Estudo de caso: influência dos níveis de desempenho da ABNT NBR 15575 no consumo de materiais utilizados em estruturas de concreto armado

F. S. CUNHA K. A. L. COLLA H. EHRENBRING F. L. BOLINA B. TUTIKIAN Sobre os autores

Abstract

The Brazilian construction industry still discusses the consequence of the Performance Standard on housing developments. According to ABNT NBR 15575 [1[1] ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Edifícios habitacionais - desempenho Parte 1: requisitos gerais - NBR 15575, Rio de Janeiro, 2013.], the systems that compose residential buildings need to meet minimum performance requirements. Among the systems, the structural must reach a minimum Service Life (SL) of 50 years, or intermediate or higher that corresponds to 63 and 75 years, respectively. The industry also debates the impact and viability of increasing the SL of reinforced concrete structures. Therefore, this article aimed to analyze a single reinforced concrete building designed for the 3 SL specified by ABNT NBR 15575 [1[1] ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Edifícios habitacionais - desempenho Parte 1: requisitos gerais - NBR 15575, Rio de Janeiro, 2013.]. The study focused on the total consumption of steel and concrete. The structure’s designed conditions of exposure were varied for each performance level, based on the 4 environmental exposure classes (EEC) of ABNT NBR 6118 [3[3] ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Projeto de estruturas de concreto-Procedimento. - NBR 6118, Rio de Janeiro, 2014.] and ABNT NBR 12655 [11[11] ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Preparo, controle e recebimento - Procedimento. - NBR 12655, Rio de Janeiro, 2015.], totalizing 12 situations. It was noted that the increased performance level increases consumption of materials, and the designs made for EEC IV consumed 12.3% and 16.2% more steel and concrete at the intermediate and superior performance levels respectively, when compared to the minimum performance level.

Keywords:
brazilian performance standard; concrete strcuture; service life

Resumo

O setor da construção civil ainda discute a consequência da Norma de Desempenho nas edificações habitacionais. Segundo a ABNT NBR 15575 [1[1] ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Edifícios habitacionais - desempenho Parte 1: requisitos gerais - NBR 15575, Rio de Janeiro, 2013.], os sistemas que compõem edificações residenciais necessitam atingir os requisitos mínimos de desempenho. Dentre os sistemas, o estrutural deve atender a uma Vida Útil de Projeto (VUP) mínima de 50 anos, ou intermediária ou superior, correspondendo à 63 e 75 anos, respectivamente. É debatido no setor o impacto e a viabilidade do incremento da VUP nas estruturas de concreto armado. Diante disso, esse artigo objetivou analisar uma mesma edificação em concreto armado projetada para as 3 VUPs contempladas pela ABNT NBR 15575 [1[1] ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Edifícios habitacionais - desempenho Parte 1: requisitos gerais - NBR 15575, Rio de Janeiro, 2013.]. O estudo concentrou-se no consumo total de aço e concreto. Para cada nível de desempenho, variaram-se as condições de exposição da estrutura para o dimensionamento, com base nas 4 classes de agressividade ambiental (CAA) da ABNT NBR 6118 [3[3] ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Projeto de estruturas de concreto-Procedimento. - NBR 6118, Rio de Janeiro, 2014.] e ABNT NBR 12655 [11[11] ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Preparo, controle e recebimento - Procedimento. - NBR 12655, Rio de Janeiro, 2015.], totalizando 12 situações. Verificou-se que o incremento do nível de desempenho aumenta o consumo dos materiais, sendo que os projetos elaborados para a CAA IV tiveram um consumo de 12,3% e 16,2% de aço e concreto superior para os níveis intermediário e superior de desempenho, respectivamente, comparando com o nível mínimo de desempenho.

Palavras-chave:
norma de desempenho; estruturas de concreto armado; vida útil de projeto

1. Introdução

As reações no setor da construção civil são notórias com a implementação da ABNT NBR 15575 [1[1] ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Edifícios habitacionais - desempenho Parte 1: requisitos gerais - NBR 15575, Rio de Janeiro, 2013.]. A norma estabelece requisitos mínimos de desempenho aplicados nos sistemas que compõem as edificações habitacionais, visando atender requisitos em termos de habitabilidade, segurança e sustentabilidade [2[2] LORENZI, L. S. Análise Crítica e Proposições de Avanço nas Metodologias de Ensaios Experimentais de Desempenho à Luz da ABNT NBR 15575 (2013) para Edificações Habitacionais de Interesse Social Térreas. 2013, Thesis (Doctorate) - Civil Engineering Graduate Program of Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, 222 p.]. Para cada requisito, a Norma define os níveis de desempenho mínimo, intermediário e superior, com consequências diretas na sua fase de uso. Dentre os conceitos incorporados está o de Vida Útil de Projeto (VUP), período mínimo que os sistemas devem seguir atendendo ao desempenho determinado em projeto. No caso das estruturas de concreto armado, a VUP que o sistema deve atender está relacionada ao nível de desempenho pretendido, apresentados na norma de desempenho [1[1] ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Edifícios habitacionais - desempenho Parte 1: requisitos gerais - NBR 15575, Rio de Janeiro, 2013.].

Pelo fato da ABNT NBR 15575 não ser prescritiva, os requisitos de desempenho devem ser atendidos com base nas normas de projeto aplicadas à estrutura concebida. No caso das estruturas de concreto armado, adota-se a ABNT NBR 6118 [3[3] ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Projeto de estruturas de concreto-Procedimento. - NBR 6118, Rio de Janeiro, 2014.], ABNT NBR 6120 [4[4] ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Cargas para Cálculo de Estruturas de Edificações. - NBR 6120, Rio de Janeiro, 1980.], ABNT NBR 8681 [5[5] ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Ações e segurança nas estruturas. - NBR 8681, Rio de Janeiro, 2003.], ABNT NBR 6123 [6[6] ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Forças devidas ao vento em edificações. - NBR 6123, Rio de Janeiro, 1988.], entre outras. Todavia, salvo a ABNT NBR 6123 [6[6] ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Forças devidas ao vento em edificações. - NBR 6123, Rio de Janeiro, 1988.], as demais normas apresentam requisitos para uma VUP que se pressupõe ser de 50 anos [7[7] BOLINA, F.; PERRONE, v.; TUTIKIAN, B. Discussão sobre as ações variáveis de projeto segundo os requisitos mínimo, intermediário e superior de desempenho da ABNT NBR 15575. Revista concreto e construções, 2015, V.79, p.65-78.]. Logo, para que os níveis intermediário e superior sejam atingidos, deve ser feita uma consulta às normas estrangeiras ou, caso inexistam, aos estudos técnicos fundamentados, visando a adoção de critérios de projeto consistentes. Dessa forma, trabalhos como os de Bolina et al. [7[7] BOLINA, F.; PERRONE, v.; TUTIKIAN, B. Discussão sobre as ações variáveis de projeto segundo os requisitos mínimo, intermediário e superior de desempenho da ABNT NBR 15575. Revista concreto e construções, 2015, V.79, p.65-78.], Bolina e Tutikian [8[8] BOLINA, F.; TUTIKIAN, B. Especificação de parâmetros da estrutura de concreto armado segundo os preceitos de desempenho, durabilidade e segurança contra incêndio. Revista concreto e construções, 2015, V.79, p.24-38.] e Bolina e Tutikian [9[9] BOLINA, F.; TUTIKIAN, B. Especificação frente à durabilidade para atender nível superior de desempenho em elementos estruturais enterrados. RIEM - Revista IBRACON de Estruturas e Materiais, 2016, V.9, n.2.] servem de ponto de partida para análises mais refinadas, que visam implementar vidas úteis superiores à mínima, ainda não apresentadas por normas brasileiras.

Em termos de durabilidade, os parâmetros de projeto devem considerar os agentes externos do ambiente de inserção. Segundo Tutikian e Helene [10[10] TUTIKIAN, B. F.; HELENE, P. Dosagem dos concretos de cimento Portland. In: Ibracon. (Org.). Concreto: Ciência e Tecnologia - Ed. Geraldo Isaia. 1ed. São Paulo: Ibracon, 2011, v.1, p.415-452.], a durabilidade das estruturas de concreto depende tanto de fatores extrínsecos, tais como a presença de sais, maresias, chuvas ácidas, quanto intrínsecos, entre eles o tipo de cimento, relação água/cimento, adições e aditivos. Conforme apresentado pela ABNT NBR 12655 [11[11] ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Preparo, controle e recebimento - Procedimento. - NBR 12655, Rio de Janeiro, 2015.] e, se atendidos os critérios estabelecidos pela ABNT NBR 6118 [3[3] ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Projeto de estruturas de concreto-Procedimento. - NBR 6118, Rio de Janeiro, 2014.], a durabilidade das estruturas é diretamente dependente das características do concreto e seu ambiente de inserção. Com correlações entre a característica da estrutura e concreto empregado, a ABNT NBR 6118 [3[3] ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Projeto de estruturas de concreto-Procedimento. - NBR 6118, Rio de Janeiro, 2014.] recomenda a adoção de determinados requisitos para se atender uma durabilidade mínima prescrita. Segundo Bolina e Tutikian [8[8] BOLINA, F.; TUTIKIAN, B. Especificação de parâmetros da estrutura de concreto armado segundo os preceitos de desempenho, durabilidade e segurança contra incêndio. Revista concreto e construções, 2015, V.79, p.24-38.], subentende-se que as recomendações desta norma sejam para VUP de 50 anos. Essa suposição se fundamenta na ABNT NBR 8681 [5[5] ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Ações e segurança nas estruturas. - NBR 8681, Rio de Janeiro, 2003.], que propõe fatores de majoração para a combinação dos carregamentos admitidos para o período de 50 anos. Logo, para projetos que visem um nível de desempenho acima do mínimo, uma análise dos parâmetros de projeto praticados pela ABNT NBR 6118 [3[3] ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Projeto de estruturas de concreto-Procedimento. - NBR 6118, Rio de Janeiro, 2014.] deve ser feita.

No que tange aos carregamentos admitidos no projeto estrutural, as cargas permanentes não se alteram no decorrer da vida útil, não sofrendo alterações com a VUP pretendida [12[12] DIAS, A.; MALITE, M.; MUNAIR, J. Sistemas Estruturais. Elsevier Brasil, 2015, 2ed.]. Porém, as cargas acidentais, ou de utilização, variam ao longo da sua vida útil, devendo ser analisadas para níveis de desempenho superiores ao mínimo. Pelo fato de serem cargas que apresentam variabilidade com ao decorrer do tempo, a ABNT NBR 8681 [5[5] ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Ações e segurança nas estruturas. - NBR 8681, Rio de Janeiro, 2003.] preconiza valores característicos que possuem uma probabilidade de ocorrência de 25 a 35% para um período de 50 anos, não havendo qualquer consideração para tempos de retorno de 63 e 75 anos a estas ações [7[7] BOLINA, F.; PERRONE, v.; TUTIKIAN, B. Discussão sobre as ações variáveis de projeto segundo os requisitos mínimo, intermediário e superior de desempenho da ABNT NBR 15575. Revista concreto e construções, 2015, V.79, p.65-78.].

Já no caso da ação do vento, conforme a ABNT NBR 6123 [6[6] ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Forças devidas ao vento em edificações. - NBR 6123, Rio de Janeiro, 1988.], faz-se necessário utilizar as isopletas propostas na definição das velocidades do vento de cada região. Os valores praticados nas isopletas são para rajadas de vento de 3 segundos, com probabilidade de 63% de acontecer uma vez em 50 anos. Ao se projetar uma estrutura para níveis de desempenho superiores ao mínimo, deve-se utilizar equações específicas para determinação da velocidade básica do vento, demonstrados no anexo B daquela norma.

Do exposto, nota-se que o sistema normativo brasileiro aplicado no projeto estrutural ainda não consegue esgotar as necessidades da ABNT NBR 15575 [1[1] ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Edifícios habitacionais - desempenho Parte 1: requisitos gerais - NBR 15575, Rio de Janeiro, 2013.] para uma VUP superior a 50 anos. No que tange aos custos, em torno de 40% do total de recursos da indústria e 35% do volume de trabalho da construção civil se concentra para o reparo e restauração das estruturas, visando acrescer sua vida útil [13[13] GARCÍA-ALONSO, M. C.; ESCUDERO, M. L.; MIRANDA, J. M.; VEGA , M. I.; CAPILLA, F.; CORREIA, M. J.; SALTA, M.; BENNANI, A.; GONZÁLEZ, J.A. Corrosion behaviour of new stainless steels reinforcing bars embedded in concrete. Cement and Concrete Research, 37, p.1463-1471, 2007., 14[14] MEHTA, P. K.; MONTEIRO, P.J.M. Concreto: microestrutura, propriedades e materiais. São Paulo: IBRACON, 2014.]. Todavia, a nível de projeto estrutural, não se sabe qual é o incremento de custo para níveis de desempenho superiores ao mínimo, ou seja, para incremento da VUP. Logo, o presente artigo visa dimensionar uma mesma estrutura, de uma mesma edificação hipotética, para os 3 níveis de desempenho apresentados em norma, utilizando as 4 classes de agressividade ambiental da ABNT NBR 6118 [3[3] ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Projeto de estruturas de concreto-Procedimento. - NBR 6118, Rio de Janeiro, 2014.], totalizando 12 projetos, a fim de verificar o incremento de materiais na composição do sistema. A influência do impacto do nível de desempenho no quantitativo do projeto das estruturas de concreto armado se fundamentou na análise do volume de concreto e consumo total do aço das armaduras.

As variáveis incorporadas em cada projeto foram: espessura de cobrimento das armaduras e resistência à compressão do concreto, no caso dos parâmetros de durabilidade; e a magnitude das ações variáveis - incluindo o vento - e seus respectivos coeficientes de ponderação, no caso dos parâmetros de segurança e dimensionamento estrutural.

2. Programa experimental

Na sequência foram apresentados os critérios e parâmetros adotados nos 12 projetos estruturais desenvolvidos.

2.1 Projeto-base

O objeto de estudo é um projeto arquitetônico de uma edificação residencial, contendo nove pavimentos. Do total, 8 pavimentos são tipo e um pavimento é o térreo. Cada pavimento tipo tem área de 255,62 m², para 4 unidades individuais com dois dormitórios, sala, cozinha, área de serviço e banheiro, conforme a Figura 1. No térreo encontram-se as áreas de vivência, circulação e espaços comerciais, contendo a mesma área dos demais pavimentos.

Figura 1
Vista em planta do projeto arquitetônico do pavimento tipo

A estrutura em concreto armado é composta de lajes maciças, vigas retangulares com vãos de dois a seis metros, com pé-direito de 2,95 m entre pavimentos. O posicionamento dos pilares foi analisado e definido de modo que contribuíssem na rigidez da edificação. Sobre as vigas, foram admitidas as cargas oriundas de paredes de alvenaria, com função de vedação, de espessura de 19 cm e 14 cm para paredes externas e internas, respectivamente. A estrutura foi calculada com o auxílio de programa computacional comercial de simulação estrutural, o Eberick® versão 10, sendo possível extrair o quantitativo de materiais de cada projeto.

No dimensionamento dos elementos estruturais, buscou-se o grau de aproveitamento próximo aos 100%. Para as armaduras principais, foi adotado aço tipo CA-50 ao passo que, para os estribos, foi empregado aço tipo CA-60. Os 12 projetos estruturais foram elaborados sobre uma mesma concepção arquitetônica, mantendo-se o posicionamento dos elementos estruturais e as áreas de utilização pré-definidas, conforme Figura 2. Os modelos de cálculo foram mantidos inalterados.

Figura 2
Vista em planta das fôrmas do pavimento tipo

2.2 Procedimento

Para cumprir com o propósito do trabalho, o projeto-base foi dimensionado para cada uma das quatro classes de agressividade ambiental (CAA) definidas pelas ABNT NBR 6118 [3[3] ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Projeto de estruturas de concreto-Procedimento. - NBR 6118, Rio de Janeiro, 2014.] e ABNT NBR 12655 [11[11] ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Preparo, controle e recebimento - Procedimento. - NBR 12655, Rio de Janeiro, 2015.]. As variáveis de projeto foram a resistência à compressão, o cobrimento das armaduras e a magnitude das cargas de uso e vento. Para uma mesma CAA, realizou-se o dimensionamento para cada um dos três níveis de desempenho praticado pela ABNT NBR 15575 [1[1] ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Edifícios habitacionais - desempenho Parte 1: requisitos gerais - NBR 15575, Rio de Janeiro, 2013.], sendo eles o mínimo, intermediário e superior. O fluxograma da Figura 3 evidencia o procedimento empregado.

Figura 3
Fluxograma de projeto

2.3 Carregamentos admitidos

Considerando que não haja alterações na edificação, admitiu-se que o peso próprio da estrutura não se altera ao longo do tempo, sendo constante. Para as cargas de uso, tomou-se como base Bolina e Tutikian [8[8] BOLINA, F.; TUTIKIAN, B. Especificação de parâmetros da estrutura de concreto armado segundo os preceitos de desempenho, durabilidade e segurança contra incêndio. Revista concreto e construções, 2015, V.79, p.24-38.], que determinaram os coeficientes de majoração das cargas acidentais de uma edificação quando a vida útil pretendida é de 63 e 75 anos, ou seja, o nível intermediário e superior de desempenho. A Tabela 1 evidencia os valores das ações variáveis para cada VUP praticadas pela ABNT NBR 15575 [1[1] ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Edifícios habitacionais - desempenho Parte 1: requisitos gerais - NBR 15575, Rio de Janeiro, 2013.].

Tabela 1
Valores de cargas verticais propostas para uma vida útil mínima, intermediária e superior de durabilidade para edificações residenciais

A definição da velocidade básica do vento admitida nos projetos foi feita com base na ABNT NBR 6123 [6[6] ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Forças devidas ao vento em edificações. - NBR 6123, Rio de Janeiro, 1988.]. Para o fator topográfico S1, adotou-se uma edificação com relevo plano, onde o fator é igual a 1. Para o fator S2, que considera a rugosidade do terreno e dimensões da edificação, o empreendimento foi avaliado como classe B, pois apresentou maior e menor dimensão frontal de incidência do vento entre 20 m e 50 m, e categoria V, referente a terrenos cobertos por obstáculos numerosos grandes, altos e pouco espaçados, com o fator igual a 0,95. Já o fator estatístico S3, tomando-se como base que o uso da edificação é residencial, foi admitido como sendo igual a 1. Para períodos superiores a 50 anos, a ABNT NBR 6123 [6[6] ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Forças devidas ao vento em edificações. - NBR 6123, Rio de Janeiro, 1988.] apresenta no anexo B um método estatístico que propõe correções do fator S3 de acordo com o período de retorno da rajada de vento de 3 segundos, alterando, consequentemente, a velocidade básica do vento extraída das isopletas, que é válida para um tempo de retorno de 50 anos. Para VUP de 63 anos e 75 anos, aplicando a norma, foi possível obter o fator S3 como, respectivamente, 1,04 e 1,06. Diante do exposto, adotando a velocidade básica do vento de 45 m/s (Região V), conforme demonstrado nas isopletas da norma, a Tabela 2 apresenta as devidas correções de projeto para os níveis de desempenho intermediário e superior.

Tabela 2
Velocidade básica do vento para todas as VUP

2.4 Parâmetros de durabilidade

Para a definição dos parâmetros de durabilidade para idades superiores a 50 anos, utilizou-se o trabalho de Bolina e Tutikian [8[8] BOLINA, F.; TUTIKIAN, B. Especificação de parâmetros da estrutura de concreto armado segundo os preceitos de desempenho, durabilidade e segurança contra incêndio. Revista concreto e construções, 2015, V.79, p.24-38.], onde foram adotados modelos teóricos de previsão de vida útil ajustados pelos parâmetros da ABNT NBR 6118 [3[3] ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Projeto de estruturas de concreto-Procedimento. - NBR 6118, Rio de Janeiro, 2014.] e em normas estrangeiras para a extrapolação da vida útil de 63 e 75 anos, conforme a Tabela 3. Cabe destacar que, para efeito dos projetos estruturais deste artigo, somente a espessura de cobrimento das armaduras e a classe do concreto foram influentes.

Tabela 3
Parâmetros de dimensionamento estrutural à durabilidade para uma VUP de 50, 63 e 75 anos

3. Resultados e discussões

3.1 Lajes

A Tabela 4 apresenta, para as quatro classes de agressividade ambiental da ABNT NBR 6118 [3[3] ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Projeto de estruturas de concreto-Procedimento. - NBR 6118, Rio de Janeiro, 2014.], a comparação de consumo de aço e concreto para as lajes, entre os diferentes níveis de desempenho.

Table 4
Comparison of material consumption for slabs

O aumento da espessura de cobrimento das armaduras, necessário para incremento do nível de desempenho da peça, não resultou no redimensionamento da sua geometria, salvo para a CAA IV. Devido às áreas das lajes serem superiores às das vigas e pilares, esses elementos, quando houve necessidade de redimensionando, apresentou elevação considerável do consumo de concreto, chegando a mais de 20% para o desempenho superior na CAA IV.

Quando há estabilização do consumo de concreto, as cargas geradas pelo acréscimo do seu peso próprio não se alteraram e não houve influência no consumo de aço. Portanto, conservou-se a mesma espessura inicial do elemento (13 cm). Uma laje com desempenho superior para CAA III tem diminuição de cerca de 15,8% da sua altura útil, quando comparada com o desempenho mínimo, influenciando no acréscimo da área de aço necessária.

Lajes são peças submetidas a momentos fletores, tendo no corpo rígido fibras longitudinais sob ação de tensões de tração e compressão com magnitudes variando conforme as circunstâncias do carregamento e do elemento. Devido a baixa resistência à tração do concreto, o acréscimo da resistência à compressão do material, a fim de respeitar o parâmetro de durabilidade, não influiu consideravelmente no enrijecimento da peça nas fibras tracionadas.

Devido à sua esbeltez e ao tipo de esforço submetido, as lajes foram sensíveis às alterações de carregamento. Logo, o acréscimo de carga conforme a VUP, acentuado pela aproximação da armadura em relação à linha neutra devido ao aumento da espessura de cobrimento, ocasionou o aumento da área de aço nas peças. Para a CAA III, o acréscimo de VUP para 63 anos alterou o consumo de aço em 16,0%. Comparando as condições menos severas com as mais severas, CAA I e VUP 50 anos com a CAA IV e VUP 75 anos, o consumo de aço foi 50% superior na pior condição. Dessa maneira, a escolha do nível de desempenho de uma estrutura em concreto armado pode ser decisiva nos custos da estrutura.

Porém, quando se analisa a CAA I separadamente, nota-se que o aumento do consumo de aço não ocorreu de maneira proporcional. Considerando que o carregamento aumentou com a VUP, indiferente da CAA, e que o consumo de concreto não variou para as CAA I, CAA II e CAA III, a disparidade do acréscimo de consumo de aço se deu pela redução da altura útil da peça.

3.2 Vigas

A Tabela 5 apresenta a comparação de consumo de materiais para as vigas entre os diferentes níveis de desempenho e as CAA.

Tabela 5
Comparativo de consumo de materiais nas vigas

Com intuito de manter o espaçamento mínimo entre barras previsto pela ABNT NBR 6118 [3[3] ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Projeto de estruturas de concreto-Procedimento. - NBR 6118, Rio de Janeiro, 2014.], os elementos necessitaram de redimensionamento, devido a variação das espessuras úteis. É visível que, conforme o acréscimo da VUP e CAA, os critérios se tornaram mais rigorosos e as peças necessitaram de um aumento no consumo de materiais. Comparando as condições mais favoráveis e menos favoráveis, ou seja, CAA I e VUP 50 anos e CAA IV e VUP 75 anos, as diferenças atingiram 33,0% para o concreto. Evidenciou-se a maior sensibilidade das lajes em relação às vigas nas condições mais severas, mesmo que os dois elementos estejam expostos à tensão de flexão.

O aumento da dimensão da peça se deu na base da seção transversal, não alterando a rigidez da peça à flexão, como no aumento da altura útil. Todavia, somada ao acréscimo da resistência característica do concreto, a maior dimensão possibilitou um enrijecimento da peça. Ao final, a taxa de aço por metro cúbico foi inferior, conforme o aumento da VUP para as CAA I e II, enquanto que para a CAA III e IV a taxa de armadura aumentou.

Porém, a diminuição nas CAA I e II foi consequência do aumento do volume de concreto. Quando analisado somente o consumo de aço, o mesmo cresceu conforme o aumento da CAA e VUP, pois o peso próprio das lajes e vigas e a carga de uso também cresceram. Combinado com o deslocamento da armadura, diminuindo a altura útil, o consumo de aço chegou a acréscimo de até 20,4% para a CAA IV para VUP 75 anos.

3.1 Pilares

A Tabela 6 apresenta, para as quatro classes de agressividade ambiental, a comparação de consumo de materiais para os pilares com diferentes níveis de desempenho.

Tabela 6
Comparativo de consumo de materiais nos pilares

Com o aumento da vida útil para os pilares, o cobrimento das armaduras, para uma mesma CAA, aumentou entre 10% a 33%. Foi possível observar que não houve variação de consumo de concreto, apenas da área de armaduras, evidenciando que não foi necessário o redimensionamento da seção, salvo para a CAA IV, onde foi necessário aumentar em 2,0% a área da seção do pilar, devido o aumento do cobrimento das armaduras, que atingiu 50 mm.

Essa estabilização no consumo de concreto foi viabilizada pelo acréscimo de resistência à compressão do concreto, devido aos parâmetros de durabilidade. Ainda que o cobrimento mínimo, outro critério, diminuiu a área útil da peça, o incremento da capacidade resistente dos pilares possibilitou uma redução da área de aço necessária, mesmo com o acréscimo das cargas para uma VUP de 63 e 75 anos, salvo para a CAA II, em que os parâmetros de durabilidade não atingiram um nível necessário para que o acréscimo de resistência do concreto fosse suficiente para resistir o aumento do carregamento. A Figura 4 evidencia a perda de área útil, em função de uma área total igual a X, juntamente com o acréscimo de resistência à compressão, de uma seção do pilar padrão do projeto com dimensões de 20x90 cm. Assim, para os níveis intermediário e superior, os parâmetros cobrimento e resistência mínimos acabaram por se equalizar, estabilizando o consumo de concreto. Porém, os parâmetros de durabilidade ocasionaram um maior consumo de cimento, logo maior impacto ambiental. Todavia, salienta-se que a energia gasta para produção do aço e seu impacto ambiental foram diminuídas pelo menor consumo do material.

Figura 4
Comparações da influência dos parâmetros de durabilidade na área útil e resistência de um pilar

Analisando pontos extremos, o caso de uma peça para VUP 50 anos na CAA I e outra com VUP 75 anos e CAA IV, o consumo de concreto aumentou 2,0%, enquanto o consumo de aço diminuiu 17,1%. Esse fato destacou que o aumento da resistência do concreto, ocasionado pela prescrição de durabilidade para alcance da vida útil, acabou por absorver o aumento das ações variáveis, resultando na diminuição da área de aço necessária.

3.2 Estrutura

A Tabela 7 apresenta a comparação de consumo total de materiais para a estrutura entre os diferentes níveis de desempenho e as CAA.

Tabela 7
Comparativo de consumos de materiais na estrutura

Analisando a estrutura, se reforça o que já foi comentado: o aumento da disparidade do consumo de materiais conforme o aumento da CAA entre os níveis de desempenho. Enquanto para a CAA I, o aumento, para atingir o nível superior, de aço e do concreto se deu na ordem de 0,9% e 1,1%, respectivamente, para a CAA IV o acréscimo foi de 12,3% para o concreto e 16,2% para o aço. Dessa forma, quanto maior o nível de desempenho desejado, maior foram os custos envolvidos na implementação da estrutura. Porém, deve-se analisar o custo benefício do sistema estrutural, visto que a VUP poderá ser acrescida em 50%, mantendo o consumo de materiais próximos a 15%, havendo a possibilidade de aumentar os períodos de manutenção do sistema, diminuindo os custos de uso da estrutura.

4. Conclusões

As principais conclusões obtidas foram:

  • As normas brasileiras de projeto estrutural necessitam de uma compatibilização frente aos novos requisitos de desempenho da NBR 15575, sobretudo aplicados na VUP para níveis de desempenho intermediário e superior;

  • O aumento do nível de desempenho estrutural provocou, em alguns casos, aumento das dimensões das peças, haja visto o incremento dos requisitos de durabilidade, sobretudo devido a espessura de cobrimento das armaduras;

  • Em alguns casos, entretanto, notou-se a redução da área das armaduras empregadas no dimensionamento das seções. Isto decorreu pelo fato de que, apesar dos carregamentos atuantes incrementarem com o aumento do nível de desempenho pretendido, devido a necessidade de aumento da VUP, a resistência à compressão do concreto foi majorada para atender aos requisitos de durabilidade;

  • Para VUP superiores à mínima, notou-se um aumento de até 16% do consumo de concreto. Além disso, teve-se a necessidade de trabalhar com concretos de até 50MPa de resistência à compressão, o que gerou um aumento global de custos;

  • Quanto maior a CAA aplicada no projeto da estrutura, maior foi o impacto da escolha do nível do desempenho pretendido. No caso da CAA I, ao mudar o nível de desempenho mínimo para o superior, o consumo do aço aumentou em 0,9% e o volume de concreto em 1,1%. No caso da CAA IV, estes aumentos foram de, respectivamente, 12,3% e 16,2%;

  • Com o aumento do nível de desempenho, as dimensões mínimas recomendadas pela NBR 6118 não puderam mais serem empregadas nos projetos estruturais, haja visto o aumento da espessura de cobrimento das armaduras. Para o estudo de estruturas com níveis de desempenho superiores ao mínimo, não se observou um grande incremento nas dimensões dos elementos estruturais.

  • Cabe destacar que neste estudo não se levou em consideração os requisitos de segurança ao incêndio das estruturas de concreto armado, pois se tratam de exigências que não variam com a VU requerida, o que poderia alterar os resultados dos objetivos estabelecidos para este trabalho. Salienta-se que a análise das estruturas de concreto ao incêndio é obrigatória, devendo ser feita conforme NBR 15200.

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Datas de Publicação

  • Publicação nesta coleção
    23 Set 2019
  • Data do Fascículo
    Jul-Aug 2019

Histórico

  • Recebido
    16 Mar 2018
  • Aceito
    30 Nov 2018
  • Publicado
    08 Ago 2019
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