ANÁLISE COMPARATIVA ENTRE SISTEMAS ESTRUTURAIS: laje maciça e laje nervurada
COMPARATIVE ANALYSIS BETWEEN STRUCTURAL SYSTEMS: slab solid and slab ribbed Thieres Rodrigues Otoni1, Edmundo Abi-Ackel2 1
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Graduando em Engenharia Civil pelo Centro Universitário Izabela Hendrix (CEUNI),
[email protected]
Doutorando em Engenharia Civil, docente do Centro Universitário Izabela Hendrix (CEUNI),
[email protected]
Recebido em: 11/06/2015 - Aprovado em: 05/07/2015 - Disponibilizado em: 15/07/2015
Resumo Este artigo teve como objetivo fazer um estudo comparativo entre o sistema estrutural com laje maciça e o sistema com laje nervurada cogumelo, apresentando como objeto de estudo um edifício de garagem. Cumpre ressaltar que para a realização da análise comparativa foi elaborado um projeto arquitetônico do edifício e os projetos estruturais foram realizados com o auxílio do programa Eberick. O presente trabalho parte do princípio que garagens carecem de lajes que alcançam grandes vãos para reduzir a quantidade de pilares. Foram feitas composições de custo para cada sistema com o objetivo de estimar o projeto mais viável economicamente, diante disso, o sistema com laje nervurada foi mais econômico em se tratando do custo total do edifício, portanto, pôde-se concluir que o sistema com laje nervurada cogumelo foi mais viável, não apenas pelo custo, más também por gerar menos resíduos, proporcionar melhor interação entre os projetos e ter maior produtividade. Palavras-chave: Sistema estrutural, laje maciça, laje nervurada e econômico. Abstract This article aimed to make a comparative study between the structural system with massive slab and the system with ribbed mushroom slab, presenting as study object a garage house. Fulfills emphasize that for the realization of comparative analysis was elaborated an architectural the 125 v. 1, n. 1, p. 125-154, jan./jul. 2015
building project and the Structural projects were performed with the aid of Eberick program. The present work part of principle which garages lack slabs that reach large spans to reduce the amount of pillars. Cost of compositions were made for each system with the objective of estimating the most viable project economically, before addition, the system with ribbed slab was more economical in if treating of the total cost of the building therefore it could be concluded that the system with slab ribbed mushroom was more viable, not just at cost, bad also by generate less waste, provide better interaction between projects and have higher productivity. Keywords: Structural system, slab, ribbed slab and economic.
1 Introdução A responsabilidade do Engenheiro projetista é encontrar, dentre diversas alternativas, o melhor sistema estrutural para as características da edificação em estudo, pois a escolha correta de um sistema estrutural é muito importante sob o ponto de vista do custo e da funcionalidade (CHAVES, 2003). Os softwares que são utilizados como ferramentas para cálculos estruturais auxiliam no processo de análise de projeto e na escolha do melhor sistema estrutural para cada modelo de projeto arquitetônico, dentro de suas particularidades (SPOHR, 2008). Mesmo com todo avanço no desenvolvimento de programas de cálculo estrutural, cabe sempre ao projetista conceber e definir a melhor estrutura para cada situação e, para tanto, precisa ter domínio com relação ao comportamento estrutural e fazer previsões de dimensões para que o desenvolvimento do projeto auxiliado pelo programa de computador resulte em uma estrutura segura, racional, funcional e econômica (CARVALHO e PINHEIRO, 2013). Um dos sistemas mais tradicionais, a laje maciça, que é composta por vigas e pilares, pode ser uma boa opção por obter lajes e vigas de pequenas dimensões, claro se for bem adaptada ao projeto arquitetônico (FARIA, 2012). Por outro lado, o sistema de laje nervurada, tem como aspecto fundamental a prática de reutilização dos materiais, sendo que as cubas, guias e escoras são reutilizadas e tem o processo de desenforma acelerado, além disso, elimina a necessidade da utilização de madeiras na montagem das fôrmas (FARIA, 2012). As fôrmas constituídas por materiais sintéticos, no caso as cubetas, fôrmas plásticas, proporcionam certa facilidade para a mão de obra, tem grande capacidade de reutilização, e estão disponíveis tanto para locação como para compra, a critério da obra (GRAZIANO, 2005). “Lajes nervuradas são as lajes moldadas no local ou com nervuras pré-moldadas, cuja zona de tração para momentos positivos está localizada nas nervuras entre as quais pode ser colocado material inerte” segundo o item 14.7.7 da NBR 6118, (ABNT, 2003, p.86). 126 v. 1, n. 1, p. 125-154, jan./jul. 2015
Pinheiro e Razende (2003) consideram que com as evoluções arquitetônicas, que forçaram o aumento dos vãos, e o alto custo das madeiras tornaram as lajes maciças desfavoráveis economicamente, na maioria dos casos. Sendo assim, as lajes nervuradas podem surgir como uma das alternativas. As lajes nervuradas exigem uma altura aproximadamente 50 % maior do que seria necessário para as lajes maciças. Além de ter um consumo menor de concreto devido aos espaços vazios entre as nervuras, proporciona redução do peso próprio da estrutura, tornando-se uma solução mais econômica para lajes com vãos superiores a 8 metros (ARAÚJO, 2014). Já Carvalho e Filho (2013), destacam que as fôrmas representam grande parcela do custo final da estrutura, principalmente se tratando de laje maciça. Porém, quando os números de pavimentos iguais se repetem, o custo diminui consideravelmente, pois os jogos de fôrmas e escoramentos podem ser utilizados por várias vezes. As lajes nervuradas podem representar uma economia de concreto e aço na estrutura podendo variar de 17 % até 54 % conforme comparativo realizado entre diversos modelos de moldes para as lajes nervuradas. Ainda se falando do aspecto econômico, a laje nervurada com cogumelo, constituída por capitéis apoiados diretamente nos pilares sem utilização de vigas ou faixas, é um tipo de solução estrutural que gera maior produtividade na obra durante a montagem da fôrma e escoramento da laje, por haver somente um nível horizontal (ATEX, 2015). O mercado de trabalho está cada vez mais, buscando Engenheiros responsáveis ambientalmente e que se importam com a racionalização dos materiais gerados pela construção civil. E no ponto de vista ambiental, o sistema de laje nervurada possibilita a redução na geração dos resíduos e no consumo de matérias-primas, se tornando um fator relevante na escolha do sistema estrutural (BRASKEM, 2015). O objetivo principal da pesquisa foi fazer uma análise comparativa entre dois sistemas estruturais, sendo as lajes nervuradas e as lajes maciças, buscando encontrar a melhor opção para o projeto arquitetônico adotado para análise, levando em consideração o que representa o melhor custo/benefício.
2 Metodologia Para análise comparativa entre os sistemas estruturais, primeiramente foram realizados dois projetos arquitetônicos, com dimensões totais de 25,40 x 25,38 (m), sendo 644,65 m² de piso para cada pavimento em ambos os projetos. As distribuições das vagas de veículos foram feitas de 127 v. 1, n. 1, p. 125-154, jan./jul. 2015
maneiras diferentes para cada sistema devido os pilares terem locações distintas, com isso, foram previstas 40 vagas, com dimensões conforme na figura 1.
Figura 1 – Dimensões das vagas de veículos. Fonte: Os autores, 2015.
As figuras 2 e 3 são representadas pelos projetos arquitetônicos, com as distribuições das vagas e as projeções dos elementos estruturais.
Figura 2 – Projeto arquitetônico (laje maciça). Fonte: Os autores, 2015.
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Figura 3 – Projeto arquitetônico (laje nervurada cogumelo). Fonte: Os autores, 2015.
O edifício de garagem foi dimensionado contemplando dois pavimentos cobertos, sendo o 1º pavimento (garagem G1) e 2º pavimento (garagem G2) e também foi considerado um pavimento descoberto, ou seja, pilotis (terraço), área acima da garagem, destinada para lazer conforme pode ser visto melhor na figura 4. Em seguida, foram definidos os elementos de cada sistema para o projeto adotado. Sendo que para a estrutura com laje maciça os elementos estruturais adotados foram: pilares, vigas e lajes. Ou seja, sistema convencional, conforme mostrado na figura 4. Já para a estrutura com laje nervurada, conforme pode ser visto na figura 5 foram adotados como elementos estruturais: pilares, capitéis, vigas de bordo e laje nervurada. Ou seja, laje nervurada cogumelo, sem utilização de vigas ou faixas, apoiada diretamente nos pilares. Vale ressaltar que em ambos os sistemas, foram consideradas estruturas de concreto armado moldada no local com fundação de blocos sobre estacas.
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Figura 4 – Vista em perspectiva do sistema com laje maciça. Fonte: Os autores, 2015.
Figura 5 – Vista em perspectiva do sistema com laje nervurada. Fonte: Os autores, 2015.
Como a laje nervurada tem a capacidade de suportar vãos maiores que a laje maciça, nessa análise comparativa definiu-se por reduzir a quantidade de pilares no sistema com laje nervurada. Com isso, o modelo estrutural com laje maciça foi projetado com 36 lances de pilares, já o modelo com laje nervurada cogumelo foi projetado com 30 lances de pilares. Pode-se verificar na figura 6, no projeto em 3D, com vista lateral do edifício, que a estrutura com laje maciça conta com linhas de seis pilares. Já na figura 7 pode ser visto que a
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estrutura com laje nervurada foi projetada com linhas de cinco pilares. Portanto, em cada linha de pilares foi reduzido um lance de pilar, totalizando na redução de seis lances de pilares.
Figura 6 – Vista lateral do sistema com laje maciça. Fonte: Os autores, 2015.
Figura 7 – Vista lateral do sistema com laje nervurada. Fonte: Os autores, 2015.
Para implantação do projeto, adotou-se a cidade de Belo Horizonte/MG, considerando o terreno em local aberto em nível ou aproximadamente em nível, com poucos obstáculos isolados, tais como árvores e edificações com pequenas alturas. Posteriormente, após definição do projeto arquitetônico e dos sistemas estruturais, adotouse o software Eberick V8 Gold (AltoQi, Brasil) para realização do projeto estrutural. O programa atende as diversas necessidades de projeto com base nos parâmetros exigidos pela NBR 6118 (ABNT, 2014). Em seguida, foram realizadas três etapas, consideradas base para elaboração do projeto, conforme abaixo: • Lançamento dos dados do projeto: todos os dados de entrada definidos pelo usuário são lançados no programa; • Processamento da estrutura: o programa calcula a armadura dos elementos e faz as verificações;
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• Análise e dimensionamento dos elementos estruturais: o usuário avalia os resultados de cada elemento a fim de verificar alguma anormalidade e faz correções de dimensionamento ou de lançamento de dados e processa a estrutura novamente.
2.1 Lançamento dos dados do projeto
A massa específica do concreto armado, para efeito de cálculo, foi considerada de 2500 kgf/m³. Para o aço foi adotado o valor de 7850 kgf/m³. Para laje maciça foi considerado 12 cm de espessura, vigas de 20x50, 25x60 e 30x60 (cm). Já para laje nervurada foi adotado 25 cm de espessura para a laje e os capiteis, as nervuras com largura de 12,5 cm e com cubas de 80x80 (cm) de eixo a eixo das nervuras. Para os dois casos foram adotados pilares de 20x60 e 20x50 (cm). Todas as lajes suportam veículos de peso total maior que 30 KN, conforme o item 13.2.4.1 da NBR 6118 (ABNT, 2003). Para o piso do pilotis foi adotado carga permanente de 200 kgf/m² (revestimento com impermeabilização) e carga acidental de 300 kgf/m² (terraço com acesso ao público), já para o piso do 2º pavimento foi adotada somente a carga acidental de 300 kgf/m² (garagens e estacionamento). Para melhor visualização, esses valores são mostrados na figura 8. Todas as cargas permanentes foram referenciadas pela tabela 2 da NBR 6120 (ABNT, 1980).
Figura 8 – Cargas permanentes e acidentais nas lajes. Fonte: Os autores, 2015.
Nas paredes de fechamento do 1º e 2º pavimento, foram consideradas cargas de paredes nas vigas de bordo com valor de 1300 kgf/m³ (peso específico do tijolo furado), conforme a tabela 2 da NBR 6120 (ABNT, 1980).
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Para o vínculo entre os elementos todas as lajes maciças foram engastadas e todas as vigas que se apóiam em outras vigas rotuladas. A classe de agressividade ambiental acatada foi II (moderada), característica de zonas urbanas, definida conforme o item 6.4 da NBR 6118 (ABNT, 2003). Para a umidade relativa do ar foi respeitado o valor de 70 % e o cobrimento nominal para as armaduras dos elementos foi estabelecido através dos parâmetros da tabela 7.2 da NBR 6118 (ABNT, 2003). Para o projeto estrutural considerou-se a resistência à compressão do concreto igual a 30 MPa, com início de carregamento aos 28 dias. O tempo de vida útil previsto para a estrutura foi de 50 anos. Na figura 9 podem ser vistos os valores adotados para configurações de vento, estes que foram baseados na localização do terreno e na altura do edifício. Para a rugosidade do terreno foi considerado o valor conforme estabelecido no item 5.3.1 da NBR 6123 (ABNT, 1988). Já o valor para o fator estatístico foi definido o grupo 2 com S3 igual a 1,0, conforme o item 5.4 da tabela 3 da NBR 6123 (ABNT, 1988).
Figura 9 - Configurações de vento. Fonte: Eberick, 2015.
O agregado graúdo utilizado tem diâmetro máximo de 19 mm (brita 1) e o vibrador tem diâmetro máximo de 30 mm. Conforme a figura 10 pode-se verificar as especificações das estacas selecionadas para o projeto. Os dados inseridos foram baseados na tabela da página 39 das notas de aula
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(CONSTÂNCIO, 2004), referente às cargas de trabalho das estacas escavadas com perfuração mecanizada.
Figura 10 – Estacas dos blocos. Fonte: Eberick, 2015.
2.2 Processamento da estrutura
Após a configuração dos dados de entrada do projeto e lançamento dos elementos da estrutura, foi realizado o processamento da estrutura a fim de calcular os esforços e deslocamentos do projeto através de uma análise estática linear do modelo de pórtico espacial. Foram contempladas as seguintes etapas: • Construção do modelo estrutural: o programa verificou todos os dados e montou o sistema de equações da estrutura; • Cálculo dos painéis de lajes: foram calculadas as lajes de cada pavimento do projeto, conforme o modelo de cálculo escolhido; • Processamento do pórtico espacial: “Modelo completo de cálculo, com a estrutura calculada espacialmente, considerando os efeitos horizontais e efetuando as verificações de estabilidade global” (KOERICH, 2009, p.144).
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2.3 Análise e dimensionamento dos elementos estruturais
Logo após o processamento da estrutura, a análise e dimensionamento dos elementos estruturais foram realizados através do cálculo com o modelo de pórtico espacial. O programa realizou o dimensionamento dos elementos estruturais pelo estado limite último (ELU) e a verificação foi realizada pelos estados limites de serviços (ELS). Define-se ELU como “estado limite relacionado ao colapso, ou a qualquer outra forma de ruína estrutural, que determine a paralisação do uso da estrutura”, conforme o item 3.2.1 da NBR 6118 (ABNT, 2003, p.4). Para o ELS, define-se que “a estrutura não atinge seu estado de ruína, mas atinge a perda de sua utilização real por grandes recalques, grandes deformações, grandes trincas que permitem uma corrosão crescente da armadura” (BOTELHO e MARCHETTI, 2002, p.146). Nessa etapa, como é uma das mais importantes na elaboração do projeto estrutural, pois consiste em interpretar e refinar os resultados obtidos pelo programa, cada elemento foi analisado a fim de verificar os possíveis problemas de lançamento, dimensionamento e armadura, com objetivo de obter uma visão particular de cada elemento da estrutura (vigas, pilares, lajes, capitéis e blocos sobre estacas). Durante essa fase, foi possível verificar os elementos que não foram calculados por não atender ao ELU. Além disso, os elementos não incluídos no resumo devido aos erros e os avisos foram detectados pelo software. Avisos são “indicações de detalhes de lançamento ou detalhamento que devem ser observado pelo usuário, mas não constituem erros dimensionamento ao ELU” (JOSENEI, 2012, p.19). Já os elementos não incluídos no resumo “significa que justamente esses elementos tiveram problemas de dimensionamento e não foram contabilizados” (JOSENEI, 2012, p.19). Entretanto, o programa também forneceu alguns recursos para encontrar as possíveis causas dos problemas. Sendo assim, foram realizadas as devidas correções, de modo que, foi necessário realizar o reprocessamento da estrutura por diversas vezes até que todos os erros fossem corrigidos. Nessa etapa foi necessário alterar dimensões de alguns elementos e também aumentar a espessura da laje nervurada com o objetivo de alcançar a melhor estabilidade da estrutura. Por esse processo, durante os reprocessamentos da estrutura também foi feita a análise global dos resultados, que incluiu três etapas, sendo elas: verificação do coeficiente gama-z, avaliação do pórtico deformado e avaliação dos deslocamentos horizontais.
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A partir dos resultados obtidos para os esforços e deslocamentos do pavimento, foi definido o modelo estrutural adotado, já que os deslocamentos maiores foram reduzidos através das alterações dos elementos estruturais. Contudo, obteve-se o detalhamento das armaduras de todos os elementos com todos os detalhes construtivos e de dobramento do aço, contemplando o resumo dos materiais empregados. Para realização da comparação quantitativa entre o sistema estrutural com laje maciça e o sistema com laje nervurada cogumelo, primeiramente, foram definidos, cinco partes do processo consideradas base para realização do orçamento do projeto (aço, concreto, fôrma, escavação e estacas), sendo que a fundação foi contemplada por influenciar diretamente no custo da obra quando se trata de diferentes modelos estruturais. Por fim, foram feitos estudos comparativos de custos entre os sistemas estruturais, para isso foi utilizada a tabela de composição de custos do Sistema Nacional de Pesquisa de Custos e Índices da Construção Civil (SINAPI), elaborada pela Caixa Econômica Federal (C.E.F.) em parceria com o Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE), com valores previstos para a cidade de Belo Horizonte, com referência em março de 2015. Importante salientar, que para todos os custos adotados, os serviços foram considerados prontos, ou seja, com fornecimento de materiais, mão de obra e locação de equipamentos.
3 Resultados e discussão
Conforme os resultados do comportamento estrutural de cada modelo e através do resumo dos materiais, a seguir foram feitas comparações entre os sistemas estruturais de concreto armado com laje maciça (convencional) e o sistema de laje nervurada cogumelo (sem vigas e faixas). Nas figuras 11 e 12, são mostrados os projetos de fôrmas gerados pelo programa Eberick para cada modelo estrutural.
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Figura 11 – Projeto de fôrma (sistema convencional). Fonte: Os autores, 2015.
Figura 12 – Projeto de fôrma (sistema laje nervurada cogumelo). Fonte: Os autores, 2015.
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3.1 Análise de 1ª ordem – Processo de pórtico espacial Conforme demonstrado na tabela 1 foi realizado um comparativo dos resultados obtidos através do programa Eberick das cargas verticais entre o sistema estrutural com laje maciça em relação ao sistema com laje nervurada. Carvalho e Pinheiro (2013) destacam que uma das vantagens do sistema com laje nervurada é diminuir o peso próprio da estrutura. Tabela 1 – Cargas verticais Unidad e
Descrição
Laje Nervurad Maciça a
Peso próprio
tf
718,42
571,66
Permanente + acidental
tf
645,27
645,27
Peso total da estrutura
tf
1.363,69
1.216,93
Área aproximada
m²
1.289,30
1.289,30
kgf/m²
1.057,70
943,87
Relação (carga/área) Fonte: Os autores, 2015.
Na tabela 2 podem ser observados os resultados gerados pelo programa de influência do vento no deslocamento horizontal dos dois modelos estruturais analisados, sendo possível consultar o limite permitido conforme a fórmula definida para movimento lateral de edifícios (H/1700) da tabela 13.2 de limites de deslocamentos da NBR 6118 (ABNT, 2003). Tabela 2 – Deslocamento horizontal Direção Eixo X Eixo Y
Maciça 0,02 cm 0,01 cm
Laje Nervurada 0,04 cm 0,02 cm
Limite 0,43 cm 0,43 cm
Fonte: Os autores, 2015.
Através da tabela 3 foram representados os resultados de rigidez da estrutura, tanto para o sistema com laje maciça quanto para o sistema com laje nervurada, comparando-os, ao limite estabelecido no item 15.4.2 da NBR 6118 (ABNT, 2003). Para Bittencourt e França (2001), a
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estrutura pode ser considerada de nós fixos se for obedecida a condição do coeficiente gama-z ≤ 1,1, sendo que assim é possível desconsiderar os efeitos de 2ª ordem. Tabela 3 – Coeficiente gama-z Direção Eixo X Eixo Y
Maciça 1,05 1,05
Laje Nervurada 1,09 1,06
Limite nós fixos 1,10 1,10
Fonte: Os autores, 2015.
A seguir, nas figuras 13 e 14, são mostrados os resultados de deslocamentos através da analogia de grelha das lajes, sendo possível verificar na legenda ao lado direito, os valores mínimos e máximos encontrados de deslocamentos, além disso, analisar os locais da laje mais influenciados.
Figura 13 – Analogia de grelha da laje maciça. Fonte: Os autores, 2015.
Figura 14 – Analogia de grelha da laje nervurada cogumelo. Fonte: Os autores, 2015.
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Nas figuras 15 e 16, são mostrados os resultados obtidos de deslocamentos da estrutura através do modelo de pórtico espacial dos dois sistemas. Na legenda é possível verificar os valores mínimos e máximos de deslocamentos, e na figura, podem ser analisados os locais da estrutura mais influenciados.
Figura 15 – Modelo de pórtico espacial do sistema com laje maciça. Fonte: Os autores, 2015.
Figura 16 – Modelo de pórtico espacial do sistema com laje nervurada. Fonte: Os autores, 2015.
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3.2 Resumo de materiais 3.2.1 Comparação quantitativa
Na tabela 4 são comparadas as quantidades para cada sistema, sendo possível verificar em que serviço o sistema utilizou menos materiais através da representação em percentual. Tabela 4 – Comparativo de quantidades Sistema estrutural Serviço (material e mão de obra)
Laje maciça (convencional) Quantidade
Peso do aço (kg) Volume de concreto (m³) Área de fôrma (m²) Volume de escavação (m³) Profundidade das estacas (m)
Laje nervurada cogumelo
%
Quantidade
%
21.121,10
79%
26.686,10
100%
287,00
100%
234,80
82%
2.366,20
100%
1.801,98
76%
40,80
100%
36,80
90%
486,00
100%
414,00
85%
* Valor de referência = 100% Fonte: Os autores, 2015.
Através do consumo de concreto e aço conforme consultado na tabela 4, a taxa de armadura do sistema com laje maciça foi de 73,59 kg/m³ e na laje nervurada cogumelo foi de 113,65 kg/m³. Para Chaves et al (2003), as taxas de aço para estruturas com lajes nervuradas sem vigas variam de 80 a 120 kgf/m³. Para comparativo das estacas foi adotada uma profundidade média de 6 metros para cada estaca, sendo assim, como as fundações foram dimensionadas com diferentes quantidades de estacas, obteve-se o comprimento total para cada sistema. Na sequência, na figura 17, foi comparada a quantidade de aço necessária para os projetos. Já figura 18 foi feito uma comparação entre o volume de concreto.
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Figura 17 – Comparativo do peso do aço Fonte: Os autores, 2015.
Figura 18 – Comparativo do volume de concreto Fonte: Os autores, 2015.
“A solução com laje nervurada reduz o consumo de concreto. Porém, para ser mais econômica que a laje maciça, o consumo de fôrmas não deve ser alto” (CARVALHO e PINHEIRO, 2013, p.16). Na figura 19 pode ser visto o consumo obtido de fôrma para cada sistema.
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Figura 19 – Comparativo da área de fôrma Fonte: Os autores, 2015.
Para a fundação, foram realizadas duas comparações, sendo que na primeira, representada pela figura 20, foi com relação ao volume previsto para escavação dos blocos e cintas e na segunda, representada pela figura 21, sendo analisada a profundidade total prevista de perfuração do solo.
Figura 20 – Comparativo do volume de escavação da fundação rasa Fonte: Os autores, 2015.
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Para Carvalho e Pinheiro (2013), quando se utiliza lajes nervuradas sem vigas, além de diminuir o peso próprio da estrutura e o consumo de concreto, as cargas nos pilares são reduzidas, aliviando as fundações e tornando-as mais econômicas.
Figura 21 – Comparativo da profundidade total das estacas Fonte: Os autores, 2015.
3.2.2 Comparação do custo
Conforme dados da tabela 5 pode-se averiguar o custo previsto para cada serviço e também, o percentual que cada serviço representa com relação ao valor total de cada sistema estrutural. Tabela 5 – Comparativo de custo dos sistemas por serviço. SISTEMA ESTRUTURAL SERVIÇO AÇO CONCRETO FÔRMA FUNDAÇÃO VALOR TOTAL
LAJE MACIÇA R$ 150.300,28 R$ 102.855,06 R$ 156.169,20 R$ 21.370,86 R$ 430.695,40
35% 24% 36% 5%
LAJE NERVURADA R$ 173.890,72 R$ 84.147,62 R$ 94.287,18 R$ 18.323,64
100% R$ 370.649,16
47% 23% 25% 5% 100%
Fonte: Os autores, 2015.
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Os custos de fôrma de uma estrutura de concreto armado incidem em torno de 40 % do valor total, o que requer um estudo apurado do projeto da edificação com a finalidade de se obter uma maior economia e redução na geração de materiais (GIONGO, 2007). Na figura 22, demonstra-se claramente a grandeza dos valores previstos para cada serviço conforme dados da tabela 5, sendo possível avaliar onde cada sistema se torna mais econômico. Já na figura 23, foi feito um comparativo do valor total previsto para cada sistema estrutural.
Figura 22 – Comparativo de custo para cada serviço Fonte: Os autores, 2015.
Spohr (2008) em sua análise comparativa entre sistemas estruturais para a dissertação de mestrado, concluiu que o sistema que apresentou o menor custo final foi o de lajes lisas nervuradas, apresentando uma redução de 18,1 % em relação ao sistema tradicional com lajes maciças.
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Figura 23 – Comparativo do custo total de cada sistema estrutural Fonte: Os autores, 2015.
4 Considerações finais
Através dos resultados apresentados, a estrutura com laje nervurada cogumelo obteve um peso próprio menor, conforme mostrado na tabela 1, apresentando uma redução de 20,43 % em relação ao sistema com laje maciça, este sistema que conta com o acréscimo de seis pilares e também com vigas de apoio entre as lajes, fato estes, que não foram considerados na laje nervurada, sendo assim, por ter redução de elementos estruturais e por possuir lajes com espaços sem preenchimento entre as nervuras, o sistema obteve uma estrutura mais leve. No comparativo de quantidades o sistema com laje nervurada obteve um consumo maior somente de aço. Entretanto, na quantidade de concreto, fôrma e fundação, foram previstos consumos menores se comparado ao sistema convencional. Os custos por serviços para cada sistema seguiram a mesma analogia do consumo dos materiais. Com isso, o sistema com laje maciça apresentou um redução no consumo de aço de 13,57 % se comparado ao sistema com laje nervurada cogumelo, porém, este sistema obteve custos
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menores para os demais serviços, apresentando redução de custo de 18,19 % de concreto, 39,62 % de fôrma e 14,26 % de fundação em relação ao sistema convencional. Apesar do tempo de execução não ter sido comparado nesta análise, vale ressaltar, que é também um aspecto importante que deve ser analisado antes de definir o modelo estrutural, pois a mão de obra para execução dos serviços de lajes nervuradas qualificada não é encontrada como no sistema convencional, por ter carência de profissionais treinados e qualificados. Entretanto, conforme comparativos realizados pela empresa ATEX Brasil (2015), o sistema de laje nervurada cogumelo gera mais produtividade por possuir somente um plano horizontal. Outro fator que também deve ser levado em consideração é com relação à compatibilidade dos projetos estruturais com os projetos de instalações, sendo que como no caso estudado, em pavimentos de garagem com terraço descoberto acima, o sistema com laje nervurada proporciona melhor interação com o sistema de instalações, sendo que neste caso, não há necessidade de deixar visitas e ou fazer furos nas vigas para passagens de tubos do sistema hidráulico e elétrico. Na comparação do custo total entre os dois sistemas estruturais, foi constatado que o modelo com laje nervurada cogumelo, por precisar de uma quantidade menor de materiais para construção da estrutura, manteve esse aspecto na composição do custo, tornando-a mais econômica, conforme mostrado na figura 23, apresentando uma redução de custo de 13,94% em relação ao sistema com laje maciça (convencional). Vale salientar, que para definir qual o melhor modelo estrutural é necessário fazer um estudo de caso para cada tipo de obra para verificar o custo total da estrutura e analisar possíveis interferências entre projetos. Contudo, pôde-se concluir que nesta análise comparativa o modelo mais viável foi o sistema com laje nervurada cogumelo, não apenas pelo fator financeiro, sendo que ele foi mais econômico, más também, devido ao fato desse sistema reduzir a geração de resíduos, proporcionar melhor interação entre os projetos e por gerar maior produtividade na execução.
5 Referências ARAÚJO, J.M. Curso de concreto armado. v.4. 4.ed. Rio Grande: Dunas, 2014. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (ABNT). NBR 6118 - Projeto de estruturas de concreto – Procedimento. Rio de Janeiro, 2003. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (ABNT). NBR 6120 - Cargas para o cálculo de estruturas de edificações. Rio de Janeiro, 1980.
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ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (ABNT). NBR 6123 - Forças devidas ao vento em edificações. Rio de Janeiro, 1988. ATEX Brasil. Tabela comparativa: Laje nervurada ATEX x laje maciça. Lagoa Santa, 2015. BITTENCOURT, T.N.; FRANÇA, R.L.S. Exemplo de um Projeto Completo de Edifício de Concreto Armado. Notas de aula, Pontifícia Universidade Católica de São Paulo. São Paulo, 2001. BOTELHO, M.H.C.; MARCHETTI, O. Concreto Armado Eu Te Amo. 3ed. São Paulo: Blücher, 2002. BRASKEM. Catálogo de produtos Braskem: Soluções em plástico para a construção. São Paulo, 2015. CAIXA ECONÔMICA FEDERAL (C.E.F.); INSTITUTO BRASILEIRO DE GEOGRAFIA E ESTATÍSTICA (IBGE). Tabela de composição de custos: SINAPI - Sistema nacional de pesquisa de custos e índices da construção civil. Referência: Março. Belo Horizonte, 2015. CARVALHO, R.C.; FILHO, J.R.F. Cálculo e detalhamento de estruturas usuais de concreto armado. 3ed. São Carlos: EdUFSCar, 2013. CARVALHO, R.C.; PINHEIRO, L.M. Cálculo e detalhamento de estruturas usuais de concreto armado. v2. 2ed. São Paulo: Pini, 2013. CHAVES, C. et al. Manual Estruturas de Concreto Armado. 1ed. São Paulo: ABCP, 2003. CONSTANCIO, D. Fundações profundas: Estacas. Notas de aula. Americana, 2004. FARIA, R. Molde ideal: Soluções convencionais dividem mercado com novas tecnologias de fôrmas para lajes. Revista Téchne, São Paulo: Pini, nº 183, p.48-53, 2012. GIONGO, J.S. Concreto armado: Projeto estrutural de edifícios. Apostila, Universidade Federal de São Carlos: São Carlos, 2007. GRAZIANO, F.P. Projeto e execução de estruturas de concreto armado. 1ed. São Paulo: O Nome da Rosa Editora, 2005. JOSENEI, J.S. Guia prático Eberick: Projeto Estrutural em Concreto Armado e Gerenciador de Arquivos com QiCAD. Florianópolis, 2012. KOERICH, R.B. Curso básico Eberick: Projeto Estrutural em Concreto Armado. Material didático. Florianópolis, 2009. PINHEIRO, L.M.; RAZENTE, J.A. Fundamentos do concreto e projeto de edifícios. Apostila, Universidade Federal de São Carlos: São Carlos, 2007. SPOHR, V.H. Análise comparativa: Sistemas estruturais convencionais e estruturas de lajes nervuradas. Dissertação (Mestrado) - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil, Universidade Federal de Santa Maria: Santa Maria. 2008.
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Anexo 1 – Relatórios complementares de cálculo Tabela 6 – Relatório de cargas nas fundações – Laje maciça
Fonte: Os autores, 2015.
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Tabela 7 – Relatório de cargas nas fundações – Laje nervurada
Fonte: Os autores, 2015.
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Figura 24 – Projeto de fundações do sistema com laje maciça Fonte: Os autores, 2015.
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Anexo 2 – Relatórios de composição de quantidades Tabela 8 – Comparativo do custo total de cada sistema estrutural Resumo de Materiais - Sistema estrutural com laje maciça Pavimento
Elemento Vigas Pilares
Pilotis Lajes Total Vigas Pilares 2º pavimento Lajes Total Vigas Pilares 1º pavimento Fundações Total
Peso do aço +10 % (kg)
Volume de concreto (m³)
Área de Consumo de forma (m²) aço (kg/m³)
2.567,80
42,10
445,80
60,99
1.056,50
12,40
165,90
85,20
6.781,10
68,60
571,40
98,85
10.405,40
123,10
1.183,10
84,53
2.188,80
42,10
445,80
51,99
976,90
12,40
165,90
78,78
5.612,50
68,60
571,40
81,81
8.778,20
123,10
1.183,10
71,31
867,10
25,70
214,40
1,60
856,10
13,50
1.937,60
40,80
-
33,74 134,00
-
63,41
-
47,49
Fonte: Os autores, 2015.
Tabela 9 – Comparativo do custo total de cada sistema estrutural Resumo de Materiais - Sistema estrutural com laje nervurada cogumelo Pavimento
Pilotis
Elemento
Peso do aço +10 % (kg)
Volume de concreto (m³)
Área de forma (m²)
Consumo de aço (kg/m³)
Vigas
727,10
12,20
142,20
59,60
Pilares
690,70
10,10
135,90
68,39
Lajes
13.718,00
76,70
36,14
178,85
Total
15.135,80
99,00
314,24
152,89
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2º pavimento
1º pavimento
Vigas
743,90
12,20
142,20
60,98
Pilares
747,30
10,10
135,90
73,99
Lajes
8.411,70
76,70
36,14
109,67
Total
9.902,90
99,00
314,24
100,03
Vigas
890,80
25,40
-
35,07
Pilares
165,90
1,20
-
138,25
Fundações
590,70
10,20
-
57,91
1.647,40
36,80
-
44,77
Total Fonte: Os autores, 2015.
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Anexo 3 – Relatórios de composição de custos Tabela 10 – Comparativo do custo total de cada sistema estrutural
Fonte: Os autores, 2015.
Tabela 11 – Comparativo do custo total de cada sistema estrutural
Fonte: Os autores, 2015.
154 v. 1, n. 1, p. 125-154, jan./jul. 2015
