelo direcionado para análise estrutural de um pavimento. Também é denominado como análise de pavimentos por “analogia de grelha”. É composto por elementos lineares dispostos no plano horizontal do piso que simulam as vigas e as lajes (Figura 12), formando uma malha de barras submetida a cargas verticais, os pilares são representados por apoios simples (KIMURA, 2018). Figura 12: Grelha vigas e lajes Fonte: KIMURA (2018) Segundo Kimura (2018), na prática atual, o modelo grelha de vigas e lajes é muito utilizado na análise de pavimentos de concreto armado. Abrange praticamente todos os tipos de lajes utilizadas nas edificações, tais como: lajes maciças convencionais, lajes nervuradas, lajes treliçadas, lajes planas e lajes cogumelo. 2.8.6 Pórtico plano Para Fontes e Pinheiro (2006), as vigas funcionam como apoios indeslocáveis para as lajes. As vigas que não formam pórticos planos, podem ser analisadas 45 separadamente pelo modelo Vigas Contínuas. Os pilares pertencentes a mais de um pórtico plano, simultaneamente, devem ter seus esforços calculados a partir da somatória dos obtidos para cada pórtico, separadamente. Modelo direcionado para a análise do comportamento global de um edifício, e não apenas de um único pavimento. Admite tanto a aplicação de ações verticais como horizontais. Nesse modelo, uma parte da estrutura é analisada por barras dispostas num mesmo plano vertical, que representam um conjunto de vigas e pilares presentes em um mesmo alinhamento do edifício (Figura 13), a laje não faz parte do modelo (KIMURA, 2018). Figura 13: Pórtico plano Fonte: KIMURA (2018) Segundo Kimura (2018), a interpretação e análise dos resultados obtidos por esse modelo são simples, principalmente quando se dispõe de recursos em um sistema computacional. Há vários anos, o modelo de pórtico plano foi utilizado com muito sucesso na análise dos efeitos do vento, bem como na avaliação da estabilidade global de edifícios. Atualmente ele foi plenamente substituído pelo modelo de pórtico espacial. 2.8.7 Pórtico espacial Consiste num modelo tridimensional composto por barras que representam todos os pilares e vigas presentes num edifício, conforme a Figura 14, possibilitando 46 uma avaliação bastante completa e eficiente do comportamento global da estrutura (KIMURA, 2018). As estruturas dos prédios usualmente são formadas por pórticos espaciais conectadas às lajes de cada pavimento, formando assim uma estrutura em 3 dimensões compostas por barras e lajes (ARAÚJO, 2010). Figura 14: Pórtico espacial Fonte:KIMURA (2018) O modelo de pórtico espacial admite a aplicação simultânea de ações verticais e horizontais, podendo ser avaliado o comportamento do edifício em todas as direções e sentidos (Figura 15) (KIMURA, 2018). Figura 15: Barra de pórtico espacial Fonte: KIMURA (2018) Conforme Kimura (2018), o modelo de pórtico espacial é amplamente utilizado em projetos profissionais elaborados com o auxílio de uma ferramenta computacional, 47 é bastante abrangente, pois admite tanto o cálculo de edifícios altos e complexos como estruturas de pequeno porte. 2.8.8 Combinações de modelos estruturais Para Kimura (2018), na prática é muito comum a adoção de uma combinação de modelos estruturais na elaboração de projetos de edifícios, por exemplo, pode se utilizar o modelo de grelha de vigas e lajes para cálculo dos esforços nas lajes e o modelo de pórtico espacial para análise de vigas e pilares. Na Figura 16 é possível visualizar a evolução dos modelos estruturais. Figura 16: Resumo da evolução dos modelos Fonte: KIMURA (2018) 48 2.9 SISTEMAS ESTRUTURAIS A escolha adequada de um sistema de resistência às forças laterais pode viabilizar ou impossibilitar o projeto de um edifício em termos de construtibilidade, praticidade e viabilidade econômica (CHING; ONOUYE; ZUBERBUHLER, 2010). Segundo Ching, Onouye e Zuberbuhler (2010), os edifícios altos podem ser divididos em duas categorias, com base na localização dominante dos sistemas de resistência às forças laterais, são elas: os edifícios com estrutura interna e os com estrutura externa. 2.9.1 Edifícios com estrutura interna Estão presentes nos edifícios altos que resistem às cargas laterais principalmente através dos elementos de resistência às forças laterais que se localizam no interior da estrutura, por exemplo: estrutura de pórticos de aço ou concreto e a estrutura enrijecida por um núcleo formado por pórticos contraventados, pórticos indeformáveis ou paredes de cisalhamento, que é construído na forma de um sistema fechado e age como um tubo estrutural (CHING; ONOUYE; ZUBERBUHLER, 2010). 2.9.2 Edifícios com estrutura externa No entendimento de Ching, Onouye e Zuberbuhler (2010), as estruturas externas presentes em edifícios altos que resistem às cargas laterais principalmente com elementos de resistência a tais esforços distribuídos no perímetro da estrutura. 2.9.3 Análise global Para a NBR 6118:2014, sob a ação das cargas verticais e horizontais, os nós da estrutura deslocam-se horizontalmente, os esforços de 2ª ordem decorrentes desses deslocamentos são chamados efeitos globais de 2ª ordem. Nas barras da estrutura, como um lance de pilar, os respectivos eixos não se mantêm retilíneos, surgindo aí efeitos locais de 2ª ordem que, em princípio, afetam principalmente os esforços solicitantes ao longo delas (ABNT, 2014). 49 2.9.4 Coeficiente γz O coeficiente Gama-Z (γz) tem a finalidade de avaliar a estabilidade global de um edifício, foi proposto e idealizado pelos engenheiros brasileiros Augusto Carlos Vasconcelos e Mário Franco em 1991, com a finalidade de simplificar o processo de obtenção dos esforços de segunda ordem (TROMBETTA, 2016). Segundo a norma NBR 6118:2014, o coeficiente Gama-Z de avaliação da importância dos esforços de segunda ordem globais é válido para estruturas reticuladas de no mínimo quatro andares, ele pode ser determinado a partir dos resultados de uma análise linear de primeira ordem, para cada caso de carregamento. O valor de γz para cada combinação de carregamento é dado pela expressão (ABNT, 2014): 𝛾 = 11 − ∆𝑀 ,𝑀 , , (7) Sendo: M1,tod,d é o 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; e ΔMtod,d = é a 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 (ABNT, 2014). A norma NBR 6118:2014, considera que a estrutura é de nós fixos se o valor do Gama-Z (γz) obedecer a condição de ser menor ou igual a 1,1 e de nós móveis se for maior que 1,1 e menor ou igual a 1,3. Para Freitas, Luchi e Ferreira (2016), o cálculo em estruturas com nós fixos pode ser realizado considerando cada elemento comprimido isoladamente, o elemento estará com a extremidade vinculada aos demais elementos estruturais. Moncayo (2011) considera que na prática as estruturas costumam ser projetadas com um limite de 1,20 sendo que o coeficiente γz consiste em uma análise linear, que considera de forma aproximada os efeitos de não-linearidade geométrica. 50 2.10 RACIONALIZAÇÃO DA CONSTRUÇÃO Para Souza (2005), a indústria da Construção Civil ocupa uma posição de grande destaque na economia nacional, haja vista a significante parcela do Produto Interno Bruto do país pela qual é responsável e o contingente de pessoas que, direta ou indiretamente, emprega. Portanto, se por um lado, a Construção influencia a vida do país, por outro, é também bastante influenciada pelas decisões relativas à gestão. A competitividade estabelecida no setor da construção civil acabou influenciando de maneira benéfica o setor porque, mesmo que discretamente, impulsionou as empresas a inserirem em seu processo construtivo conceitos de racionalização e até de industrialização de sua produção, objetivando com isso o aumento da produtividade, qualidade e reorganização de seu processo produtivo (HOLANDA, 2003). A racionalização, ou seja, a mecanização e industrialização do processo de construção, torna as fases de execução mais curtas e mais sensíveis a transtornos, que por isso exigem um planejamento e um controle maior (GEHBAUER, 2002). Segundo Silva (2016), para se tornarem competitivas e conquistar novos mercados, as empresas que atuam na área da construção de edifícios vem buscando novos caminhos, destacando-se a busca pela eficiência no processo de produção, através da racionalização dos métodos. Nesse contexto, a industrialização das vedações verticais pode ser vantajosa para as construtoras, pois interfere significativamente no custo global da obra. 2.11 VEDAÇÕES Para Franco (1998), a vedação vertical deve obrigatoriamente compartimentar a edificação e propiciar aos ambientes características para quaisquer desenvolvimentos das atividades para as quais foram projetadas, além do que, as vedações possuem ligação com outros sistemas do edifício, como estrutura, instalações, vedações horizontais, impermeabilizações entre outros. Conforme Holanda (2003), as vedações verticais assumiram desde funções estruturais até de apenas fechamento, sendo muito utilizadas no preenchimento de vãos conformados a partir de outros elementos estruturais (concreto, aço), podem ser aparentes ou revestidas, constituídas por componentes de natureza bem diversa, 51 como tijolos maciços, blocos cerâmicos, de concreto, chapas de gesso, painéis pré- fabricados, onde foram construídas tanto de forma artesanal, como com alto grau de incorporação tecnológica, executadas por mestres do ofício ou displicentemente entregues à mão de obra desqualificada como um serviço de menor importância. O que se pode constatar é que, as vedações verticais sempre se apresentaram como soluções construtivas de grande importância na produção de edifícios destinados a usos diversos (HOLANDA, 2003). As vedações verticais podem ser entendidas como um subsistema do edifício formado por elementos que dividem os ambientes internos, controlam a ação de agentes indesejáveis, entre os quais intrusos, animais, vento, chuva, poeira, ruídos e quaisquer outros, constituindo suporte e proteção para as instalaçõesdos edifícios e ainda servem para proporcionar condições de habitabilidade necessária às edificações, outros elementos de vedação verticais podem ser as esquadrias, vidros e painéis de outros materiais (SALGADO, 2009). 2.12 ALVENARIA CONVENCIONAL Para Salgado (2009), alvenaria de vedação é utilizada para fechamento de vãos ou delimitação de áreas. Nas estruturas em concreto armado ou aço, os espaços são preenchidos com elementos sem a função estrutural de sustentação, apenas suportando seu peso próprio. Alvenaria é o conjunto de materiais pétreos, naturais ou artificiais, juntados entre si por meio de argamassa (MOLITERNO, 2010). Para Gehbauer (2002), as paredes em alvenaria podem ser divididas basicamente em dois grupos, as estruturais e as não estruturais cuja função é apenas a de fazer a vedação e a divisão dos ambientes. 2.12.1 Propriedades das alvenarias na execução As principais propriedades que devem ser observadas na sua execução, considerando as várias opções encontradas no mercado, com diferentes características, tais como resistência à compressão, porosidade, capilaridade absorção de água, coeficientes de absorção e dilatação térmica (SALGADO, 2009). 52 a) ergonomia: a alvenaria é executada assentando peça por peça, proporcionando um desgaste físico considerável aos trabalhadores; b) regularidade dimensional: a regularidade nas dimensões dos blocos ou tijolos é fator importante para uma uniformidade no elemento final, além de economia de assentamento; c) absorção de água: um bloco ou tijolo com baixa absorção de água pode comprometer a penetração da nata do cimento nos seus poros, comprometendo a aderência com a argamassa de assentamento; d) tamanho do bloco: diretamente ligado à capacidade da alvenaria em absorver movimentações oriundas de dilatação térmica e eventuais recalques; e) desempenho térmico e acústico: as alvenarias podem também ser um bom aliado no isolamento térmico-acústico; e f) peso específico: característica que influencia o dimensionamento estrutural da edificação, inclusive na fundação. 2.12.2 Contribuição das paredes na estabilidade As alvenarias absorvem boa parte dos esforços provocados pela movimentação da estrutura, até certo limite, e geram uma redistribuição dos mesmos, consequentemente provocando um aumento da rigidez da estrutura e redução a flexibilidade lateral dos pórticos (WINTER, 2017). 2.13 DRYWALL (GESSO ACARTONADO) No Brasil, a vedação vertical interna em chapas de gesso acartonado pode ser entendida como um tipo de vedação vertical, utilizada na compartimentação e separação de espaços internos em edificações, leve, estruturada, geralmente fixa e monolítica, de montagem por acoplamento mecânico e constituída por estrutura de perfis metálicos e fechamento de chapas de gesso acartonado (SABBATINI, 1998 apud HOLANDA, 2003). De acordo com Salgado (2009), esse sistema construtivo, também conhecido como sistema de construção a seco, vem substituir as tradicionais alvenarias de vedação ou de fechamento, tais como os processos que envolvem tijolos ou blocos 53 cerâmicos ou de concreto seguidos de revestimento de argamassa de cimento, cal e areia. Quando usado como parede divisória, o sistema é composto por dois painéis fixados a perfis metálicos por encaixe e parafusos, o espaçamento entre os painéis cria um vão a ser dimensionado conforme o projeto para embutir desde materiais para proteção termoacústica até as instalações hidráulicas (HOLANDA, 2003). Conforme a Associação Brasileira do Drywall (2006), fazem parte das componentes dos sistemas: chapas de gesso, perfis metálicos em aço galvanizado, fixações, massa para juntas e massa para colagem, fitas, acessórios e lã mineral, conforme Figura 17. Figura 17: Esquema de montagem de parede de drywall Fonte: ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DO DRYWALL (2006) 2.13.1 Chapas de gesso As chapas são fabricadas industrialmente mediante um processo de laminação contínua de uma mistura de gesso, água e aditivos entre duas lâminas de cartão, em que uma é virada sobre as bordas longitudinais e colada sobre a outra (Quadro 4). As chapas de gesso devem ser produzidas de acordo com as seguintes Normas ABNT: 54 NBR 14715:2001, NBR 14716:2001 e NBR 14717:2001 (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DO DRYWALL, 2006). Tipo Código Aplicação Standard ST Para aplicação em áreas secas Resistente à Umidade RU Para aplicação em áreas sujeitas à umidade por tempo limitado de forma intermitente Resistente ao Fogo RF Para aplicação em áreas secas, necessitando de um maior desempenho em relação ao fogo Quadro 4: Tipos de chapas Fonte: Adaptado ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DO DRYWALL (2009) 2.13.2 Perfis metálicos em aço galvanizado Para a Associação Brasileira do Drywall (2006), os perfis são fabricados industrialmente mediante um processo de conformação contínua a frio, por sequência de rolos a partir de chapas de aço galvanizadas pelo processo de imersão a quente. 2.13.3 Fixações (parafusos e buchas) Por definição, são peças utilizadas para fixar os componentes dos sistemas drywall entre si ou para fixar os perfis metálicos nos elementos construtivos, lajes, vigas e pilares (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DO DRYWALL, 2006). 2.13.4 Massa para juntas e massa para colagem As massas para juntas são produtos específicos para o tratamento das juntas entre chapas de gesso (Figura 18), tratamento dos encontros entre as chapas e o suporte (alvenarias ou estruturas de concreto), além do tratamento das cabeças dos parafusos. (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DO DRYWALL, 2006). 55 Figura 18: Tipos de massas Fonte: ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DO DRYWALL (2009) 2.13.5 Fitas Para a Associação Brasileira do Drywall (2006), as fitas (Figura 19) são componentes utilizados para o acabamento e para melhorar o desempenho dos sistemas drywall. Figura 19: Tipos de fitas Fonte: ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DO DRYWALL (2009) 56 2.13.6 Acessórios São peças indispensáveis para a montagem dos sistemas drywall e normalmente são utilizadas para a sustentação mecânica dos sistemas. (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DO DRYWALL, 2006). 2.13.7 Lã mineral Constituídos de materiais de lã de vidro ou lã de rocha (Quadro 5), a serem instalados entre as chapas de gesso, nos revestimentos entre as chapas de gesso e o suporte ou nos forros sobre as chapas de gesso; têm o objetivo de aumentar o isolamento termoacústico (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DO DRYWALL, 2006). Feltros Lã de vidro Largura mm Comprimento m Espessura mm 1200 10 a 15 50 – 75 – 100 Largura mm Comprimento m Espessura mm Lã de rocha 600 1350 25 – 40 – 50 – 75 – 100 Lã de vidro 600 1200 50 – 75 – 100 Quadro 5: Especificações lã mineral Fonte: Adaptado ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DO DRYWALL (2006) 2.13.8 Desempenho Segundo a Associação Brasileira do Drywall (2006), o desempenho (Quadro 6) pode ser classificado conforme a tipologia, a espessura total da parede, a largura dos montantes e a sua distância e por fim a altura limite. Tipologia Espessura total da parede (mm) Largura dos montantes (mm) Quantidade e borda das chapas Peso (Kg/m²) Resistência ao fogo (min) Isolamento acústico Rw (dB) Com chapa ST Com chapa RF Sem isolante Com isolante 73/48 73 48 2 BR 12,5 22 30 30/45 34/36 42/44 98/48 98 48 4 BR 12,5 42 60 42/44 42/44 49/50 95/70 95 70 2 BR 12,5 22 30 38/40 38/40 44/46 120/70 120 70 4 BR 12,5 42 60 44/46 44/46 50/52 115/90 115 90 2 BR 12,5 22 30 49/42 39/42 45/47 140/90 140 90 4 BR 12,5 42 60 45/47 45/47 53/55 Quadro 6:Tabela de desempenho das paredes drywall Fonte: Adaptado ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DO DRYWALL (2006) 57 2.13.9 Facilidades As paredes de drywall dão toda a liberdade de criação, elas permitem flexibilidade
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