ANÁLISE DE VIABILIDADE ECONÔMICA ENTRE TIPOS DE FUNDAÇÃO SUPERFÍCIAL POR SAPATA ISOLADA E RADIER

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1 ANÁLISE DE VIABILIDADE ECONÔMICA ENTRE TIPOS DE FUNDAÇÃO SUPERFÍCIAL POR SAPATA ISOLADA E RADIER Poliana Bellei 1 Professora do curso de Engenharia civil da UCEFF Faculdades polianabellei@gmail.com Cristian Bufon Mucelini 2 Acadêmico do curso de Engenharia civil da UCEFF Faculdades cristian_mucelini@hotmail.com Lidiane de Fátima Rodrigues da Silva 3 Engenheira civil egressa da UCEFF Faculdades lidifrs@yahoo.com.br Guilherme Chiaradia Da Costa 4 Engenheiro civil egresso da UCEFF Faculdades guilhermechiaradiadacosta@gmail.com Julio Rodrigo Luzzatto 5 Engenheiro civil egresso da UCEFF Faculdades jrluzzatto@gmail.com Resumo. Este trabalho consiste em apresentar a viabilidade econômica entre a execução da fundação por sapata isolada e a fundação por radier. A obra escolhida foi uma residência unifamiliar executada em alvenaria convencional, onde, primeiramente foram analisados os parâmetros do solo da região e os projetos originais realizados por sapata isolada. Em seguida, a fundação por radier foi dimensionada por meio do software CAD/TQS. Quanto aos custos resultantes em cada orçamento, a fundação por radier apresentou um consumo de aço elevado, quando comparado a fundação por sapata isolada, tornando-se a opção mais cara. Esse é um estudo comparativo, que visa proporcionar informações para futuros processos de escolha, do tipo de fundação, para um empreendimento. Palavras-chave: Fundação. Custo. 1. INTRODUÇÃO Quando trata-se de obras residenciais e comerciais de pequeno e médio porte, a depender das características do solo, é comum a utilização de fundações superficiais, para diminuir custo e tempo, no momento da execução. Alguns autores determinam qual a melhor escolha da fundação para cada situação, levando em conta, geralmente, a questão econômica. Porém, o profissional responsável deve analisar todos os itens necessários, para um bom funcionamento da estrutura. Com isso, o presente trabalho tem a finalidade de analisar qual fundação superficial, sendo por sapata isolada ou fundação superficial por radier, é viável em termos econômicos. A obra analisada foi projetada e executada por sapata isolada, deste modo, utilizou-se a mesma edificação calculando a fundação por radier. Após esse processo foi realizado o quantitativo de materiais, e o

2 orçamento para cada tipo de fundação. Posteriormente, os dados foram comparados, e concluído o tipo de fundação com menor custo, para a obra em estudo. 2. REVISÃO TEÓRICA Para Vargas (2002), fundação é um termo utilizado na engenharia para denominar as estruturas responsáveis por transmitir as solicitações dos esforços das construções ao solo. Existem alguns tipos de fundações, e são projetadas levando em consideração, a carga que recebem, e as características geotécnicas dos solos que as suportarão. Dentre os vários tipos de fundação superficial pode-se citar: a sapata isolada e o radier. 2.1 Fundação superficial por sapata isolada Velloso e Lopes (2011), descreve a sapata, como elemento de fundação superficial de concreto armado, dimensionado de modo, que as tensões de tração produzidas, não podem ser resistidas pelo concreto, resultando no emprego de armadura. Pode ter espessura constante ou variável, e sua base em planta, é normalmente quadrada, retangular ou trapezoidal. Ainda, os mesmos autores citam, que as sapatas de fundação podem ter altura constante ou variável. A adoção de altura variável proporciona uma economia considerável de concreto nas sapatas maiores. 2.2 Fundação superficial por radier Para Yazigi (2013), radier é uma sapata associada que abrange todos os pilares de obras ou carregamento distribuído (tanques, depósitos, silos, etc.). Pode-se citar como principais tipos de radier: lisos, com pedestais ou cogumelos, com vigamento, e em caixão. Velloso e Lopes (2011) destacam, que a fundação superficial radier é uma estrutura, que pode ser executada em concreto armado ou concreto protendido, e possui como característica receber as cargas por meio dos pilares, alvenarias da edificação, depósitos ou silos, cargas distribuídas de tanques, sendo essa distribuição, feita uniformemente ao solo. Para os mesmo autores os métodos para o cálculo do elemento de fundação tipo radier são os seguintes: Método Estático; Sistema de vigas sobre base elástica; Método de placa sobre solo de Winkler; Método do American Concrete Institute (AIC); Método das diferenças finitas; Método dos elementos finitos. Destes métodos vale destacar o método de placa sobre o solo de Winkler, pois a partir deste, foram desenvolvidos o método do AIC e o método de viga sobre base elástica. 2.3 Requisitos de um projeto de fundações Para Milititsky, et al. (2005), pela larga utilização em construções de pequeno porte, devido a sua facilidade construtiva, as fundações superficiais são, muitas vezes, executadas sem projeto, qualificação profissional, e sem supervisão e acompanhamentos do engenheiro responsável, resultando na frequência, dos mais variados problemas sem obra. Segundo Velloso e Lopes (2011), os requisitos básicos, que um projeto de fundações deverá atender são: a) Deformações aceitáveis sob as condições de trabalho - corresponde a verificação de Estados Limites de Utilização ou de Serviço (ELS); b) Segurança adequada ao colapso do solo de fundação ou estabilidade "externa" - corresponde à verificação de Estados Limites Ultimo (ELU); c) Segurança adequada ao colapso dos elementos estruturais ou estabilidade "interna"

3 - corresponde à verificação de Estados Limites Ultimo (ELU); As consequências do não atendimento a esses requisitos podem acarretar em problemas de deformação excessiva, colapso do solo, tombamento, deslizamento e colapso estrutural. Outros requisitos específicos, podem ser (YAZIGI, 2013): a) Segurança adequada ao tombamento e deslizamento (também estabilidade "externa"), a ser verificada nos casos em que forças horizontais elevadas atuam em elementos de fundação superficial; b) Segurança a flambagem; c) Níveis de vibração compatíveis com o uso da obra, a serem verificados nos casos de ações dinâmicas. É importante que esses requisitos básicos sejam observados, para um melhor funcionamento da estrutura. 3. METODOLOGIA O presente trabalho desenvolveu-se por meio de uma obra residencial unifamiliar localizada no Condomínio Residencial Terrasol, em um terreno de 634,00 m² de área, no Bairro Seminário, em Chapecó SC. A residência contou com 143,63 m² de área construída. Essa obra possuiu a fundação superficial por sapata isolada. Foi possível acompanhar o andamento da obra, onde observou-se desde a fase de projeto, até a sua execução. Por meio disso, na sequência, foi realizado o dimensionamento do projeto de fundações, para a mesma obra utilizando o radier. A Figura 1 apresenta a planta baixa da obra estudada. Figura 1. Planta Baixa Projeto Original

4 Na Fig. 2 é possível visualizar a perspectiva da Fachada Sul da obra em 3D. (ABNT, 2014), a qual contempla o valor de 25 MPa para Classe de Agressividade Ambiental II. As considerações da NBR 6122 (ABNT, 2010), também foram levadas em consideração. 4. ANÁLISE DOS RESULTADOS Figura 2. Vista Fachada Sul em 3D Para a análise estrutural dos tipos de fundações, a sapata isolada, originalmente executada na obra, foi lançada no programa CAD-TQS, tal e qual foi projetada, para fins de elaboração do quantitativo. Posteriormente, a fundação por radier foi dimensionada pelo mesmo software, sendo possível a comparação entre os dois tipos de fundações, em termos de custo. A resistência do concreto (fck) foi estabelecida de acordo com a NBR 6118 Nessa etapa apresentam-se os resultados de material, quantitativo e custo, entre os tipos de fundação superficial por sapata isolada e radier. 4.1 Sapata isolada Para uma melhor análise e conclusão dos resultados finais, foi dimensionado a sapata isolada, para a obra em questão. A Fig. 3 demonstra o Piso 0 (fundação), apresentando a distribuição das 36 sapatas calculadas, conforme projeto original. Figura 3. Piso 0 Fundação

5 O lançamento das cargas das paredes foi estabelecido seguindo o projeto arquitetônico original. Depois de lançado a estrutura, o software gerou os relatórios de quantitativos de aço e concreto necessários para a fundação, detalhando, especificamente, as características para cada material. Diante da quantidade de sapatas, a Tabela 1 demonstra, resumidamente, a quantidade de aço empregada, identificando a nomenclatura do aço, a espessura da bitola, o comprimento em metros, e seu peso em quilogramas. Tabela 1. Resumo final de aço para a fundação para sapata isolada Aço Bitola Comprimento Peso (mm) (m) (kg) 50A , A 12,5 289,3 279 Peso Total 920 Na sequência observa-se o quantitativo de concreto para a cobertura, o baldrame e a fundação em sapata isolada. A Tabela 2 demonstra a quantidade necessária de concreto, em metros cúbicos, para a etapa de cada piso. Piso 2 Cobertura Tabela 2. Quantitativo de concreto para a fundação por sapata isolada Concreto Forma fck (MPa) (m³) (m²) Pilares Vigas 12, Lajes 54, Fundações Outros Total Cobertura 73, Piso 1 Baldrame Pilares 3, Vigas Lajes Fundações Outros Total Baldrame 16, Piso 0 Fundação Pilares Vigas Lajes Fundações 22, Outros Total Fundação 22, A Tabela 3 detalha o resumo final de concreto para a fundação por sapata isolada. Tabela 3. Resumo final de concreto para a fundação por sapata isolada Concreto (m³) Forma (m²) Piso 2: Cobertura 73,4 631 Piso 1: Baldrame 16,1 265 Piso 0: Fundação 22,9 44 Totais 112,4 940 Em resumo, tem-se o concreto necessário em m³ para a cobertura, baldrame e a fundação, bem como demonstrado a área de forma e a área total de cada piso. O aço também foi definido em sua quantidade total para as sapatas. 4.2 Radier Para o lançamento da fundação por radier, adotou-se a mesma carga de parede, e a mesma locação dos pilares, que o projeto original elaborado para a fundação superficial. O módulo de reação do solo foi determinado levando em consideração, as características do solo de região, que em sua maioria, consiste em Argila Dura. Tendo como características do solo Argila Dura, o valor do módulo de reação de ensaio de placa (ks1), é de 9,6 kgf/m³ ou 9600 tf/m³. Segundo o American Concrete Institute (ACI, 1988), para a obtenção do coeficiente de reação do solo (kv) deve-se corrigir o valor de ks1 encontrado, para isso, obteve-se então um valor corrigido de 831,30 tf/m³.

6 O espaçamento da grelha do radier foi adotado, como sendo, duas vezes a espessura do radier, portanto, o espaçamento de grelha foi de 60 cm para o dimensionamento. O valor corrigido de 831,30 tf/m³ foi multiplicado pela área de um espaçamento da grelha, obtendo o valor de 299,26 tf/m³, valor este, lançado no CAD/TQS. O detalhamento da grelha pode ser observado na Fig. 4. Figura 4. Detalhamento da Grelha Na Fig. 5 pode ser observado o deslocamento da grelha. Nota-se que houve apenas um deslocamento mínimo, o qual, segundo relatos do engenheiro da empresa, é normal, e não compromete a estrutura como um todo. Tabela 4. Resumo quantitativo das armaduras principais por radier Aço Bitola (mm) Comprimento (m) Peso (kg) 50A A 12, Quantidade Total de Aço - 50A 3053 Na Tabela 5, é apresentado o resumo de aço das armaduras positivas secundárias. Figura 5. Deslocamentos da Grelha O resumo do aço para as armaduras principais, o peso em quilogramas, o comprimento em metros das duas bitolas utilizadas, bem como sua resistência estão demostrados na Tabela 4. Tabela 5. Resumo quantitativo das armaduras positivas secundárias por radier Aço Bitola Comprimento Peso (mm) (m) (kg) 50A A 12, Quantidade Total de Aço - 50A 2681

7 Em resumo, a Tabela 6 apresenta os quantitativos finais de aço para as armaduras negativas principais. Nota-se que o software adota, automaticamente, uma maior variedade de bitolas para melhor detalhamento, bem como algumas barras foram dimensionadas com uma resistência maior (Aço - 60B). Tabela 6. Resumo quantitativo das armaduras negativas principais por radier Aço Bitola (mm) Comprimento (m) Peso (kg) 60B A A 12, A Quantidade Total de Aço - 60B 97 Quantidade Total de Aço - 50A 2214 Na sequência observa-se o quantitativo de concreto para a cobertura e a fundação por radier. A Tabela 7 demonstra o concreto necessário em m³, as formas necessárias em m², e o fck adotado em MPa. Tabela 7. Resumo total de aço para a fundação por radier Aço Bitola (mm) Comprimento (m) Peso (kg) 60B A , ,00 50A 12,5 4181, ,00 50A Total 10439, ,00 A Tabela 8 demonstra o quantitativo de concreto para os dois pisos da fundação por radier, destacando a quantidade necessária de concreto em m³ para a etapa de cada piso, a área de forma necessária, bem como a devida resistência em MPa. Piso 1 Cobertura Tabela 8. Quantitativo de Concreto para a fundação por radier Concreto Forma fck (MPa) (m³) (m²) Pilares Vigas 12, Lajes 54, Fundações Outros Total Cobertura 73, Piso 0 Fundação Pilares Vigas Lajes 107, Fundações 22, Outros Total Fundação 130, A Tabela 9 detalha o resumo final de concreto para a fundação por radier. Tabela 9. Resumo final de concreto para a fundação por radier Concreto (m³) Forma (m²) Piso 1: Cobertura 73,4 631 Piso 1: Baldrame 130,2 402 Total 203,6 1033,00 Com isso, foi possível elaborar o orçamento final para cada tipo de fundação em questão. 4.3 Análise de custo das fundações Neste item estão demonstrados os resultados finais da pesquisa, onde foi determinado o custo geral das fundações. Para cada fundação foram analisados seus resultados, e por meio da Tabela de Composições de Preços para Orçamentos (TCPO) desenvolvida pela editora PINI, e o Sistema Nacional de Pesquisa de Custos e Índices da Construção Civil de Santa Catarina (SINAPI - SC), foi determinado o custo dos serviços em terra, do aço, do concreto e das formas para as fundações.

8 Os serviços escolhidos para compor o orçamento, foram determinados levando em conta o seu custo, em relação ao custo total da fundação. Para melhor organização e visualização os serviços foram: Escavação Mecanizada campo aberto solo de 1º categoria (Profundidade: Até 2m) (TCPO); Concreto estrutural virado em obra, controle a consistência para vibração, brita 1 e 2, fck 25 MPa (TCPO); Fabricação de fôrma de madeira para fundação, com tábuas e sarrafos (TCPO); Aço CA ,0 mm (cortado e dobrado) (SINAPI - SC); Aço CA ,5 mm (cortado e dobrado) (SINAPI - SC); Aço CA ,0 mm (cortado e dobrado) (SINAPI - SC); Aço CA ,0 mm (cortado e dobrado) (SINAPI - SC). Diante dos valores obtidos, a Tabela 10 detalha o custo total da fundação por sapata isolada. Para o custo da escavação mecanizada da fundação por sapata isolada, calculou-se a área da base de cada sapata, sendo multiplicado pela profundidade que se encontra a fundação. Tabela 10. Custo total da fundação por sapata isolada Custo Descrição Custo Qtd. Un Unitário do Serviço Geral (R$) (R$) Escavação Mecanizada 106,79 m³ 11, ,71 Concreto Virado em 112,4 m³ 326, ,72 Obra C25 Aço CA-50 / 10,0 mm 641 kg 4, ,91 Aço CA-50 / 12,5 mm 279 kg 4, ,12 Formas 940 m² 47, ,60 Custo Total (R$) 79002,06 A Tabela 11 descreve o custo total da fundação por radier. Para o custo da escavação mecanizada da fundação por radier, calculouse a área total do radier e foi multiplicado pela profundidade do radier. Tabela 11. Custo total da fundação por radier Custo Descrição do Un Custo Geral Qtd. Unitário Serviço. (R$) (R$) Escavação Mecanizada 43,089 m³ 11,15 480,44 Concreto Virado em 203,6 m³ 326, ,44 Obra C25 Aço CA-60 / 5,0 mm 97 kg 4,17 404,49 Aço CA-50 / 10,0 mm 3188 kg 4, ,88 Aço CA-50 / 12,5 mm 4028 kg 4, ,84 Aço CA-50 / 16,0 mm 732 kg 4, ,96 Formas 631 m² 47, ,09 Custo Total (R$) ,14 As armaduras foram obtidas conforme os resultados obtidos no CAD/TQS, quantificadas em quilograma e classificadas em CA - 50 (diâmetros nominais de 10,0 mm, 12,5 mm e 16,0 mm) e CA - 60 (diâmetro nominal de 5,0 mm). A Fig. 6 apresenta de maneira resumida o custo total de cada fundação. Figura 6. Valor total de cada fundação Na Fig. 7 está representada a porcentagem que cada tipo de material implica, no custo total de cada tipo de fundação.

9 Figura 7. Porcentagem correspondente dos materiais para cada fundação Pode-se perceber que a escavação se torna um item pouco significante no valor total. Já o percentual do concreto corresponde, a grande parte do valor final de cada fundação, sendo que, e a porcentagem entre os dois tipos de fundações são semelhantes. O que chama atenção, é que na execução, para a fundação por sapata isolada, o consumo de aço é menor, sendo necessário 920 kg, e o valor do consumo de aço para a fundação por radier, é de kg. O percentual correspondente ao aço, na sapata isolada representou apenas 5,17 % do valor total, e na fundação por radier apresentou o valor corresponde a 27,69 % do total da fundação. O radier é acompanhado de uma malha de armadura ligeiramente elevada, para combater os esforços em sua base, fato este, que pode ter acarretado, em um aumento significativo do custo do mesmo. Portanto, pode-se dizer que a fundação por sapata isolada é mais econômica, principalmente, em relação a esse item. Outro item importante são as formas, que na fundação por sapata isolada correspondem a 46,87 % do valor total, e na fundação por radier este valor é de 19,58 %. Em ambas as fundações esse item mostrou-se significante, mas na sapata isolada ele é maior, devido a forma construtiva da mesma. 5. CONSIDERAÇÕES FINAIS Por meio desse estudo buscou-se um comparativo de custos entre dois tipos de fundação superficial, sendo elas sapata isolada e radier. Para tais cálculos e dimensionamentos foram adotados parâmetros de solo oriundos da região de Chapecó - SC, bem como informações de projetos originais da fundação por sapata isolada. Para a conclusão dos objetivos foi necessário realizar o dimensionamento dos dois tipos de fundação, sendo que, o lançamento da estrutura foi realizado pelo software CAD/TQS. Esse programa forneceu o projeto de detalhamento das fundações, e também o quantitativo dos principais materiais considerados para execução. Com o levantamento de quantitativos das composições e os preços, procurou-se orçar esses materiais. Tal orçamento foi obtido com a ajuda de duas tabelas de preços a TCPO (2014) e a SINAPI - SC (2015). Mediante os resultados observa-se que a proporção de concreto é muito similar em ambas as fundações, porém, no dimensionamento da fundação por sapata isolada, a quantidade de aço é significativamente menor, do que a empregada na fundação por radier. Quanto aos custos, o total da fundação por sapata isolada resultou em R$ ,06, valor este que representa 62,22% do custo total da fundação por radier, que é de R$ ,14. Com este resultado, é possível concluir que o uso da fundação por sapata isolada mostrou-se mais econômico para essa obra em questão. Para pesquisas futuras sugere-se realizar comparações em outras obras existentes na região, e analisar o fator tempo para a execução de ambas as fundações. Agradecimentos Os autores agradecem a empresa e seu engenheiro responsável pelo auxilio no dimensionamento e a liberação dos projetos.

10 6. REFERÊNCIAS ABNT - ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 6122: Projeto e execução de Fundações. Rio de Janeiro, ABNT - ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 6118: Projeto de estruturas de concreto Procedimento. Rio de Janeiro, CAIXA ECONOMICA FEDERAL, SINAPI: Metodologias e Conceitos. Gerência Nacional Padronização E Normas Técnicas Caixa Econômica Federal. MILITITSKY, J.; CONSOLI, N. C.; SCHNAID, F. Patologia das Fundações. São Paulo, Oficina de Textos, PINI. TCPO: Tabela de composição de Preços para Orçamentos. 14. Ed. São Paulo: Pini, VARGAS, M. Evolução das Investigações geológicas: Os solos da cidade de São Paulo: Histórico das pesquisas. São Paulo: Paulo s, VELLOSO, D. de A. e LOPES, F. de R. Fundações. São Paulo, Oficina de Textos, YAZIGI, W. A Técnica de Edificar. São Paulo: PINI, 2013.