UNIVERSIDADE FEDERAL DA PARAÍBA
GUILHERME ÁLEF NÓBREGA MEDEIROS
AVALIAÇÃO DE PAREDES SANDUÍCHE EM ARGAMASSA
ARMADA COM NÚCLEO DE EPS
Orientador: Prof. Drº. Givanildo Alves de Azeredo
JOÃO PESSOA
2017
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Análise e Dimensionamento de Estruturas em Paredes Sanduíche com Núcleo de EPS, Notas de estudo de Materiais
Este documento aborda a representação da vinculação de painéis e o comprimento equivalente, características de sistemas construtivos com painéis de argamassa armada e núcleo de eps, comparação de custos de materiais entre sistemas construtivos de paredes sanduíche de argamassa armada com eps e concreto armado com fechamento em blocos cerâmicos, além de apresentar um estado da arte de estruturas compostas de paredes armadas com núcleo de eps e análise do desempenho do poliestireno em contato com o fogo. Também inclui cálculos de resistência térmica, transmitância térmica e encurtamento de ruptura do concreto.
O que você vai aprender
- Como são as características dos sistemas construtivos com painéis de argamassa armada e núcleo de EPS?
- Qual o estado da arte de estruturas compostas de paredes armadas com núcleo de EPS?
Tipologia: Notas de estudo
2022
1 / 98
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UNIVERSIDADE FEDERAL DA PARAÍBA
GUILHERME ÁLEF NÓBREGA MEDEIROS
AVALIAÇÃO DE PAREDES SANDUÍCHE EM ARGAMASSA
ARMADA COM NÚCLEO DE EPS
Orientador: Prof. Drº. Givanildo Alves de Azeredo
JOÃO PESSOA
UNIVERSIDADE FEDERAL DA PARAÍBA
GUILHERME ÁLEF NÓBREGA MEDEIROS
AVALIAÇÃO DE PAREDES SANDUÍCHE EM ARGAMASSA
ARMADA COM NÚCLEO DE EPS
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Curso de Graduação em Engenharia Civil da Universidade Federal da Paraíba – UFPB, em cumprimento à exigência para obtenção do grau de Bacharel em Engenharia Civil. Orientador: Prof. Dr. Givanildo Alves de Azeredo.
JOÃO PESSOA
AGRADECIMENTOS
A Deus, acima de tudo, minha eterna gratidão. Aos meus pais Maria de Lourdes e Gildenor Xavier, pelo amor que sempre dedicaram, educação, sabedoria e toda a confiança prestada.
Ao meu irmão, Giancarlo, que sempre demonstrou confiança nesta minha caminhada.
Ao professor Givanildo Azeredo pela atenção, paciência e dedicação durante a orientação deste trabalho.
Aos meus colegas Lays Raianne, Fábio Mariz, Francisco Eli, Rennan Martins, Pedro Egídio, Philipe Alexandre e Reginaldo Brasileiro que me apoiaram nesta reta final, com auxilio incomparável nos projetos das disciplinas e me auxiliaram durante este trabalho.
A coordenadora Ana Claudia por sua inteira dedicação ao melhoramento deste curso.
Aos ilustres professores Primo e Taurino que são fontes de inspiração por sua dedicação aos alunos e a esta universidade.
A todos os professores do DECA que sempre estão à disposição para transmitirem seus conhecimentos aos alunos desta instituição de ensino.
ALEF, Guilherme. N. M. Evaluation of Sandwich Walls in Mortar Armed with EPS Core. Completion of course work (graduation) – Universidade Federal da Paraíba. João Pessoa. 2017.
ABSTRACT
The present work aims to analyze the use of sandwich walls composed of reinforced mortar with EPS core as structural element. It is a research based, in a comparative way, on existing tests and bibliographic research. Thus, a set of researches on the subject was verified, in order to provide a better explanation of the resistive character in which this technique would provide. The text presents the information collected and systematized in sections that deal, from the historical aspects; basic conceptualization; influence of the components on the resistance; performance analysis; estimates of resistance through calculation model; financial impact; which seek to assess the effectiveness and feasibility of the procedure in question.
Key words: constructive system, welded fabric, expanded polystyrene.
LISTA DE FIGURAS
Figura 30 - Correspondência entre Classe de Agressividade e Qualidade do Concreto
- Figura 1 – Painel simples
- Figura 2 - Esquema da parede sanduíche
- Figura 3 – Edifício construído exclusivamente em painéis sanduíche
- armado Figura 4 - Casas de turismo construídas com painéis sanduíche em base de concreto
- Figura 5 - Pré-Expansor de EPS............................................................................................
- Figura 6 - Máquina de corte CNC para EPS
- Figura 7 - Grampeador pneumático
- Figura 8 - Processo de solda entre as telas.........................................................................
- Figura 9 - Disposição das barras de ancoragem
- Figura 10 - Ancoragem dos painéis.......................................................................................
- Figura 11 - Malha de reforço do tipo Lisa
- Figura 12 - Malha de reforço do tipo L
- Figura 13 - Ancoragem do painel em pilares
- Figura 14 - Malha de reforço do tipo U
- Figura 15 - Fixação das esquadrias
- Figura 16 - Reforços em aberturas
- Figura 17 - Visão esquemática 3D do painel e instalações
- Figura 18 - Abertura de sulcos para instalações complementares
- Figura 19 - Travamentos metálicos das paredes
- Figura 20 - Projeção de argamassa estrutural nas paredes
- Figura 21 - Projeção de argamassa estrutural nas lajes....................................................
- Figura 22 - Esquema da parede sanduíche com núcleo de EPS
- Figura 23 - Esquema da parede alvenaria de blocos cerâmicos......................................
- Figura 24 - Esquema dos pontos de impacto do ensaio de corpo mole..........................
- Figura 25 - Esquema dos esforços no painel.......................................................................
- Figura 26 – Representação da vinculação dos painéis e comprimento equivalente
- Figura 27 -Pavimento térreo
- Figura 28 - Primeiro pavimento
- Figura 29 - Classes de Agressividade Ambiental................................................................
- Figura 31 - Correspondência entre Classe de Agressividade e Cobrimento Nominal
- Figura 32 - Pórtico 3D gerado no CypeCAD
- Figura 33 - Planta de formas do 1º Pavimento
- Figura 34 - Planta de formas da Coberta
- Figura 35 - Pórtico 3D em concreto armado
- Figura 36 - Estrutura 3D
- Figura 37 - Planta de formas 1º Pavimento
- Figura 38 - Planta de formas da Coberta
- Figura 39 - Esforço Normal no Primeiro Pavimento
- Figura 40 - Esforço Normal no Pavimento Térreo...............................................................
- Figura 41 - Vinculação dos painéis analisados
- Quadro 1 - Comparativo entre as paredes LISTA DE QUADROS
- na fachada do edifício.............................................................................................................. Quadro 2 - Critérios e níveis de desempenho para elementos estruturais localizados
- Quadro 3 - Resultados do ensaio de corpo mole
- externas externa de elementos estruturais localizados na fachada do edifício e nas faces
- Quadro 5 - Propriedades do EPS
- Quadro 6 - Toxicidade de fumaça do EPS e materiais "naturais"
- Quadro 7 - Verificação da armadura Q61
- Quadro 8 - Verificação da armadura Q75
- Quadro 9 - Verificação da armadura Q92
- Tabela 1 - Resistência à tração na flexão e resistência à compressão da argamassa LISTA DE TABELAS
- Tabela 2 - Resultados do ensaio de corpo duro..................................................................
- Tabela 3 - Total de materiais utilizados na estrutura da edificação
- Tabela 4 - Traço utilizado
- Tabela 5 - Total de constituintes do concreto
- Tabela 6 - Quantidade de aço
- Tabela 7 - Total de constituintes da vedação
- Tabela 8 - Total de materiais utilizados na estrutura da edificação
- Tabela 9 - Traço utilizado para argamassa estrutural
- Tabela 10 - Total de constituintes da argamassa estrutural..............................................
- Tabela 11 - Total de constituintes do concreto armado
- Tabela 12 – Quantidade de aço em barras
- Tabela 13 – Quantidade de tela eletrosoldada
- Tabela 14 – Custo total dos materiais...................................................................................
- Tabela 15 – Detalhamento do custo do modelo em Paredes Sanduíche
- INTRODUÇÃO SUMÁRIO
- 1.1 Justificativa
- 1.2 Objetivos
- 1.2.1 Objetivos geral
- 1.2.2 Objetivos específicos
- 1.3 Conteúdo do trabalho
- EM ARGAMASSA ARMADA COM NÚCLEO DE EPS 2. CARACTERÍSTICAS DO SISTEMA CONTRUTIVO DE PAREDES SANDUÍCHE
- 2.1 Características gerais dos painéis sanduíche
- 2.2 Materiais utilizados
- 2.2.1 Poliestireno Expandido
- 2.2.2 Tela soldada
- 2.2.3 Argamassa armada
- 2.3 Método construtivo
- 2.3.1 Fabricação dos painéis
- 2.3.2 Montagem dos painéis e detalhes construtivos
- 2.3.3 Montagem e execução da laje........................................................................
- 2.3.4 Projeção de argamassa estrutural
- 2.4 Análise de desempenho do sistema construtivo
- 2.4.1 Desempenho térmico
- 2.4.2 Comportamento estrutural
- 2.4.2.1 Ensaios de impacto de corpo mole e corpo duro
- 2.4.2.2 Critérios de impacto de corpo mole
- 2.4.2.3 Método de avaliação do ensaio de corpo mole
- 2.4.2.4 Critérios de impacto de corpo duro............................................................
- 2.4.2.5 Método de avaliação do ensaio de corpo duro
- 2.4.2.6 Avaliação dos resultados obtidos...............................................................
- 2.4.3 Comportamento do poliestireno expandido ao fogo
- 2.5 Critérios de dimensionamento
- 2.5.1 Estado limite último
- 2.5.2 Avaliação do índice de esbeltez das paredes sanduíche
- 2.5.3 Momento de segunda ordem (processo simplificado)
- 2.5.4 Verificação do efeito de segunda ordem
- ELABORAÇÃO DE PROJETOS ESTRUTURAIS EM CONCRETO ARMADO E PAREDES SANDUÍCHE AUTOPORTANTES COM NÚCLEO DE EPS ......................... 59 3.1 Dimensionamento da estrutura em concreto armado .............................................. 61 3.1.1 Considerações Iniciais de Projeto.................................................................. 61 3.1.2 Lançamento da Estrutura no Programa ........................................................ 63 3.1.3 Ações consideradas ......................................................................................... 65 3.1.4 Visualização do Pórtico 3D e Plantas de Formas ....................................... 66 3.2 Dimensionamento da estrutura em paredes sanduiche autoportantes com núcleo de EPS ................................................................................................................................... 68 3.2.1 Considerações Iniciais de Projeto.................................................................. 69 3.2.2 Lançamento da Estrutura ................................................................................ 69 3.2.3 Ações consideradas ......................................................................................... 70 3.2.4 Visualização do Pórtico 3D e disposição das paredes sanduíche ........... 71 3.2.5 Dimensionamento............................................................................................. 74 4 LEVANTAMENTO DOS QUANTITATIVOS E ORÇAMENTOS DOS MATERIAIS EMPREGADOS NOS SISTEMAS CONTRUTIVOS APRESENTADOS ......................... 78 4.1 Quantitativos do sistema construtivo em concreto armado e vedação em alvenaria de blocos cerâmicos ............................................................................................................ 79 4.2 Quantitativos do sistema construtivo em paredes sanduíche ................................ 81 4.3 Comparação do custo total entre o sistema construtivo em concreto armado e o sistema em argamassa armada ......................................................................................... 84
- CONCLUSÃO ....................................................................................................................... 86 BIBLIOGRAFIA ......................................................................................................................... 88 ANEXO A – Tabela prática de traços de concreto para uso em obras: Engenheiro Abílio de Azevedo Caldas Branco. ........................................................................................ 91 APÊNDICE A – Memória de cálculo dos quantitativos – Sistema em Concreto Armado e Alvenaria de blocos cerâmicos. .......................................................................................... 92 APÊNDICE B – Memória de cálculo dos quantitativos – Sistema em Paredes Sanduíche.................................................................................................................................. 94 APÊNDICE C – Planilha orçamentária sintética – Sistema em Concreto Armado e Alvenaria de blocos cerâmicos............................................................................................... 95 APÊNDICE D – Planilha orçamentária sintética – Sistema em Paredes Sanduíche. ... 96
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1.1 Justificativa O sistema construtivo aqui destacado utiliza componentes industrializados que geram inúmeros benefícios para melhorar a qualidade e produtividade dentro da indústria da construção civil. No Brasil o concreto armado ainda é o método estrutural mais utilizado, uma vez que possui grande aceitação do mercado e diversas qualidades que o permitem vencer grandes vãos e alturas, com peças estruturais sendo moldadas de diversas formas, aliado ao seu processo de execução largamente difundido. Entretanto, pontos como a grande quantidade de mão-de-obra empregada, pequeno reaproveitamento de materiais e grande quantidade de resíduos gerados são fatores preocupantes.
O referido método possui grande potencial de utilização, podendo ser aplicado a edificações de diversos padrões e em habitações de larga escala, como conjuntos habitacionais. Apesar de existirem dúvidas que se manifestam dentro do processo construtivo, como a colaboração entre as placas resistentes de argamassa estrutural e desconfiança por parte dos construtores quanto à eficácia, o sistema construtivo vem sendo utilizado em vários países com eficácia comprovada, entre os quais estão Estados Unidos, Austrália, Venezuela e Itália.
De fato, alguns aspectos dificultam a inserção de inovações tecnológicas no setor da construção civil brasileira, que está dividido nos seguintes subsetores (SEBRAE-MG, 2005): edificações, construção pesada e montagem industrial. De forma geral, o subsetor de edificações é o que apresenta maior atraso tecnológico, onde há uma acomodação no uso de métodos tradicionais que geram altos índices de desperdícios e queda na produção. Grande parcela desta acomodação é resultado dos lucros obtidos na construção civil que mesmo em crise ainda é muito rentável.
Apesar desta resistência, algumas empresas brasileiras estão começando a utilizar as paredes sanduíche em edificações, por acarretar numa série de benefícios e consequentemente na redução de custos, tornando-se um atrativo para empresários da construção civil. Alguns benefícios gerados pela utilização deste sistema estrutural na execução de obras estão listados a seguir:
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I. Estruturas rígidas e resistentes; II. Estruturas monolíticas; III. Alívio de cargas nas fundações; IV. Eliminação do uso de fôrmas; V. Rápida execução; VI. Redução no desperdício de materiais; VII. Racionalização da construção; VIII. Possibilidade de uso de mão-de-obra pouco especializada; IX. Desempenho termo acústico superior aos métodos tradicionais; X. Fácil compatibilização com instalações complementares.
Entretanto, com as exigências do mercado atual, as empresas têm procurado aumentar sua produtividade e reduzir o custo de produção a fim de obter maior competitividade. Segundo Costa et al. (2014), a competitividade é um desafio, uma vez que o setor é conhecido pelo elevado desperdício de materiais e de mão de obra, além de apresentar um grande atraso em relação a outros setores industriais, justificado principalmente pela dificuldade de gerir processos, dentre eles, a estimativa de custos.
As exigências da Norma de Desempenho, NBR 15.575 (2013), fazem com que o mercado seja mais disciplinado e com mais instrumentos de controle que beneficiam o usuário final. Entretanto, para os construtores torna-se um problema, pois tipologias tradicionais, como as paredes de blocos cerâmicos (tijolos furados), necessitam de tratamento para atender as exigências da norma e acarretam em maior custo de produção. Desse modo, vale ressaltar que a tipologia de paredes aqui mostrada ainda possui características que muitas vezes são qualificadas no nível “superior” dentro dos itens da Norma de Desempenho.
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O capítulo 3 aborda a metodologia de pesquisa utilizada para a elaboração do trabalho. Neste capítulo são elaborados os dois projetos estruturais para cada um dos sistemas construtivos citados. No capítulo 4 são apresentados o quantitativo e orçamento referentes à execução da estrutura e fechamento para cada um dos referidos sistemas construtivos. O capítulo 5 apresenta os resultados do trabalho.
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2. CARACTERÍSTICAS DO SISTEMA CONTRUTIVO DE PAREDES
SANDUÍCHE EM ARGAMASSA ARMADA COM NÚCLEO DE EPS
Neste capítulo apresentam-se as características do referido sistema construtivo empregado, objeto deste trabalho, buscando informações em literaturas sobre seu uso, componentes, as vantagens e desvantagens, com objetivo de melhorar a compreensão do assunto. Bertini (2002) define as paredes compostas por camadas de diferentes materiais, como sendo paredes sanduíche: “Uma estrutura mista do tipo sanduíche é composta por duas ou mais camadas de materiais diferentes, fazendo com que o conjunto ganhe em termos estruturais.”.
No desenvolvimento da construção de edificações, diversas técnicas construtivas foram desenvolvidas, sendo estas as mais variadas na execução, desde processos artesanais, como os tijolos de argila, até a utilização de blocos industrializados com alta tecnologia. A busca por elementos de vedação que sejam capazes de conciliar conforto, resistência e baixo custo está cada vez maior.
Os painéis sanduíche além de possuírem função de vedação também possuem função estrutural, de modo que a estrutura formada tem característica monolítica e apresenta boa rigidez. Os próprios painéis apresentam uma maior rigidez, obtida devido ao afastamento das camadas resistentes, conseguindo-se ainda estruturas mais leves devido ao seu núcleo (geralmente a camada mais espessa do painel) constituído de EPS.
A ideia de elementos estruturais sanduíche foi utilizada pela primeira vez na construção civil em 1849 por Willian Fairbairn em ensaios de vigas compostas utilizando madeira e concreto para compor a estrutura de pontes (COLLINS, 1954).
Em 1967, Victor Weisman apresentou a patente, nos Estados Unidos, de um sistema de paredes sanduíche bastante semelhante dos encontrados atualmente no mundo inteiro (PICKARD, 1990). O sistema é constituído basicamente de pré-painéis de material isolante (geralmente poliestireno ou
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soldados as duas telas e garantem rigidez construtiva ao painel, facilitando assim a aplicação do concreto (Figura 2).
Figura 2 - Esquema da parede sanduíche
Fonte: BERTINI, (2002, p.18).
Segundo trabalhos realizados por Hanai e Takeya (1994) o núcleo de EPS é responsável por significativa resistência ao cisalhamento, devido à aderência entre o núcleo e as placas resistentes, e os conectores de aço não oferecem contribuição significativa ao cisalhamento quando os painéis são submetidos a carregamentos perpendiculares as faces.
Para garantir um bom funcionamento estrutural deve existir uma conexão eficiente entre as placas resistentes, feita pelo próprio núcleo ou por meio de conectores e nervuras. Assim, a quantidade de conectores é muito importante do ponto de vista econômico, evitando exageros e desperdícios, uma vez que boa parte da transferência de esforços é realizada pelo núcleo, que mesmo sendo pouco resistente, possui grande área de contato, colaborando para a transferência de cisalhamento para as placas resistentes. O PCI (1997) recomenda que os conectores típicos tenham espaçamentos que variam entre 406 mm x 406 mm e 1219 mm x 1219 mm.
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Os painéis são montados de variadas maneiras, devido a gama de telas eletrosoldadas existentes, das malhas, da espessura dos fios, e variações com relação ao núcleo de densidade, espessura e comprimento variados, o que possibilita a construção de painéis com até quatro metros de altura e capacidades de suporte diferentes (Figura 3). Desta forma, a vasta gama de configurações possibilita produzir os elementos estruturais, de vedação ou acabamento necessário para executar uma obra, demonstrando grande flexibilidade e integração a outros sistemas construtivos (Figura 4).
Figura 3 – Edifício construído exclusivamente em painéis sanduíche
Fonte: M2 Emmedue, Advanced Building System. Figura 4 - Casas de turismo construídas com painéis sanduíche em base de concreto armado
Fonte: M2 Emmedue, Advanced Building System.