1. Introdução
1.3. T RANSPORTE E COLOCAÇÃO DAS PRÉ - LAJES
1.3.1. GERAL
Antes de estarem colocadas em obra, as pré-lajes terão que resistir a várias fases, que vão desde a sua construção até à colocação em obra, passando pelo seu transporte. Para cada uma dessas fases será necessário o devido cuidado, para que em nenhuma delas ocorra rotura, tanto total, como parcial, de modo que a pré-laje não perca resistência estrutural, nem uma boa aparência.
As fases críticas das situações transitórias são: a desmoldagem;
o transporte para a área de armazenamento; o armazenamento (condições de apoio e de carga); o transporte para o local de obra;
o levantamento (elevação);
a montagem e construção definitiva
1.3.2. DESMOLDAGEM
Quando as pré-lajes são executadas em fábrica são feitas em série, pelo que não podem estar muito tempo nos moldes para que a produção possa continuar a bom ritmo. Desta forma, a resistência da lâmina de betão não corresponde à resistência característica do betão aos 28 dias, mas sim à resistência correspondente à idade do betão na altura que é retirado dos moldes. Segundo o Eurocódigo 2[3], na secção (3.1.2 (5 a 9)), é especificado o valor da resistência do betão, com idade inferior a 28 dias. Também poderá ser necessário ter em conta as forças dinâmicas provenientes da retirada dos moldes, que possam ocorrer.
1.3.3. O TRANSPORTE PARA A ÁREA DE ARMAZENAMENTO
O transporte para a área de armazenamento poderá variar muito entre as diferentes fábricas, de acordo, com os mecanismos e áreas de armazenamento disponíveis. Caso seja necessária a elevação através de gruas, pode-se obter mais informação no subcapítulo 1.3.6.
1.3.4. ARMAZENAMENTO
A fase de armazenamento, depende muito das condições de espaço, existentes na fábrica que produz estes elementos. Na maior parte dos casos as pré-lajes são armazenadas horizontalmente, sobrepostas entre si. Entre cada pré-laje deverão ser colocados calços que deverão apoiar-se no betão, e quando os elementos tiverem treliças metálicas, deverão ser maiores que a altura das treliças. Quando forem menores, os calços deverão ser sobrepostos, de modo a evitar o contacto entre pré-lajes – ver Fig. 1.13. Um outro cuidado necessário é que estes calços nunca se apoiam nas nervuras; assim, estes calços deverão resistir, sem grandes deformações, às cargas provenientes das pré-lajes superiores. O limite máximo de pré-lajes sobrepostas, aconselhado pelo LNEC[4], são de 15 pré-lajes por pilha. As distâncias entre os calços deverão ser tais que não possam ocorrer deformações permanentes excessivas nos elementos, nem a fissuração dos mesmos.
Fig. 1.13 - Armazenamento de pré-lajes com calços (LNEC[4])
1.3.5. TRANSPORTE PARA O LOCAL DE OBRA
Segundo o LNEC[4], a entrega dos elementos nunca se deverá efectuar, antes de o betão ter atingido uma resistência mínima à tracção de aproximadamente 1,9 MPa. Quando as pré-lajes são transportadas para a obra, devem estar muito bem amarradas, de forma a evitar saltos, que poderão danificar os elementos. Quando as pré-lajes são transportadas horizontalmente, os apoios devem satisfazer às condições de Armazenamento, neste caso a distância entre apoios será estabelecida tendo em conta as solicitações dinâmicas a que estas estruturas poderão estar submetidas.
1.3.6. LEVANTAMENTO
Para o levantamento destas estruturas, deverão ser colocados vários apoios de suspensão, de modo a evitar estragos na pré-lajes. Nas pré-lajes com treliças metálicas, poderá ser utilizado um dispositivo de suspensão, com a forma de quadro, ou até vigas de suspensão, com fim de evitar grandes esforços horizontais na pré-laje, ver Fig. 1.14. O ângulo que o cabo do apoio de suspensão terá que fazer com a horizontal é de pelo menos 60°, como demonstra a Fig. 1.15, de notar também, que o apoio de
Fig. 1.14 - Vários tipos de levantamento das pré-lajes com treliças (LNEC[4])
Fig. 1.15 - Ângulo entre a pré-laje e o cabo de suspenção
Fig. 1.16 - Transporte das pré-lajes alveoladas
1.3.7. COLOCAÇÃO EM OBRA
As lajes deverão ser colocadas num dispositivo de apoio, que lhe confira ao elemento pré-fabricado uma estabilidade total. Será necessária uma base nivelada em todo o seu comprimento de apoio, quando exista perigo de escorregamento, devido às tolerâncias de fabrico e de montagem ou ainda possíveis ressaltos. Geralmente os dispositivos de apoio são colocados perpendicularmente às nervuras, e deverão ser nivelados, antes da colocação das pré-lajes.
2
ADERÊNCIA DE BETÕES DE
DIFERENTES FASES
2. ADERÊNCIA DE BETÕES DE DIFERENTES FASES
2.1. FASE DE CONSTRUÇÃO E FASE DEFINITIVA
Para um correcto e económico dimensionamento de uma estrutura de betão é necessário definir as cargas que essa estrutura terá que resistir durante o seu período de vida útil.
No caso das pré-lajes existem duas fases de cargas distintas, que deve-se ter em conta para o dimensionamento deste tipo de estruturas. Numa primeira fase, a pré-laje, com a sua pequena rigidez e resistência, ficará sujeita às cargas provenientes da sua construção, até certo limite de tempo. Já na fase de vida útil da estrutura, é considerada como elemento composto1 e terá que resistir às cargas, para as quais a estrutura foi dimensionada.
2.1.1. FASE DE CONSTRUÇÃO
Na fase de construção as pré-lajes terão que resistir às cargas inerentes à sua execução. Assim, podemos considerar como cargas de construção as seguintes:
O peso próprio da pré-laje;
O peso próprio da camada de betão colocada “in situ”;
Nesta fase o betão colocado na obra está húmido. Segundo o Eurocódigo 1[5], para betão húmido deve-se acrescentar o valor de 1kN/m3 ao peso próprio do betão seco.
As cargas de construção
Estas cargas têm em consideração, o peso dos trabalhadores, o peso do equipamento utilizado, mas também consideram os excessos de betão acumulado, na fase em que este está a ser espalhado. O valor a considerar para estas cargas será de (1KN/m3).
No entanto existem outros problemas, que deverão ter uma cuidada importância nesta fase. Quando na fase de construção, a flecha do elemento pré-fabricado, adquire valores significativos na zona de maior flecha irá acumular muita quantidade de betão, aumentando o peso nessa zona. Este fenómeno é considerado como o “efeito poça”, que é o acréscimo da altura do betão “in situ” devido à deformação dos elementos pré-fabricados.
Caso não seja necessário a colocação de apoios na fase de construção, as pré-lajes são consideradas como simplesmente apoiadas, já que os apoios que poderão ser constituídos por vigas ou mesmo
apoios intermédios, ao longo do vão, para que o valor dos esforços nas secções transversais sejam significativamente reduzidos. Nestes casos a estrutura é considerada como contínua, e no seu dimensionamento deverão ser tidos em conta, os momentos negativos gerados nos apoios intermédios. Quando se estiver perante a existência destes apoios intermédios no cálculo dos esforços da estrutura, será necessária a consideração de certas combinações para conseguir obter o valor mais desfavorável de esforços provocados nas secções. A realização das combinações è realizada de forma análoga às outras estruturas de betão armado, tendo em consideração as cargas permanentes e as sobrecargas. Assim para a consideração das combinações, será necessário subdividir as cargas de construção em duas partes. A primeira parte das cargas será constituída pelo peso próprio do elemento pré-fabricado
(Gpl), enquanto que a segunda parte das cargas será constituída pelo peso próprio do betão colocado “in situ” (Gc) e pelas cargas de construção (Qc), atrás referidas. Na Fig. 2.1, pode-se observar uma possível combinação na fase de construção.
Fig. 2.1 - Exemplo de combinação na fase de construção
A colocação dos apoios assegura uma visível redução das tensões das fibras extremas da secção transversal. Na Fig. 2.2, podemos ver a redução das tensões devido à colocação de apoios intermédios. Esta medida irá influenciar na economia final da obra, já que os esforços vão diminuir, reduzindo assim a quantidade de material resistente nesta fase da obra.
Fig. 2.2 - Valores das tensões a meio vão: (a) com apoios intermédios; (b) sem apoios intermédios
Qc+Gc Gpl M R M Mq MR Mq M=pl²8 Mq=ql²8 MR=Rl²8 Mq=ql²8 M=ql²32 R=5 ql8 a) b)
2.1.2. FASE DEFINITIVA
Nesta fase, o pavimento é considerado como um elemento composto, porque os seus diferentes componentes (pré-laje e camada de betão colocada “in situ”) já se encontram perfeitamente ligados entre si, aumentando assim a rigidez e a resistência do elemento composto em comparação com o elemento pré-fabricado.
Assim, as cargas a considerar nesta fase, serão as cargas que a estrutura terá que suportar ao longo da correspondente vida útil. Estas cargas serão constituídas pelos seguintes componentes:
Peso próprio do elemento composto;
Ao contrário da fase de construção, qualquer peso próprio de betão existente, não será agravado, por não ser considerado como betão húmido;
Cargas permanentes; Sobrecargas;
tanto as cargas permanentes, como as sobrecargas estão regulamentadas, através do Eurocódigo 1[5], e dependem da utilização prevista para o pavimento. Quando este é monolítico o dimensionamento destes pavimentos processa-se de forma análoga à das lajes maciças.
2.2. ADERÊNCIA DAS SUPERFÍCIES
2.2.1. GENERALIDADES
Todas as grandes obras são constituídas por elementos compostos construídos faseadamente, já que não é possível construir uma estrutura numa única operação contínua. No caso de elementos pré-fabricados, mais precisamente as pré-lajes, poderá existir um problema de aderência entre estes elementos e a camada de betão colocada “in situ”, devido às diferentes idades ou classes de resistência dos betões envolvidos. Para uma pré-laje, juntamente com a camada de betão colocada “in
situ” ser considerada monolítica, é necessária uma perfeita aderência de modo a equilibrar todos os
esforços tangenciais a que a superfície vier a estar sujeita.
Um dos maiores problemas da aderência é a quantificação da correspondente resistência, já que os métodos utilizados para o tratamento das superfícies variam de elemento para elemento, e as técnicas e mão de obra utilizadas para a sua construção também variam. Contudo, existem regulamentos que quantificam valores para a rugosidade das superfícies através do método de execução, que as superfícies das pré-lajes foram sujeitas, que serão descritos à frente. Assim, esta classificação da rugosidade de uma superfície depende do resultado de testes experimentais realizados, por diversas entidades, e que através dos resultados obtidos especificaram parâmetros que tentam quantificar o mais próximo possível, o valor da rugosidade da superfície. As classificações que serão mencionadas neste documento referem-se a dois regulamentos, protagonizados pela FIP[6], e pelo European Standard, através do Eurocódigo 2[3].
tangenciais entre as superfícies de betão.
Fig. 2.3 - Mecanismo dos esforços tangenciais
A aderência das superfícies entre duas camadas de betão, depende da: forma das superfícies, da sua coesão, e caso se aplique, do seu reforço estrutural. Se a superfície não tiver atrito, a resistência entre as superfícies exclusivamente dependente das ondulações existentes na superfície, e respectiva tensão normal aplicada nestas mesmas superfícies. Assim se as ondulações forem rígidas este mecanismo pode ser descrito através da equação (2.1):
(2.1)
em que Фc, é o maior ângulo que as ondulações fazem com a horizontal, como indica a Fig. 2.3, e σ a tensão normal à superfície.
Contudo, através de ensaios experimentais foi possível concluir que haveria um fenómeno, não presente na fórmula, que aumentava a capacidade de resistência ao escorregamento. Então para representar esse valor foi introduzido o valor (c), que representa a coesão da superfície, e que depende da rugosidade da superfície, e do tipo de betão utilizado, tanto na pré-laje como na camada de betão colocada “in situ”. Assim, ao ser adicionado este parâmetro à equação (2.1), o valor da resistência das superfícies, passa a ser igual à equação (2.2).
(2.2)
Caso a resistência da superfície não seja suficiente para suportar os esforços tangenciais actuantes, será necessário introduzir armadura a atravessar a junta de betonagem, para conferir à superfície uma maior resistência ao escorregamento. Desta forma a resistência da interface passa a ser descrita pela equação (2.3):
2 Fédération Internationale de la Précontrainte
(2.3)
em que (Ai) é a área da superfície de contacto entre os dois betões e (As) é a área de armadura que atravessa a junta de betonagem. Pode-se também verificar que a relação entre a armadura que atravessa a superfície (As), e a superfície de contacto (Ai), aumenta quando o ângulo (θ), que a armadura transversal faz com a horizontal diminui.
Os fenómenos atrás descritos contribuem para a transferência de esforços na superfície das duas camadas. Contudo, existem outros fenómenos que serão prejudiciais, como por exemplo a poluição na superfície, ou até excesso de humidade, e serão referidos, no subcapítulo 2.3.
Segundo a FIP[6], a classificação das superfícies é feita de acordo com uma escala de diferentes graus de rugosidade. A sua classificação depende essencialmente do tratamento que levou a superfície dos elementos pré-fabricados, na sua fase de construção. Assim a classificação da rugosidade, depende dos seguintes tratamentos da superfície:
i. Superfície que foi alisada com uma colher de trolha ou talocha, não tão lisa como a anterior.
ii. Superfície em que o betão foi colocado no molde, e compactado, sempre com a intenção de trazer os agregados à superfície, geralmente verificam-se algumas ondulações e pequenas arestas.
iii. Uma superfície que foi executada a partir de moldes deslizantes, igualmente sem o tratamento
posterior.
iv. Uma superfície produzida por uma técnica de extrusão de betão, de modo a produzir propositadamente ondulação e algumas arestas acentuadas.
v. Uma superfície em que o betão foi escovado, quando molhado, para se obter uma textura mais rugosa.
vi. Igual ao ponto (v) mas com uma textura mais pronunciada, é igualmente escovada, mas combinada com um ancinho de aço.
vii. Superfície onde o betão foi comprimido sem nenhuma tentativa de o alisar, deixando um
aspecto áspero com agregado grosseiro.
viii. Superfície que foi pulverizada quando molhada, de modo a expor o agregado sem o perturbar
ix. Uma superfície que foi sujeita a equipamento mecânico para formar certas nervuras para garantir um melhor atrito.
Para efeitos de cálculo, a FIP[6], recomenda subdividir esta escala em duas diferentes categorias: a
Categoria 1 engloba desde o grau (i) até ao (vi), e a Categoria 2, que abrange os restantes. Assim, de
acordo com o Quadro 2.1, pode-se consultar os parâmetros das superfícies, de acordo com as suas categorias;
Quadro 2.1 - Categorias segundo FIP
c tanφc
Categoria 1 0,2fctd 0,6
(2.4)
em que (αct) é um valor que tem em conta os efeitos de longo prazo da resistência à tracção e os efeitos desfavoráveis resultantes do modo como a carga é aplicada, o valor recomendado é 1.
Segundo a FIP[6] , quando se estiver perante o caso (i) ou (ii), o valor da coesão dado por esta tabela, pode ser considerado elevado, sendo recomendado o uso do valor 0,1fctd. Também segundo esta entidade, o valor máximo da tensão tangencial resistente na superfície de contacto, fica assim limitada
em 0,2 fcd, assim de acordo com o Quadro 2.1 e a equação (2.3), pode-se reescrever uma nova
equação.
(2.5) (2.6) As Área da secção de armaduras que atravessa a superfície
Ai Área de contacto das duas superfícies
σ Tensão normal à superfície
Se a relação entre a área de armaduras (As), e a superfície de contacto (Ai), for menor que (ρ<0,001) o reforço através das armaduras deixa de ser considerado na equação (2.5). Para a esta entidade, quando o valor das tensões tangenciais são baixas, pode-se considerar que o valor da resistência da junta de betonagem dependa apenas da coesão do betão menos resistente, existente na superfície entre os dois betões, desprezando assim as cargas normais à superfície existentes no elemento composto, esses valores de resistência poderão ser consultados no Quadro 2.2.
Quadro 2.2 - Valores da resistência da superfície
(i) - (ii)
(iii) – (vi)
(vii) – (x)
2.2.1.2. Aderência segundo o Eurocódigo 2
Em relação à aderência segundo o Eurocódigo 2[3], os critérios definidos são ligeiramente diferentes. Embora tenha menos tipos de classificação comparativamente à FIP, particulariza mais cada tipo que aborda, com os seus devidos coeficientes. Os tipos de superfície que o Eurocódigo 2 refere, na secção (6.2.5(2)), são:
i. Muito lisa – superfície moldada por aço, plástico ou moldes de madeira especialmente preparados;
ii. Lisa – uma superfície extrudida ou executada com moldes deslizantes ou executada sem cofragem e não tratada após vibração;
iii. Rugosa – uma superfície com rugosidades de pelo menos 3 mm de altura e espaçadas cerca de
40 mm, obtidas por meio de raspagem, de jacto de água, ar ou areia ou por meio de quaisquer outros métodos de que resulte um comportamento equivalente;
iv. Indentada – uma superfície com reentrâncias na superfície de betão
a partir destas classificações obtêm-se os valores dos coeficientes μ e c, que podem ser consultados no Quadro 2.3, e que dependem da rugosidade da junta.
Quadro 2.3 – Coeficientes μ e c segundo Eurocódigo 2
Superfície c μ
Muito Lisa 0,25 0,5
Lisa 0,35 0,6
Rugosa 0,45 0,7
Indentada 0,5 0,9
O valor da tensão tangencial da junta de betonagem pode ser obtido através da equação (2.7).
(2.7)
β Relação entre o esforço longitudinal na secção de betão novo e o esforço longitudinal total na zona de compressão ou na zona de tracção, ambos calculados na secção considerada
valor de cálculo da tensão tangencial na junta z braço do binário da secção composta bi largura da junta de betonagem
Com os parâmetros obtidos no Quadro 2.3, pode-se obter o valor de cálculo da tensão tangencial resistente na junta através de:
(2.8)
c e μ valores definidos no Quadro 2.3
α ângulo das armaduras com a horizontal
fctd valor definido na equação (2.4)
As/Ai
σn tensão devida ao esforço normal exterior mínimo da junta, que pode actuar
simultaneamente com o esforço transverso, positivo se compressão com σn<0,6fcd, e negativo se de tracção. Quando σn é de tracção, c fctd deve ser igual a 0
Fig. 2.4 - Comparação entre os valores da resistência das superfícies segundo EC2 e FIP
De acordo com este gráfico pode-se verificar que a FIP tem uma atitude mais conservadora que o Eurocódigo 2, embora quando os regulamentos não consideram armadura a atravessar a junta de betonagem, os valores do Eurocódigo 2, para as superfícies lisas, são muito semelhantes aos da FIP. Quando as tensões tangenciais são elevadas, poderá ser difícil quantificar o valor resistente das superfícies de contacto. Devido a isso para o CEB[7], quando o valor tensão de corte for superior a
0,3fctd, ou se for necessário considerar cargas dinâmicas, deverá ser colocada uma armadura
devidamente ancorada a ligar as duas camadas de betão.
2.3. CAMADA DE BETÃO COLOCADA “IN SITU”
Um dos aspectos referidos anteriormente foi o da aderência nas superfícies, contudo, não bastam só as características existentes nas superfícies dos elementos pré-fabricados, mas também, o tratamento que é realizado numa fase posterior à colocação do betão em obra. Neste ponto são abordadas várias formas de resolver certos problemas que antecedem a colocação de betão “in situ”.
2.3.1. ESPESSURA DA CAMADA DE BETÃO
As camadas de betão colocadas “in situ” podem ter como finalidade o reforço estrutural ou simplesmente a obtenção de um melhor aspecto visual. A sua espessura, deverá ser superior a 30 mm, embora, geralmente, nunca seja inferior a 50 mm. Quando as camadas são muito finas é necessário ter em conta cuidados especiais, tais como a constante espessura ao longo de toda a camada. Um outro aspecto é a evaporação da água na fase de cura, em que para ser realizada uma boa cura serão necessários certos cuidados particulares nesta fase de construção, tais como as condições de temperatura e humidade. Quando se estiver perante camadas de betão com uma espessura menor que 80 mm, os métodos convencionais de aumento da aderência através da armadura transversa poderão ser inadequados.
2.3.2. SUPERFÍCIE DE CONTACTO
As características principais que afectam a ligação entre as camadas de betão, e a sua transferência de esforços, são: a rugosidade, a resistência, e a limpeza da superfície.
0 1 2 3
0 1 2 3 4 5 ρ.fyd(MPa)
EC2 (Muito Lisa) EC2 (Lisa) EC2 (Rugosa) EC2 (Indentada)
2.3.2.1. Rugosidade da superfície
Quando a nova camada de betão é colocada “in situ”, adquire a mesma configuração que a superfície do elemento pré-fabricado, já que quando é aplicada, encontra-se num estado viscoso, e por isso maleável. O aspecto da superfície, e a quantificação da rugosidade, poderá ser consultado no subcapítulo 2.2.
2.3.2.2. Resistência da superfície
É necessário ter em consideração que a resistência de ligação entre as duas superfícies de betão, nunca poderá exceder o menor valor da capacidade resistente à tracção dos dois betões (pré-laje e camada de betão). Se no tratamento do elemento pré-fabricado, for aplicada muita água na superfície durante a fase de cura do betão, podem começar a aparecer certas partículas muito finas do agregado à