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ANAIS DO 55º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC2013 – 55CBC ANÁLISE DE INDICADORES DE PROJETOS ESTRUTURAIS DE EDIFÍCIOS DE MÚLTIPLOS PAVIMENTOS ANALYSIS OF INDICATORS OF STRUCTURAL DESIGN OF MULTI-STORY BUILDINGS Robson Lopes Pereira (1); Gean Carlos Vinhais (2), Yuri Roberto Oliveira Araújo (2) (1) Professor M.Sc., Departamento de Engenharia da PUC – Goiás; (2) Engenheiros Civis Formandos pela PUC – Goiás; Endereço para correspondência: robsonlopesvetor@gmail.com Resumo A construção de uma estrutura de concreto armado envolve custos elevados devido ao emprego de grande quantidade de materiais e de mão-de-obra. Faz-se necessário estudo minucioso no momento do desenvolvimento do projeto estrutural, utilizando-se das prescrições técnicas, de boas diretrizes para o lançamento dos elementos resistentes e da avaliação dos indicadores estruturais com o objetivo de projetar com qualidade, maximizando o desempenho através da redução de consumo de materiais. Este trabalho apresenta o cálculo de indicadores estruturais extraídos da análise de 25 projetos de edifícios de múltiplos pavimentos a serem construídos na cidade de Goiânia e Anápolis. Palavra-Chave: Lançamento estrutural. Projeto Estrutural; Indicadores Estruturais. Qualidade do projeto Abstract The construction of a reinforced concrete structure involves high costs due to the large use of materials and hand labor. In the moment of the development of structural design is necessary detailed study using technical standards, guidelines for releases and structural indicators with the aim to design quality, maximizing performance by reducing material consumption. This paper presents the calculation of structural indicators extracted from the analysis of 25 projects of buildings with multiple floors to be built in the city of Goiania and Anápolis. Keywords: Release structural. Structural Design, Structural Indicators. Quality of design ANAIS DO 55º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC2013 – 55CBC 1 Introdução Atualmente o setor da construção civil tem avançado rapidamente, principalmente no que se refere às edificações residenciais nas grandes cidades, tornado os empreendimentos imobiliários cada vez mais numerosos. Assim, para introdução destes empreendimentos no mercado, torna-se essencial a melhoria da qualidade e eficiência dos processos envolvidos na construção do edifício. A preocupação da qualidade é essencial para a implantação e colocação no mercado, de forma competitiva (PARSEKIAN e FREIRE, 2005). Dentre todos os subsistemas que formam a construção de um edifício a estrutura é o de maior valor do ponto de vista econômico. Em estudo feito para edifícios construídos com estrutura em concreto armado, constatou-se que a porcentagem da estrutura no custo total variou de 14,08% a 22,77% (MASCARÓ, 1998), enquanto o custo do projeto de estrutura varia em média 1,6% a 2,7% (CÔRREA e NAVIERO, 2005). É neste ambiente competitivo que os projetistas estruturais assumem uma grande importância: não só de elaborar o projeto estrutural como fazer com que ele seja seguro, econômico e funcional. Conforme NOVAES (2003), os custos estimados para as edificações e suas unidades, devido às soluções propostas nos projetos em sua fase de elaboração, devem ser comparados com os valores presentes nos indicadores estruturais (área de influência média e consumo médio de aço, vigas e pilares), representativos dos interesses das empresas empreendedoras e construtoras, com o intuito de ajustar o custo final dos produtos aos seus preços e às formas de comercialização. Assume-se, então, a importância do levantamento de indicadores de qualidade de projetos estruturais, para que possam contribuir para redução de custos na estrutura dos edifícios. O conhecimento destes indicadores representa um grande diferencial para o engenheiro projetista que pode identificar eventuais erros de projeto ou de concepção através de comparações simples dos índices obtidos com os índices médios históricos, como também para o engenheiro orçamentista que pode estimar com grau de precisão maior o custo de uma estrutura, a partir de alguns dados iniciais como consumo médio de materiais por m² de edificação. (PARSEKIAN e FREIRE, 2005). ANAIS DO 55º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC2013 – 55CBC 1.1 Problema Analisado O objetivo deste trabalho é aplicar indicadores de qualidade de projetos estruturais em vinte e cinco projetos situados nas cidades de Goiânia e Anápolis com a finalidade de comparar se os projetos aplicados atendem ou não aos indicadores estruturais encontrados na literatura. 1.1.1 Histórico Segundo RABELLO 2001, Estrutura é tudo aquilo que sustenta tal, qual o esqueleto humano. Está em tudo que nos rodeia, nas plantas, nas pessoas, nos objetos e nas idéias”. Nas edificações a estrutura é o conjunto de elementos (lajes, vigas e pilares) que dela fazem parte e tem a função de manter o edifício estável, imóvel e seguro durante a sua construção e utilização. Conforme aumenta a complexidade do empreendimento, cresce a necessidade da integração entre as atividades técnicas de projeto (arquitetura, estrutura, instalações prediais, iluminação, comunicação visual, paisagismo, impermeabilização, entre outras) para a construção de um edifício. Esta integração permite aos projetistas aperfeiçoarem soluções técnicas e econômicas (ROBIATI, 2008). Diversos métodos de cálculo estrutural e processos executivos de estrutura de concreto armado foram desenvolvidos nas últimas décadas, variando principalmente de região pra região, mas apesar disso o que prevalece no mercado de edifícios residenciais e comerciais, por efeito cultural, são as estruturas formadas por pilares, vigas e lajes. Uma vez definida a localização destes elementos, parte-se para o lançamento estrutural (BACARJI, 1993). 2 Lançamento Estrutural e Indicadores O lançamento estrutural de uma edificação consiste no estabelecimento de um arranjo adequado dos vários elementos estruturantes do edifício, de modo a assegurar que o mesmo possa atender as finalidades para as quais foi projetado. Em virtude da complexidade das construções, uma estrutura requer o emprego de diferentes tipos de peças estruturais adequadamente associadas para a formação do conjunto resistente (ROBIATI, 2008). Os elementos que usualmente compõem as estruturas são os pilares, as vigas e as lajes que serão apresentados a seguir conforme a Norma ABNT 6118 (2007) e BASTOS (2006). ANAIS DO 55º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC2013 – 55CBC Pilares: são “elementos lineares de eixo reto, usualmente disposto na vertical, em que as forças normais de compressão são preponderantes". Vigas: são “elementos lineares em que a flexão é preponderante”. As vigas são classificadas como barras e são normalmente retas e horizontais, destinadas a receber ações das lajes, de outras vigas, de paredes de alvenaria e eventualmente de pilares e transmitir as ações nelas atuantes para os apoios, geralmente os pilares. Laje: são "elementos de superfície plana sujeitos principalmente a ações normais a seu plano. As placas de concreto são usualmente denominadas lajes". Estas destinam-se a receber a maior parte das ações aplicadas numa construção, como pessoas, móveis, pisos, paredes, e os mais variados tipos de carga que podem existir em função da finalidade arquitetônica do espaço físico a que elas fazem parte. Deve-se observar que nos edifícios, as lajes consomem um volume muito grande de concreto, aço e forma. Devido a isto, existem vários tipos de lajes em concreto armado e protendido no mercado (Figura 1). O objetivo de tanta possibilidade de lajes é atender as questões econômicas, melhorar a eficiência estrutural e facilitar a execução (PEREIRA, 2012). Figura 1 – Critérios de classificaçãodas lajes (PEREIRA, 2002) ANAIS DO 55º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC2013 – 55CBC 2.1 Diretrizes básicas para o lançamento estrutural O lançamento estrutural de um edifício de concreto armado é realizado com base no projeto arquitetônico. Estética, funcionalidade e economia são aspectos primordiais para um bom lançamento estrutural e serão descritos a seguir baseados nos trabalhos de BACARJI (1993) apud ROBIATI (2008). A transmissão das cargas deve ser feita de forma mais direta possível, evitando transmitir as cargas de vigas importantes sobre outras vigas (apoios indiretos) e o apoio de pilares sobre vigas (chamadas vigas de transição). O sistema estrutural estável deve apresentar resistência ao peso próprio, às ações horizontais (ventos, desaprumo e efeitos sísmicos), ao incêndio e aos carregamentos. Em edifícios de múltiplos pavimentos a verificação da estabilidade global da estrutura assume grande importância, porque a ação horizontal do vento alcança valores significativos. Sempre que possível, posicionar as vigas de tal forma que as mesmas, juntamente com os pilares, enrijeçam a estrutura do edifício pela formação de pórticos, principalmente na direção da menor dimensão. 2.1.1 Lançamento de vigas e pilares De acordo com RABELLO (2001), lançamento de vigas e pilares é o procedimento de locar sobre a arquitetura as vigas e pilares resultantes da concepção estrutural. SOARES e DEBS (1999) informam que existe um número razoável de variáveis (índices) na determinação do posicionamento dos elementos estruturais, principalmente no que diz respeito aos pilares. Em relação a estes, deve-se levar em consideração as características dos materiais utilizados, suas geometrias, as ações externas e a localização ideal dos pilares numa estrutura, que deve variar com o tipo de solo, processo construtivo, forma de execução, preço da mão-de-obra, preço da estrutura, tempo disponível de construção, entre outros. Devido a toda essa dificuldade, hoje em dia, um dos poucos passos que é feito exclusivamente pelo homem, sem o auxílio do computador, é a determinação do posicionamento dos elementos estruturais (Figura 2), sendo esta distribuição dos elementos mais próxima da ótima, quanto maior a experiência do engenheiro. (SOARES e DEBS, 1999). Deve-se tomar cuidado no posicionamento dos pilares para não distanciá-los demasiadamente, para que não produzam vigas com alturas incompatíveis e ainda acarretem maiores custos à construção, nem colocá-los demasiadamente perto, pois ANAIS DO 55º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC2013 – 55CBC isto também acarreta aumento de materiais e mão-de-obra. O vão médio entre pilares é de 2,5m a 6,0m podendo dizer que o vão médio econômico está entre 4,5m e 5,5m (BACARJI, 1993). Figura 2 – Esquema estrutural formado por pilar, viga e laje – Caminhamento das Cargas (BASTOS, 2006) O posicionamento das vigas e pilares pode ser feito simultaneamente, pois a posição de um, influencia a posição do outro. Como uma regra geral, deve-se procurar o arranjo estrutural que leve ao menor trajeto possível para as cargas, dos seus pontos de aplicação até os apoios (pilares), observando que nem sempre é possível o posicionamento de pilares em todos os cruzamentos das vigas. GIONGO (2007) afirma que as lajes maciças são as lajes que apresentam maiores consumo de concreto, sendo a espessura, a dimensão mais importante a ser quantificada. Os vãos deste tipo de laje estão entre 3 e 6 m, podendo ser encontrados vãos de até 8 m. VIEGAS E SOUSA (2004) recomendam o uso de lajes nervuradas moldadas no local para vãos entre 8 e 12 metros, sendo possível até 15m em edifícios residenciais e comerciais. De fato, é possível vencer grandes vãos, pois com o alívio da carga e a economia de concreto gerada, essas lajes ainda são econômicas mesmo tendo uma grande altura final. RIBEIRO (2001) citou um estudo realizado por Anthony (1989) nos Estados Unidos da América, onde foi feita uma relação mostrando os custos de cada sistema estrutural em função do tipo de laje e seus respectivos vãos, levando em ANAIS DO 55º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC2013 – 55CBC consideração o carregamento. Dados os comprimentos dos vãos para as cargas mostradas na Figura 3, as curvas indicam que para um vão de laje abaixo de 9,14 m, a utilização de laje plana se mostrou mais econômica o que não aconteceu para vãos acima de 9,14m onde a utilização de laje plana nervurada se mostrou mais interessante economicamente tanto para carga total de 366kg/m² quanto para carga total de 708kg/m². Figura 3 – Custo x Vão – Fonte: ANTHONY, W.R , 1989) ANAIS DO 55º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC2013 – 55CBC 2.2 Indicadores de Projetos Estruturais Um conjunto de indicadores de projetos estruturais é utilizado para avaliar os custos de implantação de um determinado edifício (incluindo os de produtividade). Estes precisam ser implementados durante a execução do projeto estrutural e os indicadores estruturais permitem estimar o custo da estrutura desde o início do projeto, durante a fase de concepção da arquitetura ou de posse do projeto legal, na busca de alternativas economicamente mais viáveis (BATLOUNI NETO, 2005). BATLOUNI NETO (2005) estabeleceu correlações entre variáveis como: espessura média do pavimento que é obtida dividindo o volume de concreto do pavimento pela área total da estrutura do pavimento, de modo a estimar de forma rápida a espessura média de concreto para o pavimento tipo de um determinado projeto e consequentemente o custo provável desta estrutura. Correlação1: espessura média (em) e altura do edifício (h): A espessura média cresce em função da altura do edifício (altura acima do pavimento estudado), principalmente pelo aumento proporcional da área da seção resistente dos pilares (em e hacima dados em “m”). em= 0,0011 x hacima + 0,159 (p/ 22m < hacima < 136m) Correlação2: espessura média (em) com o produto da altura do edifício (h) pela área de Influência do pilar (Ai): A espessura média cresce em função dos dois fatores. BATLOUNI NETO (2005) correlacionou esta espessura média com o produto destes fatores (altura do edifício acima do andar estudado e a área de influência dos pilares). (em e hacima dados em “m”, Ai, em “m²”). em= 0,00003 x (hacima x Ai) + 0,1833 (p/ 10,2 m² < Ai < 35,7 m²; 22m < hacima < 136m). Nas pesquisas de literatura encontraram-se apenas as correlações supracitadas. No entanto sabe-se que para uma avaliação mais criteriosa do projeto estrutural é necessária a correlação entre diversos outros fatores, para determinação de outros importantes indicadores, expostos a seguir no presente trabalho. 3 Metodologia 3.1 ANÁLISE DOS PROJETOS E LEVANTAMENTO DAS INFORMAÇÕES Para obtenção de indicadores de projetos propostos neste trabalho, no período de 11 de junho de 2012 a 31 de julho de 2012 foram realizadas 12 visitas a uma empresa de corte e dobra situada na cidade de Goiânia que disponibilizou dados de projetos estruturais, que são utilizados no planilhamento para fazer corte e ANAIS DO 55º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC2013 – 55CBC dobra de vergalhão CA-50 e CA-60 e extrair diversas informações e valores relacionados a consumo de materiais que compõem a estrutura de concreto armado. Os principais dados levantados foram: Código da obra; Tipo de laje e condições de apoio; Número de pavimentos; Consumo de concreto de um pavimento tipo (pilares, vigas e lajes); Consumo de aço de um pavimento tipo (pilares vigas e lajes); Consumo de forma de um pavimento tipo (pilares, vigas e lajes); Número de pilares presentes no pavimento tipo; Área total do pavimento tipo. Os quantitativos de consumo de concreto, aço e forma dos pilares do pavimento tipo foram extraídos somente para obras acima de30 (trinta) pavimentos, onde se estabeleceu um nível para coleta dos valores (10º pavimento contado de cima para baixo por possuir níveis de carregamentos semelhantes). A intenção é que os resultados de consumo de materiais não variem em função da diferença do número de pavimentos e sim em função das escolhas quanto ao arranjo estrutural. A área total do pavimento tipo foi levantada através das medidas externas da planta de forma considerando também a área dos poços dos elevadores e a projeção da escada de incêndio. Neste período em que foram realizadas as visitas trabalhou-se com cinquenta projetos estruturais de obras em construção vertical em concreto armado de autores distintos situadas na cidade de Goiânia e Anápolis. Dos projetos citados acima fez-se uma avaliação e então separou-se os projetos que se enquadram nos critérios adotados para metodologia de trabalho que são: Estrutura em concreto armado; Possuir pelo menos um subsolo; Possuir mais de vinte pavimentos; Ser formado por lajes maciças ou nervuradas moldadas “in loco” e apoiadas em vigas. Dos cinquenta projetos analisados, conseguiu-se um total de vinte e cinco que se enquadraram na metodologia em estudo citada, sendo eles treze que estão sendo construídos utilizando lajes maciças moldadas “in loco” e doze utilizando lajes nervuradas moldadas “in loco” com formas plásticas removíveis. A partir da separação dos projetos, foram extraídos os valores de consumo de materiais e lançados na Tabela 1, em seguida foram aplicados os indicadores de projetos estruturais aos projetos em estudo para obtenção dos resultados. ANAIS DO 55º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC2013 – 55CBC Tabela 1 – Dados extraídos dos projetos estruturais na empresa de corte e dobra de vergalhão situado na cidade de Goiânia – GO vigas (m³) lajes (m³) pilares (m³) vigas (kg) lajes (kg) Pilares (kg) vigas (m²) lajes (m²) Pilares (m²) A 23 66,47 51,20 92,50 - 5.450,00 5.126,00 - 802,50 938,50 - 88 1.168,40 B 22 63,58 19,60 38,40 - 3.052,00 2.359,00 - 273,69 433,07 - 32 484,82 C 24 69,36 18,50 43,50 - 2.054,00 1.325,00 - 378,00 486,50 - 59 512,78 D 35 107,1 19,80 38,00 28,60 2.589,00 2.125,00 1.430,00 226,50 348,40 277,45 30 403,15 E 20 57,8 23,60 45,90 - 2.625,00 1.897,00 - 284,60 455,90 - 35 518,25 F 30 86,7 87,60 191,20 121,80 9.354,00 8.452,00 6.090,00 1.117,60 1.796,50 1.125,00 140 1.998,51 G 20 57,8 18,15 33,10 - 2.852,00 1.498,00 - 274,50 374,57 - 29 395,10 H 35 101,15 23,20 41,80 38,10 3.425,00 2.225,00 1.807,00 308,61 445,61 312,20 30 471,30 I 32 97,92 19,56 34,40 25,50 3.058,00 1.504,00 1.320,00 280,75 370,54 240,20 32 401,60 J 30 91,8 16,63 35,10 24,60 2.150,00 1.650,00 1.300,00 245,35 345,50 243,50 33 421,50 K 25 72,25 13,10 28,90 - 1.625,00 1.101,00 - 248,50 331,50 - 33 357,80 L 21 60,69 26,60 41,20 - 2.658,00 2.208,00 - 339,70 421,60 - 33 490,10 M 28 85,68 17,47 38,60 - 2.917,00 1.708,00 - 286,80 407,81 - 36 450,20 N 30 91,8 61,50 165,30 - 8.240,00 5.720,00 - 850,00 1.195,50 - 66 1.348,40 O 32 97,92 45,60 154,30 58,47 7.311,41 5.689,00 3.100,00 395,60 1.106,47 429,00 55 1.171,42 P 35 107,1 16,00 47,20 18,63 2.270,00 2.320,00 1.050,00 175,50 338,50 198,57 20 365,87 Q 28 80,92 17,90 46,20 - 2.550,00 3.053,00 - 262,80 451,10 - 34 495,14 R 21 60,69 42,00 78,80 - 4.120,00 4.273,00 - 275,80 745,80 - 34 773,18 S 32 97,92 88,50 184,30 70,25 8.895,00 6.525,00 3.520,00 968,00 1.412,00 713,00 73 1.465,31 T 35 107,1 37,90 73,90 43,48 5.750,00 3.328,00 2.050,00 317,20 645,10 360,48 34 749,72 U 34 104,04 23,60 54,80 30,13 3.867,00 3.558,00 1.650,00 250,88 524,94 312,50 32 586,98 W 22 63,58 18,47 50,50 - 2.316,00 3.535,00 - 298,50 483,29 - 37 552,73 X 30 91,8 17,80 50,10 - 3.035,00 2.872,00 - 325,80 481,00 - 32 513,83 Y 28 80,92 12,90 37,10 - 2.125,00 2.665,00 - 268,00 371,20 - 30 395,60 Z 28 80,92 21,60 47,60 - 2.859,00 2.637,00 - 371,50 467,70 - 36 558,00 Lajes maciças Lajes nervuradas Código da Obra Tipo de Laje Consumo de forma por pavimento Número de pilares no pav. Tipo Área total do pav. Tipo (m²) Consumo de aço por pavimentoConsumo de concreto por pavimentoNúmero de pavimentos h (altura do edifício) m ANAIS DO 55º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC2013 – 55CBC 11 3.2 INDICADORES DE PROJETOS ESTRUTURAIS Foi determinado que o consumo de materiais do pavimento (concreto, aço e forma) fosse retirado nas pranchas de forma do pavimento tipo, onde seus quantitativos estão apresentados em um quadro de resumo para cada nível. 1. Área de influência média (Ai) Obtida dividindo-se a área do pavimento (m²) pelo número de pilares deste pavimento. O valor encontrado é dado em m²/pilar. 2. Espessura de concreto CONSIDERANDO vigas e lajes (evl) Obtém-se dividindo o somatório do volume de concreto das vigas e lajes de um pavimento tipo e dividindo pela área total da estrutura. Sua unidade de medida é metro. 3. Área MÉDIA de forma de vigas e lajes (Fvl) Calculada somando o consumo de forma das vigas e lajes, dividindo pela área total do pavimento. O valor médio encontrado é dado em m². 4. Consumo MÉDIO de aço de vigas e lajes (Avl) Produto da divisão do consumo de aço das vigas e lajes do pavimento pela área total do mesmo. Sua unidade de medida é kg/m². Para obras acima de 30 pavimentos, foram levantadas mais informações das pranchas como consumo de materiais dos pilares e aplicados outros indicadores estruturais que estão apresentados abaixo com intenção de fazer um estudo do consumo de materiais de todo o pavimento: 5. Espessura de concreto do pavimento (ep) É obtido dividindo o somatório do volume de concreto dos pilares, vigas e lajes de um pavimento tipo pela área total da estrutura. Sua unidade de medida é metro. 6. Área MÉDIA de forma do pavimento (Fp) Calculada somando o consumo de forma dos pilares, vigas e lajes, dividindo pela área total do pavimento. O valor médio encontrado é dado em m². 7. Consumo MÉDIO de aço do pavimento (Ap) Produto da divisão do consumo de aço dos pilares, vigas e lajes do pavimento pela área total do mesmo. Sua unidade de medida é kg/m². Uma vez calculado todos os indicadores estruturais, os mesmos foram relacionados através de gráficos com a Área de influência média (Ai). A intenção foirelacionar o consumo médio de materiais em função da Área de influência (Ai). ANAIS DO 55º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC2013 – 55CBC 12 Para os projetos analisados que têm entre 30 e 35 pavimentos, foram utilizados os indicadores estruturais apresentados na literatura com a intenção de avaliar a proximidade entre os valores reais e calculados para saber se estão dentro ou fora dos limites aceitáveis segundo as equações sugeridas por BATLOUNI NETO (2005). Os resultados obtidos estão sendo apresentados e discutidos na Tabela 2 a seguir. 4 Apresentação e Análise dos Resultados 4.1 AREA DE INFLUÊNCIA MÉDIA (AI) A área de influência média (Ai) calculada para todos os projetos em estudo estão apresentadas na Tabela 2. C 59 69.36 512.78 8.69 K 33 72.25 357.80 10.84 M 36 85.68 450.20 12.51 I 32 97.92 401.60 12.55 J 33 91.8 421.50 12.77 A 88 66.47 1,168.40 13.28 D 30 107.1 403.15 13.44 G 29 57.8 395.10 13.62 F 140 86.7 1,998.51 14.28 E 35 57.8 518.25 14.81 L 33 60.69 490.10 14.85 B 32 63.58 484.82 15.15 H 30 101.15 471.30 15.71 Y 30 80.92 395.60 13.19 Q 34 80.92 495.14 14.56 W 37 63.58 552.73 14.94 Z 36 80.92 558.00 15.50 X 32 91.8 513.83 16.06 P 20 107.1 365.87 18.29 U 32 104.04 586.98 18.34 S 73 97.92 1,465.31 20.07 N 66 91.8 1,348.40 20.43 O 55 97.92 1,171.42 21.30 T 34 107.1 749.72 22.05 R 34 60.69 773.18 22.74 Área total do pav. Tipo (m²) Ai (m²/pilar) Lajes maciças Lajes nervuradas Tipos de Laje Número de pilares no pav. Tipo Código da Obra h (altura do edifício) m Tabela 2 – Cálculo da área de influência em função do tipo de laje ANAIS DO 55º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC2013 – 55CBC 13 Ordenando a Área de influência (Ai) em ordem crescente de valores para cada tipo de laje, foram obtidos os seguintes resultados: laje maciça moldada “in loco” variando de 8,69 m²/pilar a 15,71 m²/pilar e laje nervurada com formas plástica removível moldada “in loco” variando de 13,19 m²/pilar a 22,74 m²/pilar. Pode-se dizer que quanto maior a Ai, mais afastados estão os pilares e maiores serão os vãos de vigas e lajes. Os demais indicadores de projeto, espessura média de concreto de vigas e lajes (evl), consumo médio de aço de vigas e lajes (Avl), área média de forma de vigas e lajes (Fvl), espessura média de concreto do pavimento (ep), área média de aço do pavimento (Ap) e área média de forma do pavimento (Fp) estão apresentados nas Figuras de 1 a 6, e seus resultados estão relacionados com a área de influência (Ai). Tabela 2 – Indicadores estruturais calculados para todos os projetos em estudo evl Avl Fvl cm kg/m² m²/m² C 24 69,36 8,69 12,09 6,59 1,69 K 25 72,25 10,84 11,74 7,62 1,62 M 28 85,68 12,51 12,45 10,27 1,55 I 32 97,92 12,55 13,44 11,36 1,62 J 30 91,8 12,77 12,28 9,01 1,40 A 23 66,47 13,28 12,30 9,05 1,49 D 35 107,1 13,44 14,34 11,69 1,42 G 20 57,8 13,62 12,97 11,01 1,64 F 30 86,7 14,28 13,95 8,91 1,46 E 20 57,8 14,81 13,41 8,73 1,43 L 21 60,69 14,85 13,84 9,93 1,55 B 22 63,58 15,15 11,96 11,17 1,45 H 35 101,15 15,71 13,79 11,99 1,60 Y 28 80,92 13,19 12,64 12,11 1,62 Q 28 80,92 14,56 12,95 11,32 1,44 W 22 63,58 14,94 12,48 10,59 1,41 Z 28 80,92 15,50 12,40 9,85 1,51 X 30 91,8 16,06 13,21 11,50 1,57 P 35 107,1 18,29 17,27 12,54 1,41 U 34 104,04 18,34 13,36 12,65 1,32 S 32 97,92 20,07 18,62 10,52 1,62 N 30 91,8 20,43 16,82 10,35 1,52 O 32 97,92 21,30 17,06 11,10 1,28 T 35 107,1 22,05 14,92 12,11 1,28 R 21 60,69 22,74 15,62 10,86 1,32 Lajes maciças Código da Obra Número de pavimentos Ai (m²/pilar) Tipos de Lajes h (altura do edifício) m Lajes nervuradas ANAIS DO 55º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC2013 – 55CBC 14 Tabela 3 – Indicadores estruturais calculados para projetos entre de 30 a 35 pavimentos ep Ap Fp cm kg/m² m²/m² I 32 13,28 22 12,55 19,79 14,65 2,22 J 30 13,44 20 12,77 18,12 12,09 1,98 D 35 13,28 25 13,44 21,43 15,24 2,11 F 30 13,62 20 14,28 20,04 11,96 2,02 H 35 14,81 25 15,71 21,87 15,82 2,26 P 35 14,56 25 18,29 22,36 15,41 1,95 U 34 16,06 24 18,34 18,49 15,46 1,85 S 32 18,29 22 20,07 23,41 12,92 2,11 O 32 16,06 22 21,30 22,05 13,75 1,65 T 35 20,07 25 22,05 20,72 14,84 1,76 Código da Obra Número de pavimentos h (altura do edifício) m Pavimento calculado Ai (m²/pilar) Lajes maciças Tipos de Lajes Lajes nervuradas Analisando os consumos de concreto nas Tabelas 3 e 4, percebe-se que os pilares representam em média 29% da espessura de concreto do pavimento (ep) quando utilizado laje maciça e 24,3% quando utilizado laje nervurada, estes valores citados foram encontrados através da média da seguinte equação 1: Isto pode ser comprovado quando vemos que para o projeto “F” em laje maciça, temos um evl de 13,95cm e um ep de 20,04cm, lançando estes valores na equação apresentada acima temos um consumo de concreto nos pilares de 30,4%, e no projeto “P” utilizando laje nervurada temos um evl de 17,27cm e um ep de 22,36cm, assim o consumo de concreto dos pilares é de 22,8%, que é um valor relativamente menor quando se utiliza laje nervurada moldada “in loco”. O consumo médio de formas das vigas e lajes (Fvl) tanto para lajes maciças moldadas “in loco” quando para lajes nervuradas moldadas “in loco” com formas plásticas removíveis apresentaram consumos semelhantes, o que não é interessante quando se utiliza laje nervurada. Este resultado se deve ao fato de estar utilizando forro de maderite em todo o pavimento para montar as “cubetas” das lajes nervuradas. A montagem da laje nervurada deve ser estruturada por perfis metálicos sem a utilização de forro e que são reaproveitados na construção das lajes sucessivas. As escoras podem ser executadas em madeira, assim como as plataformas. ANAIS DO 55º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC2013 – 55CBC 15 4.2 ESPESSURA DE CONCRETO DE VIGAS E LAJE (EVL) Nota-se que existe uma tendência em aumentar o consumo de concreto quando se aumenta a área de influência (Ai) para os dois tipos de lajes em estudo (Figura 4). Quando a Ai da laje maciça está próxima de 8m²/pilar a espessura de concreto de vigas e lajes (evl) está próxima de 12cm e quando a Ai está próxima de 16m²/pilar seu consumo está mais próximo de 14,6cm, isto apresenta para laje maciça uma variação de 17,8% na espessura de concreto de vigas e lajes no pavimento e para laje nervurada a evl teve uma variação de 23,4% em função do aumento da Ai. Figura 4 – Variação da espessura média de concreto de vigas e lajes em função da áreade influência média 4.3 CONSUMO DE AÇO MÉDIO DE VIGAS E LAJES (AVL) O consumo de aço mostrou comportamentos diferentes para cada tipo de laje (Figura 5). O que se observou é que quando se utilizada laje maciça o consumo de aço aumenta consideravelmente quando se aumenta a área de influência (Ai), o que não ocorre quando se utiliza laje nervurada, pois o consumo de aço mantem-se estável ou até diminui conforme aumenta Ai. ANAIS DO 55º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC2013 – 55CBC 16 Outro fator que pode explicar este comportamento do gráfico em relação a laje nervurada é o fato dos projetistas estruturais utilizarem formas plásticas em todos os painéis de lajes do pavimento, independente do vão, desta forma, vãos pequenos que usam formas plásticas de 16 cm ou 21 cm de altura tem a armadura mínima necessária, o que pode mostrar o comportamento do consumo de aço e concreto. Figura 5 – Variação do consumo médio de aço das vigas e lajes em função da área de influência 4.4 CONSUMO MÉDIO DE FORMA DE VIGAS E LAJES (Fvl) A Figura 6 mostra que quando maior a Ai, independente do tipo de laje, o consumo de forma do painel de vigas e lajes é reduzido. Isso ocorre em função dos pilares estarem mais espaçados diminuindo o recorte do painel para confecção das vigas e lajes. ANAIS DO 55º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC2013 – 55CBC 17 Figura 6 – Variação do consumo médio de forma das vigas e lajes em função da área de influência Para os projetos analisados que tinham entre 30 e 35 pavimentos foram aplicados os indicadores: espessura média de concreto do pavimento (ep), área média de forma do pavimento (Ap) e consumo médio de aço do pavimento (ep) e seus resultados relacionados com área de influencia (Ai) nas Figuras 4, 5 e 6. 4.5 ESPESSURA DE CONCRETO DO PAVIMENTO (eP) Avaliando-se a Figura 7, percebe-se que o consumo médio de concreto (ep) para os dois tipos de lajes, maciça e nervurada, estão bem próximos, variando entre 18,12cm e 23,41cm. Porém, observa-se que os valores da Área de influência (Ai) quando utilizada laje nervurada são maiores, tornando sua utilização mais interessante, pois há a possibilidade de se ter maiores vãos de lajes e vigas. ANAIS DO 55º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC2013 – 55CBC 18 Figura 7 – Variação da espessura média de concreto do pavimento em função da área de influência 4.6 Consumo MÉDIO DE AÇO do pavimento (Ap) O consumo médio de aço do pavimento (Ap), teve um comportamento semelhante ao consumo médio de aço das vigas e lajes (Avl), para laje maciça moldada “in loco”, a Figura 8 apresentou um crescimento quando se aumenta a área de influência (Ai), contrário para laje nervurada moldada “in loco” com formas plásticas removíveis que apresenta um decréscimo quando se aumenta a Ai. O consumo médio de aço do pavimento (Ap) apresentaram valores mais interessantes quando foi utilizado laje nervurada, pois com Ai maior existe a possibilidade de se ter maiores vãos de lajes e vigas e consumo de material menor, conseqüentemente, um peso menor a estrutura do que quando utilizado laje maciça. O grande consumo de aço da laje maciça quando se aumenta muito a Ai se dá pelo fato de que quando se tem grandes vãos de lajes, a sua espessura se torna muito grande e será necessário utilizar grande quantidade de aço para sustentar o peso próprio. ANAIS DO 55º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC2013 – 55CBC 19 Figura 8 – Variação do consumo médio de aço do pavimento em função da área de influência 4.7 Consumo MÉDIO de forma do pavimento (fp) O consumo médio de forma do pavimento (Fp) para laje maciça moldada “in loco” apresentou um resultado contrário a Figura 6. Pode-se observar na Figura 9, que o (Fp) aumenta a medida que aumenta a área de influência (Ai). Não foi avaliada a variável composta pelas seções dos pilares. Presume-se que tal situação ocorre devido a quantidade de pilares e seus formatos, pois sabe-se que o consumo de forma para pilares são menores quando se utiliza pilares circulares ou com dimensões mais próximas de um quadrado. Para avaliação dos projetos de 30 a 35 pavimentos utilizou-se dos indicadores estruturais como averiguar o consumo médio de concreto do pavimento (ep). ANAIS DO 55º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC2013 – 55CBC 20 Figura 9 – Variação do consumo médio de forma do pavimento em função da área de influência 4.8 INDICADORES ESTRUTURAIS A Tabela 5 apresenta as correlações de espessura média de concreto do pavimento (em) e altura do edifício (h) e também espessura média de concreto do pavimento (em) com o produto da altura do edifício (h) pela área de influência do pilar (Ai). Tabela 4 – Correlações calculadas para projetos de 30 a 35 pavimentos Ep Correlação Correlação Correlação Correlação cm Em e h (m) Em e h (cm) Em, h e Ai (m) Em, h e Ai (cm) D 35 107,1 30,6 25 13,44 21,43 0,19 19,00 0,20 20,00 71,11 F 30 86,7 28,9 20 14,28 20,04 0,19 19,00 0,20 20,00 59,65 H 35 101,15 28,9 25 15,71 21,87 0,19 19,00 0,20 20,00 72,33 I 32 97,92 30,6 22 12,55 19,79 0,19 19,00 0,19 19,00 74,02 J 30 91,8 30,6 20 12,77 18,12 0,19 19,00 0,20 20,00 66,82 O 32 97,92 30,6 22 21,30 22,05 0,19 19,00 0,20 20,00 62,32 P 35 107,1 30,6 25 18,29 22,36 0,19 19,00 0,20 20,00 68,92 S 32 97,92 30,6 22 20,07 23,41 0,19 19,00 0,20 20,00 55,21 T 35 107,1 30,6 25 22,05 20,72 0,19 19,00 0,20 20,00 71,66 U 34 104,04 30,6 24 18,34 18,49 0,19 19,00 0,20 20,00 83,62 Ai (m²/pilar) Lajes maciças Lajes nervuradas h (acima) Tipos de Lajes Código da Obra Número de pavimentos h (altura do edifício) m Pavimento calculado Consumo de aço/m³ de concreto ANAIS DO 55º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC2013 – 55CBC 21 Observou-se, nesta Tabela, que o consumo médio de concreto do pavimento (ep) variou pouco quando relacionado com a correlação apresentada no trabalho de BATLOUNI NETO (2005). Desta forma, pode-se dizer que as obras analisadas se enquadram nos padrões descritos na referência anterior e que estas as correlações apresentadas foram válidas para as cidades de Goiânia e Anápolis. Além da comparação com a correlação, pode se observar que o consumo de aço por metro cúbico de concreto ficou em torno do número médio de 70 kg de aço/m³ de concreto. Tabela 5 – Indicadores médios calculados para projetos de 30 a 35 pavimentos ep Ap Ap Fp Fp cm % média kg/m² média m²/m² média I 32 13,28 22 12,55 19,79 14,65 2,22 J 30 13,44 20 12,77 18,12 12,09 1,98 D 35 13,28 25 13,44 21,43 15,24 2,11 F 30 13,62 20 14,28 20,04 11,96 2,02 H 35 14,81 25 15,71 21,87 15,82 2,26 P 35 14,56 25 18,29 22,36 15,41 1,95 U 34 16,06 24 18,34 18,49 15,46 1,85 S 32 18,29 22 20,07 23,41 12,92 2,11 O 32 16,06 22 21,30 22,05 13,75 1,65 T 35 20,07 25 22,05 20,72 14,84 1,76 2,12 1,86 13,75 20,00 Ai média 13,95 14,48 Ai (m²/pilar) Lajesmaciças Lajes nervuradas 20,25 21,41 Tipos de Lajes Código da Obra Número de pav. h (altura do edifício) m Pav. calculado ep A Tabela 6 serve como indicadores na etapa de pré-dimensionamento estrutural e até mesmo para um pré-orçamento da estrutura, pois a partir destes dados calculados pode-se utilizá-los como parâmetros para definição do tipo de laje a se utilizar, quantidade de pilares a se lançar em um pavimento tipo e também na etapa de lançamento estrutural e pré-dimensionamento saber qual o consumo médio de concreto, aço e forma de um pavimento tipo em função das lajes estudadas neste trabalho. 5 CONCLUSÃO Para se projetar um edifício em concreto armado necessita-se não só ter o conhecimento das Normas Técnicas como também é necessário avaliar com indicadores para se desenvolver um bom projeto estrutural. A área de influência (Ai) é um indicador que nos possibilita a partir dela estimar o consumo de material a ser utilizado em uma estrutura. As análises possibilitam concluir que quando se utiliza laje maciça moldada “in loco”, deve-se trabalhar com uma Ai variando entre 8 a 13 m²/pilar, pois, para um valor superior a este, o consumo de materiais se torna alto, sendo então, mais interessante optar por laje nervurada moldadas “in loco” com formas plásticas removíveis. ANAIS DO 55º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC2013 – 55CBC 22 As lajes nervuradas moldadas “in loco” mostraram uma pequena variação no consumo médio de aço das vigas e lajes (Avl), porém o consumo de concreto aumentou consideravelmente quando se aumenta a (Ai). Isto ocorre porque os projetistas são limitados as alturas de “cubetas” existentes no mercado onde muito das vezes a laje acaba ficando com uma altura maior que a necessária. Para mesmos valores de Ai tanto para laje maciça quanto para laje nervurada, a laje nervurada apresentou um consumo de materiais inferior tornando o seu uso mais interessante quando trabalhado com Ai acima de 13 m²/pilar. As correlações utilizadas para verificar o consumo de concreto do pavimento apresentaram resultados consideráveis, visto que a variação máxima deste consumo foi de apenas 14% para mais, podendo concluir que estas correlações podem ser aplicadas de forma rápida, eficaz e seguras na etapa de levantamento de quantitativo de concreto dos projetos estruturais situados nas cidades de Goiânia e Anápolis. 6 Referências ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Projeto de estruturas de concreto – Procedimento - NBR 6118. Rio de Janeiro, ABNT, jun/2007. BACARJI, E. Análise de estruturas de Edifícios: Projeto de Pilares. Tese apresentada à Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo - UFSCar, São Carlos, 1993. BASTOS, P. S. S. Fundamentos do concreto armado. 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In: II SIBRAGEQ - II Simpósio Brasileiro de Gestão da Qualidade e Organização do Trabalho no Ambiente Construído, 2001, Fortaleza, CE. MASCARÓ, J. L. O custo das decisões arquitetônicas. 2ed. Porto Alegre: 1998. Sagra Luzzato, 1998, 180p. PARSEKIAN, G. A.; FREIRE A. S. Indicadores de projeto em edifícios em alvenaria estrutural – estudo preliminar. Artigo – IV SIBRAGEC, I ELAGEC, Porto Alegre, 2005. RABELLO, Y.C.P. A concepção estrutural e a arquitetura. S. Paulo, Zigurate Editora, 2001. RIBEIRO, L.S. Análise de Custo de Diferentes Alternativas Estruturais Para Edifício de Múltiplos Pavimentos. Dissertação de (Mestrado) – CMEC-UFG. Goiânia, 2001. ROBIATI, M, B. Concepção e Análise de Estruturas de Edifício de Concreto Armado. Relatório final de Iniciação Científica - FAPESP, Universidade Estadual Paulista - Campus de Bauru/SP, UNESP, 2008. PEREIRA, R. L. Tipos de lajes. Notas de aula da disciplina de Construção Civil I. Pontifícia Universidade Católica de Goiás - PUC-GO.2012. 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