Notas de aula: modulação, alvenaria estrutural e estrutura metálica (Racionalização da construção) PDF

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Anotações de aula da disciplina Racionalização da Construção. Tópicos abordados: modulação e construção modular, alvenaria estrutural (projeto e execução) e estruturas metálicas....

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TÓPICOS: modulação e construção modular; alvenaria estrutural (projeto e execução); estruturas metálicas

MODULAÇÃO  Módulo > modulus > pequena medida > repetição > historicamente: gregos, romanos, japoneses.  Primeira aplicação: Crystal Palace, 1851 (Londres, expo universal) > módulo: dimensões placas de vidro.  Organização canteiro de obras, desperdício de custos majorados, responsabilidade ambiental; aplicação + eficiente de recursos para obtenção de um produto com maior efetividade possível.  Módulos universais: 10cm (internacional/mundial ISO); 12,5cm (Alemanha até 1976, em declínio); 4” (adotado EUA, previsão substituição módulo 10cm) > SUBMÓDULOS > MULTIMÓDULOS.  Porque Construção Modular (CM) não se consolidou no Brasil? Falta de integração na cadeia produtiva, sem trabalho conjunto-compatibilização entre fornecedores de materiais complementares (componentes - cerâmicas, esquadrias etc.).

 AJUSTE MODULAR (aM): medida que relaciona a Medida de Projeto do componente (mPcom) com a medida Modular (nM), unindo um elemento a outro. Estabelece a relação dos componentes da construção com o sistema de referência. Também chamado de folga, junta ou tolerância. aM = nM – mPcom  Zona neutra: zona n modular que separa reticulados modulares de Ajuste Positivo (>0) aM = refer. independentes / não segue a coordenação modular / pontos de nM – mPcom contato entre modulações diferentes.  Medidas preferíveis: que atendem aos princípios da CM (3M, 6M, 9M, 12M, 15M).  Medidas preferidas: tamanhos mais facilmente comercializados e utilizados (6M, 120M).

Negativo ( 1M = 100mm  Instrumento de compatibilização de elementos na construção civil por meio da coordenação de dimensões a partir do módulo básico de

Nulo(=0) aM = nM – 100mm (medidas padrão) > fabricação de componentes construtivos mPcom |encaixe perfeito independentes mas complementares.

 Coordenação dimensional: inter-relação de medidas de elementos e componentes construtivos e das edificações que os incorporam, usada para seu projeto, sua fabricação e sua montagem.  Coordenação modular: coordenação dimensional mediante o emprego do módulo básico ou de um multimódulo > compatibilidade dimensional Zona neutra entre elementos construtivos (definidos nos projetos edificações) e componentes construtivos (definidos pelos fabricantes) > cooperação

agentes da cadeia produtiva, racionalização variedades de medidas empregadas na fabricação de componentes construtivos (padronizar), simplificar marcação canteiro de obras, aumentar possibilidade de troca de componentes durante a obra e depois para melhorias/reformas.  Espaço/medida de coord. (Mc)= medida nominal elemento (Mn) + folgas Espaço coordenação perimetrais (Ac - ajustes coord.).  Medida real X medida nominal X tolerância X medida de coordenação X medida modular  medida de coordenação: medida do espaço de coord. de um elemento/componente;  medida modular: medida de coord. valor igual ao módulo básico ou a um multimódulo.  conjunto modular: agrup. de comp. construt. q resultam em medidas de coord. modulares.  sistema de referência modular: sistema geométrico tridimensional > Conj. modular planos ortogonais > distancia entre planos paralelos é igual ao módulo básico ou um multimódulo.  Multimódulo > módulo M multiplicado (2M – 200mm, 3M – 300mm, 5M – 500mm).  Submódulo > módulo M fracionado (M/2 – 50mm, M/4 – 25mm, M/5 – 20mm). EQUÍVOCOS:  CM NÃO É REPETIÇÃO DE GRANDES ELEMENTOS CONST. IDÊNTICOS OU MERA COORD. DIMENSIONAL.  Distinção confusa entre medidas nominais e modulares (catálogos e NBRs); práticas de dimensionamento de elementos variadas de acordo com preferências do fabricante (não tem unidade/padronização, cada um faz como acha melhor); incrementos dimensionais aleatórios que não seguem a norma (incrementos submodulares deveriam seguir fração do módulo básico).  Segmentos de componentes construtivos X prática da CM: Blocos concreto (Corrente); Blocos cerâmicos (Parcial); Painéis gesso (Corrente); Telhas cerâmicas (Ausente); Telhas fibrocimento (Ausente); Telhas aço (Ausente); Esquadrias aço (Ausente); Esquadrias alumínio (Repertório restrito); Esquadrias PVC (Ausente); Esquadrias madeira (Ausente); Revestimentos cerâmicos (Ausente).  Sucesso da modulação depende da integração e compatibilização dos sistemas / componentes / oferta de produtos conforme padrões definidos > incentivo à indústria para essa compatibilização depende da difusão do sistema e criação da demanda > atuação governamental (normas) + setor privado (produção).

ALVENARIA ESTRUTURAL | PROJETO  Alvenaria estrutural – existe há milhares de anos > conhecimento empírico/experiência construtores > forma garantia rigidez e estabilidade estrutural > estruturas funcionando à compressão > esforços horizontais (vento) absorvidos por contrafortes e arcobotantes.  Construções históricas/marcantes da humanidade > unidades de blocos de pedra ou cerâmicos intertravados com ou sem material ligante (pirâmides Egito, Coliseu, Catedral Notre Dame...) > sistema estrutural limitado  tipologia em arco permitia grandes vãos sem tensões de ruptura.  Monadnock (Chicago): 16 p., 65m altura, esp. paredes 1,80m no térreo > dificuldade racionalização e limitações organização espacial/vãos, sistema lento, custo elevado.  Método muito empregado entre antiguidade e período da rev. industrial > substituído com o aparecimento do aço e do concreto > versatilização das obras em produção, esbeltez e grandes vãos > liberdade arquitetônica  "Moderna Alvenaria Estrutural": pós 2ª guerra, escassez concreto e aço > marco inicial estudos prof. Paul Haller, Suíça.  Igreja Cristo Trabalhador - Atlântida, Uruguai (1952-1958) - Eladio Dieste > destaque América do Sul, domínio da técnica e forma > cascas construídas com sistema em alvenaria estrutural de cerâmica armada.  Atualmente: evolução conhecimento técnico-científico sobre comportamento das construções e elemento parede > progresso fabricação materiais, eficiência em termos de rapidez de produção e capacidade suporte a cargas.  Brasil - Marco inicial utilização do bloco de concreto na alvenaria estrutural armada: 1966 (conjunto habitacional Central Park Lapa, SP – esp. paredes 19cm e 4 pavimentos > 1972: construção de mais 4 prédios no conjunto, com 12 pavimentos cada, em alvenaria armada).  Início da alvenaria estrutural como técnica de construção (antes era apenas conhecimento empírico do construtor). Maioria das edificações possuía 4 pavimentos > princípios da alvenaria estrutural: construções antecederam as pesquisas na área e concentravam-se em regiões como São Paulo (dec. 70) e Porto Alegre (84-85).  década 1980: blocos cerâmicos nas obras em alvenarias estruturais armadas ou não armadas > introdução no mercado de componentes com dimensões modulares e furos na vertical (passagem instalações elétricas sem rasgos)  década 1990: construção edifício residencial "Solar dos Alcântaras", SP > atualmente maior edif. do Brasil em alvenaria estrutural armada > paredes de blocos de concreto espessura 14cm do primeiro ao último andar.

 Vantagens econômicas > desempenho e custo > vantagem econômica: otimização tarefas em obra, técnicas simplificadas, dispensa formas, menos desperdício de material e mão-de-obra, menos retrabalho, necessita menos funcionários, industrialização; // flexibilidade planejamento das etapas de execução das obras.  Vantagens em geral > eliminação etapas Economicamente viável/vantajoso até 4~5 pavimentos de moldagem pilares e vigas; redução (aprox. 25~30% economia). armaduras, formas; revestimentos mais muito adotado por isso em programas de HIS. finos (espessura); menos mão-de-obra pedreiros e serventes.  Desvantagens > exigência controle de qualidade constante; mão-de-obra mais qualificada; falta de flexibilidade posterior para reformas, eliminação de paredes etc.; limitação vãos.

 Desempenho térmico edificações > cuidados redução consumo de energia > fator importante para HIS (por causa de menores áreas e pés-direitos + recurso reduzido para climatização/Split)  Kappaun (2012) > estudo sobre desempenho térmico em HIS, São Leopoldo, alvenaria estrutural de blocos de concreto x blocos cerâmicos > paredes espessura 14cm + acabamento interno e externo argamassa revestimento 2cm = 18cm; pintura bege-clara > telha fibrocimento / laje de entrepiso e forro pré-moldado de concreto esp. 10cm + beiral 30cm > troca de ar no telhado: elementos vazados nas laterais/oitões e aberturas de ventilação isoladas na cumeeira. >> paredes: melhor bloco cerâmico // maiores picos de temperatura no 4 pavimentos (mais próximo da cobertura) – necessidade de reduzir a transmitância térmica do telhado e propor ventilação seletiva (aberta verão, fechada inverno) > exagerados ganhos térmicos pela cobertura: problema conforto, dilatação térmica das lajes e fissuras das paredes nos pavimentos superiores. Qualquer um dos blocos pode ser utilizado pq, no geral, a diferença de desempenho é muito pequena.

PROJETO – definições e características:  Alvenaria > unidade modular básica: bloco > + argamassa = paredes > absorção ações verticais e horizontais atuantes  Segurança estrutural > rigidez união (amarrações) entre paredes estruturais > duas direções de vento  Sequência projeto de alvenaria estrutural: Estudo preliminar > adaptação do projeto ao limite da modulação > escolha tipo de unidade > tipo de laje > posicionamento instalações (complementares) > detalhamento paredes/paginação > especif. acabamentos > esquadrias > controle materiais e componentes estruturais > projeto executivo compatibilizado.

 Condicionantes: coordenação dimensional, otimização funcionamento estrutural da alvenaria, racionalização projeto e produção, parede estrutural X parede de vedação.  Modulação básica: famílias de blocos > definir família, quais blocos serão utilizados, onde, dimensões, amarrações e fiadas (ímpar e par + repetições).

 AMARRAÇÕES entre paredes > DIRETA OU INDIRETA

Juntas argamassa

 DIRETA: ocorre o entrosamento alternado dos blocos das paredes que se interceptam, entre as fiadas (L).  INDIRETA: não ocorre o entrosamento alternado dos blocos das paredes que se interceptam. Ocorre uma junta a prumo entre as paredes (T sem uma parede “cortar” a outra).  Amarração direta > interação entre as paredes > carga se espalha nas paredes adjacentes interceptadas > uniformização tensões ao longo da altura edifício > benéfico estruturalmente e $$.  Importante: sobreposição/coincidência dos vazios e das paredes verticais dos blocos > transferência carga.  Blocos complementares > elementos estruturais horizontais // pastilha, bolacha // bloco hidráulico.

 ARGAMASSA > trabalhabilidade; capacidade retenção água; geometria da junta; aderência; resistência (mín. 4 Mpa) > juntas horizontais (transversais e longitudinais) e juntas verticais.  GRAUTE > cimento + areia + pedrisco > slump alto para preencher vazios; baixa retenção (aditivos); resistência (mín. 14 MPa).  Instalações elétricas > sempre na vertical; passam pelos furos dos blocos.  Instalações hidráulicas > tubulações que contêm fluidos não podem ser embutidas (NBR 10837) > sempre externas à parede, utilização bloco hidráulico (recuo) + fechamentos leves.  Processos industrialização > componentes pré-fabricados > laje pré-fabricada, escada “jacaré” (degraus se apoiam em peças fixadas as paredes através de buchas e parafusos); escada préfabricada (inteira, maciça); vergas e contravergas.  Componentes projeto: planta 1ª e 2ª fiada (locação), cotas acumuladas, elétrico e hidráulico na planta, elevações (esc. 1/25), papel A3, numerar fiadas, 1ª fiada abaixo da elevação.  Alvenaria estrutural de bloco de concreto > única que possui corpo normativo na ABNT (NBRs)

ALVENARIA ESTRUTURAL | EXECUÇÃO  Fundações: sapata corrida (cinta amarração, bloco Ligação alvenaria + laje canaleta), radier, estacas ou brocas (+viga baldrame, Engastado com a parede: chumbador...).  Juntas de dilatação e controle: movimentação dos elementos componentes do prédio (contração, expansão, variação térmica) evitando trincas e fissuras. Devem ser previstas nas situações de: mudanças bruscas de direções (formas de L, T e U); pontos variação espessura da parede; pontos variação brusca altura da parede; intersecções com pilares e vigas de concreto; encontro última fiada com Apoiado sobre a parede: a laje de cobertura; abertura portas e janelas.  Fiada intermediária + última fiada ou respaldo > bloco canaleta + armadura horizontal + graute + intersecção armaduras verticais (reforço/estabilidade estrutural)

 Amarração canto (L) // amarração em T amarração em cruz (+) > intercalado

// Cinta

 Amarração “castelinhos” > técnica adequada  Ligação alvenaria + laje (bloco J x bloco U canaleta)  Lajes > maciça pré-fabricada com aberturas para instalações // moldada in loco // com vigotas prémoldadas (vigota T ou treliçada + lajota/tavelas)  Vergas > pré-fabricada ou executada com auxílio de bloco canaleta + armadura > sobreposição lateral mín. 20cm (transmissão cargas verticais para paredes adjacentes).  Contravergas > sob vão abertura > redução fissuração nos cantos > mesmo esquema execução vergas.  Cinta > estrutural > apoiado continuamente na parede > uniformizar distribuição das ações verticais + travamento e amarração paredes.  Argamassa de assentamento > cimento, cal, areia e água + adições e aditivos. Podem ser industrializadas.  funções:

transferir/uniformizar

tensões

entre

as

unidades; solidarizar unidades; absorver pequenas deformações (variações de temperatura, recalques, retração por secagem, etc.); impedir entrada de água,

vento e agentes agressivos; compensar as variações dimensionais das unidades; efeitos arquitetônicos, etc.  Ferramentas aplicação argamassa: palheta, colher meia cana, bisnaga.

 Graute > concreto com agregados de pequena dimensão máxima, consistência fluida > preenchimento vazios dos blocos, com função de aumenta a área da seção transversal; solidarização dos blocos com as armaduras dispostas nos septos (vazios) e preencher blocos canaleta e J > aumentar capacidade da alvenaria à compressão e possibilitar tensões de tração sejam resistidas pela armadura.  Armaduras > vergalhões (CA-25, 50 e 60, igual concreto armado) > função estrutural: proporcionar resistência a tensões de tração, flexão simples ou composta, e cisalhamento; determinado por norma + cálculos > função construtiva: empírico, proporcionar amarração entre paredes – encontro, cantos (GRAMPOS), prevenção fissuras, cantos de aberturas etc. > quando não há amarração: encontro/com tela a cada duas fiadas.

 ETAPAS DE EXECUÇÃO: Marcação da alvenaria (conferência esquadro; preparo superfície da laje > esperas antes do assentamento da primeira fiada; linha traçante: marcar direção paredes 1ª fiada, vãos de portas e shafts; indicação lado assentamento dos blocos; marcação paredes perpendiculares + conferir referências com gabarito de marcação ou locação da obra; marcação paredes com esquadro); instalação escantilhão; organização trabalho (preparar blocos para fixação das caixas elétricas; colocar blocos e argamassa próximos ao local de utilização); nivelamento das fiadas; execução 1ª fiada; verificações importantes na execução da 1ª fiada (posição instalações elétricas e hidro; locação e tolerâncias dimensionais dos vãos de portas e shafts); elevações.  GESTÃO OBRA: Armazenamento materiais (local plano evitar quebras, sobre pallets – evitar contato com solo/umidade, pilhas de blocos altura máxima de 1 pallet ou 8 fiadas) > transporte/abastecimento materiais na obra > gabaritos esquadrias > segurança/EPIs.  CONTROLE TECNOLÓGICO > controle resistência materiais empregados, ensaios antes e ao longo da obra > propriedades finais da alvenaria definidas pela resistência dos materiais empregados e conjuntos obtidos: bloco + argamassa + graute // bloco + argamassa. Espessura máxima das juntas horizontais entre blocos (argamassa) é 10mm (tolerância 3mm) > resistência da parede diminui com o aumento da junta horizontal. Não aconselhável aumentar exageradamente a resistência da argamassa (pode reduzir resistência final da parede).

PRÉ-FABRICADOS EM CONCRETO  Definição concreto pré-fabricado: executado industrialmente em instalações permanentes de empresas específicas > elementos fabricados são montados na obra com equipamentos e dispositivos de elevação.  Benefícios: diminuição tempo de obra, melhor controle de qualidade e dimensional dos componentes, redução desperdício de materiais, seções resistentes mais eficientes e consumindo menos materiais para produção, possibilidade reutilização de partes da construção.  MAIS TEMPO DE PROJETO/CONCEPÇÃO x MENOR TEMPO DE EXECUÇÃO DA OBRA (comparado com moldado in loco).  Tipos e campos de aplicação: Edificações (industriais, comerciais, habitacionais, hospitais, terminais rodoviários/aéreos/ferroviários); Construção pesada (pontes de grande porte, obras portuárias, barragens/hidrelétricas); Infraestrutura urbana e rodoviária (pontes de pequeno/médio porte, canais, galerias, muros de arrimo, reservatórios). - Estruturas aporticadas: pilares e vigas diferentes tamanhos combinados para formar pórticos (construções comerciais, galpões industriais, armazéns). - Estruturas em esqueleto: elementos lineares (pilares, vigas, diferentes formatos e tamanhos) combinados formando esqueleto da estrutura - grandes vãos, espaços abertos; construções industriais, shoppings, estacionamentos, centros esportivos, escritórios, escolas, hospitais... (edificações de múltiplos pavimentos - pequena e grande altura). - Estruturas em paineis estruturais: componentes de paineis portantes verticais e de paines de lajes espaços abertos livres entre as paredes "portantes" e divisórias leves para layout interno (casas, apartamentos, hotéis, escolas).

COMPONENTES  Pilares: complexidade projeto e execução, pouca padronização (diferenças geometria, muitos recores de consoles), interface sistema águas pluviais, insertos/inseridos, Hmáx: 30m (transporte).  Vigas: armadas ou protendidas (produzidas em pistas), vigas armadas (precisa estudar as dimensões para melhor aproveitamento de formas), detalhes fora de padrão para encaixe com pilares; seção retangular (vãos até 15m), seção I (vãos até 30m).  Lajes maciças: placa de dimensões/geometrias idênticas ao cômodo da edificação.  Lajes alveolares: vão até 20m; largura paineis entre 1,0 e 1,2m até 2,5m; altura entre 15 a 45cm - até 70cm. Quando usar capeamento de concreto (acabamento, solidarização): espessura mínima capa pontos isolados - 3cm (5cm espessura nominal de projeto)

PRINCÍPIOS E RECOMENDAÇÕES GERAIS  a) Conceber o projeto da obra visando a utilização do pré-fabricado: prever o uso desde o início > melhor proveito potencialidades; considerar, na concepção do projeto, as formas de produção das peças (execução, transporte, montagem e realização das ligações) para avaliar o que e se é favorável ou não.  b) Resolver as interações da estrutura com as outras partes da construção: projeto estrutural compatibilizado com complementares (hidro, sanitário, elétrico, pluvial, ar condicionado), esquadrias, impermeabilização, etc. (não é possível improvisar); pilar vazado escoamento pluvial, previsão passagem de instalações na estrutura.  c) Minimizar o número de ligações: realização das ligações  principal dificuldade; reduzir a divisão da estrutura em elementos (prever elementos contínuos e em menor quantidade, conforme possível – considerar limitações custo, transporte, montagem).  d) Minimizar o número de tipos de elementos: elementos que desempenham mais de uma função (ex.: painéis alveolares, seção TT e U usados para lajes E paredes) – repetição de mesmos tipos de elementos, facilitar produção.  Coordenação modular: relacionamento entre dimensões dos elementos e dimensão da construção > dimensão básica. Objetivo: criar uma ordem dimensional - padronização > compatibilização arranjo elementos - estrutura e restante construção. Malha de projeto > malha modular > unidade básica: módulo > dimensões componentes devem se ajustar à essa malha de pr...