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PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DE MINAS GERAIS Campus Ipatinga COMPARAÇÃO ENTRE LAJES MACIÇA, NERVURADA E PRÉ- MOLDADA: RELAÇÃO DE QUANTITATIVO DE MATERIAIS PARA UMA MESMA ARQUITETURA Luís Eduardo Dias Ramos Dorim Ipatinga - MG Janeiro de 2018 PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DE MINAS GERAIS Campus Ipatinga COMPARAÇÃO ENTRE LAJES MACIÇA, NERVURADA E PRÉ- MOLDADA: RELAÇÃO DE QUANTITATIVO DE MATERIAIS PARA UMA MESMA ARQUITETURA Luís Eduardo Dias Ramos Dorim Trabalho de conclusão de curso apresentado à Coordenação do Curso de Pós-Graduação em Engenharia de Estruturas, da Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais, Campus Ipatinga, sob orientação de Roger Eduardo Faria Costa. Ipatinga – MG Janeiro de 2018 iii RESUMO Este trabalho apresenta o dimensionamento arquitetônico e estrutural em concreto armado de uma residência contendo um pavimento. O objetivo do trabalho é realizar a comparação entre lajes maciça, nervurada e pré-moldada quanto aos materiais para uma mesma arquitetura. O dimensionamento arquitetônico baseou-se no aspecto estético e funcional para a disposição dos cômodos estabelecidas pelo código de obras da cidade de Ipatinga - MG. Para o dimensionamento estrutural utilizou-se o software Cypecad 2016, que considera a ação das cargas variáveis e permanentes e apresenta os esforços solicitantes em cada parte da estrutura, possibilitando ajustar os elementos estruturais. Os resultados obtidos foram apresentados através de tabelas geradas pelo software e comparados uns aos outros. PALAVRAS-CHAVE: Lajes, Estrutura, Concreto armado, Dimensionamento estrutural, Projeto arquitetônico. iv SUMÁRIO ÍNDICE DE FIGURAS ......................................................................................... 6 ÍNDICE DE TABELAS ........................................................................................ 7 1. INTRODUÇÃO ............................................................................................... 1 1.1 Histórico .................................................................................................. 1 1.2 Fundamentos do trabalho ........................................................................ 2 2. OBJETIVO ...................................................................................................... 2 2.1 Objetivo geral .......................................................................................... 2 2.2 Objetivo especifico ................................................................................. 2 3. REFERENCIAL TEÓRICO ......................................................................... 3 3.1 Entidades normativas .............................................................................. 3 3.2 Forças atuantes nas estruturas ................................................................. 3 3.3 Laje Maciça ............................................................................................. 4 3.4 Laje Nervurada ........................................................................................ 5 3.5 Laje pré-moldada .................................................................................... 5 3.6 Pilar ......................................................................................................... 6 3.7 Viga ......................................................................................................... 7 3.8 Baldrame ................................................................................................. 7 4. METODOLOGIA ........................................................................................... 8 4.1 Materiais.................................................................................................. 8 4.1.1 CPU ............................................................................................. 8 4.1.2 Softwares ..................................................................................... 8 4.2 Desenvolvimento e dimensionamento .................................................... 8 4.2.1 Projeto arquitetônico ................................................................... 8 4.2.2 Carga de vento ........................................................................... 11 4.2.3 Ações verticais .......................................................................... 12 4.2.4 Concreto e aço utilizado ............................................................ 12 4.2.5 Combinações de cargas ............................................................. 13 4.2.5.1 Coeficientes de combinação ...................................................... 13 4.2.5.2 Nome das ações ......................................................................... 14 v 4.2.5.3 Categoria de uso ........................................................................ 14 4.2.5.4 Combinações ultimas normais .................................................. 14 4.2.6 Representação dos projetos ....................................................... 16 4.2.6.1 Laje maciça ............................................................................... 16 4.2.6.2 Laje nervurada ........................................................................... 17 4.2.6.3 Laje pré-moldada ...................................................................... 19 4.2.7 Insumos ..................................................................................... 20 5. RESULTADOS ............................................................................................. 22 5.1 Laje maciça ........................................................................................... 22 5.2 Laje nervurada ....................................................................................... 22 5.3 Laje pré-moldada .................................................................................. 23 5.4 Custo da estrutura.................................................................................. 25 5.4.1 Custo da estrutura com laje maciça ........................................... 25 5.4.2 Custo da estrutura com laje nervurada ...................................... 25 5.4.3 Custo da estrutura com laje pré-moldada .................................. 26 5.5 Comparação de custo .......................................................................... 26 6. CONCLUSÕES ............................................................................................. 27 7. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ........................................................ 28 vi ÍNDICE DE FIGURAS Figura 1 – Elementos estruturais ......................................................................... 4 Figura 2 – Laje nervurada .................................................................................... 5 Figura 3 – Detalhe construtivo de lajes pré-moldadas ......................................... 6 Figura 4 – Posição de pilares ............................................................................... 6 Figura 5 – Distribuição de vigas .......................................................................... 7 Figura 6 – Viga baldrame .................................................................................... 7 Figura 7 – Planta baixa ........................................................................................ 9 Figura 8 – Corte longitudinal ............................................................................. 10 Figura 9 – Corte transversal ............................................................................... 10 Figura 10 – Cálculo de carga de vento ................................................................11 Figura 11 – Perspectiva laje maciça .................................................................... 16 Figura 12 – Deformada laje maciça ..................................................................... 16 Figura 13 – Planta de fôrma laje maciça ............................................................. 17 Figura 14 – Perspectiva laje nervurada ................................................................ 17 Figura 15 – Deformada laje nervurada ................................................................ 18 Figura 16 – Planta de fôrma laje nervurada ......................................................... 18 Figura 17 – Perspectiva laje pré-moldada ........................................................... 19 Figura 18 – Deformada laje pré-moldada ............................................................ 19 Figura 19 – Planta de fôrma laje pré-moldada ..................................................... 20 vii ÍNDICE DE TABELAS Tabela 1 – Cargas de vento (t) ........................................................................... 11 Tabela 2 – Ações verticais (t) ............................................................................. 12 Tabela 3 – Concreto utilizado (t) ....................................................................... 12 Tabela 4 – Aço utilizado .................................................................................... 12 Tabela 5 – Coeficientes de ponderação .............................................................. 15 Tabela 6 – Insumos segundo SINAP ................................................................. 21 Tabela 7 – Média de preço de vergalhões de aço ............................................... 21 Tabela 8 – Resumo de quantitativo para laje maciça ......................................... 22 Tabela 9 – Resumo de quantitativo para laje nervurada .................................... 23 Tabela 10 – Resumo de quantitativo para laje pré-moldada ................................ 23 Tabela 11 – Número de blocos cerâmicos necessários ........................................ 24 Tabela 12 – Número de vigotas nível cobertura .................................................. 24 Tabela 13 – Número de vigotas nível caixa d’água ............................................. 24 Tabela 14 – Custo de materiais para estrutura com laje maciça .......................... 25 Tabela 15 – Custo de materiais para estrutura com laje nervurada ...................... 25 Tabela 16 – Custo de materiais para estrutura com laje pré-moldada ................. 26 Tabela 17 – Custo total para cada tipo de estrutura ............................................. 26 Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais Comparação entre lajes maciça, nervurada e pré-moldada: relação de quantitativo de materiais para uma mesma arquitetura 1 1. INTRODUÇÃO A composição do concreto se dá pela mistura de água, cimento e agregados. Associando-se estes materiais pode-se obter pasta, argamassa, concreto, micro concreto e concreto de alto desempenho. (CARVALHO & FILHO, 2017) Devido o concreto ter uma boa resistência à compressão e baixa resistência à tração, é importante somar a ele um material que possa resistir à tração e seja mais deformável. O elemento utilizado, posicionando longitudinalmente na região tracionada da peça é o aço. (CARVALHO & FILHO, 2017) As lajes são elementos estruturais com a função de receber os carregamentos provenientes do uso e ocupação das edificações e transmiti-las às vigas. As vigas por sua vez transmitem os carregamentos aos pilares, que por fim os transmitem às fundações. Mesmo havendo outras possibilidades de concepção, este é o modelo básico de estrutura das edificações. (GROSSI, 2014) O projeto arquitetônico desenvolve o estudo da obra, incluindo dimensões, formato, entre outros. A partir deste, é desenvolvido o projeto estrutural onde calcula-se os elementos de sustentação. (BELLEI, 2010). 1.1 Histórico Em 1824 o cimento Portland foi inventado pelo francês J. Aspdin. Em 1855 ocorreu a construção de um barco composto de argamassa reforçado com ferro pelo francês J. L. Lambot. Em 1861 o francês F. Coignet publicou os principais básicos para a construção em concreto armado. Em Nova York, o americano W. E. Ward construiu uma casa em estrutura de concreto armado, existente até os dias de hoje, localizada em Ward’s Castel. (CARVALHO & FILHO, 2017) Em 1900 Koenen deu início ao desenvolvimento da teoria do concreto armado. Logo após, com base em numerosos ensaios, Mörsch desenvolveu a teoria iniciada por Koenen. Por muitas Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais Comparação entre lajes maciça, nervurada e pré-moldada: relação de quantitativo de materiais para uma mesma arquitetura 2 décadas os conceitos firmaram em quase todo o mundo e são validos até hoje. (CARVALHO & FILHO, 2017) 1.2 Fundamentos do trabalho Os carregamentos verticais acidentais que ocorrem em edificações são recebidos e sustentados por estruturas denominadas lajes. Estas são planas e quase sempre em forma de retângulos, com espessuras relativamente pequenas, geralmente de 6 a 10 cm podendo atingir ate 1 metro de espessura em casos especiais, conforme sejam os esforços sobre elas. (BOTELHO & MARCHETTI, 2015) A possibilidade de modificações e ampliações futuras devem ser consideradas, assim como reforços para resistir à essas alterações de cargas. O engenheiro estrutural tem importância fundamental em definir um projeto estrutural mais econômico e seguro, pois pode gerar grandes despesas futuras projetos incompletos ou defeituosos. (S.A., 1989) 2. OBJETIVO 2.1 Objetivo geral O objetivo geral desse trabalho consiste em elaborar o projeto arquitetônico e o projeto em estrutura de concreto armado para uma residência de um pavimento, variando três tipos de lajes (maciça, nervurada e treliçada), a fim de verificar o quantitativo de materiais que cada laje em conjunto com os outros elementos necessitam, para assim, entender qual o melhor custo benefício a ser adotado. 2.2 Objetivo especifico • Desenvolver o projeto arquitetônico de uma residência seguindo o código de obras de Ipatinga, Minas Gerais; Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais Comparação entre lajes maciça, nervurada e pré-moldada: relação de quantitativo de materiais para uma mesma arquitetura 3 • Desenvolver os projetos estruturais, de acordo com as normas vigentes para o dimensionamento; • Utilizar laje maciça, laje nervurada e laje pré-moldada (vigota treliçada); • Visar menor consumo de materiais, sendo assim, menor custo; 3. REFERENCIAL TEÓRICO 3.1 Entidades normativas Com o objetivo de padronizar o controle de obras, a execução, os projetos e a qualidade do produto final, existem normas especificas a serem empregadas, regulamentadas pela Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT). (CARVALHO & FILHO, 2017) Como destaque, a ABNT NBR 6118:2014 - Projeto de estruturas de concreto – Procedimento, da definição à critérios gerais e a requisitos básicos que estão presentes em projetos de estrutura de concreto armado, simples e protendido. (CARVALHO & FILHO, 2017) Outras normas complementares também são utilizadas para o dimensionamento estrutural sendo elas: NBR 6123/88 – Forças devido ao vento em edificações e NBR 6120/80 – Cargas para o cálculo de estruturas de edifícios. (PINHEIRO, 2005) 3.2 Forças atuantes nas estruturas Diversas ações (vento, gravidade, térmica, etc.) geram carregamentos que atuam na estrutural. A classificação destas se dão como permanentes, variáveis e excepcionais. A carga exercida por elementos construtivos e de equipamentos fixos são classificados como peso próprio. Cargas variáveis classificam os efeitos dos ventos, cargas acidentais na construção, variação de temperatura entre outros. As cargasexcepcionas são as cargas provenientes de explosões, colisões, variação térmica devido à um incêndio, etc. A combinação destas ações gera os esforços solicitantes na estrutura. (SILVA & PANNONNI, 2014). Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais Comparação entre lajes maciça, nervurada e pré-moldada: relação de quantitativo de materiais para uma mesma arquitetura 4 As cargas atuantes na edificação podem ocorrer consecutivamente ou isoladamente uma das outras. (BELLEI, 2010). As ações que atuam sobre as estruturas são estabelecidas por normas específicas. Elas estabelecem coeficientes de ponderação possibilitando a realização do dimensionamento de acordo com o método dos estados limites através das cargas fatoradas. (PINHEIRO, 2005). 3.3 Laje Maciça As lajes maciças (Figura 1) são poiadas ao longo do seu perímetro e em formas de placas com espessura uniforme. Podem ser apoiadas em vigas ou alvenarias, sendo predominante em edificações que apresentam vãos relativamente pequenos. (GROSSI, 2014) Figura 1 – Elementos estruturais Fonte: Concreto Armado Eu te Amo (BOTELHO & MARCHETTI, 2015) Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais Comparação entre lajes maciça, nervurada e pré-moldada: relação de quantitativo de materiais para uma mesma arquitetura 5 3.4 Laje Nervurada As lajes nervuradas (Figura 2) são utilizadas para vencer grandes vãos. Elas têm essa nomenclatura por conterem nervuras, onde são colocadas armaduras longitudinais de tração, possibilitando assim uma redução do peso próprio da laje. Isso ocorre devido à parte de concreto que ficaria na zona tracionada ser eliminado, quando comparado à laje maciça. As nervuras ficam aparente na parte inferior da laje, podendo ser coberta com forro. Pode-se adotar também para o preenchimento das nervuras um material inerte de baixo peso especifico, o que tornaria plana a superfície da laje. (GROSSI, 2014) Figura 2 – Laje nervurada Fonte: Notas de Aula – Concreto Armado (GROSSI, 2014) 3.5 Laje pré-moldada A laje pré-moldada (Figura 3) é composta por vigotas armadas com treliças, ferragem adicional e base de concreto. Esta é fabricada e entregue ao cliente acompanhada com o elemento de enchimento e um projeto de montagem: cerâmico e EPS (isopor). Deve se empregar um capeamento sobre as vigotas que fara parte da composição da mesa da nervura com o intuito de Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais Comparação entre lajes maciça, nervurada e pré-moldada: relação de quantitativo de materiais para uma mesma arquitetura 6 resistir aos esforços de compressão e distribuir de forma uniforme as cargas sobre a nervura. (GROSSI, 2014) Figura 3 – Detalhe construtivo de lajes pré-moldadas Fonte: Notas de Aula – Concreto Armado (GROSSI, 2014) 3.6 Pilar Pilar (Figura 4) é um componente estrutural na maioria das vezes vertical (podendo em alguns casos ser inclinado) que sofre predominante compressão através das ações recebidas. Portanto, este pode ser submetido à compressão obliqua ou composta normal. É importante para uma estrutura, pois tem a função de receber os carregamentos de vigas e lajes e conduzir para as fundações. (CARVALHO & PINHEIRO, 2013) Figura 4 – Posição de pilares Fonte: Mãos à Obra Pro (ABCP, 2013) Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais Comparação entre lajes maciça, nervurada e pré-moldada: relação de quantitativo de materiais para uma mesma arquitetura 7 3.7 Viga Geralmente, as vigas (Figura 5) passam despercebidas visualmente em paredes devido ao fato dos revestimentos as cobrirem. Por este motivo a largura das vigas é adotada em função da espessura final da parede. No entanto, existem outros fatores que determinam a altura e a largura delas, sendo eles, o vão, os esforços solicitantes e a resistência do concreto. (ABCP, 2013) Figura 5 – Distribuição de vigas Fonte: Mãos à Obra Pro (ABCP, 2013) 3.8 Baldrame Conhecida popularmente por baldrame, a viga baldrame (Figura 6) é um elemento estrutural com a função de transmitir as cargas da construção para a fundação e fica situada no nível do solo. (ABCP, 2013) Figura 6 – Viga baldrame Fonte: Mãos à Obra Pro (ABCP, 2013) Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais Comparação entre lajes maciça, nervurada e pré-moldada: relação de quantitativo de materiais para uma mesma arquitetura 8 4. METODOLOGIA 4.1 Materiais Para o desenvolvimento do trabalho foram utilizados computador (CPU) e softwares com o objetivo de obter melhores resultados no dimensionamento arquitetônico e estrutural da residência. 4.1.1 CPU • Processador AMD FX 8320E Octa Core, Black Edition, cache 16MB, 3.2GHz (4.0GHz Max Turbo); • Memória ram HyperX FURY 16GB 1866Mhz DDR3; •Placa-Mãe ASUS; • SSD Kingston 2.5´ 480GB; • Placa de Vídeo VGA AMD RADEON R7 265 2GB GDDR5 256Bits. 4.1.2 Softwares • CypeCAD 2016.o; • AutoCAD 2017; 4.2 Desenvolvimento e dimensionamento 4.2.1 Projeto arquitetônico O projeto arquitetônico (Figura 7) foi desenvolvido com base no plano de obra da cidade de Ipatinga – MG. As Figuras 8 e 9 representam os cortes longitudinal e transversal, respectivamente. Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais Comparação entre lajes maciça, nervurada e pré-moldada: relação de quantitativo de materiais para uma mesma arquitetura 9 Figura 7 – Planta baixa Fonte: Elaborado pelo autor Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais Comparação entre lajes maciça, nervurada e pré-moldada: relação de quantitativo de materiais para uma mesma arquitetura 10 Figura 8 – Corte longitudinal Fonte: Elaborado pelo autor Figura 9 – Corte transversal Fonte: Elaborado pelo autor Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais Comparação entre lajes maciça, nervurada e pré-moldada: relação de quantitativo de materiais para uma mesma arquitetura 11 4.2.2 Carga de vento O carregamento proporcionado pela ação do vento é calculo automaticamente através do software CypeCAD 2016. Os dados foram inseridos no software de acordo com a NBR 6123 assim como as dimensões da edificação a ser calculada (Figura 10) e os resultados obtidos conforme a Tabela 1. Figura 10 – Cálculo de carga de vento Fonte: CypeCad 2016 Tabela 1 – Cargas de vento (t) Planta Vento +X Vento -X Vento +Y Vento -Y CAIXA D'AGUA 0.460 -0.460 0.302 -0.302 COBERTURA 1.271 -1.271 0.834 -0.834 BALDRAME 0.000 0.000 0.000 0.000 Fonte: CypeCad 2016 Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais Comparação entre lajes maciça, nervurada e pré-moldada: relação de quantitativo de materiais para uma mesma arquitetura 12 4.2.3 Ações verticais As ações verticais consideradas (Tabela 2) foram extraídas da ABNT NBR 6120:1980 - Cargas para o cálculo de estruturas de edificações e inseridas no software CypeCAD 2016. Tabela 2 – Ações verticais (t) Piso S.C.U (t/m²) C. permanentes (t/m²) CAIXA D'AGUA 0.15 0.10 COBERTURA 0.25 0.10 BALDRAME 0.15 0.10 FUNDAÇÃO 0.15 0.10 Fonte: CypeCad 2016 4.2.4 Concreto e aço utilizado O concreto e o aço utilizado seguem descritos na Tabela 3 e Tabela 4, respectivamente, gerada pelo software CypeCad 2016. Tabela 3 – Concreto utilizado (t) Elemento Concreto fck (kgf/cm²) gc Agregado Ec (kgf/cm²) Natureza Tamanho máximo (mm) Pisos C25, em geral 255 1.40 Granito 15 246177 Pilares e pilares- paredes C25, em geral 255 1.40 Granito 15 246177 Fonte: CypeCad 2016 Tabela 4 – Aço utilizado Elemento Aço fyk (kgf/cm²) gs Todos CA-50 e CA-60 5097 a 6116 1.15 Fonte: CypeCad 2016 Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais Comparação entre lajes maciça, nervurada e pré-moldada: relação de quantitativo de materiais para uma mesma arquitetura13 4.2.5 Combinações de cargas Foram feitas combinações como proposto em norma pela Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT), com o objetivo de ponderar as ações solicitantes na estrutura. 4.2.5.1 Coeficientes de combinação Para as diferentes situações de projeto, as combinações de ações foram definidas de acordo com os seguintes critérios: • Com coeficientes de combinação Onde: Gk Ação permanente Pk Acção de pré-esforço Qk Ação variável gG Coeficiente parcial de segurança das ações permanentes gP Coeficiente parcial de segurança da acção de pré-esforço gQ,1 Coeficiente parcial de segurança da ação variável principal gQ,i Coeficiente parcial de segurança das ações variáveis de acompanhamento yp,1 Coeficiente de combinação da ação variável principal ya,i Coeficiente de combinação das ações variáveis de acompanhamento Gj kj P k Q1 p1 k1 Qi ai ki j 1 i >1 G P Q Q Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais Comparação entre lajes maciça, nervurada e pré-moldada: relação de quantitativo de materiais para uma mesma arquitetura 14 4.2.5.2 Nome das ações • PP: Peso próprio • CP: Cargas permanentes • Qa: Sobrecarga • V(+X): Vento +X • V(-X): Vento -X • V(+Y): Vento +Y • V(-Y): Vento -Y 4.2.5.3 Categoria de uso Foi considerado como categoria de uso, Edificações Residenciais. 4.2.5.4 Combinações ultimas normais Na combinação última normal, uma das ações variáveis atuantes é dada como principal, admitindo-se assim que ela atue com um valor característico. Portanto, as demais passam ser consideradas como secundarias, atuando de forma reduzida pelos coeficientes de ponderação. (CARVALHO & FILHO, 2017). A Tabela 5, gerada pelo software CypeCAD 2016, representa os coeficientes de ponderação utilizados pelo programa nas combinações de E.L.U. Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais Comparação entre lajes maciça, nervurada e pré-moldada: relação de quantitativo de materiais para uma mesma arquitetura 15 Tabela 5 – Coeficientes de ponderação Comb. PP CP Qa V(+X) V(-X) V(+Y) V(-Y) 1 1.000 1.000 2 1.400 1.400 3 1.000 1.000 1.400 4 1.400 1.400 1.400 5 1.000 1.000 1.400 6 1.400 1.400 1.400 7 1.000 1.000 0.700 1.400 8 1.400 1.400 0.700 1.400 9 1.000 1.000 1.400 0.840 10 1.400 1.400 1.400 0.840 11 1.000 1.000 1.400 12 1.400 1.400 1.400 13 1.000 1.000 0.700 1.400 14 1.400 1.400 0.700 1.400 15 1.000 1.000 1.400 0.840 16 1.400 1.400 1.400 0.840 17 1.000 1.000 1.400 18 1.400 1.400 1.400 19 1.000 1.000 0.700 1.400 20 1.400 1.400 0.700 1.400 21 1.000 1.000 1.400 0.840 22 1.400 1.400 1.400 0.840 23 1.000 1.000 1.400 24 1.400 1.400 1.400 25 1.000 1.000 0.700 1.400 26 1.400 1.400 0.700 1.400 27 1.000 1.000 1.400 0.840 28 1.400 1.400 1.400 0.840 Fonte: CypeCad 2016 Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais Comparação entre lajes maciça, nervurada e pré-moldada: relação de quantitativo de materiais para uma mesma arquitetura 16 4.2.6 Representação dos projetos 4.2.6.1 Laje maciça A Figura 11 e Figura 12 representam a perspectiva e a deformada, aumentada em duzentas vezes, para o caso mais desfavorável de carregamento da estrutura dimensionada com laje maciça. Na figura 13 está representado a planta de forma da cobertura. Figura 11 – Perspectiva laje maciça Fonte: CypeCad 2016 Figura 12 – Deformada laje maciça Fonte: CypeCad 2016 Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais Comparação entre lajes maciça, nervurada e pré-moldada: relação de quantitativo de materiais para uma mesma arquitetura 17 Figura 13 – Planta de fôrma laje maciça Fonte: CypeCad 2016 4.2.6.2 Laje nervurada A Figura 14 e Figura 15 representam a perspectiva e a deformada, aumentada em duzentas vezes, para o caso mais desfavorável de carregamento da estrutura dimensionada com laje nervurada. Na figura 16 está representado a planta de forma da cobertura. Figura 14 – Perspectiva laje nervurada Fonte: CypeCad 2016 Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais Comparação entre lajes maciça, nervurada e pré-moldada: relação de quantitativo de materiais para uma mesma arquitetura 18 Figura 15 – Deformada laje nervurada Fonte: CypeCad 2016 Figura 16 – Planta de fôrma laje nervurada Fonte: CypeCad 2016 Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais Comparação entre lajes maciça, nervurada e pré-moldada: relação de quantitativo de materiais para uma mesma arquitetura 19 4.2.6.3 Laje pré-moldada A Figura 17 e Figura 18 representam a perspectiva e a deformada, aumentada em duzentas vezes, para o caso mais desfavorável de carregamento da estrutura dimensionada com laje pré- moldada. Na figura 19 está representado a planta de forma da cobertura. Figura 17 – Perspectiva laje pré-moldada Fonte: CypeCad 2016 Figura 18 – Deformada laje pré-moldada Fonte: CypeCad 2016 Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais Comparação entre lajes maciça, nervurada e pré-moldada: relação de quantitativo de materiais para uma mesma arquitetura 20 Figura 19 – Planta de fôrma laje pré-moldada Fonte: CypeCad 2016 4.2.7 Insumos Na tabela a seguir (Tabela 6) estão representados os insumos de matérias de acordo com o SINAPI referente ao Estado de Minas Gerais, relativo ao período de dezembro de 2017. Para facilitar os cálculos, foi feito a média de preços dos vergalhões de aço representados na Tabela 7. Para fins de análise, foram desconsideradas as mãos de obra para os três tipos de estrutura, tendo como base de cálculo somente os insumos. Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais Comparação entre lajes maciça, nervurada e pré-moldada: relação de quantitativo de materiais para uma mesma arquitetura 21 Tabela 6 – Insumos segundo SINAP Insumo Unidade Preço mediano Concreto usinado bombeável, classe de resistência c25, com brita 0 e 1, slump = 100 +/- 20 mm, inclui serviço de bombeamento (nbr 8953) m³ R$ 281,36 Chapa de madeira compensada plastificada para forma de concreto, de 2,20 x 1,10 m, e = 18 mm m² R$ 25,20 Locação de forma plástica para laje nervurada, dimensões 60 x 60 x 16 cm mês 7,92 Laje pré-moldada convencional (lajotas + vigotas) para piso, unidirecional, Sobrecarga de 200 kg/m2, vão até 4,50 m (sem colocação) m² R$ 32,35 Aço CA-50, 6,3 mm, vergalhão kg R$ 3,98 Aço CA-50, 8,0 mm, vergalhão kg R$ 4,47 Aço CA-50, 10,0 mm, vergalhão kg R$ 3,80 Aço ca-60, 5,0 mm, vergalhão kg R$ 3,77 Fonte: adaptado de CAIXA ECONOMICA FEDERAL (2017) Tabela 7 – Média de preço de vergalhões de aço Aço Preço/ kg Aço CA-50, 6,3 mm, vergalhão R$ 3,98 Aço CA-50, 8,0 mm, vergalhão R$ 4,47 Aço CA-50, 10,0 mm, vergalhão R$ 3,80 Aço ca-60, 5,0 mm, vergalhão R$ 3,77 Média de preço R$ 4,01 Fonte: Elaborado pelo autor Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais Comparação entre lajes maciça, nervurada e pré-moldada: relação de quantitativo de materiais para uma mesma arquitetura 22 5. RESULTADOS Os resultados de quantitativo de materiais foram gerados pelo software CypeCad 2016 resumidamente, sendo representados o total de barras de aço para vigas, pilares e lajes em quilogramas, o volume de concreto necessários para vigas, pilares e lajes em metros cúbicos, e a quantidade necessária de fôrmas em metro quadrado para execução de pilares, vigas e lajes, sendo desconsiderado apenas escoramento. A superfície total utilizada no projeto estrutural é de 108,85m². Os três tipos de estrutura atenderam a todos critérios de segurança especificadosem normas. 5.1 Laje maciça A Tabela 8 representa do resumo de quantitativo de material do dimensionamento estrutural para a residência de um pavimento proposta, utilizando laje maciça. Tabela 8 – Resumo de quantitativo para laje maciça Elemento Formas (m²) Volume (m³) Barras (kg) LAJES 87.10 7.84 440 Vigas: fundo 20.21 6.84 428 Forma lateral 81.61 Pilares (Sup. Formas) 56.51 2.62 315 Total 245.43 17.30 1183 Índices (por m²) 2.255 0.159 10.87 Fonte: CypeCad 2016 O projeto foi elaborado com dezenove pilares, trinta e duas vigas, sendo elas distribuídas nos três níveis da residência de acordo com a necessidade do projeto, e oito panos de laje maciça, sendo sete no nível da cobertura e um no nível da caixa d’água. 5.2 Laje nervurada A Tabela 9 representa do resumo de quantitativo de material do dimensionamento estrutural para a residência de um pavimento proposta, utilizando laje nervurada. Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais Comparação entre lajes maciça, nervurada e pré-moldada: relação de quantitativo de materiais para uma mesma arquitetura 23 Tabela 9 – Resumo de quantitativo para laje nervurada Elemento Formas (m²) Volume (m³) Barras (kg) LAJES 90.14 10.64 290 *Arm. base maciços 197 Vigas: fundo 17.85 5.07 336 Forma lateral 55.74 Pilares (Sup. Formas) 50.35 2.41 295 Total 214.08 18.12 1118 Índices (por m²) 1.966 0.166 10.27 Nº blocos de l. nervurada = 162 Completos + 26 Parciais Fonte: CypeCad 2016 O projeto foi elaborado com dezesseis pilares, vinte e sete vigas, sendo elas distribuídas nos três níveis da residência de acordo com a necessidade do projeto, e dois panos de laje nervurada, sendo um no nível da cobertura e um no nível da caixa d’água. 5.3 Laje pré-moldada A Tabela 10 representa do resumo de quantitativo de material do dimensionamento estrutural para a residência de um pavimento proposta, utilizando laje pré-moldada. A Tabela 11 representa o número de blocos cerâmicos necessários para montagem das lajes. A Tabela 12 e Tabela 13 indica o número de vigotas serão necessários em metros, para o nível da cobertura e o nível da caixa d’água. Tabela 10 – Resumo de quantitativo para laje pré-moldada Elemento Formas (m²) Volume (m³) Barras (kg) LAJES 86.87 6.66 Vigas: fundo 20.44 7.07 444 Forma lateral 80.77 Pilares (Sup. Formas) 56.19 2.61 316 Total 244.27 16.34 760 Índices (por m²) 2.244 0.150 6.98 Fonte: CypeCad 2016 Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais Comparação entre lajes maciça, nervurada e pré-moldada: relação de quantitativo de materiais para uma mesma arquitetura 24 Tabela 11 – Número de blocos cerâmicos necessários Totais Tipo de laje Formas (m²) Blocos Material Dimensões Quant. (+5%) LG 7+5 86.87 Cerâmica 30x20x7 1087 Fonte: CypeCad 2016 Tabela 12 – Número de vigotas nível cobertura Comprimento (m) Quant. Subtotal Total 1.05 2 2.10 2.10 m 1.05 6 6.30 6.30 m 1.55 7 10.85 10.85 m 2.70 1 2.70 2.70 m 2.70 5 13.50 13.50 m 2.90 1 2.90 2.90 m 2.90 6 17.40 17.40 m 3.05 1 3.05 3.05 m 3.05 6 18.30 18.30 m 3.15 9 28.35 28.35 m 3.70 1 3.70 3.70 m 3.70 8 29.60 29.60 m 3.70 4 14.80 14.80 m 4.15 1 4.15 4.15 m 4.15 1 4.15 4.15 m 4.15 8 33.20 33.20 m Fonte: CypeCad 2016 Tabela 13 – Número de vigotas nível caixa d’água Comprimento (m) Quant. Subtotal Total 2.65 1 2.65 2.65 m 2.65 1 2.65 2.65 m 2.65 4 10.60 10.60 m Fonte: CypeCad 2016 O projeto foi elaborado com dezenove pilares, trinta e duas vigas, sendo elas distribuídas nos três níveis da residência de acordo com a necessidade do projeto, e nove panos de laje pré- moldada, sendo oito no nível da cobertura e um no nível da caixa d’água. Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais Comparação entre lajes maciça, nervurada e pré-moldada: relação de quantitativo de materiais para uma mesma arquitetura 25 5.4 Custo da estrutura 5.4.1 Custo da estrutura com laje maciça O custo da estrutura dimensionado com laje maciça foi verificado de acordo com as Tabelas 6,7 e 8 e está representado na Tabela 14. Tabela 14 – Custo de materiais para estrutura com laje maciça Elemento Laje Viga Fundo Fôrma lateral Pilar Total Preço Custo (m²) Fôrmas (m²) 87,1 20,21 81,61 56,51 245,43 R$ 25,20 /m² R$ 6.184,84 Volume (m³) 7,84 6,84 - 2,62 17,3 R$ 281,36 /m³ R$ 4.867,53 Barras (kg) 440 428 - 315 1183 R$ 4,01 /kg R$ 4.743,83 Custo total dos materiais: R$ 15.796,19 6. Fonte: Elaborado pelo autor 5.4.2 Custo da estrutura com laje nervurada O custo da estrutura dimensionado com laje nervurada foi verificado de acordo com as Tabelas 6,7 e 9 e está representado na Tabela 15. Tabela 15 – Custo de materiais para estrutura com laje nervurada Elemento Laje Viga Fundo Fôrma lateral Pilar Total Preço Custo (m²) Fôrmas (m²) 90,14 17,85 55,74 50,35 214,08 R$ 25,20 /m² R$ 5.394,82 Fôrma plástica (un.) 188 - - - 188 R$ 7,92 /un. R$ 1.488,96 Volume (m³) 10,64 5,07 - 2,41 18,12 R$ 281,36 /m³ R$ 5.098,24 Barras (kg) 487 336 - 295 1118 R$ 4,01 /kg R$ 4.483,18 Custo total dos materiais: R$ 16.465,20 Fonte: Elaborado pelo autor Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais Comparação entre lajes maciça, nervurada e pré-moldada: relação de quantitativo de materiais para uma mesma arquitetura 26 5.4.3 Custo da estrutura com laje pré-moldada O custo da estrutura dimensionado com laje pré-moldada foi verificado de acordo com as Tabelas 6,7 e 10 e de acordo com a metragem quadrada total de laje, sendo representada na Tabela 16. Tabela 16 – Custo de materiais para estrutura com laje pré-moldada Elemento Laje Viga Fundo Fôrma lateral Pilar Total Preço Custo (m²) Fôrmas (m²) 86,87 20,44 80,77 56,19 244,27 R$ 25,20 /m² R$ 6.155,60 Área (m²) 108,85 - - - 108,85 R$ 32,35 /m² R$ 3.521,30 Volume (m³) 6,66 7,07 - 2,61 16,34 R$ 281,36 /m³ R$ 4.597,42 Barras (kg) - 444 - 316 760 R$ 4,01 /kg R$ 3.047,60 Custo total dos materiais: R$ 17.321,92 Fonte: Elaborado pelo autor 5.5 Comparação de custo Após o levantamento do quantitativo de materiais e do custo total para cada tipo de estrutura (com laje maciça, nervura e pré-moldada), foi feito a comparação entre eles representado na Tabela 17. Tabela 17 – Custo total para cada tipo de estrutura Laje maciça Laje nervurada Laje pré-moldada R$ 15.796,19 R$ 16.465,20 R$ 17.321,92 Fonte: Elaborado pelo autor Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais Comparação entre lajes maciça, nervurada e pré-moldada: relação de quantitativo de materiais para uma mesma arquitetura 27 6. CONCLUSÕES Para determinado pavimento, a definição do processo construtivo assim como a definição do sistema estrutural mais adequado a ser utilizado, deve ser feito baseado na finalidade da edificação, na arquitetura, nas cargas atuantes, tamanho dos vãos, custo, equipamentos disponíveis e interação com os outros subsistemas construtivos da edificação. (CARVALHO & PINHEIRO, 2013) Como meio de verificar a segurança da estrutura, visando sempre a economia de matérias, o software CypeCAD 2016 mostrou-se uma ferramenta confiável e eficiente. Durante o desenvolvimento do projeto arquitetônico e estrutural, o plano de obra, assim como estética, segurança e a economia de matérias foram os fatores mais importantes, consideravelmente. Comparando o resultado final e analisando os índices por metro quadrado que a estrutura teria com cada tipo de laje, observa-se que todos se aproximam, exceto as barras de aço (em quilogramas) onde nas lajes com vigotas pré-moldadas o índice foi 3,29 kg menos que o da laje nervurada e 3,98 kg menos que o da laje maciça. Porém, são necessários 210,95 metros de vigotas pré-moldadas e 1087 blocoscerâmicos para execução da laje com vigota pré-moldada, enquanto a laje nervurada utiliza 162 blocos de nervuras completas e 26 parciais, bastando, apenas a forma de fundo para execução da laje maciça. Analisando o resultado quanto ao custo, a laje maciça obteve um resultado mais satisfatório quanto as outras, tendo o seu custo 9,65% a menos que a laje pré-moldada e 4,23% a menos do que a laje nervurada. Portanto, conclui-se que a utilização de laje maciça para residências com características parecidas como a proposta, em questão de material e custo, se torna mais viável. Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais Comparação entre lajes maciça, nervurada e pré-moldada: relação de quantitativo de materiais para uma mesma arquitetura 28 7. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ABNT. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS – Cargas para o cálculo de estruturas de edificações: NBR 6120. Rio de Janeiro, 1980. ABNT. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS – Forças devidas ao vento em edificações: NBR 06123. Rio de Janeiro, 1988. ABNT. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS – Projeto de estrutura de concreto - Procedimento: NBR 6118. Rio de Janeiro, 2014. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE CIMENTO PORTLAND, 2013. Mãos à Obra pro: O guia do profissional da construção. v.1. São Paulo: Alaúde, 2013. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE CIMENTO PORTLAND, 2013. Mãos à Obra pro: O guia profissional da construção. v.2. São Paulo: Alaúde, 2013. BELLEI, I. H. Edifícios Industriais em Aço - Projeto e Cálculo. São Paulo: Pini, 2010. BOTELHO, M. H. C. & MARCHETTI, O., 2015. 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Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais Comparação entre lajes maciça, nervurada e pré-moldada: relação de quantitativo de materiais para uma mesma arquitetura 29 SILVA, V. P., & PANNONNI, F. D. Estruturas de Aço para Edifícios. São Paulo: Blucher, 2014.
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