Comparação entre estruturas e fundações dimensionadas automaticamente por software e métodos de cálculos tradicionais

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ARTIGO ORIGINAL

SANTANA, Danilo Fernandes [1]

SANTANA, Danilo Fernandes. Comparação entre estruturas e fundações dimensionadas automaticamente por software e métodos de cálculos tradicionais. Revista Científica Multidisciplinar Núcleo do Conhecimento. Ano 04, Ed. 10, Vol. 02, pp. 138-175. Outubro de 2019. ISSN: 2448-0959

RESUMO

O presente artigo trata do assunto dimensionamento estrutural com foco em estruturas de concreto armado. Será feita a comparação entre resultados adquiridos com o uso de software de cálculo estrutural e métodos matemáticos utilizados no ensino superior acadêmico. O software utilizado é o CypeCAD que utiliza para dimensionamento o método dos deslocamentos com formulação matricial de pórtico espacial. O cálculo de peças isoladas apresenta uma maior profundidade de análise, mas atualmente a velocidade em que são dimensionadas as estruturas pelos programas estimula o dimensionamento por cálculos manuais apenas para conferência de alguns resultados obtidos pelos softwares. O objetivo do trabalho é expor a diferença de resultados encontrados por cálculos manuais matemáticos e softwares. Será apresentado um projeto arquitetônico de domínio público e feito o dimensionamento estrutural de vigas, pilares, sapatas e lajes.

Palavras-chave: Dimensionamento estrutural, Software de cálculo estrutural, Cypecad, dimensionamento de vigas, pilares.

1. INTRODUÇÃO

Profissionais de Engenharia Civil projetistas de estruturas devem dominar a teoria e os métodos de cálculo estrutural aprendidos no ensino superior. Não se pode negligenciar o conhecimento adquirido em métodos tradicionais, pois a responsabilidade da estabilidade da estrutura de concreto é do Engenheiro civil. Se algum problema ocorrer com a estrutura, o engenheiro precisa provar que seus cálculos estão corretos, com isso, é necessário pelo menos entender os cálculos feitos por softwares.

Atualmente programas de cálculo estrutural são utilizados por praticamente todos os escritórios de projetos. Eles dão agilidade à produção e seguem normas estabelecidas na Engenharia Civil. Mas a facilidade em utilizar os programas fez com que profissionais começassem a gerar projetos confiando totalmente nas pranchas geradas. O cálculo de estruturas de concreto armado passou a ser feito até por desenhistas e o custo do projeto estrutural também diminuiu no mercado, devido ao aumento de profissionais capazes de utilizar as ferramentas.

Serão utilizados métodos tradicionais de cálculo para comparar com aqueles adquiridos através do cálculo de software de estruturas e vamos verificar a semelhança entre resultados.

2. PROJETO ARQUITETÔNICO

O trabalho será feito a partir de um projeto arquitetônico de uma obra real para trazer resultados próximos a rotina de projetistas. Trata-se de uma obra com fim social que melhora as condições de higiene e saúde de famílias de baixa renda. Os projetos estão disponibilizados no site da FUNASA. Abaixo temos a Figura 1 que representa a planta baixa da construção e a Figura 2 que apresenta um corte e uma fachada do projeto.

Figura 1. Planta baixa do projeto arquitetônico.

Fonte: FUNASA.

Figura 2. Corte e Fachada Lateral.

Fonte: FUNASA.

3. DADOS INICIAIS DE CÁLCULO

É necessário adotar algumas características para serem utilizadas ao longo dos cálculos de projeto. Utilizaremos o concreto C-20, por ser uma obra de pequeno porte. O aço para as armaduras das estruturas de concreto será o CA-50. Adotamos ainda um solo de argila dura que tem resistência de 0,245 Mpa.

4. MEDIDAS DE PILARES E SAPATAS

As medidas mínimas dos pilares são determinadas pela Norma NBR 6118. A dimensão mínima é de 19 cm, mas existem casos especiais em que podem ser aceitos medidas de até 14 cm. Isso exige a multiplicação por um coeficiente adicional γn que é apresentado na tabela 1. Em todos os casos não são permitidos pilares com seção transversal de área inferior a 360 cm².

Tabela 1 Coeficiente γ para pilares com dimensão menor que 19 cm.

b cm >=19 18 17 16 15 14
Γn 1,00 1,05 1,10 1,15 1,20 1,25

Fonte: NBR 6118.

Além disso, as melhores medidas dos pilares para obras são aquelas em que é possível embuti-los na parede, assim as medidas dos pilares do projeto deste trabalho podem ser de 15x25cm que são números inteiros.

As medidas mínimas das laterais da sapata são de 60 cm e sua profundidade de 150 cm, exceto com dimensões inferiores a 1 metro, cuja profundidade pode ser reduzida. No projeto deste artigo deixaremos aberto ao software indicar as medidas necessárias e no momento do cálculo manual, verificamos as medidas.

5. MEDIDAS DE VIGAS E LAJES

De acordo com a NBR 6118 as medidas mínimas da viga são 12 cm de largura, com exceção de alguns casos especiais que permitem até 10 cm e a altura é resultado da fórmula abaixo, considerando o mínimo possível de 25 cm. Para facilitar a execução existe ainda um arredondamento do valor encontrado na resolução da fórmula.

Figura 3. Valores práticos para estimativa de altura de vigas.

Fonte: Apostila da Unesp – Vigas de edifícios.

No projeto utiliza-se a altura da viga de 30 cm, encontrada através da fórmula acima e largura de 15 cm que é a mesma largura do pilar.

A altura da laje maciça também é definida na norma NBR 6118 e está indicada nos itens abaixo, sendo relacionada com a sua função:

a) 7 cm para lajes de cobertura não em balanço;

b) 8 cm para lajes de piso não em balanço;

c) 10 cm para lajes em balanço;

d) 10 cm para lajes que suportem veículos de peso total menor ou igual à 30 kN;

e) 12 cm para lajes que suportem veículos de peso total maior que 30 kN;

f) 15 cm para lajes com protensão apoiadas em vigas, l/42 para lajes de piso biapoiadas e l/50 para lajes de piso contínuas;

g) 16 cm para lajes lisas e 14 cm para lajes-cogumelo.

No projeto deste trabalho utilizamos 10 cm de altura para as lajes.

6. LOCAÇÃO DE PILARES E SAPATAS

Em obras civis busca-se embutir os pilares nas paredes e para facilidade de execução não variar muito as dimensões dos mesmos. De acordo com premissas descritas no item 4, adotaremos pilares de 15x25cm. A locação está na figura 4.

As sapatas são locadas abaixo dos pilares, pois são bases para os mesmos. As medidas adotadas pelo software Cypecad foram 85×85 cm. Esse valor será verificado por outro método de cálculo. A locação das sapatas está na figura 5.

Figura 4. Locação de pilares .

Fonte: Software Cypecad.

Figura 5. Locação de Sapatas.

Fonte: Software Cypecad.

7. LOCAÇÃO DE VIGAS E LAJES

As vigas são apoios para as lajes e nesse projeto terão medidas de 15x30cm. Estão locadas conforme a figura 6. E as lajes maciças tem 10 cm de altura e estão representadas na figura 7.

Figura 6. Locação das vigas.

Fonte: Software Cypecad.

Figura 7. Locação das lajes.

8. DIMENSIONAMENTO DE PILARES NO SOFTWARE

Foram dimensionadas armaduras longitudinais com diâmetro de 12.5 cm e estribos com 6.3 cm. Armaduras com menores espessuras serão verificadas através de métodos tradicionais de cálculo no item 13 deste trabalho. Na figura 8 temos o projeto estrutural dos pilares e quantitativo de aços gerados pelo software.

Figura 8. Projeto estrutural de pilares.

Fonte: Software Cypecad.

9. DIMENSIONAMENTO DE VIGAS NO SOFTWARE

Temos no projeto as vigas baldrames e vigas do térreo. Utilizaremos a viga 203 do térreo como estudo de caso, pois é uma viga mais próxima ao centro da estrutura e recebe uma carga maior que outras vigas laterais. Na figura 9 temos a planta para a localização da viga indicada.

Figura 9. Planta de locação de vigas.

Fonte: Software Cypecad.

Abaixo temos o dimensionamento da viga 203 com aços de diâmetro 8, 6.3 e 5 sugerido pelo software:

Figura 10. Projeto estrutural da viga 203.

Fonte: Software Cypecad.

10. DIMENSIONAMENTO DE LAJES NO SOFTWARE

As lajes maciças são compostas de armaduras superiores e inferiores. Na figura abaixo temos a indicação da laje 3 que será verificada neste trabalho. Nas figuras seguintes estão as 4 plantas de armaduras da laje geradas pelo software CypeCad.

Figura 11. Locação das lajes.

Fonte: Software Cypecad .

Figura 12. Armadura Transversa inferior da Laje 3.

Fonte: Software Cypecad

Figura 13. Armadura Longitudinal inferior da Laje 3.

Figura 14. Armadura Transversal Superior da Laje 3.

Fonte: Software Cypecad.

Figura 15. Armadura Longitudinal Superior da Laje 3.

Fonte: Software Cypecad.

11. DIMENSIONAMENTO DE SAPATAS NO SOFTWARE

Todas as sapatas foram dimensionadas iguais com tamanho de 85×85 cm e armaduras com aço de 10 cm de diâmetro. Na verificação manual utilizaremos medidas e aços com menores tamanhos.

Figura 16. Projeto estrutural da sapata.

Fonte: Software Cypecad

12. CÁLCULO MANUAL DO PILAR

O pilar a ser dimensionado será o P8, indicado na figura do item 6.

Figura 17. Variáveis do pilar.

Fonte: Apostila de Dimensionamento de Pilares – UVA

O método de cálculo será do pilar padrão de curvatura aproximada.

Roteiro de Cálculo P8:

Temos a força Normal que foi retirada do software Cypecad => Nk = 92,2 kN,

A altura útil do pilar le = 245 cm

hx = 15 cm

hy = 25 cm

Área de concreto => Ac = hy * hx = 375 cm²

O coeficiente γn é exposto na NBR618 e item 4 na figura 3, devido a dimensão do pilar menor que 19 cm.

γn = 1,20

Coeficiente de ponderação do concreto => γf = 1,40

Resistência do concreto => fck =

fcd =

Resistência de escoamento do aço => fyk =

Cobrimento do pilar d’x = 2,5 cm,

Coeficiente do pilar αb = 1

a) Esforços solicitantes do pilar

Nd = γn * γf * Nk = 1,20 * 1,40 * 92,2 = 154 kN

b) Índice de esbeltez

λx = 3,46 * le / hx = 3,46 * 245 / 15 = 56,51

λy = 3,46 * le / hx = 3,46 * 245 / 25 = 33,91

c) Momentos mínimos

M1d.min.x = Nd * (1,5 + 0,03 * hx) = 154 * (1,5 + 0,03 * 15) = 300,30 kN.cm

M1d.min.y = Nd * (1,5 + 0,03 * hy) = 154 * (1,5 + 0,03 * 25) = 346,50 kN.cm

d) Excentricidades

el.min.x = M1d.min.x / Nd = 300,3 / 154 = 1,95 cm

el.min.y = M1d.min.y / Nd = 346,5 / 154 = 2,25 cm

e) Momento de segunda ordem

Aplicação de efeito de 2ª ordem para x, pois tem índice de esbeltez maior que 35.

Força Normal Adimensional (v) = Nd / (Ac *fcd) = 154 / ( 375 * 1,428 ) = 0,287

Raio de giração (r) = 0,005 / (hx * (v +0,5)) = 4,23 x 10-4 cm

Excentricidade de segunda ordem (e2x) = (le² / 10) * r = (245² / 10) * 4,23 x 10-4 = 2,54 cm

f) Momento total

Md.tot.x = αb * M1d.min.x + Nd * e2x = (1 * 300,3) + (154 * 2,54) = 691,46 kN.cm

Cálculo do µ a ser utilizado no ábaco de Venturini:

µx = Md.tot.x / (hx * Ac * fcd) = 691,46 / (15 * 375 * 1,428) = 0,086

µy = M1d.min.y / (hy * Ac * fcd) = 346,5 / (25 * 375 * 1,428) = 0,026

Cálculo d’x/ hx e d’y/ hy para escolher qual ábaco de Venturini utilizar:

d’x/ hx = 2,5 / 15 = 0,166

d’x/ hy = 2,5 / 25 = 0,10

No eixo x está a menor inércia e a armadura encontrada em relação a este eixo é maior que y, então adota-se o cálculo em relação a x para dimensionar a armadura. O ábaco de Venturini a ser considerado está abaixo:

Figura 18. Ábaco de Venturini.

Fonte: Apostila de Estruturas de Concreto – USP.

Os dados encontrados de v e µ são respectivamente 0,287 e 0,086.

Com isso, o w encontrado no ábaco está marcado em amarelo e tem valor aproximado de 0,002.

Área de aço

A área de aço calculada foi baixa por causa das baixas cargas no pilar, mas existe uma fórmula que define a área mínima de aço de pilares:

– As.mín = 0,004 * hx * hy = 0,004 * 15 * 25 = 1,5 cm²

A espessura das barras é encontrada na tabela abaixo a partir de As.

Tabela 2. Área de aço da seção conforme número de barras.

Fonte: Notas de Estudo de Engenharia Civil – UFSCAR.

Encontra-se 4 barras de 8 mm para As = 1,5. Mas a norma NBR 6118 exige que a armadura longitudinal do pilar seja de 10 mm.

Então o resultado do cálculo são 4 barras de 10 mm na direção longitudinal.

A seguir calcula-se a os estribos do pilar.

As condicionais são 2:

– Mínimo de 5mm;

– Mínimo de diâmetro da armadura longitudinal / 4 = 10/4 =2,5.

Então tem-se o estribo = 5 mm.

O espaçamento tem 3 condicionais:

– Menor ou igual 20 cm;

– Igual a menor dimensão do pilar = 15 cm;

– Menor ou igual 12 * diâmetro da armadura longitudinal em cm= 12 * 1 = 12 cm

Então o espaçamento do estribo é de 12 cm.

13. CÁLCULO MANUAL DA VIGA

A viga a ser dimensionada é a 203, indicada no item 9.

As cargas foram retiradas do software, primeiro o diagrama de momentos fletores e depois o diagrama de forças cortantes.

Figura 19. Diagrama de Momentos Fletores e Forças Cortantes da Viga.

Fonte: Software Cypecad.

bw = hx = 15 cm

h = 30 cm

fck = 20 Mpa

d = h – cobrimento = 30 – 3 = 27 cm

Momentos ao longo da viga:

No trecho 1 e 3: Msk1 = Msk3 = 8,01 kN.m

Msd1 e Msd3 = Msk * 1,4 * 100 = 1.121,40 kN.cm

No trecho 2: Msk2 = 11,35 kN.m

Msd2 = Msk2 * 1,4 * 100 = 1.589 kN.cm

Forças cortantes nos 3 trechos da viga:

Vsk1 = 13,19 kN

Vsk2 = 20,54 kN

Vsk3 = 13,19 kN

Armadura longitudinal no trecho 1 e 3:

Kc = (bw * d²) / Msd1 = (15 * 27²) / 1.121,4 = 9,75

Armadura longitudinal no trecho 2:

Kc = (bw * d²) / Msd2 = (15 * 27²) / 1.589 = 6,88

Utiliza-se a tabela abaixo para encontrar o Ks:

Tabela 3. Tabela de coeficiente Kc e Ks.

Fonte: Notas de Estudo de Urbanismo – FAESC.

Ks1 = 0,024;

Ks2 = 0,025.

As1 e As3= (Ks1 * Msd1) / d = (0,024 * 1.121,4) / 27 = 1 cm²

As2 = (Ks2 * Msd2) / d = (0,025 * 1.589) / 27 = 1,47 cm²

Tabela 4. Área de aço da seção conforme número de barras.

Fonte: Notas de Estudo de Engenharia Civil – UFSCAR.

2 barras de 8 mm atendem a área necessária do trecho 1.

Armadura no trecho 3 é igual armadura no trecho 1, então tem-se 2 barras de 8 mm.

No trecho 2, temos 2 barras de 8 mm e 1 barra de 6.3 mm.

Dimensionamento de estribos

Coeficiente considerado para do concreto

Resistência característica do concreto

Força cortante resistente de cálculo

O valor do coeficiente relacionado a resistência do concreto (fctd) para 20 Mpa, encontrado na tabela abaixo é 1.105 kN/m²

Tabela 5. Tabela com valores de cálculo (Vco)

Fonte: Notas de Estudo de Concreto 1 – ESAMC de Uberlândia.

Resistência do concreto a força cortante

Utilizaremos o Vsk2, pois é a maior força cortante na viga.

Força absorvida pela armadura transversal

(Vsw2) = Vsk2 * 1,4 – Vc = 20,54 * 1,4 – 26,82 = 1,936 kN

Resistência do aço (fyd) = 50 / 1,15 = 43,478

Armadura do estribo

Utilizaremos o Asw.min para encontrarmos os diâmetros das barras de aço do estribo.

De acordo com a tabela abaixo, temos estribos de 5 mm com espaçamento máximo de 22cm, então podemos arredondar para 20 cm.

O resultado dos estribos são barras de 5mm a cada 20 cm.

Tabela 6. Área de estribos de 2 ramos por unidade de comprimento

Fonte: Estruturas de concreto Notas de Aula – Prof. Dr. Paulo Sérgio dos Santos Bastos

Novo dimensionamento:

Figura 20. Projeto estrutural da viga.

Fonte: Software Cypecad e AutoCad.

14. CÁLCULO MANUAL DA LAJE

O método de cálculo utilizado para a laje será através das tabelas de Czerny.

Laje 3

Figura 21. Projeto estrutural da laje.

Fonte: Software Cypecad .

Vão da laje em x = 275 cm

Vão da laje em y = 300 cm

Sobrecarga de acordo com a Norma 6120 = 0,150 tf/ m²

Carga Permanente adotada = 0,100 tf/m²

Espessura = 10 cm

Cobrimento = 2,5 cm

fck = 20 Mpa; fyk = 500 Mpa

Peso próprio = espessura * 2,5 / 100 = 10 * 2,5 / 100 = 0,250 tf/m²

Carga total = Peso próprio + Sobrecarga + Carga Permanente = 0,250 + 0,150 + 0,100 = 0,500 tf/m²

Resistência do concreto majorada (Ocd) = fck / (1,4 * 0,85) /100 = 0,168 tf/cm²

fyd = fyk / 1,15 / 100 = 4,348 tf/cm²

ly / lx = 300 / 275 = 1,091

A tabela de Czerny a ser utilizada para a laje escolhida é referente a 3 bordas engastadas.

Tabela 7. Tabela de Czerny

Fonte: Estrutura de Concreto Armado, Prof. Alberto Vilela Chaer

O ly / lx utilizado da tabela será 1,10, pois é o mais próximo do valor calculado.

Módulo de elasticidade

Inércia da Laje = (100 * espessura³ ) / 12 = (100 * 10³) / 12 = 8.333,333 cm4/m

Flecha = (Carga total / 100) * (lx4 / E) / Inércia da Laje / y

Flecha = (0,500 / 100) * (2754 / 212,873) / 8.333,33 / 44,1 = 0,365cm

Flecha máxima = lx / 250 = 275 / 250 = 1,1cm

A flecha calculada é menor que a flecha máxima, então pode-se manter a laje com 10 cm de altura.

Os próximos cálculos serão feitos através de uma tabela e as fórmulas utilizadas serão apresentadas abaixo.

αx Αy βx βy y
Dados base 38.100 36.700 15.400 14.800 44.100
Momento fletor 0.099 0.103 0.245 0.255
Diâmetro da barra 5.000 5.000 5.000 5.000
d 7.250 7.250 7.250 7.250
µ 0.016 0.016 0.039 0.040
ɛ 0.016 0.016 0.040 0.041
As 1.500 1.500 1.500 1.500
As barra 0.196 0.196 0.196 0.196
Espaçamento 13.000 13.000 13.000 13.000

Momento fletor = ( P * l²) / αx;

Diâmetro da barra = valor adotado;

d = espessura da laje – cobrimento – diâmetro da barra / espessura da laje / 2;

µ = Momento fletor * 1,4 / d² / Ocd;

ɛ = 1 – (1 – 2 * µ)0,5

As = ɛ * 100 * d * Ocd ou As = Espessura da laje * 100 * 0,0015

As barra = diâmetro da barra² * π / 4 /100

Foram encontradas armaduras de 5 mm com espaçamento de 13 cm.

Figura 22. Armadura Transversal Inferior da Laje 3

Fonte: Software Cypecad e AutoCad

Figura 23. Armadura Longitudinal Inferior da Laje 3

Fonte: Software Cypecad e AutoCad

Armadura negativa em x

Cortante máxima = lx * Carga total * 0,65 = 2,75 * 0,500 * 0,65 = 0,890tf/m

Cálculo em Newtons Msx = 8,9kN/cm

Msdx = Msx * 1,4 * 100 = 1.246

Kc = (bw * d²) / Msdx = (100 * 7,5²) / 1.246 = 4,51

Ks encontrado na tabela 3 = 0,026

As = (Ks * Msdx) / d = (0,026 * 1.246) / 7,5 = 4,32

Adotando-se barras de 5mm:

Espaçamento (S) = As / Abarra = 4,32 / 0,20 = 21,6 ou arredonda-se para 20.

Armadura negativa em y

Cortante máxima = ly * Carga total * 0,65 = 3,00 * 0,500 * 0,65 = 0,975tf/m

Cálculo em Newtons Msx = 9,75kN/cm

Msdx = Msx * 1,4 * 100 = 1.365

Kc = (bw * d²) / Msdx = (100 * 7,5²) / 1.365 = 4,121

Ks encontrado na tabela 3 = 0,026

As = (Ks * Msdx) / d = (0,026 * 1.365) / 7,5 = 4,732

Adotando-se barras de 5mm:

Espaçamento (S) = As / Abarra = 4,732 / 0,20 = 23,66 ou arredonda-se para 20.

Figura 24. Armadura Transversal Superior da Laje 3.

Fonte: Software Cypecad e AutoCad.

Figura 25. Armadura Longitudinal Superior da Laje 3.

Fonte: Software Cypecad e AutoCad.

15. CÁLCULO MANUAL DA SAPATA

Figura 26. Variáveis da sapata

Fonte: Apostila de sapata isolada – UFSM.

O método de cálculo para a sapata será o CEB70.

A sapata dimensionada será a S8 do projeto, referente ao pilar P8.

Nk = 92,2 kN

Maior seção do pilar (ap) = 25 cm

Menor seção do pilar (bp) = 15 cm

fyd = 50 / 1,15 = 43,478

diâmetro do aço do pilar = 10 mm

Fator de majoração do peso próprio da sapata Kmaj = 1,05

Tensão admissível do solo (σ adm) = 0,245 Mpa ou 0,0245 kN/cm²

fck = 20 Mpa

fcd = fck / 10 / 1,4 = 1,428 kN/cm²

Área da sapata (Ssap) = Kmaj * Nk / σ adm = 1,05 * 92,2 / 0,0245 = 3951,428 cm²

Cálculo das tensões na base da Sapata

σmáx = (Kmaj * Nk / (a * b)) * (1 + (6 * e / a)) = (1,05 * 92,2 / (70 * 60)) * (1 + (6 * 1 / 70)) = 0,025kN/cm²

σadm > σmáx = 1 (Se 1, ok, se 0 redimensionar).

A σmáx foi maior que a tensão admissível do solo, então adotaremos novas medidas para a sapata, sendo a = 75cm e b = 65cm.

σmáx = (Kmaj * Nk / (a * b)) * (1 + (6 * e / a)) = (1,05 * 92,2 / (75 * 65)) * (1 + (6 * 1 / 75)) = 0,021kN/cm²

Medidas da sapata finais são a = 75cm e b = 65cm.

Altura da sapata (h) = (a – ap) / 3 = (75 – 25) / 3 = 16,67 cm

Comprimento de ancoragem do pilar (lb) com gancho encontrado na tabela abaixo = 31cm

A altura da sapata precisa ser maior que o comprimento de ancoragem do pilar, então podemos escolher a altura da sapata = 35 cm.

Tabela 8. Tabela de comprimento de ancoragem

Fonte: Estruturas de concreto Notas de Aula – Prof. Dr. Paulo Sérgio dos Santos Bastos

Altura útil da sapata (d) = h – cobrimento = 50 – 5 = 45cm

Altura da saia da fundação (h0’) > 15 ou h / 3

h / 3 = 15, então h0 = 15cm

Cálculo dos balanços (ca) = (a – ap) / 2 = (75 – 25) / 2 = 25cm

cb = (b – bp) / 2 = (65 – 15) / 2 = 25cm

α = atan ((h – h0) / ca) = atan (50 – 15) / 25 = 54,46º

h/2 = 25 cm

ca = 25 cm

2 * h = 100 cm

h/2 ≤ ca ≤ 2*h; 25 ≤ 25 ≤ 100; ok!

Cálculo dos momentos

σmáx = ((1,4 * Nk) / (a * b)) * (1 + (6 * e / a)) = ((1,4 * 92,2) / (75 * 65)) * (1 + (6 * 1 / 75)) = 0,028kN/cm²

σmín = ((1,4 * Nk) / (a * b)) * (1 – (6 * e / a)) = ((1,4 * 92,2) / (75 * 65)) * (1 – (6 * 1 / 75)) = 0,024kN/cm²

Cálculo das distâncias xa e xb

xa = ca + 0,15 * ap = 25 + 0,15 * 25 = 28,75 cm

xb = cb + 0,15 * bp = 25 + 0,15 * 15 = 27,25 cm

Tensões no solo na seção de referência S1A

P1.a = σmáx – ((σmáx – σmín) / a) * xa = 0,028 – ((0,028 – 0,024) / 75) * 28,75 = 0,026 kN/cm²

Reação de apoio (P1) = p1.a * xa = 0,026 * 28,75 = 0,747 kN

Reação de apoio (P2) = (σmáx – P1.a) * xa / 2 = (0,028 – 0,026) * 28,75 / 2 = 0,029 kN

M1a = ((P1 * xa / 2) + (P2 * (xa * 2 / 3))) * b = ((0,747 * 28,75 / 2) + (0,029 * (28,75 * 2 / 3))) * 65 = 734,110 kN.m

Pméd = (σmáx + σmín) / 2 = (0,028 + 0,024) / 2 = 0,026

M1b = pméd * (xb² / 2) * a = 0,026 * (27,25² / 2) * 75 = 723,998 kN.m

Cálculo das áreas de aço

As.a = M1a / (0,85 * d * fyd) = 734,110 / (0,85 * 45 * 43,478) = 0,441 cm²

As.a.mín = 0,0015 * bw * h = 0,0015 * 75 * 15 = 1,6875 cm²; Adota-se As.a.mín.

As.b = M1b / (0,85 * d * fyd) = 723,998 / (0,85 * 45 * 43,478) = 0,435 cm²

As.b.mín = 0,0015 * bw * h = 0,0015 * 65 * 15 = 1,462 cm²; Adota-se As.b.mín.

Considera-se 3 barras no sentido a. De acordo com a tabela de aço da figura temos barras com diâmetro de 10 mm.

Espaçamento (s) = 85 / n = 85 / 3 = 28,33, arredonda-se para 28.

Considera-se 3 barras no sentido b. De acordo com a tabela de aço da figura temos barras com diâmetro de 10 mm.

Espaçamento (s) = 75 / n = 75 / 3 = 25.

Figura 27. Projeto estrutural da Sapata.

Fonte: Software Cypecad e AutoCad.

16. COMPARAÇÃO DE RESULTADOS

O pilar dimensionado foi o P8 e abaixo temos uma tabela comparando as medidas e armaduras encontradas:

Pilar P8 Dimensionamento automático pelo software Verificado por cálculos tradicionais de dimensionamento
Medida em X 15 15
Medida em y 25 25
Armadura longitudinal 4 Ø 12.5 4 Ø 10.0
Diâmetro do estribo 6.3 mm 5 mm
Espaçamento do estribo 15 cm 12 cm

O pilar P8 verificado por cálculos tradicionais apresenta armaduras e estribos com diâmetros menores. O espaçamento é menor, mas percebe-se que o cálculo manual trouxe um dimensionamento mais econômico.

A viga dimensionada foi a V3 e a tabela de comparação está abaixo:

Viga V3 Dimensionamento automático pelo software Verificado por cálculos tradicionais de dimensionamento
Altura da viga 30 cm 30 cm
Largura da viga 15 cm 15 cm
Armadura superior no trecho 1 e 3 2 Ø5 mm 2 Ø5 mm
Armadura superior no trecho 2 2 Ø6.3 mm
e 1 Ø8 mm
2 Ø8 mm
Armadura inferior no trecho 1 e 3 1 Ø6.3 mm 1 Ø6.3 mm
Armadura inferior ao longo da viga 2 Ø6.3 mm 2 Ø8 mm
Diâmetro do estribo 5 mm 5 mm
Espaçamento do estribo 16 ou 15 cm 20 cm

A armadura superior no trecho 2 tem quantidade menor de aço de acordo com o cálculo manual, mas a armadura inferior ao longo da viga foi mais econômica quando dimensionada pelo software. O cálculo convencional ainda permitiu um espaçamento maior e no geral uma menor quantidade de armaduras. Abaixo temos a figura da viga e os 3 trechos para visualização.

Figura 28. Projeto estrutural da viga 203.

Fonte: Software Cypecad e AutoCad.

A laje dimensionada foi a laje 3 e a tabela de comparação de armaduras está abaixo:

Laje 3 Dimensionamento automático pelo software Verificado por cálculos tradicionais de dimensionamento
Altura da laje 10 cm 10 cm
Armadura transversal inferior e espaçamento 24 Ø5 mm Espaçamento = 13 cm 24 Ø5 mm Espaçamento = 13 cm
Armadura longitudinal inferior e espaçamento 22 Ø5 mm
Espaçamento = 13 cm
22 Ø5 mm
Espaçamento = 13 cm
Armadura transversal superior e espaçamento 24 Ø4.2 mm Espaçamento = 13 cm 15 Ø5 mm Espaçamento = 20 cm
Armadura longitudinal superior e espaçamento 14 Ø5 mm Espaçamento = 20 cm 14 Ø5 mm

Espaçamento = 20 cm

Na laje tivemos os resultados mais parecidos calculados pelo software e manualmente. A diferença está na armadura transversal superior. O software dimensionou armaduras com espessura menor, mas houve a necessidade de um espaçamento menor. Pode-se considerar dimensionamentos equivalentes entre as 2 opções.

A sapata dimensionada foi a S8 e abaixo está a comparação do dimensionamento.

Sapata S8 Dimensionamento automático pelo software Verificado por cálculos tradicionais de dimensionamento
Medida em X 85 cm 65 cm
Medida em y 85 cm 75 cm
Altura da sapata 30 cm 35 cm
Armadura longitudinal 3 Ø10 mm 3 Ø10 mm
Comprimento da barra 118 cm 91cm ou 101cm

O cálculo manual trouxe resultados melhores para as sapatas. As medidas em x e y menores permitiram também uma menor quantidade de aço na armadura.

17. CONSIDERAÇÕES FINAIS

Sabe-se que os softwares de cálculo aumentaram a velocidade de execução de projetos estruturais e apresentam um satisfatório grau de confiabilidade nos dimensionamentos. Mas ainda devem ser utilizados como ferramenta de auxílio. O projetista pode ter estruturas superdimensionadas se deixar a análise somente para os softwares.

Os resultados desse trabalho mostraram que é possível economizar na estrutura se forem feitas análises manuais profundas nas estruturas. Esse projeto é de pequeno porte e melhorias foram possíveis. Em projetos de grande porte o estudo do engenheiro civil pode trazer maiores economias em comparação com dimensionamentos automatizados. Deve-se lembrar também que é possível alterar dimensionamentos feitos pelos softwares. Um projetista pode alterar armaduras e medidas de peças estruturais nos softwares manualmente, mas para isso deve ter conhecimento profundo de normas e cálculos para verificações.

18. REFERÊNCIAS

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 6118: Projeto de estruturas de concreto – procedimentos. Rio de Janeiro, 2014.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Projeto e execução de fundações – Procedimento: NBR 6122. Rio de Janeiro, 1996.

BASTOS, Paulo Sérgio dos Santos. Fundamentos do Concreto Armado. 2006. 98 f. Estruturas de Concreto I, Curso de Engenharia Civil da Faculdade de Engenharia, da Universidade Estadual Paulista – UNESP, Campus de Bauru, 2006.

CARVALHO, Roberto Chust; FIGUEIREDO FILHO, Jasson Rodrigues de. Cálculo e Detalhamento de Estruturas Usuais de Concreto Armado. 3. ed. São Carlos: Edufscar, 2009.

DUCATTI, V. A. Concreto de elevado desempenho: estudo da aderência com a armadura. 1993. 259f. Tese (Doutorado em Engenharia) – Escola Politécnica, Universidade de São Paulo, São Paulo.1993.

GIONGO, José Samuel. Concreto armado: Projeto estrutural de edifícios. Apostila – Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo, São Carlos, SP, 2007.

PINHEIRO, Libânio Miranda; Fundamentos do Concreto e Projeto de Edifícios. São Carlos: Edufscar, 2004.

ROCHA, A. M., Concreto Armado, Volume 1, Editora Nobel, São PauloRio de Janeiro,1981.

RODRIGUES, Paulo Cesar. Notas de Aula da disciplina de Estruturas deConcretoArmado I. Curso de graduação em Engenharia Civil. Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul. Ijuí, 201.

SILVA, Ney Amorim. Concreto Armado I – (Apostila utilizada em sala de aula) Escola de Engenharia da UFMG, Departamento de Engenharia de Estruturas DEEs, Belo Horizonte 2005.

VALLE, Ângela do; ROVERE, Henriette Lebre La; Pillar, Nora Maria De Patta. Apostila de análise estrutural I. Apostila – Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis, SC, 2013.

[1] Engenheiro civil; Especialista em Projeto, execução e dimensionamento de Estruturas e Fundações; Especialista em Gestão de Projetos em Engenharias e Arquitetura.

Enviado: Setembro, 2019.

Aprovado: Outubro, 2019.

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