Utilização de Colunas Prontas com 4 barras de aço 8.0 mm, em todos os pilares de um edificação popular

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1 1 Utilização de Colunas Prontas com 4 barras de aço 8.0 mm, em todos os pilares de um edificação Daniel Alves Aragão Júnior - eng.danielaragao@gmail.com MBA Projeto, Execução e Controle de Estruturas e Fundações Instituto de Pós-Graduação - IPOG Anápolis, GO, 05 de Setembro de 2014 Resumo Este artigo tem como objetivo analisar a execução de uma edificação, com estrutura em concreto armado, com todos os pilares armados com colunas prontas, em uma obra localizada na cidade de Anápolis-GO. Edificações executadas desta forma normalmente apresentam algum problema ao longo do uso, vamos analisar porque isto acontece. Neste estudo serão calculados os pilares de uma edificação térrea com área de 64,25 m2, que está sendo executada, com todos os pilares com coluna pronta com 4Φ8.0mm, e foi verificado que tais estruturas podem apresentar patologias, como fissuras, ou até mesmo ruína. Com isso conclui-se que os construtores devem contratar um engenheiro estrutural e seguir o projeto, pois esta economia inicial, pode se tornar um grande problema futuro. Palavras-chave: Coluna. Estrutura. Pilar. 1. Introdução Com o grande crescimento na construção civil, que se deu principalmente com o aumento de incentivo do governo, surgiu um novo mercado, o dos construtores, definidos como indivíduos que tem por objetivo, construir casas para vender. Neste estudo será analisado uma casa com 64,25 m2 de área construída. Estes construtores, em sua grande maioria, utilizam em suas construções colunas prontas, normalmente Belgo ou Gerdau, com 4 barras de aço 8.0, com estribos de 7x20 cm a cada 20 cm, como mostram as figuras 1, 2 e 3. ISSN Revista Especialize On-line IPOG - Goiânia - Edição nº 10 Vol. 01/ 2015

2 2 Figura 1 - Colunas estocadas em obra Figura 2 - Colunas 8.0, estocadas em obra Figura 3 - Colunas na edificação Será que estas colunas podem ser utilizadas como armação de um pilar, de acordo com a Norma 6118/2014? No entanto, obras executas com estas colunas, podem apresentar quais tipos de problemas? Será analisado também, a ilusão de economia que os construtores tem, em executar sua obra com pilares armados com colunas prontas, como mostra a Figura 3, fora da norma. 2.Pilar O concreto é obtido por intermédio da mistura adequada de cimento, agregado fino, agregado graúdo e água. As diversas características que o concreto endurecido deve apresentar para que possa ser utilizado, dependem fundamentalmente do planejamento e de cuidados em sua execução. Não se pretende aqui fornecer orientações gerais sobre a tecnologia de execução de concreto, mas apenas definir alguns conceitos importantes para que, ao se executar uma estrutura, sejam especificadas e exigidas nas construção dos elementos de concreto armado, em particular os Pilares. O concreto é um material que apresenta alta resistência às tensões de compressão, porém, apresenta baixa resistência à tração (cerca de 10 % da sua resistência à compressão). Assim sendo, é imperiosa a necessidade de juntar ao concreto um material com alta resistência à tração, com o objetivo deste material, disposto convenientemente, resistir às tensões de tração atuantes. Com esse material composto (concreto e armadura barras de aço), surge então o chamado concreto armado, onde as barras da armadura absorvem as tensões de tração e o ISSN Revista Especialize On-line IPOG - Goiânia - Edição nº 10 Vol. 01/ 2015

3 3 concreto absorve as tensões de compressão, no que pode ser auxiliado também por barras de aço (caso típico de pilares, por exemplo). No entanto, o conceito de concreto armado envolve ainda o fenômeno da aderência, que é essencial e deve obrigatoriamente existir entre o concreto e a armadura, pois não basta apenas juntar os dois materiais para se ter o concreto armado. Para a existência do concreto armado é imprescindível que haja real solidariedade entre ambos (o concreto e o aço), e que o trabalho seja realizado de forma conjunta. Em resumo, pode-se definir o concreto armado como a união do concreto simples e de um material resistente à tração (envolvido pelo concreto) de tal modo que ambos resistam solidariamente aos esforços solicitantes. De forma esquemática pode-se indicar que concreto armado é: Concreto armado = concreto simples + armadura + aderência. Pilares são elementos predominantemente comprimidos, sua função primeira é conduzir as cargas gravitacionais aos elementos de fundação, em geral, são também solicitados por momentos fletor e força cortante. As ações são provenientes geralmente das vigas, bem como de lajes também (Figura 4) Figura 4 - Pilar Fontes:Fundamento de Concreto Armado, pág 30 Os pilares são os elementos estruturais de maior importância nas estruturas, tanto do ponto de vista da capacidade resistente dos edifícios quanto no aspecto de segurança. Além da transmissão das cargas verticais para os elementos de fundação, os pilares podem fazer parte do sistema de contraventamento responsável por garantir a estabilidade global dos edifícios às ações verticais e horizontais. Para efeito de projeto, os pilares podem ser classificados nos seguintes tipos: pilares intermediários, pilares de extremidade e Pilares de Canto ( Figura 5). ISSN Revista Especialize On-line IPOG - Goiânia - Edição nº 10 Vol. 01/ 2015

4 4 Figura 5 - Arronj estrutural dos pilares Fontes: (P.B.Fusco, Estruturas de Concreto Solicitações Normais) Sendo assim, em um projeto cada pilar irá suporta seus esforços específicos, não sendo correto assumir em uma edificação sempre com a mesma seção e armação, como mostrado na Figura 6. Figura 6 - Colunas na edificação 2. Projeto analisado No Brasil, em março de 2003, foi elaborada a Norma NBR 6118, substituindo a NB1, atualmente foi elaborada a 6118/2014, com o intuito de promover uma padronização nos projetos e na execução de obras, revisando e fazendo algumas mudanças na edição anterior. Com o grande crescimento na construção civil, na última década, surgiu um novo mercado, que são os construtores, investidores que tem por objetivo, construir casas para vender. A edificação estudada será uma casa térrea, gerenciada por um construtor, em execução, como mostra a figura 7, com as seguintes características, 2(dois) quartos, sendo uma suíte, 1 ISSN Revista Especialize On-line IPOG - Goiânia - Edição nº 10 Vol. 01/ 2015

5 5 (uma) sala, 1 (uma) cozinha, 1 (um) banheiro social, uma área de serviço, cobertura de madeira com telhas de concreto, totalizando uma área de 64,25 m 2, em todos ambientes possui laje, exceto na área de serviço, com pé direito de 2,80 m como mostra as figuras 8, 9 e 10, em sua alvenaria foram utilizados bloco cerâmico 9x19x19 cm, como mostra as Figuras 11 e 12. Para a execução dos pilares, os blocos funcionaram como parte da forma, Figura13. Figura 7 - Edificação Estudada Fontes: Imagem produzida pelo autor Figura 8 - Planta Baixa da edificação estudada Fontes: Imagem produzida pelo autor Figura 9 - Fachada Frontal Fontes: Imagem produzida pelo autor Figura 10 - Corte Fontes: Imagem produzida pelo autor ISSN Revista Especialize On-line IPOG - Goiânia - Edição nº 10 Vol. 01/ 2015

6 6 Figura 11 - Bloco 9x19x19 Fontes: Imagem produzida pelo autor Figura 12 - Bloco cerâmico utilizado Fontes: Imagem produzida pelo autor Figura 13 - Pilares da edificação Fontes: Imagem produzida pelo autor 2. Cálculo da estrutura A estrutura será calculada através do Software Eberick, versão V8 Gold, que é um programa para realizar cálculo e dimensionamento de estruturas de concreto armado. Com o auxilio do software é possível analisar a estrutura de forma global, sem a necessidade de desmembrar a estrutura em elementos já conhecidos. O modelo de analise 3D efetuado pelo programa, é o mais completo, pois determina momentos de flexão e torção, além de esforços normais e cortantes, de todos os elementos estruturais. O programa fornece os desenhos, dimensões e armaduras de lajes, vigas e pilares, volume de materiais utilizados (fôrmas, concreto, armaduras), além de uma lista com esforços e resultados dos cálculos efetuados. A Figuras 14 representa a imagem 3D da estrutura executada e projetada (sugerida) respectivamente, fornecidas pelo programa de acordo com a Norma 6118/2014, utilizando a seguinte memória de cálculo: ISSN Revista Especialize On-line IPOG - Goiânia - Edição nº 10 Vol. 01/ 2015

7 7 -Fator vento: 35m/s (Anápolis-GO) -Maior dimensão horizontal menor que 20 m -Categoria de Rugosidade do terreno III -Edificação para residência, com alto fator de ocupação:1.00 -Classe de Agressividade II -Dimensão do agregado 19mm -Concreto fck 25Mpa para toda a estrutura -Módulo de Elasticidade: Ecs = Kgf/cm2 -Cobrimento das armações vigas e pilares: 30 mm -Relação água/cimento: 0,60 -Umidade Relativa do ar 70% -Pé direito da edificação: 2,80 m -Bloco cerâmico utilizado com peso específico igual a 1500 kgf/m 3 Figura 14-3D da estrutura Fontes:Imagem gerada pelo software Eberick V8 Lembrando que em nosso estudo serão analisados somente os pilares. Fundações, vigas e lajes não são objetos de estudos deste artigo. Os pilares foram dispostos conforme, a planta de forma da figura 15. ISSN Revista Especialize On-line IPOG - Goiânia - Edição nº 10 Vol. 01/ 2015

8 8 Figura 15 - Planta de forma-posição dos Pilares Fontes: Imagem gerada pelo software Eberick V8 Que após processamento gerou-se as seguintes esforços nos pilares, como mostra a tabela 1. Onde: Nd : esforço vertical no topo do pilar MBd : Momento na direção B no topo do pilar MHd: Momento na direção H no topo do pilar FBd: Força horizontal na direção B do pilar FHd: Força horizontal na direção H do pilar Tabela 1 - Esforços nos pilares Fontes:Tabela produzida pelo autor Após processamento todos pilares foram dimensionados com área de seção mínima de aço, 4Ф10.0mm, como mostra a figura 16. Figura 16 - Detalhamento dos pilares Fontes: Imagem gerada pelo software Eberick V8 ISSN Revista Especialize On-line IPOG - Goiânia - Edição nº 10 Vol. 01/ 2015

9 9 3. Estrutura executada Como foi citado anteriormente, tal edificação foi executada com todos os pilares, utilizando a coluna pronta Belgo, estribos 4.2 mm,7x20 cm, a cada 20 cm, com 4Ф8.0mm, como mostra as figuras 17 e Dimensões da coluna pronta Fontes:Catálogo Belgo Figura Figura 18 - Colunas 8.0, na edificação ISSN Revista Especialize On-line IPOG - Goiânia - Edição nº 10 Vol. 01/ 2015

10 10 Sendo assim as colunas não atendem na armadura longitudinal, onde no item da NBR 6118/2014, afirma que o diâmetro das barras longitudinais, não pode ser inferior a 10.0 mm nem superior a 1/8 da menor dimensão do pilar. Não atendem também relação a armadura transversal (estribos), sendo que no item da Norma 6118/2014, afirma que o diâmetro dos estribos em pilares não pode ser inferior a 5.0mm, e o espaçamento longitudinal não deve ser inferior a menor seção da dimensão do pilar, ou seja, 12 cm. Outro fator agravante são as seções dos pilares, Figura 19, que foram executados com seção 9x30 cm, ou seja, seção transversal 270 cm 2. No item da NBR 6118/2014, afirma que não se permite pilar com seção transversal de área inferior a 360 cm 2. O traço de concreto utilizado foi de 1:2:2, ou seja, 1 saco de cimento, 5 latas de areia grossa e 5 latas de brita 1, atendendo assim resistência de 25 MPa. Figura 19 - Pilares da edificação com mesma largura do bloco cerâmico 3. Patologias futuras na edificação De acordo com Helene (1992), "a patologia pode ser entendida como a parte da engenharia que estuda os sintomas, os mecanismos, as causas e as origens dos defeitos das construções civis, ou seja, é o estudo das partes que compõe o diagnóstico do problema". Para Souza e Ripper (1998), "designa-se genericamente por Patologia das Estruturas um novo Campo das Construções que se ocupa do estudo das origens, formas de manifestação, conseqüências e mecanismos de ocorrência das falhas e dos sistemas de degradação das estruturas". Segundo Metha e Monteiro (1994), "uma determinada estrutura cumpre seu papel devidamente, quando mantém sua integridade no decorrer de sua vida útil. Essa integridade está relacionada ao desempenho da estrutura e a durabilidade". Relacionado ao desempenho estrutural estão associados aos seguintes principais quesitos: ISSN Revista Especialize On-line IPOG - Goiânia - Edição nº 10 Vol. 01/ 2015

11 11 Projeto bem detalhado e documentado; Utilização de materiais que atendem os requisitos de norma; Concreto que atenda os requisitos de qualidade e resistência; Critérios de cobrimento da armadura; Aço que atenda os requisitos de norma; Um dos sintomas mais comuns nas edificações são as trincas em função de três aspectos fundamentais: aviso de um eventual estado perigoso para a estrutura; comprometimento do desempenho da obra ou serviço (estanqueidade à água, durabilidade, isolação acústica entre outros); constrangimento psicológico que a fissuração exerce sobre os usuários. "Os problemas patológicos, salvo raras exceções, apresentam manifestação externa característica, a partir da qual se pode deduzir qual a natureza, a origem e os mecanismos dos fenômenos envolvidos, assim como pode-se estimar suas prováveis conseqüências. Esses sintomas, também denominados de lesões, danos, defeitos ou manifestações patológicas, podem ser descritos e classificados, orientando um primeiro diagnóstico, a partir de minuciosas e experientes observações visuais". (HELENE, 1992, p. 19). Os sintomas manifestam-se na forma de trincas (fissuras), manchas, descolamentos, eflorescências, corrosão de armaduras e deformações. Somente a análise conjunta desses sintomas é que nos permite determinar as condições da edificação. Os mecanismos de formação das fissuras são elementos importantes para diagnosticar e orientar as decisões de recuperação e medidas preventivas nas edificações. Primeiro vamos esclarecer a diferença, entre fissura, trinca e rachadura: As fissuras (Figura 20) são caracterizadas por serem finas e alongadas, tem ordem de abertura inferior ou igual a 0,5mm, normalmente não afetam grandes profundidades e são superficiais, atingem apenas a pintura, a cerâmica ou a massa corrida. As trincas já devem ser observadas com mais cuidado, pois elas são mais profundas, o que afeta normalmente a parte estrutural do elemento (a alvenaria da parede, por exemplo) e são caracterizadas por ser visível a divisão de um elemento em duas partes, as aberturas das trincas têm entre 0,5mm e 1mm. Já as rachaduras são um grave problema, pois podem afetar a estrutura da casa, como os pilares, vigas e lajes e podem ocasionar o colapso total. São caracterizadas por permitirem a passagem de água, luz e vento e podem chegar a 1,5mm de espessura.(a partir disto torna-se uma fenda). ISSN Revista Especialize On-line IPOG - Goiânia - Edição nº 10 Vol. 01/ 2015

12 12 Figura 20 - Imagem de Fissura Fontes:Arquivo Pessoal As fissuras são provocadas por tensões oriundas de atuação de sobrecargas ou movimentações de materiais, dos componentes ou da obra como um todo. Através das fissuras, podemos analisar os seguintes fenômenos: movimentações provocadas por variações térmicas e de umidade; atuação de sobrecargas ou concentrações de tensões; deformabilidade excessiva das estruturas; recalques diferenciais de fundações; retração de produtos à base de ligantes hidráulicos; alterações químicas de materiais de construção. As estruturas de concreto devem ser projetadas e construídas de modo que, quando utilizadas conforme as condições ambientais previstas no projeto, conservem suas segurança, estabilidade e aptidão em serviço, durante o período correspondente à sua vida útil (NBR 6118/14, item 6.1). Por vida útil de projeto entende-se o período de tempo durante o qual se mantêm as características das estruturas de concreto, desde que atendidos os requisitos de uso e manutenção prescritos pelo projetista e pelo construtor. Determinadas partes das estruturas podem possuir vida útil diferente do conjunto. No projeto, visando a durabilidade das estruturas, devem ser considerados, ao menos, os mecanismos de envelhecimento e deterioração da estrutura, relativos ao concreto, ao aço e à própria estrutura. Na estrutura analisada, após calculada, os pilares foram dimensionados com 4Ф10.0mm, atendendo as normas de cobrimento, com 3 cm, de acordo com a tabela 2, classe II de agressividade, da Norma 6118/2014. A edificação foi executado com 4Ф8.0mm não atendendo ao projeto, não atendendo também as normas de cobrimento, haja vista que os estribos possuem largura de 7 cm, e a menor dimensão do pilar 9 cm, restando assim apenas 1 cm de cobrimento para cada lado do pilar. ISSN Revista Especialize On-line IPOG - Goiânia - Edição nº 10 Vol. 01/ 2015

13 13 Tabela 2 - Correspondência entre classe de agressividade ambiental e cobrimento nominal para Δc = 10 mm Fonte: NBR 6118/2014 Como a insuficiência nas armaduras, que são conseqüência de certa irresponsabilidade do construtor, que implica diretamente na diminuição da capacidade de carga da peça estrutural, contudo a edificação pode não correr o risco de entrar em ruína, mas poderá apresentar as seguintes patologias: Fissuras ou trincas no pilar, baixa resistência a compressão (Figura 1); Fissuras ou trincas no pilar, devido a falta de estribos (Figura 2); Figura 1 - Fissura em pilar tipo 1 Figura 2 - Fissura em pilar tipo 2 Devido ao cobrimento de concreto insuficiente, facilita a implantação de processos de deteriorização, tal como corrosão das armaduras ou propiciar o acesso mais direto dos agentes agressivos externos. 4. Conclusão Fica evidente que o projeto estrutural é essencial para a execução de uma estrutura, pois uma estrutura mal dimensionada tem como resultado desperdício de material e a falta de segurança. Não vamos entrar no mérito se o responsável técnico pela obra, autorizou tal execução, mas este será responsabilizado, perante a legislação pela execução, caso necessário. Grande parte dos construtores, mesmo tendo o projeto estrutural, especificando 4Ф10.0mm nos pilares, optam, por questão de economia, executar os pilares com a coluna pronta com ISSN Revista Especialize On-line IPOG - Goiânia - Edição nº 10 Vol. 01/ 2015

14 14 4Ф8.0mm. O que devem entender é que esta economia não é tão significante como mostram as tabela 3 e 4. PILARES CONFORME PROJETO Peso(kg) Custo Unitário Custo Parcial AÇO CA mm 122,41 4,45 544,72 AÇO CA mm 52,70 4,29 226,08 Total(R$) 770,81 Tabela 3 - Custo com pilares executados como projeto Fontes:Tabela produzida pelo autor PILARES COM COLUNAS PRONTAS QUANT.(Barras) Custo Unitário Custo Parcial COLUNA BELGO 8.0 7X20 9,00 52,00 468,00 COMPRIMENTO DE 6 m Total(R$) 468,00 Tabela 4 - Custo com pilares executados com colunas porntas Fontes:Tabela produzida pelo autor O custo/m2 de uma edificação de acordo com a SINAPI (referência junho/2014), é de R$ 937,15/m2, ou seja, como a construção em estudo tem uma área de 64,25 m2, então terá um custo aproximado de R$ ,89. Os custos das tabelas acima, são de acordo com a SINAPI (referência junho/2014), como mostra a tabela 4 o custo para execução dos pilares, material e mão de obra, conforme o projeto é de R$770,81 e com coluna pronta é de R$ 468,00, conforme tabela 5. Uma diferença de R$ 302,81, que se compararmos com o custo total da obra torna-se irrelevante. A Norma 15575/2013, que trata do desempenho da edificação, afirma que a garantia referente a fissuras é de 2 anos e de segurança e estabilidade global da estrutura é de 5 anos. Com isso concluímos que não há nenhum motivo para que o construtor execute uma edificação com pilares de colunas prontas, pois sua economia é praticamente desprezível, principalmente se levarmos em conta as futuras manutenções, e que toda edificação deve ser acompanhada de um técnico, para que os prejuízos não sejam maiores. Referências ABNT, ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 6018: informação e documentação: referências: elaboração. Rio de Janeiro, ISSN Revista Especialize On-line IPOG - Goiânia - Edição nº 10 Vol. 01/ 2015

15 15 ABNT, ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 15575: informação e documentação: referências: elaboração. Rio de Janeiro, CARVALHO, Robert Chust. Cálculo de Detalhamento de Estruturas Usuais de Concreto Armado. São Paulo: Edufscar, HELENE, PAULO. Contribuição ao estudo da corrosão em estruturas de concreto armado. São Paulo, Universidade de São Paulo, Tese de livre docência. SOUZA, V. C.; RIPPER, T. Patologia, recuperação e reforço de estruturas de concreto. São Paulo: PINI, MEHTA, P. K.; MONTEIRO, P. J. M. Concreto: estrutura, propriedades e materiais. 1ª ed. São Paulo: PINI, ISSN Revista Especialize On-line IPOG - Goiânia - Edição nº 10 Vol. 01/ 2015