ANÁLISE DA MAJORAÇÃO DE PILARES SEGUNDO A NBR 6118 E SUAS CONSEQUÊNCIAS

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1 ANÁLISE DA MAJORAÇÃO DE PILARES SEGUNDO A NBR 6118 E SUAS CONSEQUÊNCIAS Luciana Nardi Marascalchi Acadêmico do Curso Engenharia de Estruturas do Centro Universitário de Lins Unilins, Lins-SP, Brasil. Luciana Pizzo Docente do Curso Engenharia de Estruturas do Centro Universitário de Lins Unilins, Lins-SP, Brasil. Resumo Nos dia de hoje, o mercado da construção civil está cada vez mais competitivo, a margem de lucro cada vez mais estreita e o consumidor mais exigente, deixando os projetistas e construtores com o desafio de reduzir custos sem deixar de lado a qualidade e a segurança das obras. Neste trabalho serão apresentados estudos de caso em concreto armado moldado no local, com o objetivo de avaliar qual projeto representa a melhor relação entre sistema estrutural e custo de obras de pequeno porte. Para tal, foram apresentados dois modelos de residência e três opções de estrutura para cada modelo, seguindo a prescrição da norma NBR 6118:2014 item , para comparar pilares de 19cm e 14 cm. Palavras chaves dimensões mínimas estruturais, estrutura, concreto armado, projeto. Abstract Currently, the market of civil construction is more competitive than the past, today the market is characterized for demanding consumers and a small profit. So the draughtsman and builders have an objective: reduce costs keeping the quality and the security of constructions. This work will present studies of reinforced concrete produced and reinforced in construction, to assess what project is the best to represent the relation between structural system and costs to constructions on small buildings. This work showed two models of residence and three options of structure for each model, according NBR 6118:2014 item , to compare pillars of 19 cm and 14 cm Keywords minimal structural dimensions, structure, reinforced concrete, project. 1 Introdução A estrutura de uma edificação deve ser projetada de modo que seja capaz de resistir a todos os esforços e interferências externas que possam provocar efeitos significativos ao longo da vida útil da construção. Porém, além das questões técnicas, é necessário que os elementos estruturais estejam em acordo com a funcionalidade do projeto arquitetônico, e este, por sua vez, deve respeitar as limitações técnicas do sistema construtivo estrutural. O projeto não deve se restringir apenas a escolha do sistema estrutural. Deve considerar as questões regionais significativas, tais como clima, mão de obra, costumes, entre outros. Esta escolha deve resultar em um projeto mais eficiente e econômico. O sistema construtivo em concreto armado vem sendo substituído por estruturas mais modernas, tais como as pré-fabricadas e metálicas, entre outras. Entretanto, para residências de pequeno e médio porte, este sistema é o mais convencional, devido, principalmente, à ausência de mão de obra qualificada, pois para aplicar novas tecnologias é preciso dominá-las e adequálas às condições locais. Nas estruturas em concreto armado a NBR 6118:2014 determina que a menor dimensão transversal da estrutura seja entre 19 cm e 14 cm. Assim sendo, foi feita uma

2 comparação entre as menores dimensões transversais da estrutura ( b ), a fim de determinar qual projeto representa a melhor relação custo x benefício. Com esta informação, é possível discutir e estabelecer a postura a ser adotada em projetos arquitetônicos e projetos estruturais. 2 Referencial Teórico Segundo Carvalho e Figueiredo Filho (2007, p. 21), o sistema estrutural é o modo como os elementos estruturais são arranjados. A estruturação se resume em escolher um sistema estrutural que constitua a parte resistente do projeto, a fim de formar pórticos que contribuam significativamente para a estabilidade global da edificação. No modelo de estrutura convencional, executado em concreto armado e com fechamento em alvenaria (tijolos cerâmicos), existe uma grande pressão por parte de proprietários e arquitetos para que pilares de imóveis residenciais não excedam, em sua menor dimensão ( b ), a largura da parede em que este está posicionado. Os projetos arquitetônicos atuais revelam uma tendência de estruturas cada vez mais altas, esbeltas e menos rígidas, gerando preocupações nas análises estruturais relacionadas à estabilidade. Segundo a NBR 6118:2007, a sessão transversal de pilares, qualquer que seja sua forma, não deve apresentar dimensão menor do que 19 cm. Em casos especiais, permitese a consideração de dimensões entre 19 cm e 12 cm. Entretanto, a atualização recente desta mesma norma técnica, em vigência a partir de 29 de maio de 2014, estabelece que, em casos especiais, permite-se a consideração de dimensões entre 19 cm e 14 cm, respeitando a área mínima de 360 cm². Ambas as revisões da norma estabelecem que, para utilização de dimensões abaixo de 19 cm, as ações a serem consideradas no dimensionamento sejam multiplicadas por coeficientes de ajustamento ɤ n. Este índice de correção foi adotado a partir das publicações das normas de 2003, a fim de garantir a segurança adicional frente às dimensões reduzidas, visto que qualquer excentricidade de carga atuante pode provocar deslocamentos horizontais excessivos e muitas patologias nas alvenarias. 3 Metodologia Este trabalho foi desenvolvido sob a forma de estudo de caso comparativo, relacionando modelos de residência e variações de espessura dos elementos estruturais. Para este estudo foram propostos dois modelos de residência de pequeno porte, em um terreno de 200,00 m², situado em uma área urbana. As residências foram estruturadas em concreto armado, fazendo com que todo o conjunto trabalhe quando a peça é solicitada. A alvenaria foi feita com blocos de vedação (blocos dimensionados para resistir apenas ao seu peso próprio). Suas dimensões e características mudam de acordo com a largura das paredes, assim sendo, alvenaria e todas as vigas de cada estrutura seguem a mesma largura em sua dimensão mínima, para que possa facilitar a execução da obra. Para cada modelo foi utilizado blocos com largura específica, porém mesma altura e comprimento, de forma que atendessem as especificidades da estrutura proposta. Os blocos escolhidos são da Selecta, fabrica situada na cidade de Itu, estado de São Paulo. Figura 1 Ilustração do bloco de vedação Fonte: Google Imagens O concreto utilizado foi o Fck 20 Mpa, obedecendo a norma 6118:2014, item

3 Este tipo de obra é concretada no local, o que torna as ligações mais rígidas. Para a análise estrutural, serão consideradas as seguintes variáveis: (a) Cobrimento de viga: 2,00 cm (b) Cobrimento de pilar: 1,50 cm É importante considerar também que, para estes projetos, as lajes serão treliçadas e não colaboraram com a rigidez das vigas. Além disso, não foram levados em consideração os esforços de vento. A alvenaria foi apoiada diretamente sobre as vigas de fundação de todos os modelos e nas vigas do pavimento superior dos modelos assobradados, considerando uma carga distribuída diferente em cada modelo ao longo de seu comprimento, como pôde ser visto nas tabelas 1, 2, 3, 4, 5 e 6. Para os cálculos da carga linear de alvenaria, foi utilizada a equação (1). (1) Onde: P espec = Peso específico do bloco cerâmico revestido, cujo valor é 1600 kg/m³. Alv acab = Largura do bloco (m) + 0,03 m, referente à argamassa de revestimento. h pav = Altura do pavimento (m), com desconto da viga. Sabendo-se que nos modelos estruturais a base da seção transversal da viga varia de acordo com a dimensão mínima do pilar, é possível dizer que a seções transversais das vigas também variam. Figura 2 Ilustração da dimensão de uma viga Fonte: Google Imagens No entanto, um elemento estrutural tem seu próprio peso, que deve ser considerado na definição dos carregamentos atuantes em uma estrutura. Como todos os elementos estruturais são de concreto armado, a NBR 6118, em seu item 2.2, recomenda a utilização de um peso específico de 25 kn/m³. Esse valor é estabelecido para considerar o peso próprio do elemento com base em suas dimensões, o que pode ser descrito pela formula (2). Onde: ɤ c = peso específico do concreto armado, cujo valor é 25 kn/m³ b = base da seção transversal da viga h = altura da seção transversal da viga (2) As análises numéricas do comportamento da estrutura para cada residência serão realizadas utilizando o Sistema Computacional TQS. Este sistema, desenvolvido pela TQS Informática Ltda, permite que os dados da entrada, relativos à geometria e ao carregamento do pavimento, sejam fornecidos graficamente. Com esses dados, é possível fazer uma distribuição das ações das lajes para as vigas e dessas para os pilares. Ainda sobre o TQS, é importante salientar que a modelagem é de inteira responsabilidade do engenheiro, já que o software não tem discernimento de qual é o melhor modelo físico. É importante salientar também que existe um arquivo de critérios onde o projetista vai impor a modelagem para o cálculo, de acordo com sua vontade, tendo assim um pleno controle sobre o processamento e o detalhamento. 3.1 Primeira residência A primeira residência será térrea, com um dormitório, um banheiro, duas salas, uma cozinha, varanda e garagem, encerrando uma área total de 114,80m², conforme figura 2.

4 A NBR 6120:1980 estabelece que, para edifícios residenciais a carga permanente (g) é 1,5 kn/m². Assim sendo, para este projeto, na laje de cobertura será utilizada a carga permanente 1,5 kn/m² e a carga acidental 0,5 kn/m². A planta estrutural do modelo pode ser vista na figura 4. Tabela 1 Cargas do modelo (1) Carga de alvenaria (tf/m) Carga na laje (tf/m²) Viga Cobertura - 0,20 Viga Fundação 0,82 - Figura 4 Forma da cobertura do modelo (1) Figura 3 Planta baixa da residência Esta residência terá três simulações de estruturas, conforme modelos (1), (2) e (3). (a) Modelo 1: Pilar com dimensões 14 cm x 26 cm x 330 cm (b x a x h). Bloco cerâmico com 6,75 kg e dimensões 14 cm x 39 cm x 19 cm (L x C x H). As informações de carga do modelo seguem na tabela 1. (b) Modelo 2: Pilar com dimensões 19 cm x 19 cm x 330 cm (b x a x h) Bloco cerâmico com 8,50 kg e dimensões 19 cm x 39 cm x 19 cm (L x C x H). As informações de carga do modelo seguem na tabela 2. A planta estrutural do modelo pode ser vista na figura 5. Tabela 2 Cargas do modelo (2). Carga de alvenaria (tf/m) Carga na laje (tf/m²) Viga Cobertura - 0,20 Viga Fundação 1,10 -

5 Figura 5 Forma da cobertura do modelo (2) (c) Modelo 3: Pilar com dimensões 19 cm x 19 cm x 330 cm (b x a x h). Bloco cerâmico com 8,50 kg e dimensões 19 cm x 39 cm x 19 cm (L x C x H). As informações de carga do modelo seguem na tabela 3. A planta estrutural do modelo pode ser vista na figura 6. Tabela 3 Cargas do modelo (3). Carga de alvenaria (tf/m) Carga na laje (tf/m²) Viga Cobertura - 0,20 Viga Fundação 1,10 - Figura 6 Forma da cobertura do modelo (3) Os modelos (2) e (3) diferem na altura das vigas da cobertura, o que pode ser visto nas figuras 4 e Segunda residência A segunda residência será assobradada, com três dormitórios, dois banheiros e um closet no pavimento superior e duas salas, escritório, cozinha, área de serviço, varanda e garagem no pavimento inferior, encerrando uma área total de 190,35 m², conforme figuras 7 e 8. Para esta residência, na laje do pavimento superior será utilizada carga permanente e carga acidental de 0,15 kn/m². Já na laje de cobertura será utilizada a carga permanente 1,5 kn/m² e a carga acidental 0,5 kn/m².

6 Esta residência terá três simulações de estruturas, conforme modelos (4), (5) e (6). (a) Modelo 4: Pilar com dimensões 14 cm x 26 cm x 640 cm (b x a x h). Bloco cerâmico com 6,75 kg e dimensões 14 cm x 39 cm x 19 cm (L x C x H). As informações de carga do modelo seguem na tabela 4. A planta estrutural do modelo pode ser vista na figura 9. Tabela 4 Cargas do modelo (4) Carga de alvenaria (tf/m) Carga na laje (tf/m²) Viga Cobertura - 0,20 Viga Superior 0,80 0,30 Viga Fundação 0,82 - Figura 7 Planta baixa do pavimento térreo Figura 9 Forma do pav. superior do modelo (4) (b) Modelo 5: Pilar com dimensões 19 cm x 19 cm x 640 cm (b x a x h). Figura 8 Planta baixa do pavimento superior

7 Bloco cerâmico com 8,50 kg e dimensões 19 cm x 39 cm x 19 cm (L x C x H). As informações de carga do modelo seguem na tabela 5. As plantas estruturais do modelo podem ser vistas nas figuras 10 e 11. Tabela 5 Cargas do modelo (5) Carga de alvenaria (tf/m) Carga na laje (tf/m²) Viga Cobertura - 0,20 Viga Superior 1,05 0,30 Viga Fundação 1,10 - Figura 11 Forma da cobertura do modelo (5) (c) Modelo 6: Pilar com dimensões 19 cm x 19 cm x 640 cm (b x a x h). Bloco cerâmico com 8,50 kg e dimensões 19 cm x 39 cm x 19 cm (L x C x H). As informações de carga do modelo seguem na tabela 6. As plantas estruturais do modelo podem ser vistas nas figuras 12 e 13. Figura 10 Forma do pavimento superior dos modelos (5) Tabela 6 Cargas do modelo (6) Carga de alvenaria (tf/m) Carga na laje (tf/m²) Viga Cobertura - 0,20 Viga Superior 1,05 0,30 Viga Fundação 1,10 -

8 Assim como na casa térrea, os modelos (5) e (6) diferem na altura das vigas da cobertura, conforme pode ser visto nas figuras 12 e 13. Figura 12 Forma do pavimento superior dos modelos (6) Figura 13 Forma da cobertura do modelo (6) Ao final, serão comparados os volumes de concreto, quantitativos de aço e alvenaria, relacionando-os ao custo dos mesmos no projeto, com o intuito de determinar qual projeto representa a melhor relação entre sistema estrutural é custo de obra. Vale ressaltar que, neste trabalho, não houve intenção de aprofundamento nos cálculos dos elementos estruturais, mas sim avaliar os resultados com base nas recomendações da norma NBR E é importante ressaltar também que o tema é de complexidade considerável, assim sendo os resultados apresentados a seguir não pretendem esgotar o assunto, mas tão somente apresentar os principais aspectos envolvidos na resolução da questão formulada. 4 Resultados O trabalho apresentou aspectos interessantes no comparativo de quantitativos e custos dos materiais que compõe uma estrutura de concreto armado. A seguir serão discutidos os materiais da estrutura estudados neste trabalho. 4.1 Blocos O bloco cerâmico junto com a argamassa de assentamento representa a carga permanente (tipo de carga constituída pelo peso próprio da estrutura e pelo peso de todos os elementos construtivos fixos) distribuída em todo comprimento das vigas de fundações dos projetos propostos. O projeto térreo proposto possui uma distribuição linear de parede de 75,10 m. O projeto assobradado possui uma distribuição linear de parede de 133,85 m. Considerando a altura multiplicada pela metragem linear obteve a metragem quadrada de cada parede. Para cada metro quadrado usa-se 12,5 blocos. Portanto na figura 14 temos o número total de blocos utilizados para cada modelo proposto.

9 3,0 5,5 As vigas dos modelos (1) e (4) são as mais estreitas, respeitando a largura do pilar, estabelecida anteriormente como 14 cm. As vigas dos modelos (2), (3), (5) e (6) têm 19 cm de largura, diferenciando somente na altura. As vigas de cobertura dos modelos (2) e (5) têm 5 cm a mais de altura. Tendo a estrutura dos modelos (2) e (5) uma dimensão maior, é possível concluir que o peso próprio dessas estruturas também é maior. Térrea Assobradada Figura 14 Quantidade de blocos cerâmico (mlh) Como todo projeto arquitetônico, uma das concepções é a comodidade e funcionabilidade da residência, o que passa a ser um desafio quando o espaço é limitado. Na tabela 7 é possível avaliar qual a área ocupada pela parede acabada na obra, considerando a parede acabada com 17 cm e 22 cm, para os modelos com estrutura de 14 cm e 19 cm, respectivamente. Tabela 7 Comparativo de áreas de paredes nos modelos Terrea Assobradada 14 12,77 22, ,52 29,45 Na tabela é possível notar que a diferença de área de paredes entre as duas estruturas da obra térrea é 3,75 m². Já na residência assobradada, a diferença é 6,70 m². Considerando que a residência térrea tem 114,80 m², esta diferença representa, aproximadamente, 3,27%. Já na residência assobradada, onde a área é 190,35 m², a diferença representa aproximadamente, 3,52%. 4.2 Concreto As diferenças nos volumes totais de concreto dos modelos estudados estão diretamente ligadas às vigas, como é possível avaliar nas figuras 15 e 16. 8,41 Modelo (1) Modelo (2) Modelo (3) Figura 15 Volume de concreto na residência térrea (m³) 11,49 Viga 11,16 10,57 2,4 2,38 2,38 Viga Pilar Pilar 15,35 14,88 4,66 4,63 4,63 Modelo (4) Modelo (5) Modelo (6) Figura 16 Volume de concreto na residência assobradada (m³) 4.3 Aço Na residência térrea, nos modelos (1) e (2), foi definida a mesma altura para as vigas do pavimento superior. Os pilares sofrem pouca alteração, pois possuem mesma área e altura.

10 No modelo (1), o pilar tem seus esforços majorados na razão de 25%. No modelo (2) os pilares são isentos da majoração, porém a sobrecarga neles aumenta devido ao aumento de carga de alvenaria e peso próprio de cada elemento estrutural. No modelo (3), as vigas do pavimento superior ficam cinco centímetros mais baixas (19 cm x 35 cm), diminuído a quantidade de aço referente ao pavimento superior. que na armadura das vigas ocorreu um aumento na quantidade de aço conforme aumentou a base da seção transversal. Do modelo (5) para o modelo (6) ocorreu uma diminuição na altura das vigas do pavimento cobertura, porém a armadura aumentou. Na figura 18 é possível comparar as estruturas assobradadas. Viga Pilar Viga Pilar Modelo (4) Modelo (5) Modelo (6) Modelo (1) Modelo (2) Modelo (3) Figura 17 Quantidade de aço residência térrea (kg) É válido citar que, apesar da majoração dos esforços no modelo (1) e do aumento do peso próprio nos modelos (2) e (3), a armadura de pilar gerada foi a mínima, prevista em norma. O sobrado apresenta uma carga maior, e neste caso, os pilares apresentam uma diferença mais significante de um modelo para o outro. Isto acontece porque as cargas aumentam deixando estrutura do sobrado mais solicitada, o que reflete nos pilares. O modelo (4), que apresenta seção transversal de pilar 14 cm x 26 cm, sofre devido ao índice de majoração ɤ n no momento do cálculo, refletindo em uma armadura mais densa, o que não ocorre com os pilares dos modelos (5) e (6), onde a seção transversal do pilar é de 19 cm x 19 cm. Nestes modelos, mesmo a solicitação sendo maior, as ações não são majoradas e o pilar mantém a armadura mínima. Assim como na residência térrea, nos modelos assobradados foi possível observar Figura 18 Quantidade de aço residência assobradada (kg) Comparando a quantidade total de aço em cada modelo, é possível notar que a diferença é maior entre os modelos de casas térreas. Apesar deste trabalho não ter foco em análise estrutural, é importante mencionar que no caso de a viga apresentar alguma deficiência, esta gera uma armadura mais importante para sanar estes problemas. É importante ressaltar também que, mesmo analisando a quantidade de aço separadamente, os pilares, vigas e lajes formam um pórtico rígido trabalhando para resistir a esforços e cargas horizontais. 4.4 Custos Os custos aqui apresentados representam uma tendência regional. Foram levantados em comércios locais, exceto os blocos de vedação que, devido a sua especificidade, foram pesquisados em uma empresa especializada. Nas tabelas 8 e 9, é possível notar que o maior custo é representado pelos blocos

11 cerâmicos, apesar de esses representarem a menor quantidade. Tabela 8 Comparativo custo de material casa térrea Modelo (1) Modelo (2) Modelo (3) Concreto C20 R$ 2.594,40 R$ 3.249,60 R$ 3.108,00 Aço R$ 4.063,17 R$ 4.795,70 R$ 4.616,52 Bloco cerâmico R$ 4.980,00 R$ 6.240,00 R$ 6.240,00 TOTAL R$ ,57 R$ ,30 R$ ,52 Tabela 9 Comparativo custo de material casa assobradada Modelo (4) Modelo (5) Modelo (6) Concreto C20 R$ 3.876,00 R$ 4.795,20 R$ 4.682,40 Aço R$ 7.567,72 R$ 8.052,56 R$ 8.099,99 Bloco cerâmico R$ 9.130,00 R$ ,00 R$ ,00 TOTAL R$ ,72 R$ ,76 R$ ,39 No decorrer das análises, ao constatar que o custo do bloco era o mais elevado entre os materiais analisados, foram feitos levantamentos com blocos de tamanho padrão (14 cm x 19 cm x 19 cm), cujo valor do milheiro é, em média, três vezes mais baixo. Entretanto, como o bloco tem uma dimensão menor, são necessárias cinco vezes mais blocos para cobrir a mesma área. Assim sendo, ao final, o bloco especial ainda representa a melhor relação custo x benefício. Na relação aço x concreto, o custo do aço é entre 10% e 18% maior do que o custo do concreto, como é possível notar nos gráficos 19 e 20. Concreto C20 Aço Bloco cerâmico Figura 20 Percentual de custo por material modelo (4) 5 Conclusão ou Considerações Finais Em qualquer obra a estrutura composta de concreto armado moldado no local, o aço representa, em valores, um custo mais elevado que o concreto, embora, ao final da análise, foi possível notar que o maior custo foi o bloco cerâmico. O percentual que este custo representa no total tende a diminuir, à medida que forem acrescentadas outras estruturas ao projeto, como fundação, laje, entre outros. Na figura 21 foi possível notar que, para a residência térrea, a estruturação mais econômica é a do modelo (1). R$ ,57 44% 19% 37% R$ ,30 R$ ,52 Concreto C20 Aço Bloco cerâmico 44% 23% Modelo (1) Modelo (2) Modelo (3) Figura 20 Custo total para residência térrea 33% Figura 19 Percentual de custo por material modelo (2) Avaliando a largura da estrutura, do ponto de vista arquitetônico, a diferença da área ocupada por uma parede de 19 cm em relação a uma parede de 14 cm é irrelevante, se for levado em consideração fatores como comodidade térmica e acústica proporcionados pela estrutura de 19 cm. E, em residências maiores, a diferença da área da parede pode ficar imperceptível.

12 Na figura 22 foi possível notar que, para residência assobradada, a estruturação mais econômica é a do modelo (4). R$ ,72 R$ ,76 R$ ,39 Modelo (4) Modelo (5) Modelo (6) Figura 20 Custo total para residência assobradada Se levado em consideração apenas o pilar, então os modelos (3) e (6), para casa térrea e assobradada, respectivamente, seriam, de fato, mais econômicos. Entretanto, como se faz necessário considerar também as vigas e a alvenaria, então os projetos mais econômicos, do ponto de vista financeiro, são os modelos (1) e (4). Apesar, da preocupação inicial, ser somente com custo gerais, vale lembrar que estruturalmente a norma nos recomenda pilares com dimensão mínima de 19 cm, e estes apresentam comportamento estrutural bem mais eficaz em relação aos de dimensões menores. Dentre fatores estruturais favoráveis, pode-se destacar uma execução bem feita, pois não existe congestionamento do aço, o que pode resultar em condições precárias de concretagem, que propiciam a segregação do concreto e impedem um bom adensamento, dando lugar a defeitos de concretagem e levando uma maior segurança em obras que hoje estão com velocidades cada vez maiores e com pouco rigor nos controles dos materiais e dos serviços. Como possibilidade de trabalhos futuros, pode-se incluir uma melhor análise das vigas, uma vez que revisado o comportamento estrutural das mesmas pode ser possível reduzir a quantidade de aço e concreto apresentado neste trabalho. 6 Referências Bibliográficas ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR NBR 6118: Projeto de estruturas de concreto: procedimento. Rio de Janeiro, ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR NBR 6118: Projeto de estruturas de concreto: procedimento. Rio de Janeiro, ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR NBR 6120: Cargas para o cálculo de estruturas de edificações. Rio de Janeiro, CARVALHO, R. C.; FIGUEIREDO FILHO, J. R. Cálculo e detalhamento de estruturas de concreto armado segundo a NBR 6118:2003, 3. ed. São Carlos: EdUFSCar, p.