Cálculo dos requisitos de materiais para estruturas de formigón armado
Calcular as necesidades de materiais para as estruturas de formigón armado é un paso crucial na planificación e implementación de proxectos de construción. Uns cálculos precisos terán un impacto na eficiencia dos custos, na puntualidade das adquisicións e na calidade do traballo no campo. A escaseza de materiais pode atrasar o traballo, mentres que o exceso de material supón un aumento dos custos, a creación de residuos e o almacenamento. Este artigo trata os conceptos básicos, os pasos de cálculo e exemplos de enfoques comúns para calcular as necesidades de materiais para elementos estruturais de formigón armado.
1. Compoñentes materiais en formigón armado
En xeral, as estruturas de formigón armado están compostas por dous grupos principais de materiais:
1. Formigón: unha mestura de cemento, áridos finos (area), áridos grosos (grava/pedra triturada), auga e, se é necesario, aditivos. Os requisitos de formigón adoitan calcularse en unidades de volume (m³).
2. Aceiro de armadura: consta de armadura principal, armadura por corte (estribos/espirais) e armadura de distribución ou armadura por retracción. Os requisitos de aceiro calcúlanse en unidades de peso (kg ou toneladas) e lonxitude (m).
Ademais, hai materiais de soporte como encofrados (madeira, madeira contrachapada, encofrados de aceiro), malla metálica, espazadores e composto de curado. Non obstante, o foco principal dos cálculos de materiais estruturais de formigón armado adoita ser o volume de formigón e o peso do aceiro de reforzo.
2. Principios básicos do cálculo do volume do formigón
Os cálculos de volume de formigón seguen basicamente a fórmula do volume xeométrico para elementos estruturais. Algúns elementos comúns que se calculan son:
– Laxe: Volume = lonxitude × anchura × grosor
– Viga: Volume = lonxitude × anchura × altura (ou dimensións da sección transversal da viga)
– Columna: Volume = área da sección transversal × altura
– Cimentación: Volume = lonxitude × anchura × grosor (ou forma trapezoidal/escalina segundo o deseño)
Unha vez determinado o volume de formigón, os planificadores adoitan engadir un factor de desperdicio ou tolerancia de campo. A cantidade depende da complexidade do traballo e do método de vaciado, pero xeralmente ronda o 2–5 % para un traballo limpo e controlado e pode ser maior se as condicións da obra non son ideais.
Un breve exemplo
Por exemplo, unha laxe de chan que mide 10 m × 8 m cun grosor de 0,12 m:
– Volume = 10 × 8 × 0,12 = 9,6 m³
Se os residuos son do 3 %:
– Volume de deseño = 9,6 × 1,03 = 9,888 m³ ≈ 9,89 m³
3. Converter o volume de formigón en requisitos de materiais (cemento, area, grava, auga)
No campo, o formigón pódese obter de dúas maneiras principais:
1. Formigón premezclado: os requisitos indícanse simplemente en m³ segundo a calidade (por exemplo, K-250, fc' 20 MPa, etc.).
2. Formigón mesturado na obra (mesturado in situ): o volume de formigón debe desglosarse segundo as necesidades de materiais.
Para a mestura na obra, os requisitos de materiais dependen do deseño da mestura. Un enfoque sinxelo adoita empregar unha táboa de composición por 1 m³ de formigón. Como guía xeral (os valores poden variar dependendo dos estándares, materiais e obxectivos de calidade), os requisitos por 1 m³ de formigón de grao medio poden variar de:
– Cemento: 300–400 kg
– Area: 0,45–0,55 m³
– Grava: 0,70–0,85 m³
– Auga: 160–210 litros
Debido á variación significativa, é mellor usar unha fórmula de mestura de traballos ou un deseño de mestura de laboratorio. Non obstante, para as estimacións orzamentarias iniciais (RAB), adoita empregarse unha abordaxe tabular.
Ilustración da proposta
Se para 1 m³ de formigón se usan 350 kg de cemento, 0,5 m³ de area, 0,8 m³ de grava e 180 litros de auga, entón para 9,89 m³:
– Cemento = 9,89 × 350 = 3.461,5 kg ≈ 3,46 toneladas (≈ 69 zak a 50 kg)
– Area = 9,89 × 0,5 = 4,945 m³
– Grava = 9,89 × 0,8 = 7,912 m³
– Auga = 9,89 × 180 = 1.780,2 litros
Engadir material de refugallo se é necesario, especialmente area e grava (por exemplo, un 5–10 %) debido á manipulación e ás perdas no campo.
4. Cálculo dos requisitos de aceiro de armadura
A diferenza do formigón, que se basea no volume, o aceiro de armadura calcúlase a partir de:
– número de talos,
– lonxitude por vara,
– diámetro de reforzo,
– peso por metro (kg/m).
4.1 Peso do reforzo por metro
Normalmente asúmese que a gravidade específica do aceiro é de 7.850 kg/m³. Na práctica, o peso aproximado do reforzo por metro pódese calcular usando a seguinte fórmula:
Peso (kg/m) = 0,006165 × d²
d en mm.
Exemplo:
– D10: 0,006165 × 10² = 0,6165 kg/m²
– D13: 0,006165 × 13² = 1,042 kg/m²
– D16: 0,006165 × 16² = 1,579 kg/m²
– D19: 0,006165 × 19² = 2,224 kg/m²
Este valor é próximo á táboa estándar que empregan habitualmente os estimadores.
4.2 Pasos para calcular os requisitos de reforzo
1. Identificar a imaxe estrutural: diámetro, número, espazado e lonxitude da ancoraxe ou do empalme de solape.
2. Calcula a lonxitude neta do reforzo en función das dimensións do elemento e logo suma:
– lonxitude do anzol (anzol), se o houber,
– lonxitude da distribución,
– lonxitude da superposición das xuntas,
– adicional para dobrar.
3. Calcula a lonxitude total = número de varas × lonxitude por vara.
4. Conversión a peso = lonxitude total × peso por metro.
5. Engadir residuos (xeralmente entre o 3 e o 7 %) para recortes e retallos.
Exemplo de concepto para un bloque
Por exemplo, unha viga de 6 m de lonxitude ten un reforzo principal inferior continuo de 4D16. Supoñamos que cada barra require 0,4 m adicionais de desenvolvemento en cada extremo (isto é só para fins ilustrativos; os valores reais están suxeitos aos requisitos de deseño).
– Lonxitude por vara = 6 + 0,4 + 0,4 = 6,8 m
– Lonxitude total = 4 × 6,8 = 27,2 m
– Peso D16 = 1,579 kg/m²
– Peso total = 27,2 × 1,579 = 42,95 kg
Para os estribos, o cálculo adoita ser:
– determinar o número de estribos = (lonxitude efectiva / espazado) + 1,
– calcular a lonxitude dun estribo = circunferencia da rede + ganchos adicionais,
– multiplicar e despois converter por peso por metro.
5. Factores que a miúdo se esquecen na estimación
Para calcular as necesidades de materiais con maior precisión, débense ter en conta os seguintes factores:
1. O grosor da cuberta de formigón afecta as dimensións libres dos estribos e a lonxitude efectiva da armadura.
2. A lonxitude das unións de distribución e de solape pode aumentar significativamente o consumo de aceiro, especialmente para elementos longos.
3. Diferenzas na lonxitude estándar da barra de fábrica (normalmente 12 m). O corte dunha barra de 12 m produce refugallos que non sempre se poden aproveitar.
4. Cambios no deseño do campo (debuxo de obra), como o desprazamento de aberturas, cambios nos detalles da conexión ou a necesidade de reforzo adicional.
5. A calidade do encofrado e do método de vaciado afecta os residuos de formigón (derramamentos, fugas, etc.).
6. Tipo de reforzo (liso/roscado) e condicións de flexión que afectan os detalles da lonxitude do gancho.
6. Métodos prácticos: recapitulación e programa de flexión de barras (BBS)
Para proxectos máis estruturados, os requisitos de reforzo calcúlanse mediante o Programa de flexión de barras (BBS), que é unha lista de reforzos que contén:
– código de barras,
– forma,
– diámetro,
– lonxitude de corte,
- cantidade,
– lonxitude total,
– peso total.
Con BBS, a adquisición de aceiro faise máis precisa, o que facilita a fabricación e reduce os residuos. Para o formigón, os recapitulados de volume por elemento (pilares, vigas, laxes, escaleiras) compílanse normalmente por planta ou por zona de fundición para aliñarse coa secuencia de fundición.
7. Conclusión
O cálculo dos requisitos de materiais para as estruturas de formigón armado baséase esencialmente en dous factores: o volume do formigón e o peso do aceiro de reforzo. O volume do formigón calcúlase a partir de elementos xeométricos e engádese un factor de desperdicio razoable. Mentres tanto, os requisitos de reforzo calcúlanse a partir de debuxos estruturais detallados (número, diámetro, espazado e detalles de gancho e conexión) e logo convértense en peso usando o peso por metro. Para aumentar a precisión e minimizar o desperdicio, recoméndase encarecidamente o uso de BBS para o reforzo e os recapitulados de volume por zona de fundición. Nas etapas iniciais, as estimacións aproximadas poden usar unha abordaxe tabular, pero a medida que se achega a implementación, os cálculos deben referirse aos debuxos de traballo finais e aos detalles de planificación para garantir unha adquisición de materiais máis precisa, un proxecto máis eficiente e manter a calidade estrutural.
