Descontruindo Projeto Estrutural de Edíficios, Manuais, Projetos, Pesquisas de Construção

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construindo

projeto

estrutural

edifícios

des

o

de

concreto

protendido

armado e

José Sérgio dos Santos

AGRADECIMENTOS

GOSTARIA DE EXPRESSAR meus sinceros agradecimentos à E3 Engenha-

ria Estrutural, nas pessoas de Adízio Lima, Augusto Albuquerque, Roberto Barreira, Pedro Alencar, Marcela Moreira da Rocha e Enson Portela, pela amizade de muitos anos e por terem cedido alguns dos detalhes estruturais que constam neste livro. A E3 Engenharia Estrutural está situada em Fortaleza (CE). É uma empresa especializada no projeto de estruturas de concreto armado e protendido de edifícios comerciais, residenciais e indus- triais. Seus contatos são:

E3 Engenharia Estrutural Av. Cel. Miguel Dias, 50 – sala 204 Guararapes – CEP 60810-160 – Fortaleza (CE) (085) 3241-

Agradeço também aos colegas do Instituto Federal do Ceará Mariano da Franca, Marcos Porto e Jardel Leite, que leram o manuscri- to deste livro e deram importantes contribuições para sua forma final.

APRESENTAÇÃO

AS CHARGES CRIADAS POR SÉRGIO DOS SANTOS são famosas e apreciadas

no Brasil inteiro. Seus traços revelam o seu enorme talento em associar uma criatividade ímpar com um conhecimento técnico afi nado sobre o cálculo de estruturas de concreto. Agora, ele nos mostra que consegue aliar mais outro dom ao seu rol de habilidades, o de escrever. Desconstruindo o projeto estrutural de edifícios é um livro com conteúdo rico e abrangente sobre um tema comum para um enge- nheiro civil, o cálculo estrutural, porém abordado sob uma ótica inovadora. Deduções e formulações matemáticas dão lugar a observações práticas e relevantes para a correta interpretação dos desenhos técnicos que fazem parte de um projeto estrutural. Com capítulos objetivos e didáticos, repletos de ilustrações – e, claro, as charges não poderiam ficar de fora –, a leitura deste livro flui naturalmente e de forma muito agradável por cada um dos tópicos abordados, desde a locação dos pilares na fundação até o detalhamento dos elementos que compõem uma estrutura, inclusive com a protensão. Um requisito fundamental para o êxito na execução de uma construção precisa e segura. Um elo perfeito entre quem projeta e quem executa uma estrutura de concreto armado e protendido. Esses, a meu ver, são os pontos-chave que caracterizam esta obra.

PREFÁCIO

LIVROS DE INDISCUTÍVEL qualidade têm sido escritos no Brasil para

tratar do tema da Engenharia Estrutural voltada para estruturas de concreto armado e protendido. Essas obras têm desempe- nhado um grande papel ao transmitir para as novas gerações de engenheiros o domínio de uma tecnologia fundamental para o desenvolvimento da nação. Por que então outro livro sobre o tema se o mercado de livros técnicos já está relativamente bem suprido? A resposta vem da necessidade de se debruçar sobre um tema pouco explorado na lite- ratura disponível: a leitura de projetos estruturais. Uma imagem vale mais que mil palavras, diz o ditado. Contu- do, embora um projeto estrutural contenha centenas de imagens, não raro erros grosseiros são executados em obras de pequeno e de grande porte pelo simples fato de que a informação contida nas plantas, nos cortes e nos detalhes não é perfeitamente assimila- da pelos profissionais responsáveis pela execução da estrutura. E, mais grave, muitas vezes esses profissionais executam o projeto sem saber o porquê de aquilo estar sendo feito daquela maneira. Desconstruindo o projeto estrutural de edifícios tem por objetivo ajudar os profissionais envolvidos na execução dessas estruturas a fazer uma leitura correta dos projetos que têm em mãos, de modo que essa execução possa ser feita com o mínimo de falhas possível. Este não é um livro de teorias sobre Engenharia Estrutural com dedu- ções de equações empregadas nos dimensionamentos dos elementos; ao contrário, é um livro extremamente prático, ricamente ilustrado,

que se propõe explicar como fazer a correta leitura de um projeto de concreto armado ou protendido. A sequência dos capítulos segue a sequência de execução da obra, iniciando pela locação dos pilares e passando pelo detalha- mento de fundações, pilares, cintamento, escada, forma, armadura de lajes, armadura de vigas e protensão. Meu desejo sincero é que a leitura deste livro o ajude a se tornar um melhor profissional e que isso agregue valor à sua carreira.

Momento da charge

 - 1 Considerações iniciais sobre o projeto estrutural - 1.1 Materiais - 1.2 Sistemas estruturais - 1.3 Carregamentos - 1.4 Cálculo - 1.5 Apresentação do projeto estrutural 

• 2 Locação de pilares - 2.1 Ponto inicial de locação - 2.2 Dimensões dos elementos estruturais - 2.3 Tabela de baricentros - 2.4 Corte esquemático - 2.5 Resumo de estacas - 2.6 Notas
• 3 Detalhamento das fundações - 3.1 Fundações diretas (ou rasas) - 3.2 Fundações indiretas (ou profundas)
• 4 Cintamento - 4.1 Travando blocos de coroamento de estacas - 4.2 Delimitando poços dos elevadores - 4.3 Saída da escada
  • 5 Escada - 5.1 Forma da escada - 5.2 Corte da escada - 5.3 Armadura da escada
  • 6 Pilares - 6.1 Saída de pilares - 6.2 Detalhamento de um lance de pilar - 6.3 Dobras e ligação entre lances - 6.4 Outros formatos
    • 7 Forma
      • 7.1 Simbologia
      • 7.2 Lajes
      • 7.3 Elementos curvos
  • 8 Armadura de laje - 8.1 Representação gráfica - 8.2 Armadura de lajes maciças - 8.3 Armadura de lajes nervuradas
  • 9 Armadura de viga - 9.1 Armadura longitudinal - 9.2 Armadura transversal - 9.3 Representação gráfica em projeto
• 10 Protensão - 10.1 Cordoalha engraxada - 10.2 Detalhes de projeto - 10.3 Traçado dos cabos - 10.4 Protensão de lajes - 10.5 Quantitativos de protensão
  • 11 Caixa-d’água
    • 11.1 Laje de fundo
    • 11.2 Laje de tampa
    • 11.3 Armadura de ligação entre as paredes
    • 11.4 Armadura das paredes
• 12 Quantitativos e índices - 12.1 Quantitativos - 12.2 Índices relativos - Referências bibliográficas

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USUALMENTE A PRIMEIRA prancha de um projeto estrutural é a locação

dos pilares. Isso acontece porque a lógica por detrás da numera- ção das pranchas é que sigam a ordem em que os elementos serão construídos. Na sequência, portanto, encontram-se as pranchas com os detalhes de fundações, armadura de pilares, escada, formas, armaduras de lajes e vigas de cada um dos pavimentos, culminando com a casa de máquinas e a caixa-d’água. Como foi dito, a locação dos pilares geralmente é a primeira prancha do projeto a ser apresentada, mas não é por ela que o projeto se inicia. Aliás, pode-se dizer que, a rigor, o projeto começa bem antes da fase de apresentação gráfica. Envolve a escolha dos materiais, a concepção do sistema estrutural, a determinação das cargas que atuarão na estrutura, a análise dos esforços, passando pelo dimensionamento e detalhamento de todos os elementos.

1.1 Materiais Pode-se dizer que o projeto estrutural se inicia pela escolha dos materiais de que a estrutura será feita. Será uma estrutura de aço, madeira, alumínio, concreto? No caso específico das estruturas de concreto, que é o objeto de estudo deste livro, é preciso que se definam as classes de resistência e os tipos de aço que serão utilizados na sua execução. Caso se empreguem apenas aços do tipo CA, diz-se que a estrutura é de concreto armado. O uso de aços do tipo CA e CP numa mesma estrutura implica dizer que ela é feita de concreto protendido. Como é realizada essa escolha da classe de resistência que o concreto deverá ter? O engenheiro estrutural geralmente consul- ta seu cliente sobre os valores usuais empregados em suas obras. No caso dos novos construtores, pode-se sugerir valores habituais adotados em certa região. Hoje em dia dificilmente se encontra uma estrutura com valores de fck (resistência característica do concreto à

1 Considerações iniciais sobre o projeto estrutural (^15)

compressão) inferiores a 30 MPa, valor bem superior aos praticados nas décadas de 1970, 1980 e 1990, quando se especificava f (^) ck entre 15 MPa e 20 MPa mesmo para edifícios altos. Pode-se dizer o mesmo a respeito do aço. Algumas construtoras preferem trabalhar com estruturas de concreto armado, pois muitas vezes essa já é a sua prática há décadas e não desejam mudar. Já outras não se importam de utilizar novos materiais, como o concreto protendido com cordoalha não aderente.

1.2 Sistemas estruturais Um sistema é um conjunto de elementos interconectados de modo a formar um todo organizado. Todo sistema possui um objetivo geral a ser atingido. No caso dos sistemas estruturais, o objetivo é suportar os carregamentos que incidem sobre a estrutura e conduzi-los de forma segura para o solo. Para cada concepção arquitetônica existem várias possibilidades de sistemas estruturais. O fato de se optar por certas soluções para os pavimentos implica arranjos estruturais bastante diversos. Uma solução concebida para ser executada em concreto proten- dido tenderá a ser bem diferente de uma solução para concreto armado. Comumente essas estruturas possuem vãos maiores e consequentemente menos pilares quando comparadas às estruturas projetadas para concreto armado. No pavimento, pode-se optar por solução com lajes maciças, nervuradas, lajes planas diretamente apoia- das em pilares e lajes pré-fabricadas com ou sem o uso de protensão. Pode-se dizer que é nessa fase que os grandes profissionais se sobressaem. É a fase da concepção, em que a criatividade e o conhecimento sobre o comportamento dos materiais vão resultar em uma estrutura mais adequada às restrições impostas pela arqui- tetura, pelos métodos construtivos e pelos custos envolvidos para executá-la. Um mesmo projeto arquitetônico entregue a dez enge-

1 Considerações iniciais sobre o projeto estrutural (^17)

da construção, mas que devem ser consideradas nos projetos de determinadas estruturas. De acordo com a NBR 8681 (ABNT, 2003), consideram-se como excepcionais as cargas decorrentes de causas tais como explosões, choques de veículos, incêndios, enchentes ou sismos excepcionais.

Outra carga acidental de grande importância é o vento. Espe- cialmente em galpões e edifícios altos, sua influência sobre a estrutura é bastante significativa. Numa dada localidade, a força do vento numa edificação é fortemente influenciada pela topografia do terreno, pelas características das construções vizinhas e por sua aerodinâmica. No Brasil, a NBR 6123 (ABNT, 1988) fixa as condições exigí- veis na consideração das forças devidas à ação estática e dinâmica do vento, para efeitos de cálculo de edificações. Uma ressalva é que essa norma não se aplica a edificações de formas, dimensões ou localização fora do comum, casos em que estudos especiais devem ser feitos para determinar as forças atuantes do vento e seus efeitos.

Tab. 1.1 Valores de carga acidental Utilização (^) (kN/mCarga acidental (^2) ) (kgf/m (^2) ) Forro sem acesso a pessoas 0,50 50 Residência 1,50 150 Escritório 2,00 200 Sala de aula 3,00 300 Estacionamento 3,00 300 Loja 4,00 400 Sala de ginástica 5,00 500 Fonte: NBR 6120 (ABNT, 1980).

18 Desconstruindo o projeto estrutural de edifícios

1.4 Cálculo Hoje em dia, o cálculo dos esforços a que os elementos esta- rão submetidos, bem como o dimensionamento de suas seções e o detalhamento de sua armadura, é realizado por meio de sistemas computacionais extremamente sofisticados. No Brasil, esses sistemas precisam trazer na sua programação os métodos de cálculo preconizados pela NBR 6118 (ABNT, 2014). São sistemas que simulam o comportamento do edifício em modelos 3D e por isso conseguem prever se as oscilações da estrutura causarão desconforto aos ocupantes. Por serem bastante complexos, esses sistemas exigem um alto grau de perícia na sua utilização.

1.5 Apresentação do projeto estrutural Do ponto de vista da apresentação gráfica, o projeto estrutural tem basicamente dois tipos de desenhos: forma e armadura. Como o nome diz, os desenhos de forma (fôrma) determinam a forma (fórma) da estrutura. Nessa planta, portanto, está definida toda a geometria da edificação, o que inclui a indicação dos elemen- tos estruturais acompanhados de suas respectivas dimensões. Assim como a planta baixa utilizada nos projetos arquitetônicos, o dese- nho de forma é obtido a partir de um corte horizontal feito à altura de 1,50 m em relação a um plano de referência. A diferença é que na planta baixa representa-se o que está abaixo do plano e na forma representa-se o que está acima. Os desenhos de armadura detalham a forma das barras e cabos e especificam suas quantidades e diâmetros, bem como seu posicionamento dentro dos elementos estruturais. Os aços mais utilizados em estruturas de concreto armado são os do tipo CA50 e CA60. As barras de CA50 são fabricadas pelo processo de laminação a quente, com saliências longitudinais e nervuras trans- versais. Na sua nomenclatura, o CA significa aço para concreto armado

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Por exemplo, para preparar a armadura de oito elementos B0260, o armador de ferragens cortará:

Tab. 1.3 Tabela de armadura Elemento Posição Bitola (mm) Quantidade Comprimentounitário (cm)

B (X8)

1 12,5 80 290 2 25 96 400 3 12,5 64 396 4 10 160 355

B0260A (X2)

1 20 12 453 2 20 12 563 3 12,5 16 559 4 10 66 355

B (X4)

1 20 52 425 2 20 60 405 3 12,5 40 292 4 12,5 40 272 5 12,5 44 290 6 12,5 48 270 B (X16)

1 25 480 460 2 12,5 384 292 3 12,5 384 290

B (X2)

1 25 50 615 2 25 44 655 3 12,5 80 400 4 12,5 36 440 5 12,5 32 402 6 12,5 32 442 7 8 16 342 8 8 14 382 9 8 112 200

1 Considerações iniciais sobre o projeto estrutural (^21)

• 80 barras de 12,5 mm com 290 cm de comprimento;
• 96 barras de 25 mm com 400 cm de comprimento;
• 64 barras de 12,5 mm com 396 cm de comprimento;
• 160 barras de 10 mm com 355 cm de comprimento. Notar que a coluna Posição identifica a barra. Por exemplo, no desenho de armadura, a barra identificada como N1 aparecerá na tabela de armadura na Posição 1, N2 na Posição 2 e assim por diante. O resumo de armaduras tem por objetivo indicar a quantidade de aço necessária para executar os elementos constantes na pran- cha. É um item importante, pois, como o aço é comprado pelo peso, essa tabela facilita o processo. Um exemplo de resumo pode ser visto na Tab. 1.4. Para executar os elementos detalhados na prancha são necessários 133 kg de 8,0 mm, 505 kg de 10,0 mm etc. Ao todo serão precisos quase 19 t de aço para a execução dos elementos.

Um aspecto importante dos desenhos de armadura é que não se desenha cada uma das barras que serão colocadas dentro das peças estruturais, como está demonstrado na Fig. 1.1A. O desenho ficaria confuso e muito carregado. Em vez disso, desenha-se um ferro repre- sentativo e nele se põe uma codificação, conforme pode ser visto na Fig. 1.1B.

Tab. 1.4 Resumo de armaduras Resumo aço CA50- Aço Bitola (mm) Comprimento (m) Peso (kg) 50A 8 332 133 50A 10 802 505 50A 12,5 4.041 4. 50A 20 586 1. 50A 25 3.188 12. Peso total 50A = 18.895 kg