PA Ed. Final Enfim!

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    28-Dec-2015

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PROJETO APLICADO II INSTITÚTO POLITÉCNICO – CENTRO UNIVERSITÁRIO UNA Laje Nervurada Bidirecional de poliestireno CURSO: Engenharia Civil Professor: Osvaldo Sena Guimarães Aline Vieira, Carolina Nogueira, Cláudio Dias, Gabriela dos Santos, Hudson Venturim, Patrícia Assunção De Carvalho, Rafael da Gama e Ronan Soares. Resumo - Tornar os processos cada vez mais rápidos, econômicos e sustentáveis tem sido a ambição dos diversos âmbitos da sociedade, na construção civil não é diferente. As estruturas se adaptam cada vez mais as nossas necessidades. Dos sistemas construtivos em ascensão, está presente a laje nervurada de poliestireno que nos propicia sustentação de grandes cargas e aumento de vãos livres. Esse estudo aponta, a partir de pesquisas bibliográficas, textos científicos e estudos de viabilidade, as principais características e benefícios da laje nervurada com preenchimento de poliestireno em comparação com a laje maciça e para quais situações são indicadas. Palavras-chave: laje nervurada, laje maciça, técnicas construtivas. 1. Introdução Laje é uma estrutura laminar plana e horizontal apoiada em vigas e pilares que divide os pavimentos de uma edificação. Há predominância de duas dimensões: comprimento e largura sobre a espessura. As forças aplicadas na laje são transmitidas para as vigas e pilares e é diferenciada de outros elementos estruturais planos devido ao carregamento que atua na laje ser perpendicular ao plano médio. O material mais comumente utilizado é o concreto armado. (SILVA, 2010) O primeiro registro oficial do uso de lajes em construção civil foi em 1854 pelo inglês William Boutland Wilkinson (1819-1902) na construção de uma casa de dois pavimentos de alvenaria com reforço nos planos de concreto com barras de ferro e arames. (SILVA, 2010). O invento de Wilkinson avançou em direção a outro esquema de lajes que consistia em uma série de blocos de gesso que funcionavam como caixões perdidos que serviam de suporte para colocar concreto de maneira uniforme, moldando uma série de nervuras com um plano de laje na parte superior, surgia a laje nervurada. Conforme NBR 6118, “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”. Este artigo tem por objetivo apresentar o funcionamento e aplicação da laje nervurada bidirecional com enchimento de poliestireno, bem como verificar as vantagens e desvantagens da sua utilização, uma vez que a técnica é uma opção para se vencer grandes vãos. E como objetivos específicos têm-se: Comparar a laje nervurada com outros métodos convencionais e analisar sua viabilidade econômica. 2. Revisão Bibliográfica 2.1. Laje nervurada de Poliestireno O que difere as lajes nervuradas das lajes convencionais é a presença de nervuras e diminuição do volume de concreto na região tracionada, onde poderá ocorrer o emprego de materiais de enchimento, suavizando assim o peso próprio, mas, para que isso aconteça os elementos de enchimento devem ter menor peso admissível possível e serem inertes (que não se movimentam), possuindo também capacidade satisfatória para suportar os trabalhos a serem executados. (RAZENTE, 2003) As lajes bidirecionais recebem este nome, pois sua distribuição de cargas é feita em dois sentidos, sendo que o movimento da carga é realizado através do menor percurso, e, além disso, possuem a capacidade de suportar paredes em todas as direções. Seus vãos variam em torno de 5,0m e 12,0m e são empregadas em edifícios, não podendo se esquecer de que quando projetadas corretamente, possuem um desempenho estrutural melhor do que as lajes unidirecionais. (SILVA, e MARCOS, 2005). O método das lajes nervuradas não foi bem aceito no mercado, pois, uma das principais características de uma obra é reduzir os custos, e na laje nervurada para criar o molde de todas as nervuras gastavam-se mais fôrmas do que na laje convencional, então foi implantado o uso de materiais de enchimento, como blocos cerâmicos, blocos de concretos e blocos de Poliestireno expandido (EPS), resultando assim um sistema mais leve. (SCHWETZ, 2005). Com isso o EPS passou a ser muito utilizado em lajes nervuradas, pois apresenta certas características vantajosas, como: baixo módulo de elasticidade, permitindo uma adequada distribuição de cargas, peso especifico aparente variando entre 0,13 kN/m³ a 0,25 kN/m³, significativamente inferior ao concreto armado de 25kN/m³ ou ao tijolo cerâmico em torno de 13 kN/m³, isolante termo-acústico e resiste bem aos trabalhos de montagem (ABRAPEX e SILVA, 2005). Conforme a NBR 6120:1980, por possuir um coeficiente de absorção muito baixo, o EPS favorece a cura do concreto moldado no local e, acordo com a Associação Brasileira de Poliestireno Expandido (ABRAPEX), na execução de prédios formados por diversos andares as lajes consomem uma parte significativa do concreto levando em consideração toda a obra, contudo a ABRAPEX faz a consequente afirmação: “para utilização de lajes maciças, esta parcela chega usualmente a quase dois terços do volume total da estrutura”, porém na laje nervurada nota-se facilmente que a maior parte do volume da estrutura é constituída pelo EPS, como pode ser observado na figura 1, por isso é de extrema importância empregar uma substância de preenchimento de baixo peso específico. Figura 1. Estrutura de uma laje com enchimento de EPS. Fonte: ABRAPEX 2.2. Comparação entre laje maciça e laje nervurada Lajes maciças são aquelas as quais são compostas por concreto, contendo armaduras, e apoiadas em vigas ou paredes. São moldadas in loco, com necessidade de fôrmas, normalmente de madeira. (BASTOS, 2005) Comparando a laje nervurada à laje maciça, pode-se afirmar que as lajes nervuradas apresentam mais aspectos positivos do que negativos, sendo eles: · Característica de resistir a um braço de alavanca maior do que as lajes maciças, efetuando assim uma melhor aplicação do aço e do concreto, pois, o concreto é substituído na borda inferior por um material não estrutural, desse modo as armaduras localizadas nas nervuras passam a serem responsáveis pela resistência à tração, permitindo assim uma maior altura da laje, e como decorrência, ganho de resistência. (ABRAPEX e SILVA, 2010); · Menor peso próprio, devido ao menor consumo de concreto; · Diminuição de fôrmas; · Capacidade de vencer amplos vãos, possibilitando maiores espaços; · Redução de vigas (BASTOS, 2005). O único aspecto desvantajoso, de acordo com Carvalho e Pinheiro (2009, p. 14), é em relação à altura das lajes nervuradas, pois aumenta a altura total da edificação e no emprego dos dutos há certa dificuldade. (SILVA, 2010). 2.3. Viabilidade econômica Utilizando software de engenharia e construção criado pela CYPE Ingenieros, S.A, foi desenvolvida as tabelas 1 e 2 para comparar os preços dos principais serviços e materiais utilizados em uma laje maciça horizontal com a laje nervurada bidirecional. A laje maciça horizontal possui altura de 30 cm de concreto armado, realizada com concreto C25 classe de agressividade ambiental II e tipo de ambiente urbano, brita 1, consistência S100 preparado em obra, e concretagem com meios manuais, e aço CA-50, quantidade 22 kg/m²; montagem e desmontagem do sistema de fôrmas de madeira; altura livre de piso de até 3 m. Sem incluir repercussão de pilares.( CYPE Ingenieros, S.A) Já na laje nervurada bidirecional utilizaram-se os mesmos materiais citados na laje maciça, porém com menor quantidade de aço CA-50, que passou para 15 kg/m²; sobre sistema de fôrmas contínuo de madeira; nervuras "in situ" 12 cm, entre-eixo 80 cm; molde de EPS, 68x68x20 cm; tabuleiro de EPS nervurada bidirecional, dimensões 80x80 cm, placa de EPS para zona maciça, dimensões 80x80 cm; tela eletrossoldada Q 92 de aço CA-60, em camada de compressão; altura livre de piso de até 3 m. Sem incluir repercussão de pilares.(CYPE Ingenieros, S.A) Tabela 1: Custos: laje maciça m² - bidirecional Un Descrição Rend. Preço unitário Preço Insumo m² Sistema de fôrmas contínuo para laje de concreto armado, até 3 m de altura livre de piso, composta de: prumos, travessas metálicas e superfície moldante de madeira tratada reforçada com barras e perfis. 1,100 33,09 36,40 Un Placa de EPS para zona maciça, dimensões 80x80 cm, com perfis. 1,591 10,38 16,51 Un Separador certificado para lajes maciças. 3,000 0,17 0,51 kg Aço em barras nervuradas, CA-50, elaborado em oficina e colocado em obra, diâmetros vários, segundo ABNT NBR 7480. 22,000 3,60 79,20 m³ Água. 0,036 2,57 0,09 T Areia média lavada para concretos preparados em obra. 0,110 78,33 8,62 T Brita 1, para concretos preparados em obra. 0,132 63,30 8,36 kg Cimento em sacos, para concreto preparado em obra. 48,510 0,44 21,34 H Oficial de 1ª de estruturas de concreto armado. 0,541 17,11 9,26 H Ajudante de oficial de estruturas de concreto armado. 0,541 10,60 5,73 H Auxiliar de serviços gerais. 0,181 9,69 1,75 H Servente de pedreiro. 0,190 9,89 1,88 % Meios auxiliares 2,000 189,65 3,79 % Custos indiretos 3,000 193,44 5,80 Custo de manutenção decenal: R$ 9,96 nos primeiros 10 anos. Total: 199,24 Fonte: CYPE Ingenieros, S.A Tabela 2: custos- laje nervurada com enchimento de EPS m² bidirecional. Un Descrição Rend. Preço unitário Preço Insumo m² Sistema de fôrmas contínuo para laje nervurada bidirecional de concreto armado, com molde perdido, até 3 m de altura livre de piso, composta de: prumos, travessas metálicas e superfície moldante de madeira tratada reforçada com barras e perfis. 1,100 39,35 43,29 Un Molde de poliestireno expandido, 66x66x25 cm, para laje nervurada bidirecional, inclusive parte proporcional de peças especiais. 1,148 7,19 8,25 Un Separador certificado para lajes nervuradas bidirecionais. 1,200 0,12 0,14 kg Aço em barras nervuradas, CA-50, elaborado em oficina e colocado em obra, diâmetros vários, segundo ABNT NBR 7480. 15,000 3,60 54,00 m² Tela eletrossoldada Q 92 15x15 cm, com fios longitudinais de 4,2 mm de diâmetro e fios transversais de 4,2 mm de diâmetro, aço CA-60, segundo ABNT NBR 7481. 1,100 7,44 8,18 m³ Água. 0,043 2,57 0,11 t Areia média lavada para concretos preparados em obra. 0,130 78,33 10,18 t Brita 1, para concretos preparados em obra. 0,156 63,30 9,87 kg Cimento em sacos, para concreto preparado em obra. 57,024 0,44 25,09 h Oficial de 1ª de estruturas de concreto armado. 0,264 17,11 4,52 h Ajudante de oficial de estruturas de concreto armado. 0,264 10,60 2,80 h Auxiliar de serviços gerais. 0,197 9,69 1,91 h Servente de pedreiro. 0,207 9,89 2,05 % Meios auxiliares 2,000 170,39 3,41 % Custos indiretos 3,000 173,80 5,21 Custo de manutenção decenal: R$ 8,95 nos primeiros 10 anos. Total: 179,00 Fonte: CYPE Ingenieros, S.A. Através dos dados encontrados (tabela 1 e 2), é possível verificar que a laje nervurada bidirecional, torna-se mais econômica em diversos âmbitos. A definição do momento de inércia de uma laje se faz necessária para ter conhecimento sobre a estrutura que se projeta e é possível ser determinado através do uso da integração dupla, uma vez que tendo conhecimento da função densidade que compõe toda a placa ρ(x,y), pode-se aplicar a integração em função das dimensões da área. (Stewart, 2006) Para integração do momento de inércia em torno do eixo x aplica-se a equação (1) O processo é parecido para o cálculo do momento de inércia para o eixo y. Nesse caso aplica-se a equação 2. (2) A partir do resultado obtido de e , calcula-se o momento de inércia polar, onde nota-se que: (3) Logo, (4) 3.) Materiais e Métodos O artigo foi desenvolvido a partir de pesquisas bibliográficas, livros, revistas e normas técnicas. Para representar a laje nervurada foi desenvolvido um protótipo e os materiais utilizados na execução do protótipo foram: cimento, brita, areia, água, aço e EPS. Foi construído um protótipo representativo da laje nervurada para demonstrar ilustrando suas principais características. Foram utilizados os seguintes materiais: 4Kg de gesso, 5m de vergalhão diâmetro”, 6m de vergalhão diâmetro ”, uma placa de isopor 2m X 0,5m, 3 Kg de arame recozido e 3,10m² de madeira compensada (disposto de forma retangular 0,62m X 0,50m). No processo de construção e montagem do protótipo, primeiramente foi criado uma estrutura com a madeira compensada para servir de forma e receber o gesso, garantindo o formato desejado, os vergalhões foram empregados com a finalidade de representar as treliças e logo após foram cortados os blocos de EPS para ser colocados na forma. A segunda parte da construção foi a montagem posicionando-se as treliças e os blocos de EPS dentro da forma, logo após foi montada a ferragem negativa e posicionada acima da estrutura, acrescentou-se o gesso de modo a representar o concreto presente na laje, e posto para secar como é mostrado na figura 2. Figura 2: Montagem demonstrativa da laje nervurada. Fonte: Acervo dos Autores 4.) Resultados Experimentais Durante o desenvolvimento desse estudo e da montagem da laje nervurada pelo grupo (construída como protótipo para fim de maior entendimento sobre a montagem), notou-se que é necessário o conhecimento e emprego de técnicas construtivas para: montagem das formas, receber o material descrito e disposição dos materiais e vergalhões. A fim de se obter um projeto de qualidade e compatíveis com as normas que o regem, é necessário localizar o centro de gravidade e calcular o momento de inércia sendo possibilitado pela aplicação da integral dupla, identificadas pelas equações 1, 2, 3 e 4, desde que seja atendida a condição prevista. Sobre a viabilidade pode-se afirmar que: até 6 metros, a laje maciça é mais indicada, e de 6 metros a 12 metros, a laje nervurada é mais interessante, acima de 12 metros, a laje nervurada apresenta desvantagens como aumento significativo no consumo de material e flecha acentuada. Logo, com base nas tabelas 1 e 2 e nas demais pesquisas de viabilidade, percebeu-se que o orçamento de uma laje nervurada acarreta economia direta de aproximadamente 10% no custo dos materiais por m². Essa economia é explicada pelo seu menor peso em relação à laje maciça, refletindo assim em economia de materiais nas fundações, pilares e vigas, ou seja, em toda a estrutura. 5. Conclusão Com base no estudo realizado, foi concluído que as lajes nervuradas são mais adequadas para vãos maiores enquanto as lajes maciças são indicadas para vãos menores. Há um intervalo onde a laje maciça é mais indicada, enquanto há outro onde a laje nervurada se torna mais favorável. Com relação ao engastamento, lajes maciças engastadas são mais indicadas para até 8 metros de vão e as lajes nervuradas, mais interessantes e com melhor desempenho em vãos superiores a 8 metros. Analisando o consumo de concreto e aço, a laje nervurada apresenta uma viabilidade econômica melhor, pois seu custo geral é menor. Porém, em grandes vãos, haverá o aumento na bitola do aço utilizado, aumento na espessura do concreto e, consequentemente, num aumento do custo final e, esse custo, deve ser avaliado criteriosamente. Logo, é necessário um estudo complementar incluindo a laje protendida visto que ela apresenta um limite maior no comprimento do vão e no qual a laje nervurada gera uma insatisfação econômica e estrutural, fazendo-se a laje protendida uma escolha ideal. 6. Referências Bibliográficas ABRAPEX, Associação Brasileira do Poliestireno Expandido; Manual de Utilização EPS na Construção Civil, São Paulo: PINI, 2006. ISBN 85-7266-169-7. Associação Brasileira de Normas Técnicas; Cargas Para o Cálculo de Estruturas de Edificações NBR 6120, RJ, 1980. Associação Brasileira de Normas Técnicas; Barras e Fios de Aço Destinados a Armaduras Para Concreto Armado NBR 7480, RJ, 1996. Associação Brasileira de Normas Técnicas; Tela de Aço Soldada - Armadura Para Concreto NBR 7481, RJ, 1990. BASTOS P. S. S, Lajes de Concreto, pg. 74, Bauru/SP 2005. CENTERAÇO – Definições de siglas Acesso 18 de Novembro. CORTESIA DO CONCRETO – Definições de tipo de concreto Acesso 18 de Novembro de 2013. CORREIA GOMES, P. C.; RAMOS BARBOZA, A. S.; ALMEIDA TENÓRIO, D. A. MENDONÇA USHÔA, E. L. Aspectos Técnicos e Econômicos de Lajes Nervuradas Unidirecionais e Bidirecionais. Outubro, 2009 CYPE Ingenieros, S.A- Gerador de preços para construção civil. Brasil Acesso em 25 de setembro de 2013. ABRAPEX- Estrutura de uma laje com enchimento de poliestireno Acesso em 20 de setembro de 2013. RAZENTE. A. J e LIBANO. M.P. Estruturas de Concreto – lajes nervuradas. São Paulo. Dez, 2003. SCHWETZ, F.P, Análise Teórico-Experimental de Uma Laje Nervurada em Modelo Reduzido Sujeira a um Carregamento Linear, Porto Alegre, 2005. SILVA, Marcos Alberto Ferreira da. Projeto e construção de lajes nervuradas de concreto armado / Marcos Alberto Ferreira da Silva. -- São Carlos : UFSCar, 2005. SILVA, P. L, Estudo Comparativo entre lajes nervuradas e maciças em função dos vãos entre apoios, Porto Alegre, 2010. STWART, James, Cálculo, Volume II, 5ª ED. Cengage Learning, São Paulo, 2006. WIKIPEDIA-IN SITU- Civil engineering – Definições de tipo de concreto Acesso 18 de Novembro de 2013. Anexo I CA: Na denominação dos vergalhões utilizados na confecção de armadura de aço é adotado o termo CA, indicativo de seu emprego no Concreto Armado. O número seguinte a este termo, por exemplo, o número 50 no caso do CA 50, indica a categoria, ou seja, significa que a resistência de escoamento mínima do produto é de 50Kgf/mm2 ou 500MPa.(Center Aço) S100: São os concretos de aplicação normal que vão desde o slump 100 mm até 155 mm. (Cortesiaconcreto) Nervuras "in situ": Na arquitetura e na construção civil, in situ refere-se à construção que é realizada no local da construção utilizando matérias-primas. (WIKIPEDIA-IN SITU) 10