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PRINCIPAIS ALTERAÇÕES NA NBR 6118:2014 E SEUS IMPACTOS EM EDIFICAÇÕES
DE PEQUENO PORTE
Aluno: Eng. Civil Glênio da Luz Lima Júnior Orientador: Professor DSc. Li Chong Lee Bacelar de Castro Instituto de Ensino Superior Planalto – IESPLAN Trabalho de Conclusão de Curso de Pós-graduação em Projeto Estrutural de Edifícios em Concreto Armado e Protendido – PEECAP
RESUMO
A revisão na NBR 6118, publicada em 2014, trouxe algumas mudanças que demandarão adaptações não só na execução dos projetos de cálculo estrutural, mas também da indústria da construção civil e até mesmo nos projetos arquitetônicos. Este artigo tem o objetivo de apresentar as principais alterações na referida norma e demostrar os principais impactos em edificações de pequeno porte. Para isso, será feito um comparativo entre os resultados obtidos com um pórtico simples calculado conforme a NBR 6118 de 2007 e 2014 – Projeto de Estruturas de Concreto: Procedimento. Foram analisados os resultados de consumo de aço, concreto, formas, cargas na fundação e estabilidade global e custo.’ De maneira geral, a comparação dos resultados apresentou distorções da ordem de 14% a -10% na relação entre os modelos calculados conforme NBR 6118 de 2007 e 2014. Entre os itens avaliados, os que apresentaram maior distorção foram a somatória de cargas no edifício (14,31%), volume total de concreto (11,40%) e parâmetro Alfa ∝ (-10,17%). Palavras-chave: NBR 6118:2014. Mudanças. Comparativo. Projeto Estrutural
1. INTRODUÇÃO
A NBR 6116 vem passando desde sua revisão em 2003, por várias alterações que a tornaram mais abrangente e complexa, quando comparada a versão de 1980. Tais melhorias vieram principalmente no intuito de atualizar a norma às evoluções tecnológicas tanto do ponto de vista dos materiais utilizados na construção civil quanto e nas ferramentas numéricas e computacionais disponíveis para o cálculo. Outro aspecto importante considerado nas últimas revisões, foi a preocupação com a durabilidade das edificações, observada principalmente no aumento dos cobrimentos das armaduras e nas seções mínimas dos elementos estruturais. O objetivo precípuo do presente artigo é apresentar os principais tópicos modificados na revisão 2014 da NBR 6118 além de apresentar, em um exemplo prático, quais são os reais impactos dessas alterações em edificações de pequeno porte (até dois pavimentos). Para isso será modelado, com o auxílio do software TQS, dois pórticos de acordo com as versões 2007 e 2014 da norma. Posteriormente, os resultados obtidos serão comparados e analisados. O escopo desse trabalho se limita as principais alterações ocorridas no cálculo de concreto armado, omitindo, portanto, mudanças no ocorridas no cálculo de concreto protendido.
2.4. CARACTERÍSTICAS MECÂNICAS DO CONCRETO
Com a inclusão do grupo II de resistência do concreto (C55 a C90), foi introduzido na norma uma nova formulação para os concretos dessa classe, tendo em vista que o comportamento mecânico do concreto não é linear a medida que que aumenta sua resistência. RESISTÊNCIA A TRAÇÃO Para a classe I a formulação para o cálculo da resistência a tração direta permaneceu a mesma, para a classe II foi apresentado a seguinte equação:
𝑓௧, = 0,3𝑓ଶ/ଷ , para concreto do grupo I
𝑓௧, = 2,12 𝑙𝑛(1 + 0,11𝑓) , para concreto do grupo II
Por meio do gráfico abaixo, plotado através das fórmulas de 𝑓௧,, é possível a
relação do fct em relação ao fck: Figura 1: Resistência média a tração do concreto MÓDULO DE ELASTICIDADE
Para o cálculo do módulo de elasticidade inicial, foi incluído o parâmetro 𝛼ா, que
considera os principais tipos de agregado graúdo. A equação para os dois grupos é dada abaixo:
𝐸 = 𝛼ா ∙ 5600 ඥ𝑓 , para classe I
𝐸 = 21,5 ∙ 10ଷ^ ∙ 𝛼ா ∙ ቀ
ೖ ଵ
ଵ/ଷ
, para classe II
Sendo,
𝛼ா = 1,2 para basalto e diabásio; 𝛼ா = 1,0 para granito e gnaisse; 𝛼ா = 0,9 para calcário; 𝛼ா = 0,7 para arenito;
A nova revisão traz ainda uma fórmula para determinação do módulo de elasticidade do concreto em idade menor que 28 dias, substituindo o fck por fcj , conforme expressões a seguir:
(௧)
,ହ
∙ 𝐸 , para classe I
(௧)
,ଷ
∙ 𝐸 , para classe II
Onde, 𝑓(𝑡) é a resistência a compressão do concreto na idade em que se pretende estimar o módulo de elasticidade, em MPa. MÓDULO DE ELASTICIDADE SECANTE
Para o módulo de elasticidade secante foi incluído o parâmetro 𝛼, que é função
do fck no lugar da constante 0,85:
𝐸௦ = 𝛼 ∙ 𝐸 , onde 𝛼 = 0,8 + 0,
଼
A NBR 6118:2014 traz ainda uma tabela com os módulos de elasticidade inicial e secante para utilização prática em projetos estruturais: Tabela 1: Valores estimados de módulo de elasticidade em função da resistência característica à compressão do concreto (considerando granito como agregado graúdo) (NBR 6118:2014) DIAGRAMA TENÇÃO X DEFORMAÇÃO A formulação para determinação do diagrama tensão x deformação permanece a mesma para concretos do grupo I. Para o grupo II, a NBR 6118:2014 traz a seguinte formulação:
𝜀௨ = 2,26%° + 35%° ∙ [(90 − 𝑓)/100]ସ
2.5. ANCORAGEM
O comprimento de ancoragem básico, que é a dimensão necessária para ancorar uma barra reta a força-limite Asfyd, foi alterado na atualização da norma, passando a ter que atender ao comprimento mínimo de 25 ϕ, conforme fórmula abaixo: 𝑙 =
Para o comprimento de ancoragem necessário passa a ser calculado pela seguinte expressão: 𝑙, = 𝛼𝑙
Onde,
α = 1,0 para barras sem gancho; α = 0,7 para barras tracionadas com gancho, com comprimento no plano normal ao do gancho ≥ 3 ϕ; α = 0,5 quando houver barras transversais soldadas e gancho com comprimento no plano normal ao do gancho ≥ 3 ϕ; lb conforme comprimento de ancoragem básico; lb,min é o maior valor entre 0,3 lb, 10ϕ, 100mm. 2.6. AÇÕES INPERFERÇÕES GLOBAIS A análise dos desaprumos dos elementos verticais de estruturas, contraventadas ou não, passam a ser realizados conforme figura abaixo: Figura 3: Imperfeições geométricas globais (NBR 6118:2014)
Observa-se que a consideração de ɵ1min para estruturas de nós fixos não está mais presente na norma. Com relação às ações de vento e desaprumo, diferente na versão anterior que recomendava a aplicação apenas da mais desfavorável, a versão 2014 passa a considerar as seguintes possibilidades: a) Quando 30% da ação do vento for maior que a ação do desaprumo, considera- se somente a ação do vento; b) Quando a ação do vento for inferior a 30% da ação do desaprumo, considera-se somente o desaprumo respeitando a consideração de ɵ1min, conforme definido acima; c) Nos demais casos, combina-se a ação do vento e desaprumo, sem necessidade de consideração do ɵ1min. Nessa combinação, admite-se considerar ambas as ações atuando na mesma direção e sentido como equivalentes a uma ação do vento, portanto como carga variável, artificialmente amplificada para cobrir a superposição. A norma fala ainda que a comparação pode ser feita com os momentos totais na base da edificação e em cada direção e sentido da aplicação da ação do vento, com desaprumo calculado com ɵa, sem a consideração do ɵ1min. MOMENTO MÍNIMO A envoltória do momento mínimo de 1° ordem de pilares retangulares passa a ser considerado conforme figura abaixo: Figura 4: Envoltória mínima de 1° ordem (NBR 6118:2014) Para esses casos a verificação do momento mínimo pode ser considerada atendida quando, no dimensionamento adotado, obtém-se uma envoltória resistente que englobe a envoltória mínima de 1° ordem.
2.8. ANÁLISE ESTRUTURAL
LIMITES PARA REDISTRIBUIÇÃO DE MOMENTOS
A capacidade de rotação dos elementos estruturais é função da posição da linha neutra no ELU. Quanto menor for x/d, tanto maior será essa capacidade. Devido a inclusão do grupo II de resistência de concreto, os valores x/d para vigas e lajes foram atualizados conforme expressões abaixo: a) x/d ≤ 0,45, para concretos do grupo I b) x/d ≤ 0,35, para concretos do grupo II A norma determina ainda que quando for efetuada uma redistribuição, reduzindo-se um momento fletor de M para 𝛿M, em uma determinada seção transversal, a profundidade da linha neutra nessa seção x/d, para o momento reduzido 𝛿M, deve ser limitada por: a) x/d (𝛿-0,44)/1,25, para concretos do grupo I b) x/d (𝛿-0,56)/1,25, para concretos do grupo II ANÁLISE NÃO LINEAR A NBR 6118:2014 determina que a verificação da capacidade de rotação de rótulas plásticas deve ser feita para cada uma das combinações de carregamento consideradas. Os valores adotados podem ser obtidos através da interpolação linear da figura abaixo: Figura 5: Capacidade de rotação de rotulas plásticas (NBR 6118:2014)
ANÁLISE PLÁSTICA
A norma estabelece que para garantia de condições apropriadas de ductilidade, dispensando a verificação explícita da capacidade de rotação plástica, deve-se ter a posição da linha neutra limitada em: a) x/d ≤ 0,25, para concretos do grupo I b) x/d ≤ 0,15, para concretos do grupo II 2.9. ANÁLISE DE 2° ORDEM ENVOLTÓRIA MÍNIMA COM 2° ORDEM A consideração da envoltória mínima para pilares retangulares pode ser realizada através de duas análises à flexão composta normal, calculadas de forma isolada e com momentos fletores mínimos de 1°ordem atuantes nos extremos do pilar, nas suas direções principais. Figura 6: Envoltória mínima com 2° ordem (NBR 6118:2014) 2.10. DOMÍNIOS DE ESTADO-LIMITE ÚLTIMO O diagrama de domínios do estado-limite último sofreu alterações no que se refere ao encurtamento e a linha neutra que passam a ser função de 𝜀ଶ e 𝜀, conforme figura abaixo:
ARMADURA DE PELE EM VIGAS
A taxa de armadura mínima lateral traz a mesma formulação da versão anterior da norma (0,10% Ac,alma), é apresentado, no entanto, uma observação de que não é necessária uma armadura superior 5 cm²/m por face. Essa medida, visa evitar uma armadura de pele exagerada em vigas com grande inércia. ARMADURA MÍNIMA EM LAJES Com relação as armaduras mínimas das lajes, a revisão 2014 da norma apresenta uma inovação exigindo a armadura negativa em lajes sem continuidade (Figura 8). Segundo a norma, essa armação deverá atender a formulação: 𝜌௦ ≥ 0,67𝜌 e se estender no mínimo até 0,15 do menor vão da laje a partir da face de apoio. Figura 8: Armadura negativa de bordas sem continuidade 2.12. DETALHAMENTO DE LAJES No detalhamento de lajes maciças, a NBR 6118:21014 determina que para lajes que sejam dispensadas de armadura transversal para força cortante conforme item 19.4.1 e quando não houver avaliação explícita dos acréscimos das armaduras decorrentes da presença de momentos envolventes na laje, a armadura deverá se estender até no mínimo 4 cm além do eixo teórico do apoio, não sendo permitido o escalonamento dessa armadura.
3. APRESENTAÇÃO DO MODELO
Para verificar teoricamente os impactos das modificações na norma, será feito um comparativo entre os resultados obtidos com um pórtico calculado conforme a NBR 6118 de 2007 e 2014 com o auxílio do software TQS versão 18.14. Figura 9: Pórtico 3.1. PREMISSAS ADOTADAS Em ambos os modelos foram adotadas as mesmas premissas nos dados de entrada (sobrecargas nas lajes, velocidade do vento, classe de agressividade ambiental, etc). Para a sobrecarga de parede, foi considerado uma carga de 1300kgf/m³ e uma espessura acabada em função da dimensão das estruturas, 15 e 19 cm para os modelos da NBR 6118:2007 e 2014 respectivamente. O pórtico considerado, consiste em uma estrutura composta de 2 pavimentos, 9 pilares dispostos em módulos de 4 metros, lajes maciças e uma marquise com 1,2 metros em balanço. A espessura dos pilares e lajes partiu do mínimo estipulado por cada versão da norma, as vigas seguiram a espessura dos pilares. Com exceção do pilar P5, todos os pilares do modelo 1 (NBR 6118:2007) ficaram com espessura de 12 cm. No modelo 2 (NBR 6118:2014) todos os pilares ficaram com espessura mínima estipulada pela norma, 14 cm. A geometria obtida pode ser observada na figura 9.
4. ANÁLISE DOS RESULTADOS
Para avaliar o impacto das alterações ocorridas na revisão 2014 da NBR 6118, será comparado os resultados obtidos em cada modelo. Tabela 5: Resumo dos resultados Parâmetro Modelo NBR 6118: Modelo NBR 6118: Diferença Soma de reações do pórtico espacial (tf) 132,1 151,1 14,31% Concreto (m³) 19,3 21,5 11,40% Forma (m²) 298,1 300,6 0,84% Aço (kg) 1719,4 1700,7 -1,09% Gama Z 1,04 1,03 -0,96% Alfa ∝ 0,59 0,53 -10,17% Custo (R$) R$ 30.171,00 R$ 31.277,50 3,67% Analisando os resultados globais obtidos na comparação dos dois pórticos, pode- se observar que os itens com maior alteração positiva foram a somatória das reações do pórtico, que teve elevação da ordem de 14% e o volume de concreto, com acréscimo na ordem de 11%. Ambos são resultado do aumento na seção dos elementos estruturais impostos pela revisão 2014 da norma, que além do incremento no peso próprio da estrutura, gera uma necessidade de paredes mais grossas e consequentemente mais pesadas, gerando uma elevação significativa nas cargas das estruturas. Tabela 6: Cargas nos pilares Pilar Carga (ton.) Modelo NBR 6118: Carga (ton.) Modelo NBR 6118: Diferença P1 8,8 10,4 18,18% P2 19,6 22,4 14,29% P3 8,7 10,3 18,39% P4 15,8 16,9 6,96% P5 31,4 35,7 13,69% P6 16,5 17,6 6,67% P7 8,3 9,4 13,25% P8 14,8 19,1 29,05% P9 8,2 9,3 13,41% Total 132,1 151,1 14,38%
Observando individualmente, o incremento nas cargas do pórtico calculado na versão 2014 da norma variou de 6,67 a 29,05%, fato que pode gerar um aumento significativo no custo das fundações. Os parâmetros de estabilidade Alfa ∝ e Gama Z sofreram uma redução, com destaque par o parâmetro Alfa ∝, com uma diminuição de cerca de 10% no modelo 2014. Essa melhora na estabilidade global da estrutura é resultado da elevação de sua inércia, principalmente devido ao aumento das seções dos elementos estruturais. Através da Tabela 7, pode-se observar ainda que as quantidades de aço, não tiveram alterações significativas, assim como ocorreu com as formas. Embora o consumo de aço tenha permanecido basicamente o mesmo, com uma redução de apenas 1,09%, avaliando cada elemento estrutural separadamente, pode-se observar uma redução importante no consumo de aço dos pilares, na ordem de 10% e um acréscimo de 5% nas vigas. Tabela 7: Consumo de Aço Elemento Modelo NBR 6118: Modelo NBR 6118: Diferença Pilares (kg) 444,2 397,6 -10,49% Vigas (kg) 436,6 458,5 5,02% Lajes (kg) 838,6 844,6 0,72% Total (kg) 1719,4 1700,7 -1,09% Com relação aos pilares, a redução no consumo de aço deve-se principalmente ao coeficiente de majoração 𝛾, que diminui à medida que a largura do pilar aumenta reduzindo assim a taxa de armadura. Já o acréscimo nas vigas deveu-se principalmente ao aumento das cargas de parede e peso próprio. Tabela 8: Consumo de Concreto Elemento Modelo NBR 6118: Modelo NBR 6118: Diferença Pilares (m³) 2,6 3,0 15,38% Vigas (m³) 6,3 7,4 17,46% Lajes (m³) 10,4 11,1 6,73% Total (m³) 19,3 21,5 11,40% Por fim, considerando valores de R$ 500, R$ 5 e R$ 40 para os insumos básicos concreto, aço e forma respectivamente, foi calculado o valor estimado para estrutura conforme apresentado na Tabela 8.
5. CONCLUSÃO
Através da análise dos resultados é possível concluir que de forma geral, o impacto foi relativamente pequeno no que diz respeito aos itens verificados. Com relação ao consumo de materiais, a maior variação foi no volume de concreto. Devido ao aumento nas dimensões mínimas dos elementos estruturais, esse item teve um acréscimo de 11,40% em relação ao mesmo modelo, calculado na versão anterior da norma. Os demais itens avaliados, forma e aço, obtiveram variações irrelevantes, 0,84% e -1,09% respectivamente. Com relação ao custo da estrutura, levando-se em consideração apenas os itens avaliados, foi verificado uma variação positiva de 3,67%, puxada principalmente pelo volume de concreto. Deve-se levar em consideração ainda no custo total da obra, os impactos referentes à alvenaria, que deverá ser adaptada para blocos de 14cm de espessura, e fundação, que com um incremento médio de 14,31% nas cargas pode sofrer onerações. Com relação a estabilidade global da estrutura, observou-se que o aumento das seções mínimas imposto pela norma, impactou de forma positiva nos parâmetros avaliados, com uma redução de 0,96% no Gama Z e de 10,17% no parâmetro Alfa ∝. De maneira geral é possível concluir que a revisão 2014 da NBR 6118 vem se adequar não só aos avanços tecnológicos, com a inclusão do grupo II de concreto por exemplo, mas também com a realidade brasileira no que se refere a mão de obra e manutenção de nossas edificações. Nota-se um viés que prioriza a segurança e durabilidade, levando-se em consideração as particularidades e deficiências presentes na indústria da construção brasileira.
6. BIBLIOGRAFIA
ABNT, NBR 6118:2007. Projetos de Estruturas de Concreto - Procedimento. Associação Brasileira de Normas Técnicas, Brasil, 2007. ABNT, NBR 6118:2014. Projetos de Estruturas de Concreto - Procedimento. Associação Brasileira de Normas Técnicas, Brasil, 2014. TQS. A V18 e a NBR 6118:2014. Site TQS. Disponível em: http://www.tqs.com.br/v18/destaques/nbr6118#7. Acesso em: 03 de setembro de 2015. HAMPSHIRE, SERGIO. Palestra: Revisão da norma brasileira NBR 6118:2014 – Partes 1 a
- Disponível em: < https://www.youtube.com/watch?v=uFxa8E_7jWg>. Acesso em: 10 de setembro de 2015. SILVA, R. R. Impacto das Mudanças na Norma NBR 6118 no dimensionamento de Estruturas em concreto Armado de Edifícios. 2008. Trabalho de Diplomação. Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre. BUENO, B SUELY, KIMURA, ALIO E. ABNT NBR 6118:2014 – Considerações sobre a nova norma. 2014. Slides de Palestra. Disponível em: < https:// http://ie.org.br/site/ieadm/arquivos/arqnot8870.pdf>.
