Baixe o app para aproveitar ainda mais
Prévia do material em texto
UNINASSAU RECIFE - GRAÇAS ENGENHARIA CIVIL LEONARDO DOS SANTOS OLIVEIRA TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO DIMENSIONAMENTO DE UMA ESTRUTURA EM ALVENARIA CONVENCIONAL COM UM SOFTWARE EM BIM Recife 2019 LEONARDO DOS SANTOS OLIVEIRA DIMENSIONAMENTO DE UMA ESTRUTURA EM ALVENARIA CONVENCIONAL COM UM SOFTWARE EM BIM Trabalho de Conclusão de Curso apresentado como requisito parcial para conclusão do curso de ENGENHARIA CIVIL da UNINASSAU RECIFE - GRAÇAS Recife 2019 Ficha catalográfica gerada pelo Sistema de Bibliotecas do REPOSITORIVM do Grupo SER EDUCACIONAL O48d Oliveira, Leonardo dos Santos. Dimensionamento de Uma Estrutura em Alvenaria Convencional Com um Software em Bim / Leonardo dos Santos Oliveira. - UNINASSAU RECIFE: Recife - 2019 57 f. : il TCC (Curso de Engenharia Civil) - Uninassau Recife - Graças - Orientador(es): Esp. Josinaldo Oliveira dos Santos 1. Cálculos. 2. Construção. 3. Programa. 4. Projeto. 5. Tecnologia. 6. Calculations. 7. Construction. 8. Design. 9. Program. 10. Technology. I.Título II.Esp. Josinaldo Oliveira dos Santos UNINASSAU RECIFE - REC CDU - 62 Dedico este relatório a Deus, que sempre me protege e me ilumina e aos meus pais que, desde a minha infância, têm dado grande incentivo ao meu desenvolvimento intelectual, ao meu irmão, por estar desenvolvendo o que eu aprendi ao ensiná-lo e a minha namorada, que me motiva e me alegra, com a sua presença. Sem vocês eu não teria compreendido a importância do saber e principalmente da vida. AGRADECIMENTOS Agradeço a Deus por ter me dado tudo que precisei para chegar até aqui, a minha mãe Iracema Delfina dos Santos Oliveira e meu pai João da Costa Oliveira que me deram amor, que sempre me apoiaram, que me consolaram quando eu não chegava num bom dia e estiveram sempre presentes na minha vida, sem eles nada disso seria possível. Agradeço a minha namorada Paula Fernanda Vieira de Oliveira, que esteve comigo em toda a construção de trabalho, me ajudando a corrigir o texto, e me passando a calma, a tranquilidade que eu precisava para concluir esse desafio, e o seu amor que me faz querer vencer na vida, para que possamos formar a nossa família. Meu irmão Gustavo dos Santos Oliveira, que apesar de ser mais novo, e de não saber, me ajudou a ser quem eu sou. Meus professores também não podem ser esquecidos, pois estou chegando aqui pelos conhecimentos adquiridos em sala de aula, represento todos ao citar meus orientadores Josinaldo Oliveira dos Santos e Andréa Baltar, que além de me passarem conhecimentos, ajudaram na elaboração e corrigiram meus erros, ao longo desse estudo, aos vários amigos que fiz na faculdade, a todos meu muito obrigado. “O grande segredo para a plenitude é muito simples: compartilhar.” Sócrates RESUMO Com o passar dos anos e com a evolução tecnológica o sistema construtivo de alvenaria convencional ficou ultrapassado, outros sistemas apareceram trazendo inovações e praticidades, apresentados neste trabalho, entretanto, também foi mostrado que esse avanço da tecnologia chegou para a alvenaria convencional, com a utilização do BIM. Esse estudo mostra como é um projeto estrutural dimensionado através de um software, e os ganhos obtidos com essa ferramenta para o projetista. Mesmo com todo esse avanço, respeitar as normas e trabalhar com elas é, e sempre vai ser imprescindível. Por isso esse trabalho foi produzido com base na NBR 6118, a principal norma de dimensionamento estrutural, e os cálculos foram descritos, explicados e aplicados, com a seguinte ordem: lajes, vigas, pilares e fundações, que não por acaso é a mesma ordem de carregamento da estrutura. O projeto tem o objetivo de mostrar que é possível otimizar a construção de uma casa e diminuir a quantidade de materiais perdidos na execução, e reduzir o valor construção. Foram elaborados quadros mostrando os cálculos e os resultados de cada elemento estrutural, onde foi possível controlar e impedir fissurações excessivas e deslocamentos que poderiam causar rupturas em alguns elementos. A armadura longitudinal da viga, foi reforçada para suportar o vão da estrutura, já a armadura transversal do pilar teve seu espaçamento reduzido para evitar a flambagem, e assim ficaram dispostas as armaduras de cada um, sendo possível uma maior agilidade por meio do Eberick, o software utilizado nesse estudo. O programa também disponibiliza o orçamento, e com isso mostra o tanto que esse sistema construtivo ganhou com essa tecnologia, porém, o projetista é fundamental para que tudo se realize, fazendo a adequada análise dos dados fornecidos, lançando e modificando cargas, e elementos, quando necessário for, continuando com a total responsabilidade sobre a estrutura. Palavras-chaves: projeto, tecnologia, construção, Eberick ABSTRACT With the passing of the years and with the technological evolution the constructive system of conventional masonry was outdated, other systems appeared bringing innovations and practices, presented in this work, however, it was also shown that this advancement of Technology has arrived for conventional masonry with the use of BIM. This study shows how a structural project is scaled through software, and gains obtained from this tool for the designer. Even with all this advancement, respecting the norms and working with them is, and always will be indispensable. For this reason this work was produced based on NBR 6118, the main structural sizing standard, and the calculations were described, explained and applied, with the following order: slabs, beams, pillars and foundations, which is not by chance the same order of Loading of the structure. The project aims to show that it is possible to optimize the construction of a house and decrease the amount of materials lost in the execution, and reduce the construction value. Tables were elaborated showing the calculations and results of each structural element, where it was possible to control and prevent excessive cracks and displacements that could cause ruptures in some elements. The longitudinal reinforcement of the girder, was reinforced to withstand the span of the structure, the transverse reinforcement of the pillar had its spacing reduced to avoid buckling, and thus were arranged the armor of each one, being possible greater agility through the Eberick, the software used in this study. The program also offers the budget, and with this shows how much this constructive system has gained with this technology, however, the designer is fundamental for everything to be done, making the proper analysis of the data provided, launching and modifying Loads, and elements, when necessary, continuing with full responsibility for the structure. . Key-words: Design, technology, construction, Eberick LISTA DE FIGURAS Figura 01- Modelo em 3D dos elementos estruturais da construção............... 23 Figura 02- Local do Projeto............................................................................. 23 Figura 03- Apoios dos vãos............................................................................ Figura 04- Área de Operação do Eberick........................................................ Figura 05- Vista isométrica da laje do projeto................................................. Figura 06- Vigota pré-moldada....................................................................... Figura 07- Armadura detalhada da V1............................................................ Figura 08- Armadura transversal da V1..........................................................Figura 09- Armação dos pilares com seção 20 x 30 cm.................................. Figura 10- Armadura da sapata...................................................................... 24 37 39 40 41 44 46 49 LISTA DE QUADROS Quadro 01 – Detalhamento de cálculo das lajes..................................... 37 Quadro 02 – Resultados de armaduras da laje e de flecha....................... 38 Quadro 03 – Composição da vigota pré-moldada..................................... 39 Quadro 04 – Dimensionamento da armadura positiva da V1.................... Quadro 05 – Dimensionamento da armadura negativa da V1.................. Quadro 06 – Dimensionamento da armadura transversal da V1............... Quadro 07 – Cálculo da armadura longitudinal de P1............................... Quadro 08 – Detalhamento da armação longitudinal de P1...................... Quadro 09 – Detalhamento da armadura transversal de P1..................... Quadro 10 – Dimensionamento das sapatas............................................ Quadro 11 – Relação de carga por área................................................... Quadro 12 – Índices de consumo de materiais......................................... Quadro 13 – Resumo de custos de toda estrutura.................................... 41 42 43 44 45 46 48 50 50 51 LISTA DE SIGLAS/ABREVIATURAS ABCP – Associação Brasileira de Cimento Portland ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas BIM – Building Information Model CEB – Comite Europeen du Beton IBGE – Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística NBR – Norma Brasileira RMR – Região Metropolitana do Recife SUMÁRIO 1.INTRODUÇÃO.................................................................................................. 12 2. OBJETIVOS..................................................................................................... 13 2.1. Objetivo Geral............................................................................................... 13 2.2. Objetivos Específicos................................................................................... 13 3. REFERENCIAL TEÓRICO.............................................................................. 14 3.1. Sistemas Estruturais no Brasil...................................................................... 3.1.1. Alvenaria Estrutural................................................................................... 3.1.2. Parede de Concreto.................................................................................. 3.1.3. Alvenaria Convencional............................................................................. 14 14 14 15 3.2. Elementos Estruturais da Alvenaria Convencional....................................... 3.2.1. Lajes.......................................................................................................... 3.2.1.1. Lajes Maciças......................................................................................... 3.2.1.2. Lajes Nervuradas................................................................................... 3.2.1.3. Lajes Treliças......................................................................................... 3.2.2. Vigas.......................................................................................................... 3.2.3. Pilares........................................................................................................ 3.2.4. Fundações: Sapatas.................................................................................. 3.2.5. Concreto Armado...................................................................................... 16 16 17 18 18 19 19 20 21 3.3. BIM – Building Information Model................................................................. 21 4- METODOLOGIA.............................................................................................. 23 4.1. Estrutura....................................................................................................... 4.1.1. Local do Estudo......................................................................................... 23 23 4.2. Coleta de Informações................................................................................. 24 4.3. Cálculo Estrutural......................................................................................... 4.3.1. Equações para o Cálculo das Lajes.......................................................... 4.3.2. Equações para o Cálculo das Vigas.......................................................... 4.3.3. Equações para o Cálculo dos Pilares........................................................ 4.3.4. Equações para o Cálculo das Sapatas..................................................... 24 25 26 30 34 5. RESULTADOS E DISCUSSÃO....................................................................... 36 5.1. Dimensionamento das Lajes........................................................................ 36 5.2. Dimensionamento das Vigas........................................................................ 5.3. Dimensionamento dos Pilares...................................................................... 5.4. Dimensionamento das Sapatas.................................................................... 5.5. Análise de Custos e de Estrutura do Projeto................................................ 40 44 47 49 6. CONCLUSÕES................................................................................................ 53 7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS................................................................ 55 12 ___________________________________________________________________________ 1. INTRODUÇÃO O sistema estrutural de concreto armado é um dos métodos mais utilizados na construção civil no Brasil. Responsáveis por dar sustentação a casa, as cargas da edificação são dimensionadas de cima para baixo, começando pelo cálculo da laje, ela leva em consideração todo o carregamento superior que existe. Logo após a laje, vem as vigas, barras horizontais, seu dimensionamento consiste nas cargas da laje e do seu peso próprio. Recebendo essas cargas estão os pilares, barras verticais, que assim como as vigas, tem seu cálculo utilizando a carga superior e o seu peso próprio. Todo o peso da estrutura é direcionado para as fundações, que por consequência levam e distribuem as cargas para o solo. Nesse trabalho será apresentado e analisado os esforços de uma estrutura em concreto armado, o desenvolvimento dos cálculos, e os resultados de cada elemento, de um projeto residencial desse tipo, que são laje, viga, pilar e sapata, e foram dimensionados para suportar cargas futuras, para uma possível expansão de pavimentos, obedecendo a norma de dimensionamento de uma estrutura, a NBR 6118. Um orçamento será produzido para fomentar esse trabalho, e deixar especificado o custo de cada componente da construção. Alguns softwares foram utilizados, AutoCad para a elaboração da planta baixa da casa, e o Eberick para o dimensionar e apontar possíveis erros dos cálculos e mostrando o comportamento dos elementos da estrutura. Esse estudo indica se a alvenaria convencional, conhecida por ser um sistema estrutural que gera muitos desperdícios e demora na sua execução, pode mudar esse cenário com a ajuda de tecnologia em BIM, diminuindo o desperdício e otimizando o tempo de execução, além de obter um ganho financeiro no projeto. 13 2. OBJETIVOS 2.1. Objetivo Geral Apresentar um projeto estrutural, com seus elementos dimensionado através de um software em BIM e mostrar a eficiência que é obtidapor essa nova tecnologia. 2.2. Objetivos Específicos Descrever os cálculos para o sistema estrutural utilizado Analisar os cálculos aplicados na estrutura do projeto Avaliar a eficiência econômica do projeto 14 3. REFERENCIAL TEÓRICO 3.1. Sistemas Estruturais no Brasil Na construção civil, já existem diversos sistemas construtivos, para a realização de uma edificação. No Brasil novas tecnologias estão se apresentando para o mercado e algumas delas já começaram a ser utilizadas, porem o método que mais utiliza-se é a alvenaria convencional. Entre os diversos sistemas construtivos, os que predominam no mercado brasileiro são: alvenaria convencional, alvenaria estrutural, wood frame, steel frame e paredes de concreto. 3.1.1. Alvenaria Estrutural A alvenaria é um sistema de construção que emprega peças fabricadas de tamanhos e peso que as fazem manejáveis, que se juntam por argamassa, chegando a se tornar um conjunto monolítico (KALIL, 2007). Esse tipo de construção pode ser chamado também de alvenaria autoportante, porque são designadas a absorver as forças das lajes e a sobrecarga, além do seu peso próprio. A estrutura é produzida concomitantemente com as paredes de vedação, neste sistema, porque elas desenvolvem diversas atividades ao mesmo tempo, com por exemplo: divisas de espaços, estrutural, isolante térmico, isolante acústico, além de proteção contra o fogo (HENDRY, 1990). Fundamentalmente na alvenaria estrutural as paredes são unidades estruturais, necessitando assim, suportar às cargas como seriam feitos pelos pilares e vigas empregados em concreto armado, madeira ou aço. Desta forma, o projeto imaginado leva em consideração a subdivisão das paredes de forma que todas elas atuem como elemento estabilizador da parede subsequente (SABBTINI, 1989). 3.1.2. Parede de Concreto Parede de concreto é um sistema construtivo que consiste em ser um método que utiliza fôrmas preparadas no local da obra e na sequência preenchidas com concreto, tendo as instalações elétricas e hidráulicas devidamente embutidas. A vedação e estrutura formam um único elemento, com isso é constituído a principal característica do sistema construtivo (MISURELLI; MASSUDA, 2009). 15 O sistema é aconselhado para empreendimentos que têm elevada repetitividade e podem ser empregados em construções de pequeno, médio e alto padrão, isso se deve a sua grande multifuncionalidade. A escolha é definida após uma análise criteriosa de gastos, que acaba levando em consideração todos os aspectos tais como mão de obra e prazo de construção com seus passivos. É capaz de serem utilizados em edificações de casas populares, de sobrados, construções em até seis andares, edifícios que com somente esforços de compressão chegam a nove pavimentos, mas já consegue chegar a exemplos de utilização em edifícios de até 30 pavimentos (ABCP, 2007). O sistema construtivo parede de concreto é em sua totalidade sistematizado, porque é fundamentado integralmente em concepções de industrialização de produtos e equipamentos, mecanização, modulação, administração tecnológica e versatilidade. Por esses fatores transforma-se em uma linha de montagem, a obra a ser executada, como é visto na indústria automobilística (ABCP, 2007). Dessa maneira torna-se possível obter um produto homogêneo, independentemente do distrito do país e da mão de obra a ser aproveitada, sendo para as empresas que estão localizadas em vários estados, se transformando em um diferencial (CICHINELLI, 2009) 3.1.3. Alvenaria Convencional O sistema construtivo de alvenaria convencional, ou só convencional, é formado por pilares, vigas e lajes de concreto armado, e os espaços vazios serão preenchidos com tijolos cerâmicos para a vedação, as paredes. O peso da estrutura, neste tipo de construção, é dividido nas lajes, vigas, pilares e fundações, e por esse motivo, as paredes são não portantes, como são conhecidas. Na execução de elementos como pilares e vigas são utilizados aço estrutural e as formas em madeira. Depois das paredes serem construídas, se faz necessário rasgá-las para o embutimento das instalações elétricas e hidráulicas. O estágio de revestimento, caracterizada pela realização do chapisco, as massas grossa e fina (emboço e reboco, respectivamente) e pintura, deve ter início logo em sequência (VASQUES, 2014). 16 A construção em concreto armado, alvenaria convencional, é seguramente a mais utilizada no Brasil. Sendo utilizadas barras de aço, que são as armaduras, colocadas no concreto moldado in loco, em formas de madeira, e esse sistema proporciona a obtenção de construções aptas a suportar a qualquer tipo de força. Porém, para que as obras sejam bem elaboradas, é fundamental que elas passem, convenientemente, nas mãos de Engenheiro para serem calculadas; especialista esse, que elaborará o projeto estrutural (RAMALHO, 2007). É no processo de elaboração do projeto que serão definidas, em função das forças a que estará sujeitado o edifício, como: as dimensões de lajes, vigas e pilares, as equivalentes armaduras, bem como a constituição do concreto que será utilizado. É importante ficar em alerta para os perigos consequentes da execução empírica ou inapropriada de estrutura em concreto armado (BASTOS, 2006). Fazer um estudo criterioso das formas de madeira, é um motivo importante, também, a partir de um ponto de vista ecológico e econômico. Deve-se procurar a todo momento uma quantidade ótima de reutilizações delas, não obstante, sem comprometer a qualidade final da edificação (SOUZA, 2014). 3.2. Elementos Estruturais da Alvenaria Convencional Na alvenaria convencional, é utilizado a estruturação mais conhecida no Brasil, com laje, viga, pilar e fundação. No planejamento, quando se estar dimensionando a construção, a sequência de cálculo começa com as lajes, com seu peso e todas as ações que podem estar atuando sobre ela; vigas, que recebem os pesos presentes nas lajes e o seu próprio; pilares, que, também, deve ter considerado o seu peso próprio e as cargas que as vigas distribuem, através das suas reações; além das fundações, que são dimensionadas depois de receber o peso da estrutura. É no projeto que será determinado os tipos de lajes, vigas, pilares e fundações que serão executadas na obra. Esses elementos e suas variações serão detalhados a seguir. 3.2.1. Lajes As lajes, elementos que fazem parte do sistema estrutural de alvenaria convencional, são laminares e planas, solicitados em predominância por cargas normais ao seu 17 plano médio. São elas que formam os pisos dos edifícios correntes de concreto armado. Nesse tipo de estrutura, as laminares planas, predominam duas dimensões, largura e comprimento, sobre a terceira que é a espessura. As vigas são representadas pelos seus eixos, e não é diferente quando tratamos das lajes, que são representadas pelo seu plano médio. O que torna as lajes diferenciadas, são sua vinculação, a relação entre os lados e a forma. Nas construções correntes, comumente, as lajes têm forma retangular, porém podem ter forma em L ou trapezoidal (FILHO, 2014). 3.2.1.1. Lajes Maciças Laje maciça é aquela na qual a totalidade da espessura é constituída por concreto, incluindo armaduras longitudinais de flexão e ocasionalmente armaduras transversais, e sustentada em paredes ou vigas ao longo das bordas. Também são consideradas lajes maciças de concreto, laje lisa e laje cogumelo, entretanto, nesses tipos as cargas e outras ações são transportadas diretamente para os pilares, sem a necessidade do suporte de apoios nas bordas. No Brasil, tradicionalmente, é habitual chamar laje apoiada nas bordas como “laje maciça”. Nos edifícios de vários pavimentos, em pontes e em outras construções de grande porte,as lajes maciças são as mais utilizadas, entre os diversos tipos de lajes que existem. Normalmente as espessuras das lajes maciças de concreto variam de 7 cm a 15 cm, são reproduzidas para os mais diversos tipos de construção, como edifícios de vários pavimentos (comerciais, residenciais, etc.), escadas, muros de arrimo, reservatórios, construções de grande porte, por exemplo, escolas, industrias, hospitais, entre outros (BASTOS, 2015). Normalmente a espessura das lajes maciças é encontrada entre L/40 e L/60 do menor comprimento de vão, sempre obedecendo os limites mínimos determinados na NBR 6118/2014. Neste caso, o pré-dimensionamento é necessário as dimensões do pavimento, especialmente na outra direção, e dos carregamentos sobre a laje. Para efeito de cálculo, a espessura da laje é considerada satisfatória se estiver entre esse intervalo. Para a definição dos apoios das lajes, deve-se considerar o comprimento dos vãos. A laje será considerada como apoiada em duas direções, quando a relação entre o maior e o menor vão estiver inferior ou igual a dois. Posto isto, as armaduras que suportarão aos esforços de flexão serão utilizadas nas duas direções. Quando essa relação for superior a dois, a laje será considerada como apoiada e armada 18 somente em uma direção (SANTOS, 2009). 3.2.1.2. Lajes Nervuradas A laje nervurada pode ser definida como as lajes moldadas na obra ou com nervuras pré-moldadas, cuja área de tração para momentos positivos encontra-se situada nas nervuras tal qual pode ser incluído material inerte. Não deve ser considerada a resistência do material inerte, ou seja, não altera a resistência da laje nervurada. Outros são os materiais que possibilitam a fundamental rigidez e resistência, como as nervuras, unidas e solidarizadas pela mesa (NBR 6118). Na construção com o concreto armado, o concreto é encarregado pela absorção dos esforços de compressão na flexão, enquanto é do aço a responsabilidade de suportar aos esforços de tração. Ainda que o concreto suporte a esforços de tração, no dimensionamento de estruturas essa resistência é ignorada, pelo motivo desta ser pequena, se for comparada à resistência do aço. Consequentemente, em estruturas de concreto sujeitas à flexão, em que agem momentos positivos, o concreto que existe na região abaixo da linha central, a linha neutra, não tem como função suportar aos esforços de tração. Assim surgiu a possibilidade de diminuir o concreto que existe nesta região, fazendo reduzir o peso próprio da estrutura (DIAS, 2003). A solução encontrada é utilizada nas lajes nervuradas, que são lajes constituídas por nervuras contendo, ou não, material inerte no meio delas, com uma cobertura de concreto, chamada mesa, de espessura relativamente fina por cima. Há vários produtores que desenvolveram fôrmas para a aplicação deste tipo de laje, possibilitando o emprego desta conclusão estrutural para vãos grandes, já que a remoção do concreto dispensável na flexão deixou-se aumentar a espessura das lajes sem desenvolver proporcionalmente o peso próprio da estrutura (SANTOS, 2009). 3.2.1.3. Lajes Treliças As lajes treliças é uma opção mais econômica, em relação as lajes maciças de concreto. Elas possibilitam ganhar maiores vãos com menor peso próprio, e redução, durante a sua execução, de mão de obra. Nesse tipo de laje a armadura das nervuras tem a forma de uma treliça espacial. Os banzos inferior e superior, são constituídos 19 por duas barras e por uma barra, respectivamente. Eles são ligados por barras diagonais inclinadas, sendo soldadas por eletro fusão. Possibilitam ao conjunto uma boa rigidez, melhoram o transporte e manuseios das vigotas já produzidas, e aumentam a resistência aos esforços cortantes (BASTOS, 2015). São constituídas com a utilização de elementos pré-fabricados do tipo treliças, as lajes pré-moldadas treliçadas. Ela tem em sua formação nervuras principais resistentes, por materiais leves de enchimento colocados entre as vigotas e por uma capa de cima em concreto, que em companhia com as nervuras principais vai formar a seção transversal que suporta à flexão. A estrutura resultante é muito rígida, e isso ocorre por causa da perfeita solidarização entre o elemento treliçado e o concreto lançado na construção (CAIXETA, 1998) 3.2.2. Vigas Por definição na NBR 6118/2014, vigas são elementos lineares em que a flexão é preponderante. As vigas são consideradas como barras e são geralmente retas e horizontais, com a finalidade de receber ações das lajes, de outras vigas, de paredes de alvenaria, e algumas vezes de pilares. A determinação das vigas é simplesmente vencer vãos e transmitir as ações que estão atuando nelas para o apoio, usualmente os pilares. As cargas, que podem ser concentradas ou distribuídas, são normalmente perpendiculares ao seu eixo longitudinal. Existe a possibilidade de receber forças normais de tração ou de compressão, na direção do eixo longitudinal. Assim como as lajes e os pilares, as vigas também são um elemento estrutural de contraventamento encarregado por proporcionar a estabilidade global das construções às cargas verticais e horizontais. Os estribos, chamados de armadura transversal, e as barras longitudinais, chamadas de armadura longitudinal, são geralmente a composição das armaduras das vigas (BASTOS, 2006). 3.2.3. Pilares Os pilares são normalmente dispostos na vertical, elementos lineares de eixo reto em que as forças normais de compressão são preponderantes. Tem por finalidade a 20 transmissão das ações para as fundações, embora também podem transmitir para outros componentes de apoio. As cargas são oriundas geralmente das vigas, como também podem vir das lajes (NBR 6118, 2014). São os elementos estruturais de maior importância nas construções em concreto armado, tanto no aspecto de segurança como no ponto de vista da capacidade resistente das estruturas. Além de transmitir as ações verticais para os componentes de fundação, os pilares podem participar do sistema de contraventamento incumbido por assegurar a estabilidade global dos edifícios às cargas verticais e horizontais (Bastos, 2006). A escolha e a disposição devem obedecer a função estrutural também às condições de execução, especialmente com relação ao lançamento e adensamento do concreto. Para impedir a divisão dos agregados e a ocorrência de vazios dentro do pilar, os espaços deverão permitir a introdução do vibrador (NBR 6118, 2014). As armaduras longitudinais têm a função de reduzir as deformações do pilar, principalmente as decorrentes da retração e da fluência. Além disso, contribuem para resistir à compressão, diminuindo a seção do pilar, também suportando às tensões de tração (PINHEIRO, 2007). 3.2.4. Fundações: Sapatas A sapata é estabelecida como elemento de fundação superficial, de concreto armado, calculada de modo que as tensões de tração nela encontrada, seja suportada pelo emprego de armadura especialmente disposta para esse fim (NBR 6122, 2010). Também definida como o elemento estrutural de volume usado para transmitir ao terreno os carregamentos de fundação, no caso de fundação direta (NBR 6118, 2014). As sapatas recebem as cargas dos pilares e as transferem diretamente para o solo. Elas podem ser classificadas como localizadas ou isoladas, conjuntas ou corridas. Quando isoladas elas servem para de apoio para apenas um pilar, já quando conjuntas servem para transmitir simultaneamente o carregamento de dois ou mais pilares e, por fim, as sapatas corridas, que ganham esta nomenclatura, pois são 21 dispostas ao longo de todo o comprimento do elemento estrutural que lhe aplica a carga, costumeiramente são paredes de alvenaria ou de concreto. São comuns em estruturas de pequeno porte, ondeo solo suporta tranquilamente cargas em baixas profundidades (BASTOS, 2006). A sapata isolada é a mais usual nas edificações, e suas formas podem ser, em planta, muito variadas, porém a retangular é a mais encontrada, por causa dos pilares, que em grande maioria tem seções retangulares (BASTOS, 2016). 3.2.5. Concreto Armado Concreto armado é a junção do concreto simples com uma armadura, normalmente constituída por barras de aço. Unidos os dois materiais devem suportar solidariamente aos esforços solicitantes. A aderência que eles têm é que dar a garantia para essa solidariedade. Como material de estrutura, o concreto dispõe de várias vantagens quando comparado a outros materiais. Suas principais propriedades mecânicas são a resistência à compressão, resistência à tração e módulo de elasticidade (PINHEIRO, 2007). 3.3. BIM – Building Information Model O BIM é um processo fundamentado em modelos digitais, integrados, compartilhados e interoperáveis, definidos como Building Information Moldels, podendo o Building Information Modeling ser determinado como um método que possibilita a gestão da informação, enquanto o Building Information Model é o grupo de modelos compartilhados de maneira digital, tridimensional e sistematicamente ricos, que unidos constituem a espinha dorsal do projeto (MANZIONE, 2011). As metodologias idealizadas pelo BIM são um gênero de base de dados onde são acondicionados tanto os elementos geométricos como os textuais de cada material construtivo utilizado no projeto. Este conjunto permite automática criação de plantas, perspectivas, cortes e quantitativos, levando aos engenheiros e arquitetos resoluções projetuais, não sendo mais soluções nos desenhos técnicos (BIRX, 2006). O BIM ainda pode ser definido como uma simulação inteligente de arquitetura, 22 possuindo seis propriedades principais para sua integrada implantação, ser: digital, abrangente, espacial, durável, mensurável e acessível (CAMPBELL, 2006). Também, o BIM é um método de trabalho que faz a integração entre arquitetos, engenheiros e construtores na criação de um modelo virtual preciso, que produz uma base de dados que contém tanto subsídios necessários para orçamento como informações topológicas, previsão de insumos e ações em todas as fases da construção (EASTMAN, 2008). Ainda pode ser a representação digital das características funcionais e físicas de uma estrutura, que possibilita a integração de maneira sistêmica e transversal às diversas fases do ciclo de vida de uma construção com o gerenciamento de todas as informações existentes em projeto, criando uma base confiável para deliberações durante o seu ciclo de vida, estabelecido como existente desde o começo da primeira idealização até à demolição (Building smart, 2018). A área compartilhada do Eberick privilegia sua usabilidade, transformando o acesso aos recursos do programa intuitivo e possibilitando que o projetista concentre todo seu esforço na criação do projeto. Sua organização por guias permite que qualquer comando seja encontrado, convertendo o desenvolvimento de seu projeto uma experiência aprazível (FRANCESCHI, 2019). 23 4. METODOLOGIA 4.1. Estrutura A estrutura é de concreto armado e contém um pavimento térreo e uma cobertura. Com 3,40 m de pé direito, altura do chão até o teto, e 1,50 m de fundação, possui elementos estruturais bem definidos, figura 01. Ao todo a construção tem 105 m2 de área útil, possuindo no térreo 7 vigas, 12 sapatas e 12 pilares, e na cobertura 7 vigas, 6 lajes e 12 pilares, como pode ser observado na figura 02. O dimensionamento ocorreu através do software Eberick-2018, e contou com suporte da Altoqi para a elaboração dos quadros e de algumas figuras. Figura 01 – Modelo em 3D dos elementos estruturais da construção Fonte: ALTOQI, 2019 4.1.1. Local de Estudo O projeto dessa residência, que possui uma área total de 200 m2 e uma área útil de 105 m2, e fica localizada no bairro de Caetés I em Abreu e Lima, PE, figura 02. Figura 02 – Local do projeto Fonte: O AUTOR, 2019 24 4.2. Coleta de Informações Foi utilizado nesse trabalho um software de cálculo estrutural em BIM, Eberick, para dimensionar a estrutura de uma residência em concreto armado. A obra foi pensada e projetada em alvenaria convencional, contendo a sequência estrutural de lajes, vigas, pilares e sapatas, e está toda em acordo com a NBR 6118/2014 a mais atual. Nesse estudo será demonstrado o comportamento da estrutura projetado, tabelas e quadros contendo informações sobre os materiais da construção. Alguns conceitos foram aplicados, a partir de artigos científicos, monografias e livros. 4.3. Cálculo Estrutural As fórmulas utilizadas para o dimensionamento encontram-se nas diversas NBRs, com a principal sendo a 6118/2014, e por elas o software calculou toda a estrutura. A estrutura contém laje do tipo pré-moldadas (vigotas), vigas, pilares e sapatas, toda a construção em concreto armado. O projeto da residência de um pavimento térreo de 105 m2, tem a laje dividida em seis áreas, todas armadas em duas direções, engastadas umas nas outras. O vão efetivo, segundo o tópico 14.7.2.2 da NBR 6118/2014, quando os apoios puderem ser encarados como suficientemente rígidos, em relação à translação vertical, deve ser calculado pela fórmula que vem na sequência: lef = l0 + a1 + a2 com a1 sendo igual ao mínimo valor entre t1/2 e 0,3h e a2 igual ao menor valor entre t2/2 e 0,3h, segundo a figura 03. Figura 03 – Apoios dos vãos Fonte: BASTOS, 2006 25 4.3.1. Equações para o Cálculo das Lajes Para as cargas na laje, o carregamento, de um modo geral, é considerado como uniformemente distribuído. p = g + q onde: g – é a parcela permanente das cargas que agem sobre a laje; q – é a parte variável das cargas que agem sobre a laje. O carregamento p tem a unidade em kN/m2. Os valores das cargas a serem considerados no dimensionamento de edificações são encontrados na NBR 6120/1980. Ainda segundo a norma 6118/2014, as lajes devem ter uma espessura tal que respeitem a verificação de estado limite de serviço de deformações excessivas. Então, é sugerido o seguinte processo para definir a espessura de uma laje, que esteja sujeitada com exclusividade a cargas uniformemente distribuídas: determinar a espessura da laje como sendo o menor valor; fazer a disposição de cargas para a laje, demonstrando os valores de carga variável e permanente; estabelecer o número da carga de serviço, que corresponde à combinação quase permanente de serviço: pd,ser = Ʃgik +Ʃψ2j qj,k O Ieq, momento de inércia da seção, é capaz de ser determinado da seguinte maneira: se ma ≤ mr → Ieq = Ic se ma ˃ mr → Ieq = 0,30 Ic em que, ma é o momento fletor na seção crítica, para as lajes biapoiadas ou contínuas é o momento máximo no vão e momento no apoio para as lajes em balanço, para a conjugação quase permanente de serviço; Ic é o momento de inércia da seção bruta de concreto; mr é o momento de fissuração da laje, e calculado por: 26 mr = 0,25 fctm b h2 No qual, o valor de fctm é conseguido das seguintes fórmulas: - para concretos de classes até C50: fctm = fck2/3 - para concretos de classes de C55 até C90: fctm = 2,12 ln (1+0,11 fck) sendo fctm e fck expressos em MPa. Deve ser calculada, a flecha imediata, utilizando o módulo de elasticidade secante do concreto: Ecs = αi . Eci tendo: αi = 0,8 + 0,2 ≤ 1,0 e onde, Eci é o módulo de deformação tangente inicial, que pode ser calculado pelas expressões: Eci = αE . 5600 fck1/2, para fck de 20 MPa a 50 MPa Eci = 21,5.103. αE (fck/10 + 1,25)1/3, para fck de 55 MPa a 90 MPa sendo, Eci e fck são dados em MPa. E assim o cálculo da laje é desenvolvido. 4.3.2. Equações para o Cálculo das Vigas Para o dimensionamento das vigas, deve-se seguir um roteiro, e de acordo com os dados da NBR 6118/2014, temos o seguinte: 27 O primeiro passo das vigas, no projeto, fundamenta-se em identificar os dados iniciais. Começando com as classes do concreto e do aço e o cobrimento, e logo após temos: a forma estrutural do tabuleiro, com os dados preliminares em planta; altura do pé direito; reações de apoio das lajes; e as dimensões das seções transversais das vigas, conseguidas em um pré-dimensionamento. Na sequência, devem levar em consideração o esquema estático, vãos e dimensões da seção transversal. Elas não devem apresentar largura menor que 12 cm. Limite esse que pode ser reduzido, respeitando-se um mínimo absoluto de 10 cm em casos excepcionais, tendo que respeitar obrigatoriamente respeitadas as seguintes condições (item 13.2.2 da NBR 6118/204): alojamento das armaduras e suas interseções com as armaduras de outros materiais estruturais, respeitando os espaçamentos e coberturas estabelecidos nessa Norma; e segundo a NBR 14931, o lançamento e vibração do concreto de acordo com essa norma. A efeito arquitetônico, sempre que possível, a largura das vigas deve ser escolhida de tal forma que elas fiquem embutidas nas paredes. As vigas não podem adentrar os espaços de janelas e de portas. Deve ser considerado uma abertura de portas com 2,20m de altura. Simplificando o cimbramento, normalmente, procura-se padronizar as alturas das vigas, não adotando mais de duas alturas diferentes no projeto, pois se aumentar a quantidade de alturas pode, eventualmente, constituir a necessidade de armadura dupla, em algumas partes das vigas. Devem ter as flechas verificadas ultimamente, os tramos com mais carregamentos, e principalmente os de maiores vãos. Para o cálculo devem ser considerado as cargas nas vigas, que são: peso próprio, reações de paredes e peso de paredes. Em algumas situações, as vigas podem vir a receber cargas de outras vigas, e receber de pilares, nos casos de vigas de transição ou em vigas de fundação. Excetuando-se as cargas originárias de outras vigas ou de pilares, que são pontuais, as outras cargas podem ser consideradas uniformemente distribuídas. Antes de fazer a demonstração do cálculo das armaduras, é muito importante verificar 28 se a seção transversal é satisfatória para resistir aos esforços de cisalhamento e de flexão. Momento fletor é o momento limite para a armadura simples, e é dado por: Md,lim = , Para usar armadura simples, Md,máx ≤ Md,lim, e para usar a armadura dupla, Md,máx ˃ Md,lim. Já a força cortante máxima Vsd, na frente dos apoios, não deve extrapolar a força cortante última VRd2, referente à ruína das bielas que estão em compressão de concreto, dada pelo item 17.4.2.2 da NBR 6118/2014: VRd2 = 0,27 αV2 fcd bw d onde, αV2 = (1 - ), fck em MPa ou αV2 = (1 - ), fck em kN/cm2 em que: fcd é a resistência de cálculo do concreto; bw é a menor largura da seção da viga, compreendida ao longo da altura útil; d é a altura útil da seção da viga, que é igual à distância da borda comprimida ao centro de gravidade da armadura de tração. Dando seguimento as fórmulas utilizadas pelo software para os cálculos das vigas do projeto, de acordo com a NBR 6118/2014, e com elas biapoiadas, temos o seguinte cálculo dos esforços: Mk = pl2/8 sendo, Mk, o momento máximo; 29 p, a carga distribuída; l, o comprimento da viga. Continuando com os cálculos, temos: Vk = pl/2 onde, Vk é a força cortante. Logo em sequência, temos os valores majorados do momento e da força cortante: Md,máx = γf Mk Vd,eixo = γf Vk Com o valor de γf é 1,4 (adimensional) Nas faces dos apoios tem-se: Vd,face = Vd,eixo – pd . t/2 e para a altura da seção as fórmulas utilizadas são as seguintes: d’ = h – d = c + øt +øl/2 d’ que é a menor distância do centroide da armadura para a extremidade do concreto, d = h – d’ onde d é a maior distância do centroide de armadura para a extremidade do concreto. E por fim, o software detalha a armadura, que é encontrada através dessa equação: As = . 30 4.3.3. Equações para o Cálculo dos Pilares No tipo de estrutura, que está proposta no projeto, compostas por lajes, vigas e pilares, o trajeto das cargas inicia nas lajes, que delas vão para as vigas e, logo após, para os pilares, que as transportam até a fundação. Os pilares são encarregados por receber os pesos dos pavimentos superiores, acrescentar as reações das vigas em cada andar, se houver, e encaminhar esses esforços até as fundações. Com a finalidade de evitar um desempenho inapropriado e proporcionar boas condições de execução, a NBR 6118/2014, em seu item 13.2.3, determina que a seção transversal dos pilares, independentemente da forma, ela não deve compreender dimensão menor que 19 cm. Permite-se a consideração de dimensões entre 19 cm e 12 com, para casos especiais, no entanto, quando for feito o dimensionamento deve multiplicar as ações por γn, que é um coeficiente adicional. Então, esse fator γn deve majorar os esforços solicitantes finais de cálculo nos pilares. Nos casos em que a maior dimensão da seção transversal não ultrapasse cinco vezes a menor, h ≤ 5b, todas as orientações referentes aos pilares são válidas. Porém, quando esta recomendação não for atendida, o pilar de ser tratado como pilar-parede, de acordo com a NBR6118/2014, em seu item 18.5. E em qualquer caso, não se permite pilar com seção transversal com a área menor do que 360 cm2. De acordo com a NBR 6118/2014, em seu item 15.6, o comprimento equivalente le do pilar, suposto vinculado nas duas extremidades. 𝑙 ≤ 𝑙 + ℎ 𝑙 em que, l0, é a distância entre as faces internas dos componentes estruturais, supostos horizontais, que ligam o pilar; h, é a altura da seção transversal do pilar, tendo sua medição no plano da estrutura; l, é o espaço entre os eixos dos elementos estruturais em que o pilar está vinculado. Caso o pilar esteja engastado na base e livre no topo, le = 2l. 31 O índice de esbeltez, λ, é definido assim, de acordo com a norma: λ = sendo, i, o raio de giração. Ainda segundo a norma, deve ser encontrado o raio de giração para o índice de esbeltez, e ele é definido a partir da seguinte fórmula: 𝑖 = 𝐼 𝐴 onde, I é o momento de inércia; A é a área da seção. E para a seção retangular temos o seguinte raio de giração: i = √ com h sendo a dimensão do pilar na direção considerada. Continuando o roteiro de cálculo do pilar, encontrado na NBR 6118/2014, tem o esforço solicitante, Nd, que é definido da seguinte maneira: Nd = γM . γf . Nk com os termos significando: γM é o coeficiente de majoração das resistências; γf é o coeficiente de majoração das ações; Nk é a força normal característica do projeto. 32 O momento fletor mínimo, que de acordo com a norma, trata do efeito das imperfeições nos pilares, que pode ser substituído em estruturas reticuladas, levando em consideração tal momento, é dado por: M1d,min = Nd (0,015 + 0,03h) em que, h é a altura total da seção transversal na direção considerada, em metros. A esbeltez limite vem logo após, no roteiro de cálculo, pois ela corresponde ao valor da esbeltez que começa nos efeitos de 2ª ordem, quando eles iniciam uma redução da capacidade de resistência do pilar. Os esforços locais de 2ª ordem em componentes isolados podem ser desconsiderados quando o índice de esbeltez, λ,tiver um valor menor do que o limite λ1, que varia entre 35 e 90, é calculado pelas fórmulas: λ1 = , . sendo, e1, o valor da excentricidade de 1ª ordem; αb é um coeficiente que, pode variar, deve ser encontrado a partir das seguintes situações, para pilares biapoiados sem forças transversais, temos: 𝛼 = 0,60 + 0,40 𝑀 𝑀 onde, MA é o momento fletor de 1ª ordem no extremo A do pilar; MB é o momento fletor de 1ª ordem no extremo B do pilar; o valor de αb varia de 0,40 até 1,00. e para pilares biapoiados com cargas transversais significativas, ao longo da altura: αb = 1 Dando continuidade, é hora de escolher a disposição das armaduras, e devem atender 33 não só à função estrutural, mas também às possibilidades de execução, particularmente com associação ao lançamento e adensamento do concreto. Para ser calculado é preciso que se encontre o momento total, e verificar se atende as verificações do cálculo, e tem-se a partir dessa equação: 𝑀 , = 𝛼 𝑀 , + 𝑁 . 𝑙 10 1 𝑟 ≥ 𝑀 , em que é encontrado as excentricidades de 1ª e de 2ª ordem, através de fatores dessa equação. Para a determinação do aço da armadura longitudinal que será utilizado no projeto, é encontrado a área bruta do concreto, Ac, em seguida a área de aço, As, mínima e máxima e por fim, o número de barras que será utilizado. O roteiro chega as seguintes equações: Área bruta de concreto 𝐴 = 𝑁 0,85. 𝑓 + 𝜌𝜎 , sendo, Nd a carga majorada; fcd a resistência de cálculo do projeto; ρ a taxa de aço. Área de aço As,min = 0,4%.Ac As,max = 8%.Ac Número de barras 𝑛 = 𝐴 𝐴ø 34 em que Aø é a área da bitola do aço. 4.3.4. Equações para o Cálculo das Sapatas São elementos de fundação executados em concreto armado, de altura reduzida em relação às dimensões da base e que se caracterizam principalmente por trabalhar na flexão. Para dimensioná-las é importante saber que seus lados devem ter, proporcionalmente, os mesmos lados do pilar que agirá nela. Por tanto temos: a - b = a0 - b0 com, a0 e b0 sendo os lados do pilar; a e b sendo os lados da sapata. Tendo a informação anterior é possível calcular a sapata. Começando pela a área da base, com a seguinte fórmula: 𝐴 = 𝑁 𝜎 Nd é a carga do pilar; σadm é a tensão admissível do solo. O próximo passo no dimensionamento é saber a altura útil da sapata e ela é encontrada assim: 𝑑 ≥ ⎩ ⎪⎪ ⎨ ⎪⎪ ⎧ 𝑎 − 𝑎 4 𝑏 − 𝑏 4 1,44. 𝑁 𝜎 ; 𝜎 = 0,85. 𝑓 1,96 35 fck é a resistência característica do concreto. Sua altura é encontrada depois de somada a altura útil com o cobrimento, desta forma: H = d + c d é a altura útil da sapata; c é o cobrimento. Por fim são encontradas as trações Tx e Ty, para que elas sejam aplicadas na fórmula da área de aço e assim eles terem seu diâmetro escolhido, conforme o projeto e a NBR 6118/2014. As equações são mostradas assim, para Tx e Ty: 𝑇 = 𝑃(𝑎 − 𝑎 ) 8𝑑 ; 𝑇 = 𝑃(𝑏 − 𝑏 ) 8𝑑 onde P é a carga do pilar. E a área de aço, As, é conhecida da seguinte forma: 𝐴 = 1,61𝑇 𝑓 ; 𝐴 = 1,61𝑇 𝑓 com fyk sendo a tensão de escoamento do aço. 36 5. RESULTADOS E DISCUSSÃO 5.1. Dimensionamento das Lajes A laje dimensionada no projeto, pelo software Eberick, teve um bom comportamento, na figura 04. Ao todo o projeto possui 6 lajes, dimensionada com vigotas pré- moldadas, pois corrigiu o problema de cisalhamento, que a treliça estava apresentando. Os blocos são de EPS, eles ajudam a diminuir o peso da estrutura, que contém 13 cm de espessura. O bw é a largura da vigota pré-moldada, sendo uniforme em todas as lajes, contendo 9 cm, h é a altura ou espessura da laje, citado antes, com 13 cm. A estrutura da laje tem, ainda, um espaçamento entre as vigotas, bf, de 39 cm e uma espessura de capa de concreto, hf, de 5 cm. Esses dados são vistos no quadro 01. De acordo com a NBR 14859-1/2002, em seu item 4.1.3, a altura da vigota pré- moldada não pode ser inferior a 7 cm e a capa de concreto, que é a cobertura da laje com concreto, não inferior a 4 cm, então o quadro 01, está mostrando que a laje analisada, L1, encontra-se atendendo os limites necessários para a sua execução. As outras lajes seguem o mesmo padrão de altura e largura. Ainda segundo a mesma norma, o intereixo, bf, distância entre eixos de vigotas pré-moldadas, entre as quais serão montados os elementos de enchimento, não deve ser menor que 33 cm. Então podemos observar que L1 atende a norma. Já segundo a NBR 6118/2014, item 13,4,2, o limite máximo de fissuração não pode exceder 0,2 mm. No quadro 01, é visto que a fissura máxima atingida é de 0,09 mm, por tanto dentro da norma. Ainda no quadro 01, é verificado o cisalhamento, onde na NBR 6118/2014, no ponto 19.4.1, é dito que podem prescindir de armadura transversal para resistir as forças de tração oriundos da força cortante, quando a força cortante de cálculo a uma distância da face de apoio, obedecer a expressão: vsd ≤ vrd1. Separando L1 para a verificação da estrutura, temos vsd = 0,42 tf/N e vrd2 = 0,67 tf/N, dispensando a armadura de cisalhamento que atende a norma. 37 Figura 04 – Área de operação do Eberick Quadro 01 – Detalhamento de cálculo das lajes Fonte: O AUTOR, 2019 Fonte: O AUTOR, 2019 38 No quadro 02, com uma variação de 0,92 cm na laje 4, L4, a flecha atendeu todos os critérios estabelecidos pela norma, porque de acordo com a NBR 6118/2014, no tópico 13.3, o deslocamento limite para a laje é de l/250, e como é visto no quadro 03, o maior comprimento de laje encontra-se nas L4, L5 e L6, com comprimento de 3,35 m, deixando a estrutura com flecha admissível de 1,34 cm. No quadro 02, é possível observar todas as flechas. O limite da flecha é utilizado para evitar vibrações indesejáveis ou efeito visual desagradável. Quadro 02 – Resultados de armaduras da laje e de flecha Fonte: O AUTOR, 2019 O software além de gerar o detalhamento de cálculo e de armação, ele desenvolve as plantas de formas e alguns desenhos, mostrando como deve ser montado o elemento estrutural analisado. A vista frontal e isométrica ajuda no momento da execução do projeto, para obter o mínimo de perdas e ter um ganho no tempo da obra. Na figura 05 é possível observar, as armaduras de distribuição da laje e como fica o aço calculado na estrutura. 39 Figura 05 – Vista isometrica da laje do projeto No quadro 03, as quantidades de vigotas pré-moldadas que serão necessárias para a execução do projeto, e o comprimento dos aços totais utilizados, já com os ganchos que cada uma deverá ter. Podemos ver os aços, que também foram mostrados em tabelas anteriores e como ficam a disposição deles na vigota, apresentado na figura 06. Quadro 03 – Composição da vigota pré-moldada Fonte: O AUTOR, 2019 Fonte: O AUTOR, 2019 40 Figura 06 – Vigota pré-moldada Fonte: ALTOQI, 2019 5.2. Dimensionamento das Vigas As vigas recebem as cargas da laje e com o seu peso próprio, tem mais ações agindo sobre elas. Toda a estrutura tem o mesmo fck de 25 MPa, já que a classe de agressividade da região, de acordo com a NBR 6118/2014, é a II, construção em áreas urbanas. Por ser muito detalhado, foi analisado a viga 1, V1, representando todas as vigas. Ainda segundo a norma, em seu item 13.2.2, diz que a seção transversal das vigas não pode apresentar largura menor que 12 cm e o das vigas-paredemenor que 15 cm. O bw, a largura da viga, tem 20 cm e o h, sua altura, tem 40 cm, em todas elas, por tanto elas atendem os critérios da norma. No quadro 04, é possível ver o momento na flexão da armadura positiva, Md, são importantes para analisar o comportamento das flechas ao longo da viga, ainda no dimensionamento, deve-se tentar diminuir o momento nos trechos, para deixá-la o mais uniforme possível, e impedindo que aconteça uma grande diferença nos deslocamentos da viga. A área de aço, As, tem a dimensão necessária para combater os momentos positivos e manter a estabilidade da V1, sendo possível deixá-las com mesmas bitolas e barras, e isso acontece porque eles têm um momento parecido fazendo com que a área de aço seja a mesma. Analisando o trecho 1, observa-se que o Md com 2065 kdf.m que deixa a viga com um deslocamento de 0,24 cm. Esse é o maior momento fletor em toda a viga, e como foi apresentado anteriormente, de acordo com a NBR 6118/2014, a flecha admissível é de l/250, chegando a, aproximadamente, 2 cm, já que o vão, l, tem 5 metros, deixando possível a afirmação de que esse elemento estrutural está estável. Determinou-se através do cálculo no software, que a área de aço da armadura positiva 41 foi de 1,35 cm2 e uma altura útil, d, de 36,10 cm, chegando a uma armação de 3 barras de aço com 8 mm, podendo ser observado na figura 07. Figura 07 – Armadura detalhada da V1 Fonte: O AUTOR, 2019 Quadro 04 – Dimensionamento da armadura positiva da V1 Fonte: O AUTOR, 2019 42 Na armadura negativa, na flexão, foi encontrada um momento de 1423 kgf.m, em seu primeiro nó, chegando a uma área de aço de 0,92 cm2. Essa armação é para combater o esforço causado pelo momento fletor negativo na V1, que possui valores diferentes em cada nó existente. Chegando ao final do trecho 1, tem-se uma área de aço um pouco maior, atingindo 1,20 cm2. Foi tentado diminuir o momento negativo para que as áreas de aço, tivessem um valor próximo, como não foi possível, a solução foi aumentar as armaduras encontradas nos nós 2 e 3, deixando-as com 3 barras de 10 mm e 4 barras de 8 mm, respectivamente. A segurança da estrutura não foi comprometida, podendo tranquilamente receber esforços futuros. No quadro 05 é possível ser observado os dados apresentados. Quadro 05 – Dimensionamento da armadura negativa da V1 Fonte: O AUTOR, 2019 43 As vigas possuem armaduras longitudinais, que foram apresentadas até agora, e transversais. As armações transversais são os estribos, como são conhecidas, responsável por combater os esforços de cisalhamento, que são forças que podem causar a fissuração do elemento estrutural. Para elas foi desenvolvido o quadro 06, que atendem os critérios estabelecidos pela NBR 6118/2014, item 17.4, que fala do estado limite último de elementos lineares sujeito a força cortante, e onde foi apresentado dados que encerram o dimensionamento da viga, essas. Como pode ser visto, a força mínima aplicada é de 2,92 tf, a área de aço para as armaduras transversais foi de 2,05 cm2 e com esses valores, é chegado numa escolha do diâmetro do aço, utilizando de 5 mm com 20 cm de espaçamento entre os estribos, que aparece na figura 08, assim obedecendo a norma e suportando os esforços de cisalhamento, combatendo a fissuração. Quadro 06 – Dimensionamento da armadura transversal da V1 Fonte: O AUTOR, 2019 44 Figura 08 – Armadura transversal da V1 Fonte: O AUTOR, 2019 5.3. Dimensionamento dos Pilares Para o estudo dos pilares da estrutura, foi escolhido o pilar 1, P1, pois ele tem a mesma seção dos outros. Com 3,40 m de altura o P1 tem o Nd máximo de 4,09 tf e Nd mínimo de 1,95 tf. Ainda nos esforços o pilar tem um momento no topo de 1114 kgf.m como máximo, e esbeltez de 58,82 cm, ambos na direção B, e de 175 kgf.m como máximo, e esbeltez de 39,21 cm na direção H, segundo o quadro 07. Esses valores apresentados aparecem porque P1, é um pilar de canto, tendo excentricidade em duas direções, b e h. O pilar é considerado de esbeltez média, que considera os efeitos de 2ª ordem, que é quando o pilar começa a perder sua resistência. O cálculo foi desenvolvido pelo método do pilar com rigidez aproximada, que é permitida para esse pilar, porque possui seção retangular constante, armadura simétrica e constante ao longo do comprimento. Quadro 07 – Cálculo da armadura longitudinal de P1 Fonte: O AUTOR, 2019 45 As armaduras longitudinais ajudam a estrutura a resistir à compressão, reduzindo a seção do pilar, e resistem às tensões de tração. Ainda, tem função de reduzir as deformações do pilar, em especial as resultantes da retração e da fluência. Segundo a NBR 6118/2014, em seu item 18.4.2.1, o diâmetro das barras longitudinais não deve ser inferior a 10 mm e nem passar de 1/8 da menor dimensão da seção transversal. Como existe uma viga passando no pilar, acontece um travamento no pilar, diminuindo o momento de segunda ordem, M,2d, visto no quadro 08, com um valor de 115 kgf.m. Por ter uma área de aço com valor de 3,14 cm2 foi definido uma armadura total de 4 barras de aço com 10 mm de diâmetro, atendendo a norma citada acima, e deixando a estrutura segura. Outro fator importante analisado, foi o custo, que com a utilização das barras determinadas, ele foi admitido para os demais pilares que possuem as mesmas seções, ou seja, com um pilar teve uma diminuição pequena no valor, mas multiplicado por oito, esse valor se tornou considerável. Quadro 08 – Detalhamento da armação longitudinal de P1 Fonte: O AUTOR, 2019 De acordo com a NBR 6118/2014, tópico 18.4.3, a armadura transversal de pilares deve ser colocada em toda sua altura, sendo constituída por estribos e quando preciso for, grampos suplementares, e tendo a obrigatoriedade de ser colocada na região de cruzamentos com vigas e lajes. Essa armação tem função de garantir o posicionamento e impedir a flambagem das barras longitudinais, além de confinar o concreto e resultar em uma peça mais resistente. Ainda segundo a NBR 6118/2014, o diâmetro dos estribos dos pilares não pode ser inferior a 5mm e nem 1/4 da barra do diâmetro da barra isolada. Com isso nas forças de cisalhamento, quadro 09, foi 46 possível observar que em H teve uma carga maior do que em B, mas ambos possuem um Asw,min iguais. Então foram necessários deixar o espaçamento entre estribos com 12 cm, e utilizar um ferro com a bitola de 5 mm. Na figura 09, observa-se as duas armaduras, tanto a longitudinal como a transversal, e a quantidade de peças utilizadas no pilar estudado. Quadro 09 – Detalhamento da armadura transversal de P1 Fonte: O AUTOR, 2019 Figura 09 – Armação dos pilares com seção 20 x 30 cm Fonte: O AUTOR, 2019 47 5.4. Dimensionamentos das Sapatas As ações que normalmente acontecem nas sapatas são a força normal, os momentos fletores, em uma ou em duas direções, e a força horizontal, já o limite para a sapata retangular, define que a dimensão maior da base não supere cinco vezes a largura. Para sapata sob pilar de edifício de vários pavimentos existe a recomendação de que a dimensão mínima em planta seja de 80 cm. Segundo a NBR 6122/1996, item 7.7.1, a menor dimensão da sapata não deve ser menor que 60 cm. O centro de gravidade do pilar deve ficar no mesmo ponto do centro de gravidade da base da sapata, para qualquer tipo de forma do pilar. A tensão ou pressão de apoioque a área da base de uma sapata exerce no solo é o fator mais importante relativo à interface base-solo. De acordo com a CEB-70, norma que pode ser considerada no projeto, para a sapata ser considerada rígida, o ângulo de atrito deve ficar compreendido entre os limites, 26,6º e 56,3º. As sapatas recebem as cargas dos pilares, por isso se for bem desenvolvida, a estrutura suportara bem a ação do tempo. Para o cálculo desse elemento estrutural levou em consideração dados automáticos do software para o solo, já que é necessário sondagens para obter esses valores com exatidão, então a tensão admissível é de 1,5 kgf/cm2, e o solo, coesivo, tem um valor de 0,5 kgf/cm2, e os dados das normas citadas no início. A fundação do projeto tem uma profundidade de 1,50 m, que pode ser mudada após uma sondagem. Na sapata 1, ou simplesmente S1, tem momento de 1984,79 kgf.m e carga de 4,14 tf, para uma seção de 60 x 70 cm e altura de 25 cm. Com esses dados apresentados pelo quadro 10, foi visto a quantidade de armação necessária para essa sapata, na direção B, 8 barras, na direção H, 7 barras, ambas com aço de 6,3 mm e 8 cm de espaçamento. 48 Quadro 10 – Dimensionamento das sapatas Fonte: O AUTOR, 2019 A NBR 6118, em seu ponto 22.6.4.1.1, diz que a armadura de flexão deve ser uniformemente distribuída ao longo da largura da sapata, estendendo-se integralmente de face a face da sapata e terminando em gancho nas duas extremidades. É o que podemos observar na figura 10, sendo possível analisar que as sapatas dos pilares de canto são iguais, isso acontece por conta da similaridade dos pilares e das cargas que eles transferem para ela. Observa-se os 16 cm de ancoragem que foi pedido pelo dimensionamento dessa estrutura, atendendo a norma. 49 Figura 10 – Armadura da sapata Fonte: O AUTOR, 2019 5.5. Análise de Custos e de Estrutura do Projeto No Brasil, a alvenaria convencional é o sistema construtivo mais utilizado, isso acontece por causa do seu custo. Contratar alguém para esse tipo de obra é, relativamente, mais fácil que os demais sistemas, já que conta com uma grande quantidade de mão de obra e de materiais. Nesse projeto não foi diferente do que acontece no país, porém, com implementação de softwares em BIM, temos a possibilidade de otimizar o tempo de execução do projeto e da construção. Segundo o quadro 11, a estrutura tem um peso total de 85,82 tf para uma área de construção 100,64 m2, chegando a um carregamento de 852,75 kgf/m2. Esse resultado foi alcançado devido a um dimensionamento maior nos pilares e, principalmente, nas vigas, que foram projetados para suportar mais alguns pavimentos, sem precisar de reforço futuro. O peso na laje, também foi alto, por ela ser pré-moldada e ter uma área 50 maior de cobertura, recebendo mais concreto que os outros elementos, contudo já era esperado uma grande carga. Quadro 11 – Relação de carga por área Fonte: O AUTOR, 2019 No quadro 12, podemos ver o consumo de concreto, forma e aço, e com esses dados poder atestar a afirmação anterior, que as vigas possuem um maior peso na estrutura. Nas vigas são consumidos mais da metade do concreto utilizado na construção dos elementos, o mesmo acontece com a forma. O gasto de concreto na viga e em toda estrutura são de 0,12 m3/m2 e 0,22 m3/m2, respectivamente. Então, se houvesse algum problema com sobrecarga na estrutura, seria necessário alterar a seção das vigas, mas com o devido cuidado para não mudar o equilíbrio do projeto. Quadro 12 – Índices de consumo de materiais Fonte: O AUTOR, 2019 O software auxilia, também, na elaboração do orçamento, constituindo-se num facilitador para o calculista. No programa o engenheiro lança um valor para o metro quadrado do aço, concreto e forma, e esses valores que no quadro 13, está detalhado por elementos e por pavimento. O cálculo é feito a partir da soma dos materiais com a execução, podendo a passar para o contratante um custo total de projeto e 51 orçamento, porém, seguindo a mesma lógica da redução de peso da estrutura, reduzindo a seção das vigas, o mesmo aconteceria no valor da construção. As vigas são responsáveis por R$ 24471,47, um pouco mais de 50% do valor total do projeto. O projeto está orçado em R$ 48422,48, um preço que está adequado ao mercado, e se tornando um bom investimento. Quadro 13 – Resumo de custos de toda estrutura Fonte: O AUTOR, 2019 Com essas novas tecnologias podemos otimizar os projetos, e gerar um desperdício mínimo de materiais. A princípio a intenção era fazer o projeto completo, estrutural, hidráulico e elétrico, mas não pude ter acesso aos demais softwares, pois a única versão demonstrativa da empresa é o Eberick. Na versão paga, é possível fazer tudo 52 e entregar para o contratante com tudo que ele precisa comprar, caso faça um orçamento próprio. Sistemas estruturais que, por exemplo, utilizam blocos cerâmicos, como a alvenaria convencional, são produzidos de forma lenta e necessita de uma mão de obra em maior volume. Esse método mostra algumas características que não tem muitas vantagens, como o maior desperdício de material utilizado na construção, falta de uniformização na execução do trabalho, pouca fiscalização e baixa qualidade dos serviços prestados (SANTIAGO, 2010). Com o avanço da tecnologia, com a necessidade de se qualificar para executar trabalhos, aumento das exigências por parte do governo, o sistema construtivo convencional tem melhorado, em todos esses pontos tocados por Santiago, 2010. As novas tecnologias permitem a diminuição dos desperdícios dos materiais em obras, além de reduzir o retrabalho. Apesar de estar a bastante tempo em nosso país, o sistema convencional ainda tem muito a evoluir, com novos materiais, novas tecnologias como o BIM e uma possível padronização no trabalho. 53 6. CONCLUSÕES O sistema construtivo convencional esteve parado por algum tempo no Brasil, mas com o avanço das tecnologias, esse tipo de construção, vem mantendo sua valorização no mercado. Ao dimensionar essa estrutura foi possível observar o bom comportamento entre o concreto e o aço, como ambos estão protegendo a estrutura, pode-se ser visto ainda, como o sistema trabalha todo em conjunto, com um elemento tendo uma total influência sobre o outro. No dimensionamento da estrutura, algumas mudanças tiveram que acontecer, para atender a norma de cálculo estrutural NBR 6118/2014. A laje em vigotas pré-moldadas atendeu bem as solicitações e combateram o cisalhamento, fissuração, que estava acontecendo na laje treliçada e tiveram um bom comportamento quanto ao seu deslocamento, a flecha, assegurando o elemento estrutural analisado. As vigas tiveram uma seção maior, para poder atender esforços futuros, caso necessário uma ampliação da estrutura, além de ter recebido armaduras longitudinais extras para combater os momentos na flexão, fazendo com que as flechas atendessem o limite, bem abaixo do necessário. Os pilares também tiveram a mesma seção em sua maioria, uma boa esbeltez, e armaduras que garantisse que não sofressem flambagem, outros cuidados foram tomados, para que eles suportem as cargas atuantes, aumentando a seção dos pilares centrais, para poder distribuir os carregamentos sem maiores dificuldades. As fundações sapatas receberam todas as cargas, com a centrais, assim como os pilares, tendo que aumentar a seção para manter a estabilidade da estrutura e deixar a construção com a segurançaque deve ter. Então, atestada a segurança da estrutura, e analisados os custos, se tornou possível afirmar que o sistema construtivo convencional, ainda pode ser amplamente explorado. As novas tecnologias podem transformar e evoluir esse método construtivo, o engenheiro também tem o dever de melhorar e acompanhar esse avanço. Outros sistemas têm se destacado por velocidade de construção, mas para quem procura uma maior estabilidade e possível modificação, a alvenaria convencional é a melhor opção na construção civil. 54 Para finalizar destaca-se a importância de uma adequada análise estrutural, para evitar possíveis atrasos, danos e poder entregar um projeto que seja mais rápido em sua execução e que reduza os custos. 55 7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ABCP – ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE CIMENTO PORTLAND. Industrialização na construção civil com pré-fabricados de concreto. São Paulo, 2009. BRASIL, A. Núcleo Senai de Sustentabilidade. out. 2013. Disponível em: <http://www.archdaily.com.br/145236/nucleo-senai-de-sustentabilida-de-slash- arqbox>. Acesso em: 6 mar. 2019. ABNT - ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 6122:Projeto e execução de fundações. Rio de Janeiro, 2010. ABNT – ASSOSSIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 6118:Projeto de Estrutura de Concreto. Rio de Janeiro, 2014. ABNT - ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 14859-1: Laje pré-fabricada – requisitos – Parte 1: Lajes unidirecionais. Rio de janeiro, 2002. BASTOS, Paulo S. dos S. Fundamentos do concreto armado. UNESP – Departamento de Engenharia Civil. Bauru, 2006. BASTOS, P.S.S. Flexão Normal Simples – Vigas. UNESP - Departamento de Engenharia Civil. Bauru, 2015. BIRX, G. W. Getting started with Building Information Modeling. The American Institute of Architect – Best Practices, 2006. CAIXETA, D. P. Contribuição ao estudo de lajes pré-fabricadas com vigas treliçadas. Unicamp – Faculdade de Engenharia Civil, Campinas, 1998. CAMPBELL, D. A. Building Information Modeling: the Web3D application for AEC. In Proceedings of the Twelfth International Conference on 3D Web Technology (Perugia, Italy, April 15 – 18, 2007). Web3D ’07. ACM, New York, NY, 173-176, 2007. CICHINELLI G. C. Como comprar e utilizar fôrmas metálicas. 2009. Disponível em <http://www.sh.com.br/cgi/cgilua.exe/sys/start.htm?infoid=1888&sid=317>. Acesso em: 22 fev. 2019 DIAS, R. H. Análise Numérica de Pavimentos de Edifícios em Lajes Nervuradas. USP/EESC. São Carlos, 2003. EASTMAN, C.; TEICHOLZ, P.; SACKS, R.; LISTON, K. BIM Handbook: Um guia para a modelagem de informações de construção para proprietários, gerentes, designers, engenheiros e empreiteiros. Wiley, 2ª edição. New Jersey, 2008. FILHO, J. R. F.; CARVALHO, R. C. Cálculo e detalhamento de estruturas usuais de concreto armado: segundo a NBR 6118:2014. EduFSCar. São Carlos, 2014. 56 FRANCESCHI, L. Conheça a interface do Eberick: Interoperabilidade BIM. Disponível em: <https://suporte.altoqi.com.br/hc/pt-br/articles/360007148254- Conhe%C3%A7a-a-interface-do-Eberick-Interoperabilidade-BIM>. Acesso em 15 mar. 2019. HENDRY, A.W. Engineered design of masonry buildings: fifty years development in Europe. Prog. Struct. Eng. Mater, University of Edinburgh, Scotland, v. 4, n. 3, p.291–300. jul./set. 2003. MANZIONE, L. O IFC é muito mais que um simples formato de arquivo. Disponível em: <http://www.coordenar.com.br/o-ifc-e-muito-mais-que-umsimplesformato-de- arquivo>. Acesso em: 01 fev. 2019. MISURELLI H.; MASSUDA C. Como construir parede de concreto. Revista Téchne, e. 147, p. 74-80. São Paulo, jun. 2009. PINHEIRO, L. M. Fundamentos do concreto e projetos de edifícios. USP/EESC – Departamento de Engenharia de Estruturas. São Carlos, 2007. RAMALHO, M. A.; CORRÊA, M. R.S. Projeto de edifícios de alvenaria estrutural. Pini. São Paulo, 2003. SABATTINI, F. H. Desenvolvimentos de métodos, processos e sistemas construtivos: formulação e aplicação de uma metodologia. USP – Escola Politécnica. São Paulo, 1998. SANTOS, T. S. Análise Comparativa no Dimensionamento de Lajes Maciças Convencionais e Lajes Nervuradas Apoiadas Sobre Vigas. Feira de Santana, BA:2009. VASQUES, C. C. P. C. F. Comparativo de sistemas construtivos, convencional e Wood Frame em residências unifamiliares. 2014. Disponível em: <http://revista.unilins.edu.br/index.php/cognitio/article/view/193/188>. Acesso em 05 mar. de 2019.
Compartilhar