Cálculo das Necessidades de Materiais para Estruturas de Concreto Armado
O cálculo das necessidades de materiais para estruturas de concreto armado é uma etapa crucial no planejamento e execução de projetos de construção. Cálculos precisos impactam a eficiência de custos, a aquisição oportuna de materiais e a qualidade da obra. A escassez de materiais pode atrasar o trabalho, enquanto o excesso de material acarreta o risco de aumento de custos, geração de desperdício e aumento do espaço de armazenamento. Este artigo discute os conceitos básicos, as etapas de cálculo e exemplos de abordagens comuns para o cálculo das necessidades de materiais para elementos estruturais de concreto armado.
1. Componentes materiais no concreto armado
De forma geral, as estruturas de concreto armado são compostas por dois grupos principais de materiais:
1. Concreto: uma mistura de cimento, agregado fino (areia), agregado graúdo (brita/pedra britada), água e, se necessário, aditivos. As necessidades de concreto são geralmente calculadas em unidades de volume (m³).
2. Aço de reforço: consiste em armadura principal, armadura de cisalhamento (estribos/espirais) e armadura de distribuição ou armadura de retração. As necessidades de aço são calculadas em unidades de peso (kg ou toneladas) e comprimento (m).
Além disso, existem materiais de suporte como fôrmas (de madeira, compensado ou aço), tela metálica, espaçadores e composto de cura. No entanto, o foco principal dos cálculos de materiais estruturais de concreto armado geralmente é o volume de concreto e o peso do aço de reforço.
2. Princípios básicos do cálculo do volume de concreto
Os cálculos de volume de concreto seguem basicamente a fórmula geométrica do volume para elementos estruturais. Alguns exemplos comuns de elementos calculados são:
– Laje: Volume = comprimento × largura × espessura
– Viga: Volume = comprimento × largura × altura (ou dimensões da seção transversal da viga)
– Coluna: Volume = área da seção transversal × altura
– Fundação de sapata: Volume = comprimento × largura × espessura (ou formato trapezoidal/escalonado de acordo com o projeto)
Após determinar o volume de concreto, os planejadores geralmente adicionam uma margem de desperdício ou tolerância de campo. Esse valor depende da complexidade da obra e do método de concretagem, mas geralmente fica em torno de 2 a 5% para trabalhos limpos e controlados, podendo ser maior se as condições do local forem desfavoráveis.
Um breve exemplo
Por exemplo, uma laje de piso medindo 10 m × 8 m com uma espessura de 0,12 m:
– Volume = 10 × 8 × 0,12 = 9,6 m³
Se o desperdício for de 3%:
– Volume de projeto = 9,6 × 1,03 = 9,888 m³ ≈ 9,89 m³
3. Converter o volume de concreto em requisitos de materiais (cimento, areia, brita, água)
No campo, o concreto pode ser obtido de duas maneiras principais:
1. Concreto pré-misturado: os requisitos são simplesmente indicados em m³ de acordo com a qualidade (por exemplo, K-250, fc' 20 MPa, etc.).
2. Concreto preparado no local (misturado na obra): o volume de concreto precisa ser dividido em quantidades de materiais necessários.
Para concreto preparado no local, os requisitos de materiais dependem do traço do concreto. Uma abordagem simples costuma utilizar uma tabela de composição por 1 m³ de concreto. Como guia geral (os valores podem variar dependendo das normas, materiais e metas de qualidade), os requisitos por 1 m³ de concreto de resistência média podem variar de:
– Cimento: 300–400 kg
– Areia: 0,45–0,55 m³
– Cascalho: 0,70–0,85 m³
– Água: 160–210 litros
Devido à variação significativa, é melhor usar uma fórmula de mistura por projeto ou um projeto de mistura em laboratório. No entanto, para estimativas orçamentárias iniciais (RAB), uma abordagem tabular é frequentemente utilizada.
Ilustração da abordagem
Se para 1 m³ de concreto forem utilizados 350 kg de cimento, 0,5 m³ de areia, 0,8 m³ de brita e 180 litros de água, então para 9,89 m³:
– Cimento = 9,89 × 350 = 3.461,5 kg ≈ 3,46 toneladas (≈ 69 zak @50 kg)
– Areia = 9,89 × 0,5 = 4,945 m³
– Cascalho = 9,89 × 0,8 = 7,912 m³
– Água = 9,89 × 180 = 1.780,2 litros
Adicione material residual, se necessário, especialmente areia e cascalho (por exemplo, 5 a 10%) devido ao manuseio e às perdas no campo.
4. Cálculo das necessidades de aço de reforço
Ao contrário do concreto, que é calculado com base no volume, o aço de reforço é calculado a partir de:
– número de hastes,
– comprimento por haste,
– diâmetro do reforço,
– peso por metro (kg/m).
4.1 Peso da armadura por metro
A densidade específica do aço é geralmente considerada como 7.850 kg/m³. Na prática, o peso aproximado da armadura por metro pode ser calculado utilizando a seguinte fórmula:
Peso (kg/m) = 0,006165 × d²
d em mm.
Exemplo:
– D10: 0,006165 × 10² = 0,6165 kg/m
– D13: 0,006165 × 13² = 1,042 kg/m
– D16: 0,006165 × 16² = 1,579 kg/m
– D19: 0,006165 × 19² = 2,224 kg/m
Esse valor é próximo da tabela padrão comumente usada por estimadores.
4.2 Etapas para calcular os requisitos de reforço
1. Identifique a imagem estrutural: diâmetro, número, espaçamento e comprimento da ancoragem ou emenda por sobreposição.
2. Calcule o comprimento líquido da armadura com base nas dimensões do elemento e, em seguida, adicione:
– comprimento do anzol (gancho), se houver,
– duração da distribuição,
– comprimento da sobreposição da junta,
– adicional para curvatura.
3. Calcule o comprimento total = número de hastes × comprimento por haste.
4. Conversão para peso = comprimento total × peso por metro.
5. Adicione resíduos (geralmente de 3 a 7%) para aparas e sobras.
Exemplo de conceito para um bloco
Por exemplo, uma viga de 6 m de comprimento possui armadura principal inferior contínua 4D16. Considere que cada barra requer um aprofundamento adicional de 0,4 m em cada extremidade (isso é apenas para fins ilustrativos; os valores reais estão sujeitos aos requisitos de projeto).
– Comprimento por haste = 6 + 0,4 + 0,4 = 6,8 m
– Comprimento total = 4 × 6,8 = 27,2 m
– Peso D16 = 1,579 kg/m
– Peso total = 27,2 × 1,579 = 42,95 kg
Para estribos, o cálculo geralmente é:
– determinar o número de estribos = (comprimento efetivo / espaçamento) + 1,
– calcular o comprimento de 1 estribo = circunferência líquida + ganchos adicionais,
– multiplique e depois converta para peso por metro.
5. Fatores que são frequentemente esquecidos na estimativa
Para calcular as necessidades de materiais com maior precisão, é preciso considerar os seguintes fatores:
1. A espessura da camada de concreto influencia as dimensões livres dos estribos e o comprimento efetivo da armadura.
2. O comprimento das juntas de distribuição e sobreposição pode aumentar significativamente o consumo de aço, especialmente em elementos longos.
3. Diferenças no comprimento padrão das barras de fábrica (geralmente 12 m). O corte de uma barra de 12 m resulta em sobras que nem sempre são aproveitáveis.
4. Alterações no projeto de campo (desenho de detalhamento), como deslocamento de aberturas, alterações nos detalhes de conexão ou necessidade de reforço adicional.
5. A qualidade da fôrma e do método de concretagem influencia o desperdício de concreto (derramamentos, vazamentos, etc.).
6. Tipo de reforço (liso/roscado) e condições de dobramento que afetam os detalhes do comprimento do gancho.
6. Métodos práticos: recapitulação e cronograma de dobramento de barras (BBS)
Para projetos mais estruturados, as necessidades de armadura são calculadas utilizando a Tabela de Dobra de Barras (BBS, na sigla em inglês), que é uma lista de armaduras contendo:
– código de barras,
- forma,
– diâmetro,
– comprimento de corte,
- quantia,
– comprimento total,
– peso total.
Com o BBS, a aquisição de aço torna-se mais precisa, facilitando a fabricação e reduzindo o desperdício. Para o concreto, os resumos de volume por elemento (colunas, vigas, lajes, escadas) são normalmente compilados por pavimento ou por zona de concretagem para se alinharem à sequência de concretagem.
7. Penumbra
O cálculo das necessidades de materiais para estruturas de concreto armado baseia-se essencialmente em dois fatores: volume de concreto e peso do aço de reforço. O volume de concreto é calculado a partir de elementos geométricos, adicionando-se uma margem de desperdício razoável. Já as necessidades de armadura são calculadas a partir de desenhos estruturais detalhados (número, diâmetro, espaçamento e detalhes de ganchos e conexões) e, em seguida, convertidas em peso utilizando o método do peso por metro. Para aumentar a precisão e minimizar o desperdício, recomenda-se fortemente o uso do sistema BBS (Balanced Block System) para o cálculo da armadura e a quantificação do volume por zona de concretagem. Nas etapas iniciais, estimativas aproximadas podem ser feitas com base em tabelas, mas, à medida que a execução avança, os cálculos devem considerar os desenhos executivos e os detalhes do projeto final para garantir uma aquisição de materiais mais precisa, um projeto mais eficiente e a manutenção da qualidade estrutural.
