Análise comparativa de consumo de material de edifícios variando-se o fck da estrutura

Assunto

Sabendo-se do peso do setor da construção civil na economia, e a importante diminuição do custo das obras, mantendo-se a qualidade esperada, é de suma importância avaliar-se o projeto estrutural. É o projeto estrutural que determina as quantidades de consumo de materiais, como aço e concreto. Dispondo-se de um projeto arquitetônico bem definido aliado a um projeto estrutural de boa técnica, é possível proporcionar viabilidade econômica, eficácia e rapidez no canteiro de obra. Este artigo tem como objetivo avaliar ordens de grandeza da diminuição do consumo de aço e aço e concreto, variando-se o fck do concreto. Nos projetos analisados neste trabalho, foram mantidas as dimensões de lajes e vigas, por sofrerem poucas alterações no dimensionamento com alteração do fck. Em uma primeira análise foram mantidas as seções dos pilares, comparando o consumo de aço da edificação. Após esta análise, foram reduzidas as seções destes pilares, a fim de manter os valores de deslocamentos horizontais do edifício. Para cálculo da estrutura foi utilizado o programa EBERICK V6 GOLD. Para desenvolvimento do trabalho foram comparadas edificações: a) dois modelos de 12 pavimentos, com fck de 25, 35 e 50 MPa; b) dois modelos de 30 pavimentos, com fck de 25, 35 e 50 MPa. A apresentação dos resultados, quantitativos e das situações de cálculo propostas se dá de forma gráfica e com uso de tabelas, além da análise descritiva conclusiva para estes modelos.
Artigo

1 – Introdução

O setor da construção civil tem imenso peso na economia. Com o atual cenário econômico competitivo e a todo vapor, impulsionado principalmente pelo mercado da construção civil, sai na frente quem consegue diminuir o custo da obra, mantendo-se a alta qualidade esperada tanto pelo cliente/consumidor quanto pela concorrência, suficiente para acirrar a disputa pelo seu espaço no mercado e na economia. O que acontece é que para a diminuição do custo das obras mantendo a qualidade íntegra final, deve-se fazer avaliação dos projetos por ora contratados, realizando acompanhamento desde a fase de criação e desenvolvimento dos projetos.

Um projeto arquitetônico bem estudado e definido, por exemplo, com relação e especificações dos materiais a serem empregados, juntamente de um projeto estrutural com relação de materiais e quantitativo estudados previamente. As quantidades/consumos de materiais são determinadas pelo projeto estrutural, que geram os quantitativos de aço e concreto. Esses quantitativos representam cerca 20% do custo total da obra. A escolha dos projetos de boa técnica proporciona viabilidade econômica, além de eficácia e rapidez em obra. A evolução dos projetos arquitetônicos e da consolidação dos novos conceitos de gerenciamento de obras e qualidade das construções agrava a necessidade de soluções mais sofisticadas e racionais dos projetos estruturais. O avanço da tecnologia permitiu a produção de concretos de maiores resistências, e em conseqüência disto, abriu-se um leque de opções na área de cálculo das estruturas, modificando conceitos de projeto, deixando os projetistas com maiores propostas e alternativas de uso de materiais. Com esta evolução, o mercado imobiliário passou a estimular o uso de peças mais esbeltas, construções mais arrojadas; fato que também exigiu maiores desempenhos e maiores resistências para concretos empregados nas construções.

Estudos da variação do fck (resistência à compressão) do concreto, durante elaboração e desenvolvimento do projeto estrutural, conseguem avaliar a diminuição do consumo de aço ou aço e concreto. Como a diminuição do custo das obras está diretamente ligada com o consumo de materiais empregados nas obras, é de suma importância a análise dos quantitativos de concreto e aço. Este trabalho tem com objetivo avaliação de ordens de grandeza da minimização do consumo de aço e aço e concreto, variando-se o fck do concreto. São utilizados fck de 25, 35 e 50 MPa. A NBR 6118(2007)–Projeto de estruturas de concreto-Procedimento, regulamenta concretos de resistência de até 50 MPa.

Por este motivo, este trabalho contempla fck máximo de 50 MPa. As seções dos pilares foram reduzidas o máximo possível, sendo limitadas pelo seu dimensionamento e deslocamento horizontal no topo da estrutura. É importante a diminuição da seção dos pilares para ganho de áreas, principalmente nas garagens. No cálculo foi alterado fck de toda a estrutura, porém, foram mantidas as dimensões de lajes e vigas, e não foi estudado o consumo de aço; pois estes elementos sofrem poucas alterações no dimensionamento com a modificação do fck.

2 – Descrição das edificações

2.1 Modelo A

O modelo A refere-se a um edifício residencial composto por 03 apartamentos tipo em cada pavimento, e pé direito igual a 2,62 m. Para este estudo foi considerado um total de 12 pavimentos iguais, sendo a área do pavimento igual a 285,50 m2 e a área total de 3.426,00 m2. A figura 1 abaixo representa a planta de forma do modelo A.

2.2 Modelo B

Foi utilizado um projeto arquitetônico de edifício residencial, considerando para este estudo que a edificação possua 12 pavimentos, cada pavimento com área de 408,30 m2, totalizando 4.899,60 m2 de área construída. Edifício composto por 04 apartamentos tipo em cada pavimento e pé direito igual a 3,06 m. A figura 2 mostra a planta de forma do modelo B.

2.3 Modelo C

Edifício composto por 04 apartamentos tipo em cada pavimento, e uma área de 463,30 m2 por pavimento tipo. Para este estudo o modelo C possui 30 pavimentos, 2,75 m de pé direito, e uma área total de 13.899,00 m2. A figura 3 abaixo representa a planta de forma do modelo C.

2.4 Modelo D

Para o modelo D foi utilizado projeto arquitetônico de um edifício residencial composto por 04 apartamentos tipo por pavimento, e pé direito de 2,75 m. Para este estudo foi considerado um total de 30 pavimentos, sendo sua área total de 473,70 m2, e área total igual a 14.211,00 m². Edifício composto por 04 apartamentos tipo em cada pavimento. A figura abaixo representa a planta de forma do modelo D.

3 – Metodologia empregada

Os modelos já descritos (modelos A, B, C e D) foram dimensionados com concretos de fck 25, 35 e 50 MPa, com auxílio do programa EBERICK V6 GOLD. Primeiramente foi dimensionado o modelo A com fck igual a 25 MPa, gerando um consumo de aço e concreto. Mantendo-se as seções dos pilares, o mesmo modelo foi dimensionado com uso de concreto de fck 35 MPa, e em seguida com concreto fck igual a 50 MPa. Com a mesma metodologia do modelo A, foram dimensionados os modelos B, C e D. Ao final desta etapa, fez-se comparação dos consumos de aço e concreto dos modelos. Esses modelos são chamados de A1, B1, C1 e D1.

Na etapa seguinte os modelos foram dimensionados de forma a reduzir as seções dos pilares. O critério adotado para diminuição das seções foi pelas menores taxas de armadura, a fim de igualar os deslocamentos horizontais aos modelos A1-25, B1-25, C1-25 e D1-25. Esses modelos, com alterações das seções dos pilares, são chamados de A2, B2, C2 e D2. Quanto aos carregamentos, de acordo com a NBR 6120(1980) são utilizadas cargas acidentais de 1,5 kN/m2 para dormitórios, sala, copa, cozinha e banheiro, 2,0 kN/m2 para despensa, área de serviço e lavanderia, e 3,0 kN/m2 para as áreas comuns do pavimento tipo, como escadas e os halls de entrada. O vento foi calculado de acordo com a NBR 6123(1988) – Forças devido ao vento em edificações. É considerada para este estudo velocidade básica do vento, em todos os modelos, de 40m/s. A NBR 6118(2007) descreve que “Na análise estrutural deve ser considerada a influência de todas as ações que possam produzir efeitos significativos para a segurança da estrutura em exame, levando-se em conta os possíveis estados limites últimos e os de serviço.” Segundo AltoQi (www.altoqi.com.br/produtos/eberick/características), o dimensionamento dos pilares é feito pelo processo da linha neutra, que leva em conta, inclusive, a posição das armaduras. Por esse processo, são traçados diagramas de interação entre os momentos resistentes e solicitantes de cálculo, para cada combinação, tornando o dimensionamento mais seguro. Cita ainda que o dimensionamento das seções dos pilares e a escolha das armaduras podem ser feitos por pavimento ou por lance de pilar. O Eberick V6 GOLD utiliza dois processos para determinação dos efeitos locais de 2ª ordem, podendo ser feita por métodos aproximados. São eles: o Método do pilar-padrão com curvatura aproximada que calcula “e2” por este critério para pilares não retangulares; e o Método do pilar-padrão com rigidez k aproximada, que calcula “e2” por este critério para pilares retangulares.

4 – Resultados obtidos

Tabela 1 – Dimensões dos pilares do modelo A.

Tabela 2 – Dimensões dos pilares do modelo B.

Tabela 3 – Dimensões dos pilares do modelo C.

Tabela 4 – Dimensões dos pilares do modelo D.

Tabela 5 – Consumos de aço para os modelos A1, B1, C1 e D1.

Figura 5 – Consumos de aço para os modelos A1, B1, C1 e D1.

Tabela 6 – Consumos de aço e concreto para o modelo A.

Figura 6 – Consumos de aço e concreto para o modelo A.

Tabela 7 – Consumos de aço e concreto para o modelo B.

Figura 7 – Consumos de aço e concreto para o modelo B.

Tabela 8 – Consumos de aço e concreto para o modelo C.

Figura 8 – Consumos de aço e concreto para o modelo C.

Tabela 9 – Consumos de aço e concreto para o modelo D.

Figura 9 – Consumos de aço e concreto para o modelo D.

Tabela 10 – Resumo dos consumos de aço e concreto.

6 – Conclusões

A partir das tabelas com os resultados de consumo de aço e concreto para cada modelo, foram gerados gráficos considerando consumos de 100% para os modelos originais, ou seja, os modelos com uso de concreto de fck igual a 25 MPa. A redução do consumo de aço para os modelos sem diminuição de seção dos pilares variou de 28,1% a 35,9% para concreto de fck igual a 35 MPa, e de 31,8% a 42,5% para concreto de fck igual a 50 MPa, não havendo grandes diferenças entre os modelos de 12 para 30 pavimentos. Para os modelos com redução das seções dos pilares, com uso de concreto de fck igual a 35 MPa, obteve-se variação do consumo de aço de 19,9% a 30,1%; e variação do consumo de concreto 10,3% entre 15,9%. Já para os modelos com uso de concreto de fck igual a 50 MPa, a redução do consumo de aço variou de 33,3% a 44,1% e a redução de concreto variou de 20% a 31,4%. Nesta etapa, com os modelos com diminuição de seção dos pilares, também não se obteve grandes variações entre os modelos de 12 para 30 pavimentos. A redução do consumo de aço para os modelos com 50 MPa foi maior após a diminuição da seção dos pilares. Isso se deve ao fato de que nestes modelos sem redução dos pilares o dimensionamento resultou em armadura mínima preconizada pela NBR 6118(2207) – Projeto de estruturas de concreto armado. Como ordem de grandeza, a redução do consumo de aço para os modelos sem diminuição de seção dos pilares foi de aproximadamente 32% para fck 35 MPa, e 37% para fck 50 MPa. Enquanto que para os modelos com diminuição da seção dos pilares, a redução do consumo de aço foi de 25% e redução do consumo de concreto foi de 13% ambos para fck 35 MPa; a redução do consumo de aço foi de 39% e a redução do consumo de concreto foi de 26% para os modelos com fck 50 MPa.