MESTRADO AVANÇADO EM CONSTRUÇÃO DE EDIFÍCIOS
CADEIRA DE CONSTRUÇÃO DE EDIFÍCIOS
PAVIMENTOS ALIGEIRADOS DE PRANCHAS VAZADAS
Jorge de Brito
1. Introdução 1
2. Pavimentos de pranchas vazadas 4
2.1. Elementos constituintes 6
2.2. Campo de aplicação 9
2.3. Vantagens e desvantagens 10
3. Processo de fabrico 12
3.1. Limpeza das pistas 13
3.2. Colocação dos fios / cabos de aço 13
3.3. Aplicação do pré-esforço 13
3.4. Colocação, moldagem e compactação do betão 14
3.5. Cura 15
3.6. Transmissão do pré-esforço dos fios para o betão 15
3.7. Corte das vigotas 15
3.8. Levantamento, transporte e armazenamento das pranchas 15
3.9. Transporte para obra 17
4. Controlo de qualidade no fabrico 18
4.1. Na fábrica 18
4.2. Na obra (controlo de execução) 19
4.3. Exigências funcionais 20 4.3.1. Características mecânicas 20 4.3.2. Isolamento acústico 20 4.3.3. Isolamento térmico 21 4.3.4. Resistência ao fogo 21 5. Montagem em obra 22 5.1. Montagem da prancha 22 5.2. Colocação da armadura 23
5.3. Aplicação do betão de solidarização e do complementar 24
6. Disposições construtivas e de projecto 25
6.5. Zonas em consola 29
6.6. Cargas suspensas 29
6.7. Cortes e aberturas 30
6.8. Instalação de tubagens 31
7. Dimensionamento de lajes de pranchas vazadas 32
7.1. Exemplo de aplicação 34
7.1.1. Pré-dimensionamento 34
7.1.2. Acções 34
7.1.3. Cálculo de esforços e da deformada 34
7.1.4. Escolha da laje alveolar 36
7.1.5. Armadura de distribuição 36
7.1.6. Armadura construtiva nos apoios 37
PAVIMENTOS ALIGEIRADOS DE PRANCHAS VAZADAS
1. INTRODUÇÃO
A necessidade de obter cada vez mais elevados ritmos de construção, sem prejuízo das condições de segurança e qualidade, leva à procura de novas soluções construtivas, onde a pré-fabricação desempenha um papel preponderante. O betão pré-fabricado é hoje em dia utilizado de diferentes formas e técnicas de elaboração, procurando responder de forma eficaz aos exigentes planos de construções.
Apesar da difusão das técnicas de execução em obra, existe uma tendência para que o estaleiro seja apenas um lugar de montagem, de elementos pré-fabricados (Fig. 1, à esquerda). Isto visa a reutilização e reciclagem destes elementos, na fase de desconstrução ou desmonte, na óptica da construção sustentável.
Não existem praticamente limitações para a utilização de produtos pré-fabricados na construção civil (Fig. 1, à direita). A tecnologia de pré-fabricados em betão possibilita uma construção homogénea e continuada, não sendo afectada por factores climatéricos. Essa tecnologia também está presente no uso de betão de classes elevadas para alcançar alta resistência e durabilidade. A utilização de máquinas modernas, de prestação muito elevada, permite obter elementos estrutural e geometricamente adequados, que permitem elevar a qualidade com segurança.
Fig. 1 - Pavimento prefabricado a ser montado em estaleiro (à esquerda) e elemento de betão pré-fabricado de grandes dimensões em transporte da fábrica para o estaleiro (à direita)
A pré-fabricação de pavimentos em particular é um tema que tem merecido um crescente inte-resse ao longo dos últimos anos devido a várias razões: em primeiro lugar, a necessidade de obter elevados ritmos de construção, sem prejuízo da segurança e da qualidade; uma segunda razão encontra-se relacionada com a maior economia face a soluções tradicionais. As pranchas vazadas (Fig. 2, à esquerda) são, de entre as soluções prefabricadas de pavimentos, as que oferecem maiores potencialidades em vencer grandes vãos e a resistir a níveis elevados de sobrecarga, numa competição directa comas lajes fungiformes aligeiradas (Fig. 2, à direita). As pranchas vazadas têm ainda a vantagem de não necessitarem em geral de quaisquer elementos complementares, bastando o preenchimento das juntas.
Fig. 2 - Soluções alternativas de pavimentos para grandes vãos: as pranchas vazadas pré-fabricadas (à esquerda) e as lajes fungiformes aligeiradas betonadas in-situ (à direita)
Este documento pretende servir de apoio aos alunos do Mestrado Avançado em Construção e Reabilitação do Instituto Superior Técnico na Cadeira de Construção de Edifícios. Foca parte do capítulo dessa mesma cadeira dedicado às soluções não tradicionais de pavimentos e escadas que, tal como toda a restante matéria, se restringe fundamentalmente aos edifícios correntes. Dentro deste capítulo, insere-se nos pavimentos pré-fabricados aligeirados à base de pranchas vazadas de betão pré-esforçado (e, com menor ênfase, armado), também designados por lajes alveolares. De fora ficam outras soluções de pavimentos não tradicionais total ou parcialmente pré-fabricadas, como as vigotas de betão pré-esforçado e armado e as pré-lajes, tratadas em documentos independentes, respectivamente o [1] e o [2].
pelo seu Autor mas sim de alguma pesquisa bibliográfica, da consulta dos profissionais do sector e de monografias escritas realizadas por alunos do Instituto Superior Técnico, no Mestrado em Construção. Assim, muita da informação nele contida poderá também ser encontrada nos seguintes textos, que não serão citados ao longo do texto:
Bruno Caldeira, “Pavimentos Aligeirados de Pranchas fabricadas de Betão Pré-Esforçado”, Monografia apresentada no 10º Mestrado em Construção, Instituto Superior Técnico, 2001, Lisboa;
Filipe Lopes, “Estruturas de Edifícios Prefabricados. Soluções Não Tradicionais. Pranchas Alveolares”, Monografia apresentada no 12º Mestrado em Construção, Instituto Superior Técnico, 2003, Lisboa.
2. PAVIMENTOS DE PRANCHAS VAZADAS
Em [1], são apresentadas não só as soluções tradicionais de pavimentos como a panóplia completa das soluções não tradicionais em betão. Destas destacam-se no presente documento as seguintes:
a) à base de pranchas cerâmicas pré-esforçadas (Fig. 3) com blocos vazados cerâmicos; b) utilizando pranchas vazadas de betão pré-esforçado (Fig. da capa);
c) utilizando pranchas vazadas de betão armado (Fig. 4).
Fig. 3 - Pavimento à base de pranchas cerâmicas pré-esforçadas com abobadilhas cerâmicas
Na primeira, hoje em desuso, os blocos de cofragem (em geral cerâmicos) são semelhantes aos utilizados para os pavimentos à base de vigotas de betão pré-esforçado. Quanto aos cuidados na execução, são idênticos aos referidos em [1] para os pavimentos à base de vigotas de betão pré-esforçado. As vantagens e inconvenientes dos pavimentos à base de pranchas cerâmicas são, em geral, idênticos aos referidos em [1] para os pavimentos à base de vigotas de betão pré-esforçado. Apresentam, no entanto, duas pequenas vantagens em relação àqueles:
o revestimento da face inferior do pavimento é facilitado, já que a base é toda do mesmo material;
o tarugamento é facilitado por a altura das pranchas ser menor que a das vigotas.
Fig. 4 - Pavimento à base de pranchas vazadas de betão armado
Os pavimentos utilizando pranchas vazadas de betão armado (Fig. 5) não têm quaisquer vantagens sobre os pré-esforçados, pelo que têm tendência a sair do mercado. Nesse sentido, ser-lhes-á feita aqui uma breve referência, passando a descrição a aplicar-se sobretudo às pranchas vazadas pré-esforçadas.
Fig. 5 - Pranchas-tipo de betão armado
Em termos de processo de fabrico, ele é em tudo idêntico ao descrito mais adiante para as pranchas esforçadas exceptuando naturalmente todos os aspectos que envolvem o pré-esforço propriamente dito. Assim sendo, as armaduras em varão são colocadas na sua posição correcta antes da moldagem das pranchas mas não são esticadas nem posteriormente relaxadas.
Os pavimentos utilizando pranchas vazadas de betão pré-esforçado são o objecto principal deste documento pelo que serão agora descritos em detalhe.
Estes pavimentos são, como se referiu atrás, constituídos por pranchas esforçadas e pré-fabricadas, de secção vazada, com espessuras constantes que variam aproximadamente entre 12 e 50 cm, cobrem grandes vãos e podem suportar cargas elevadas. As pranchas são dispostas lado a lado com justaposição dos bordos laterais inferiores, melhorando o aspecto da união e deixando espaço livre acima destes, cujo preenchimento pode ser realizado in-situ com betão, para solidarização do conjunto.
Sendo autoportantes, as pranchas dispensam o recurso a escoramento e requerem uma pequena betonagem complementar para junção longitudinal e amarração das armaduras de ligação. O seu funcionamento estrutural é comparável ao de uma laje monolítica com armadura resistente unidireccional.
2.1.ELEMENTOS CONSTITUINTES
São os seguintes os elementos constituintes de um pavimento de pranchas vazadas de betão pré-esforçado:
pranchas (Fig. 6), que podem ter as mais variadas geometrias (Fig. 7, à esquerda); fios de aço (Fig. 8, à esquerda);
betão de solidarização (Fig. 8, ao centro); armadura de distribuição (Fig. 8, à direita);
betão complementar (sem sempre necessário, à semelhança da armadura de distribuição) (Fig. 7, à direita).
Fig. 7 - Gama de pranchas vazadas (à esquerda) e betão complementar (à direita)
Fig. 8 - À esquerda, fios de aço de pré-esforço, ao centro, preenchimento da junta com betão de solidarização e, à direita, armadura de distribuição do betão complementar
As pranchas pré-fabricadas são em betão pré-esforçado por fios aderentes e a sua secção e dimensões nominais variam de fabricante para fabricante. Em alternativa à utilização de fios isolados, poderá ser usado aço de pré-esforço em cordões. Todas as pranchas deverão ser marcadas com o registo do fabricante, do tipo de prancha e da data de fabrico. O betão é de cimento portland normal, com características da classe C40/50 ou próxima.
Os fios de aço utilizados no pré-esforço pertencem às classes Rm 1770 (fios) e Rm 1860 (cordões).
O betão de solidarização é aplicado nos espaços entre nas juntas entre pranchas de forma a garantir uma ligação eficaz entre as mesmas. O betão a utilizar é de cimento portland normal com, pelo menos, as características da classe C20/25 ou B25 e deverá ter trabalhabilidade que permita o preenchimento completo do espaço deixado livre entre pranchas.
O betão complementar pode ser aplicado sobre as pranchas, em camada contínua que deverá incorporar a armadura de distribuição. A camada de betão complementar tem uma espessura entre os 3 e os 12 cm. O betão a utilizar é de cimento portland normal com as características da classe C20/25 ou B25 e com uma dosagem mínima em cimento de 300 kg/m3.
A colocação do betão complementar, incorporando uma armadura de distribuição, normalmente uma rede electrossoldada (malhasol), deve ser efectuada após o enchimento da junta de solidarização. Esta última deverá ser deixada incompleta, até uma profundidade de 2
cm, de forma a tornar mais eficaz a aderência entre o betão complementar e a prancha. A aderência é também influenciada não só pela rugosidade da face superior das pranchas, mas também pela qualidade e compactação da camada de betão complementar.
2.2.CAMPO DE APLICAÇÃO
A aplicação das lajes alveolares é cada vez mais comum nas construções industriais e comer-ciais, por representar uma maior valia técnico-económica. As lajes alveolares, pela variedade da sua geometria (Fig. 9) podem ser utilizadas com os mais diversos tipos de soluções estruturais, nomeadamente estruturas de betão armado in-situ, pré-fabricadas, metálicas e mistas. As lajes alveolares podem também ser aplicadas em paredes de tamponamento, normalmente em pavilhões industriais, bem como paredes corta-fogo, com elevada economia.
Fig. 9 - Grande variedade de secções transversais de pranchas vazadas
O seu uso é bastante diversificado em Portugal, conhecendo-se o seu uso em edifícios industriais (Fig. 11, à esquerda), edifícios comerciais (Fig. 10, ao centro), edifícios habitacio-nais (Fig. 10, à esquerda), edifícios de escritórios e parqueamentos (Fig. 11, à direita). Em determinadas situações, este tipo de pavimentos é também utilizado como muro de suporte (Fig. 11, ao centro), paredes de depósitos (Fig. 10, à direita), cobertura de valas, etc.. De acordo com os documentos de homologação em vigor para este tipo de pavimentos, o seu uso deverá ser restrito a edifícios de habitação ou a outros com ocupação e utilização semelhantes, ou seja, não deverão ser utilizados sempre que seja previsível a actuação predominante de cargas concentradas ou de cargas dinâmicas.
casos em que os esforços actuantes não ponham em risco a ligação através do betão de solidarização. Para se obter um bom comportamento às acções horizontais (acções sísmicas), deverá adoptar-se um pavimento com camada de betão complementar.
Fig. 10 - Aplicações de pavimentos de pranchas vazadas: edifícios de escritórios (à esquerda) e comerciais (ao centro) e depósito de água (à direita)
Fig. 11 - Aplicações de pavimentos de pranchas vazadas: edifício industrial (à esquerda), muro de contenção de terras (ao centro) e estacionamento subterrâneo (à direita)
Este tipo de pavimentos é maioritariamente utilizado na construção de grandes superfícies comerciais (50%) e edifícios industriais (45%). A fraca percentagem de utilização deste tipo de pavimentos em edifícios de habitação e escritórios (cerca de 5%) deve-se, principalmente, à pouca modularidade da estrutura neste tipo de edifícios.
2.3.VANTAGENS E DESVANTAGENS
O Quadro 1 resume as vantagens e desvantagens dos pavimentos de pranchas vazadas de betão pré-esforçado relativamente aos pavimentos tradicionais. Por sua vez, o Quadro 2 resume as vantagens e desvantagens dos pavimentos de pranchas vazadas de betão pré-esforçado relativamente aos pavimentos de vigotas de betão pré-pré-esforçado.
Quadro 1 - Vantagens e desvantagens dos pavimentos de pranchas vazadas de betão pré-esforçado relativamente aos pavimentos tradicionais
VANTAGENS DESVANTAGENS
Maior rapidez de execução Usonão recomendado em edifícios habitacionais Grande capacidade de fabrico devido à repetição Necessária modularidade da estrutura
Redução do peso próprio estrutural devido ao aligeiramento alveolar (vantagem em termos de acções gravíticas e sísmicas)
Isolamento acústico inferior ao de uma laje ma-ciça da mesma espessura (menor massa específica)
Possibilidade da ausência de revestimentos na face inferior
Pior comportamento em caso de incêndio por ter menor massa específica e os fios pré-esforçados Dispensa a utilização de cofragem e de
escoramento
perderem as suas características mecânicas muito rapidamente com o calor
Maior controlo de qualidade devido à pré-fabricação
Limitações (ainda que pequenas) ao posiciona-mento de cargas concentradas suspensas
Isolamento térmico eficaz devido à existência de alvéolos
Necessidade de dispor de equipamento pesado para a colocação em obra
Boa resistência aos agentes atmosféricos devido Necessidade de transporte adequado à elevada classe do betão Existência de juntas aparentes Possibilidade de passagem de instalações dentro
dos alvéolos
Possibilidade de existência de curvaturas dife-rentes entre pranchas (obrigando a revestimento na face inferior)
Quadro 2 - Vantagens e desvantagens dos pavimentos de pranchas vazadas de betão pré-esforçado relativamente aos pavimentos de vigotas de betão pré-pré-esforçado
VANTAGENS DESVANTAGENS
Superfície inferior homogénea, dispensando deste modo o reboco nas faces inferiores
Devido à geometria da junta, apesar de permitir uma melhor aderência, dificulta a entrada do be Resistência a cargas localizadas maior tão, podendo dar origem à fissuração
Não sendo a constituição dos pavimentos heterogénea, não há limitação da resistência geral, em especial, sob a acção mecânica de vibrações ou sob o efeito de variações acentuadas de temperatura
A sua estrutura não permite a sua utilização em pavimentos com apoios de encastramento ou de continuidade. Devido às características das pran-chas, não se consideram possíveis disposições construtivas que permitam a colocação de arma Contraventamento mais eficaz da estrutura sob
a acção de forças horizontais
duras complementares nos apoios dos pavimen-tos para que tal resistência seja garantida
São autoportantes, o que significa que não necessitam de escoramento, garantindo um melhor contraventamento da estrutura
Para a execução em obra, são necessários meios mecânicos para o seu manuseamento
Possibilidade da ausência de revestimentos na face inferior
Menor isolamento térmico Preços finais competitivos
Em termos de disposições construtivas e condições de execução, a entrega mínima é de 7.5 cm contra os 10 cm das vigotas
São mais rápidas em termos de execução e mais baratas em termos de mão-de-obra
3. PROCESSO DE FABRICO
O fabrico das pranchas exige instalações que tenham pistas (Fig. 12, à esquerda), com grande comprimento (da ordem dos 100 m), em que nos extremos existem pontos de fixação (Figs. 12, ao centro, e 15, ao centro), firmemente fixados ao terreno, capazes de suportar as enormes forças transmitidas pela tensão dos fios de aço. A superfície destas pistas é de betão, ferro ou outro material adequado, existindo sobre estas carris longitudinais, sobre os quais se deslocam as diversas máquinas.
As pranchas são fabricadas por um sistema mecanizado, sendo a sua moldagem feita sem moldes fixos sobre uma plataforma de betão, ao longo da qual se desloca um dispositivo mecânico de distribuição, moldagem lateral e compactação do betão por vibração (Fig. 12, à direita).
Fig. 12 - Pistas de moldagem (à esquerda), extremidade das mesmas do lado oposto àquele onde é aplicado o pré-esforço (ao centro) e máquina de moldagem das pranchas (à direita)
3.1.LIMPEZA DAS PISTAS
Antes do começo dos trabalhos de produção de lajes alveolares, é necessário proceder-se à limpeza das pistas (manual - Fig. 13, à esquerda - ou automática - Fig. 13, à direita), de forma a obter-se uma superfície limpa e regular. A utilização posterior de um óleo descofrante serve para evitar a aderência da base das pranchas à superfície da plataforma.
3.2.COLOCAÇÃO DOS FIOS / CABOS DE AÇO
Após a colocação do óleo descofrante, são colocados os fios ou cabos de aço de pré-esforço nas posições pretendidas e com o número pretendido. Os fios encontram-se armazenados perto da pista (Fig. 14, à esquerda), são colocados em bobines (Fig. 14, ao centro) e transportados ao longo da pista (Fig. 14, à direita).
Fig. 14 - Armazenamento (à esquerda), colocação em bobines (ao centro) e transporte / posicionamento (à direita) dos fios de aço
3.3.APLICAÇÃO DO PRÉ-ESFORÇO
A aplicação de pré-esforço é feita individualmente em cada fio por meio de um macaco hidráulico (Fig. 15, à esquerda) accionado electricamente, com controlo da força correspondente à tensão de pré-esforço prevista, em manómetro, da pressão equivalente à força aplicada. Os fios são puxados e posteriormente acunhados. O operador encontra-se protegido da rotura acidental de um dos fios por uma cortina metálica (Fig. 15, ao centro).
3.4.COLOCAÇÃO, MOLDAGEM E COMPACTAÇÃO DO BETÃO
O dispositivo de betonagem e moldagem desloca-se lentamente ao longo da plataforma de fabrico ou pista ligado por um cabo à fonte de energia eléctrica (Fig. 15, à direita). A tremonha da máquina é alimentada de betão preparado numa central por baldes suspensos de uma ponte rolante (Fig. 16, à esquerda). O betão é moldado por um processo de extrusão, ao passar através de moldes metálicos situados na parte inferior da máquina (Fig. 16, ao centro). Simultaneamente, o betão é compactado (por vibração ou compressão) ficando a superfície superior com um aspecto deliberadamente rugoso para facilitar a aderência do betão complementar (Fig. 16, à direita).
Fig. 15 - Macaco hidráulico (à esquerda), operação de aplicação do pré-esforço (ao centro) e máquina de moldagem das pranchas em movimento na pista (à direita)
3.5.CURA
Terminada a betonagem, as pranchas são mantidas no local de fabrico, em condições naturais durante cerca de 6 a 7 dias (Fig. 12, à esquerda), ou são submetidos a tratamento de vapor, com início ao fim de 6 h após a betonagem e durante cerca de 7 h, seguindo-se, após 48 h, a transmissão do pré-esforço. Estes processos alternativos de cura do betão são descritos em mais detalhe em [1].
3.6.TRANSMISSÃO DO PRÉ-ESFORÇO DOS FIOS PARA O BETÃO
Quando o betão atingir um valor pré-determinado da resistência à compressão, procede-se à transmissão gradual e simultânea, através de um sistema hidráulico, do pré-esforço dos diversos fios ou cabos às pranchas. A caracterização da resistência do betão é feita recorrendo a ensaios de compressão de cubos.
3.7.CORTE DAS PRANCHAS
Após a transmissão do pré-esforço, as pranchas são marcadas e cortadas (Fig. 17, à esquerda) nos comprimentos pretendidos (de acordo com as encomendas) por uma máquina de corte de serra (Fig. 17, à direita).
Fig. 17 - Prancha cortada (à esquerda) e máquina de corte (à direita)
3.8.LEVANTAMENTO, TRANSPORTE E ARMAZENAMENTO DAS PRANCHAS
18, à esquerda) e colocadas numa “vagonete”, umas sobre as outras com barrotes de madeira a separá-las (Fig. 18, ao centro). Esta operação é realizada com o auxílio de uma pinça acoplada a uma ponte rolante, que agarra a laje lateralmente no sentido longitudinal. Poder-se-á também utilizar cabos ou correntes, mas neste caso há que ter atenção à posição dos mesmos e criar mecanismos que impeçam os cabos de deslizarem no sentido horizontal. As “vagonetes” são depois encaminhadas para a zona de armazenamento (Fig. 18, à direita). Durante todo este processo e para não fendilharem, as pranchas devem ser mantidas na sua posição de trabalho definitiva, ou seja, exibindo uma contra-flecha.
Fig. 18 - Levantamento (à esquerda), transporte (ao centro) e armazenamento (à direita) das pranchas
A transferência das lajes das “vagonetes” para as pilhas de armazenamento (Fig. 19, à esquerda) poderá ser realizada com uma estrutura de garfos acoplada a uma empilhadora (Fig. 19, à direita), a uma grua ou a uma ponte rolante. A colocação dos barrotes para apoio das lajes deverá ser a 0.50 m das extremidades e perpendiculares aos alvéolos.
Fig. 19 - Pranchas armazenadas (à esquerda) e empilhadora (à direita)
espa-ços e de manobras de carga. As peças têm, em parque, de ser marcadas com tinta identificando a referência da peça e com a data de fabrico. O seu acondicionamento em parque pressupõe o uso de barrotes / fasquias em madeira (Fig. 19, à esquerda), em dois pontos de apoio, sendo o primeiro barrote de 10 x 10 cm. Na colocação do material em pilha, será necessária uma separação da superfície de contacto utilizando “tacos” de madeira na linha de elevação.
3.9.TRANSPORTE PARA OBRA
O transporte das lajes entre a fábrica e a obra é realizado através da utilização de camiões (Fig. 20, à esquerda). A largura das pranchas (cerca de 1.20 m) permite um transporte simples.
A expedição só deve ocorrer no mínimo 5 dias após o fabrico. As peças são transportadas e carregadas para os camiões com empilhadoras (Fig. 20, ao centro), de acordo com a tonelagem e dimensão das mesmas. É elaborado um estudo preliminar da disposição e acondicionamentos das peças no veículo (Fig. 20, à direita), onde são analisados os apoios, os vãos, a cintagem, etc.. Cada transporte é acompanhado de uma ficha de inspecção e recepção no destino, que garante a conformidade da peça expedida.
Fig. 20 - Camião de transporte para obra das pranchas (à esquerda), carregamento do mesmo com empilhadora (ao centro) e acondicionamento das pranchas (à direita)
4. CONTROLO DE QUALIDADE NO FABRICO
4.1NA FÁBRICA
O controlo de qualidade das pranchas realiza-se segundo um plano pré-estabelecido, em que se vai comprovar a resistência e comportamento das pranchas. Todas as fábricas em que se fabrica estas pranchas dispõem de um laboratório e meios adequados para realizar esses ensaios (Fig. 21). Os ensaios incidem não só sobre as pranchas acabadas (Fig. 21, 2º a partir da direita) mas também sobre os materiais constituintes (Fig. 22).
Fig. 21 - Equipamento de laboratório: da esquerda para a direita, balança, máquina de ensaio à compressão, máquina de ensaio das pranchas e tanques de cura dos cubos de ensaio
Durante e após o fabrico, as pranchas devem ser verificadas em relação aos seguintes aspectos:
as pranchas que apresentem fendilhação a penetrar para o interior devem ser rejeitadas, bem como as que apresentem chochos apreciáveis no betão;
as pranchas devem apresentar rugosidade nas superfícies laterais e superiores de forma a garantir uma adesividade com os betões aplicados em obra;
o comprimento da prancha não deve diferir mais do que 20 mm do valor inicialmente previsto (l 20 mm);
a largura da prancha não deve diferir mais que 15 mm do valor nominal (b 15 mm - a largura varia de fabricante para fabricante);
a altura da prancha não deve diferir mais que 5 mm do valor previsto de início (h 5 mm);
a espessura das almas não deve diferir mais que 10 mm do valor nominal, e a soma da espessura de todas as almas não deve diferir mais que 20 mm do valor nominal;
a espessura dos banzos não deve diferir mais que 10 mm do valor nominal, e a soma da espessura dos banzos não deve diferir mais que 5 mm do valor nominal;
o posicionamento das armaduras não deve apresentar desvios superiores a 3 mm na vertical e 5 mm na horizontal;
as pranchas, em condições normais de apoio, e sob a acção do seu peso próprio, não devem apresentar contra-flechas superiores a l/300.
Fig. 22 - Sequência do ensaio do betão das pranchas: da esquerda para a direita, enchimento dos cubos, vibração e presa do betão, cubos dentro dos tanques e após o ensaio
As dimensões geométricas das pranchas que estão nas fichas de características e no projecto de obra são valores nominais de referência, pois existem desvios. Os desvios (tolerâncias) podem ser admissíveis ou inadmissíveis. Por isso, é importante fixar os valores que estabelecem se está conforme ou não conforme: comprimento - ± 25 mm; largura - ± 5 mm.
A primeira comprovação que se deve efectuar a cada conjunto de pranchas é a verificação da marca, registrada, do fabricante. Se existir algum indício que a prancha não tem o aspecto nem a qualidade adequadas, tal deverá ser comunicado imediatamente ao fabricante.
O fabricante entrega as fichas de características técnicas, para se verificar em obra se as características das pranchas estão em conformidade com as aí definidas Verifica-se se o material recebido na obra corresponde ao que está definido no plano de obra (projecto). Devem ser verificadas as dimensões das pranchas e o posicionamento da armadura.
Deverão rejeitar-se todas as pranchas que não cumpram as tolerâncias acima referidas ou que não estejam identificadas.
4.3.EXIGÊNCIAS FUNCIONAIS
4.3.1. Características mecânicas
Os diversos fabricantes de lajes alveolares pré-fabricadas e pré-esforçadas possuem tabelas para os diversos tipos de pavimento que, em função do tipo de prancha e da espessura da camada de betão complementar, apresentam as respectivas características mecânicas (momen-to resistente, esforço transverso resistente, momen(momen-to de fendilhação e rigidez de flexão).
A determinação destes valores é efectuada através de cálculo automático, tendo em consideração a regulamentação em vigor, RSA. (Regulamento de Segurança e Acções para Estruturas de Edifícios e Pontes) e REBAP (Regulamento de Estruturas de Betão Armado e Pré-esforçado), com as adaptações necessárias para este tipo de pavimento.
4.3.2. Isolamento acústico
A maior leveza deste pavimento, face a soluções tradicionais da mesma espessura, contraria a capacidade de isolamento à transmissão de ruídos aéreos entre pisos. O índice de isolamento a sons aéreos (Ia) das lajes pode ser obtido através da “lei das massas”. O melhoramento
acústico pode ser obtido considerando massas adicionais, tais como camada de betão complementar, o revestimento de pisos e tectos, etc..
Ensaios demonstram que o índice de isolamento acústico para lajes alveolares simples é inferior em 1 a 3 dB ao de uma laje maciça com a mesma massa. O índice de isolamento a sons de percussão (Ip) depende essencialmente do tipo de revestimento que se venha a utilizar.
.3.3. Isolamento térmico
érmico dos Edifícios), sendo necessário adoptar soluções de isolamento rmico exterior.
.3.4. Resistência ao fogo
s. Para melhorar ste comportamento, poderá utilizar-se lã de rocha na face inferior das lajes.
ntos como F 120, para espessuras até 0.20 m, e EF 180, para espessuras entre 0.20 e 0.25 m.
4
Na maioria dos casos, o problema do isolamento térmico só se coloca no caso de lajes de cobertura e de lajes sobre espaços exteriores ou sobre zonas não aquecidas. Nestas situações, os pavimentos à base de pranchas pré-fabricadas e pré-esforçadas não garantem por si só as exigências funcionais constantes no RCCTE (Regulamento das Características de Comportamento T
té
4
Os materiais constituintes das pranchas são não combustíveis e pertencem à classe de reacção ao fogo M0. Porém, a temperatura crítica para os fios de pré-esforço situa-se entre os 350 e os 400 ºC, dependendo do aço usado. Assim, estes pavimentos apenas conservam a sua resistência se as temperaturas durante um incêndio não atingirem esses valore
e
Quanto à resistência ao fogo, estes pavimentos podem considerar-se CF 30, no caso de não se aplicar revestimento na face inferior ou no caso de serem extremamente finos, e CF 60, no caso de apresentarem um revestimento inferior do tipo estuque com uma espessura mínima de 10 mm. Ensaios de alguns fabricantes indicam que se pode considerar estes pavime
5. MONTAGEM EM OBRA
Na execução deste tipo de pavimentos (Fig. 23, à esquerda), deverá proceder-se às seguintes operações:
transporte para a obra (Fig. 23, ao centro) das pranchas e respectivo armazenamento (Fig. 23, à direita);
nivelamento dos apoios para assentamento das pranchas;
colocação das pranchas através de equipamento apropriado, garantindo a entrega mínima; colocação da armadura superior, caso seja prevista a camada de betão complementar; limpeza e rega das pranchas para melhorar a adesividade com o betão;
betonagem das juntas de solidarização, e da camada de betão complementar caso esta seja prevista;
rega do betão colocado em obra;
limpeza conveniente da superfície superior das pranchas ou da camada de betão complementar, consoante o caso, e colocação do revestimento do piso;
tratamento das juntas e da superfície inferior em função do revestimento a utilizar.
Fig. 23 - À esquerda, aspecto geral de um pavimento de pranchas vazadas, ao centro, chegada à obra das pranchas e, à direita, pranchas armazenadas em estaleiro
5.1.MONTAGEM DA PRANCHA
Cada prancha será elevada (Fig. 24, à esquerda), com as devidas precauções, para o lugar pretendido (Fig. 24, ao centro). Sendo suavemente depositada sobre os apoios, com auxílio de um operário em cada extremo (Fig. 24, à direita).
Fig. 24 - Da esquerda para a direita, elevação, colocação e ajuste das pranchas no local
A montagem das lajes em obra é efectuada sempre com o recurso a auto-gruas ou com gruas torre (Fig. 24, à esquerda), isto no caso de existirem em obra e terem uma adequada capacidade de elevação. No entanto, tem de se ter em consideração as dimensões e o peso das pranchas. As lajes são movimentadas através do uso de cintas de elevação (Fig. 24, ao centro), de capacidade adequada, que abraçam as lajes, de forma a garantir as condições se segurança.
5.2.COLOCAÇÃO DA ARMADURA
Uma vez montadas as placas na posição correcta, procede-se à colocação das armaduras de distribuição (Fig. 25, à esquerda). Quando a armadura que se dispõe nas juntas não é o suficiente, é necessário colocar outros varões nos alvéolos das pranchas, abertos na parte superior (Fig. 26). Essa abertura pode-se fazer na fábrica, quando o betão ainda está fresco, ou em obra mediante instrumentos adequados, não tendo este último processo muita precisão (Fig. 25, à direita).
Fig. 26 - Armadura longitudinal nos negativos (à esquerda) e estribos nas juntas entre pranchas (à direita)
5.3.APLICAÇÃO DO BETÃO DE SOLIDARIZAÇÃO E DO COMPLEMENTAR
Independentemente da colocação ou não do betão complementar, as juntas entre pranchas devem ser tratadas e preenchidas com betão de solidarização (Fig. 27), no sentido de limitar a tendência para ocorrer fendilhação nessa zona nos revestimentos inferiores. O alargamento destas juntas também poderá ser uma forma de realizar acertos geométricos na largura dos painéis, evitando assim o corte de pranchas. Como se referirá no próximo capítulo, junto aos apoios pode também haver a necessidade de preencher com betão um determinado comprimento dos alvéolos.
Fig. 27 - Tratamento das juntas entre pranchas
Após a colocação da armadura de distribuição, é executada a betonagem da camada de betão complementar, incluindo o seu lançamento, espalhamento, vibração e regularização. Imediatamente antes, as pranchas deverão ser regadas com água para haver uma melhor aderência do betão às pranchas pré-fabricadas. Posteriormente, o betão é curado e, mais tarde ainda, procede-se ao seu tratamento como superfície final ou à aplicação de um revestimento.
6. DISPOSIÇÕES CONSTRUTIVAS E DE PROJECTO
6.1.ARMADURA DE DISTRIBUIÇÃO
É utilizada uma armadura de distribuição (Fig. 8, à direita), sempre que os pavimentos sejam executados com camada de betão complementar, incorporada nessa camada. A área utilizada é função do tipo de pavimento e consta das tabelas de cálculo fornecidas pelo fabricante. Geralmente, a armadura de distribuição é uma rede electrossoldada do tipo malhasol com espaçamento entre varões inferior a 250 mm na direcção perpendicular às pranchas e 350 mm na direcção das pranchas.
6.2.SOLIDARIZAÇÃO DAS PRANCHAS NA ZONA DOS APOIOS
Os extremos das pranchas deverão ser sempre solidarizados com uma entrega mínima de 7.5 cm (Fig. 31, à esquerda). O apoio lateral das pranchas extremas, em vigas ou paredes, deverá ser de 5 cm, no mínimo.
O apoio das pranchas pode ser directo (Fig. 28), ou seja, quando a extremidade da laje alveolar assenta sobre uma base, ou indirecto (Fig. 29, à esquerda), ou seja, quando não existe por debaixo da extremidade da prancha uma base para que esta possa assentar, o que tem de ser resolvido através de um apoio provisório (viga metálica, cofragem da viga, escoramento).
Fig. 28 - Apoio directo das pranchas em vigas intermédias metálicas (à esquerda) ou de betão (betonada in-situ, ao centro, ou pré-fabricada, à direita)
É sempre conveniente dispor de uma armadura de enlace (Fig. 29) que actue como tirante das possíveis tracções que possam ser transmitidas para o apoio. Em todos os casos, é necessário comprovar que a tensão na zona de contacto entre a prancha e o seu apoio é admissível para ambos os materiais.
Fig. 29 - À esquerda, apoio indirecto das pranchas em banda maciça de betão (outra hipótese poderia ser uma viga invertida) e, à esquerda e direita, armadura de enlace
6.3.ARMADURA NOS APOIOS
No caso de se utilizar um pavimento com camada de betão complementar, há que considerar uma armadura superior na zona dos apoios. Duas situações poderão ocorrer: a primeira, menos usual, em que se considera no cálculo zonas de encastramento e apoios de continuidade; a segunda, mais correcta do ponto de vista de funcionamento em serviço e concepção das próprias pranchas, quando se considera o funcionamento dos pavimentos como simplesmente apoiado.
No primeiro caso (Fig. 30), do qual os panos contíguos a consolas (Fig. 30, em baixo) são um caso particular em que não é possível deixar de considerar explicitamente o encastramento no apoio, deverá ser contabilizado o momento actuante de cálculo, sendo necessário colocar armadura capaz de absorver esses esforços (Fig. 31, à direita). Será necessário maciçar os alvéolos até cerca de 1/4 do vão (Fig. 30). Para se conseguir maciçar sem desperdício de betão, tampona-se os alvéolos com peças de esferovite (Fig. 32).
No segundo caso (Fig. 33), deverá ser contabilizado cerca de 15% do momento actuante de cálculo, sendo necessário colocar a armadura capaz de absorver essa percentagem dos esforços. A armadura a colocar deverá ter um comprimento mínimo de 1/10 do vão e deverá ter um espaçamento máximo de 250 mm, sendo necessário maciçar os alvéolos nesse comprimento (Fig. 33).
A zona de momentos negativos (cerca de ¼ do vão de cada lado do apoio) deve ser maciçada
Neste caso, a zona de momentos (maciçada) corresponde grosso modo ao vão da consola
Fig. 30 - Apoios de continuidade: de cima para baixo, em parede, em viga e junto a consola (neste caso, com interrupção das pranchas na zona em balanço)
Fig. 31 - Apoio de pranchas em ressalto previsto em viga betonada in-situ (à esquerda) e armadura em apoio de continuidade (à direita)
No caso de se utilizar um pavimento sem camada de betão complementar, não se colocará nenhuma armadura superior.
Fig. 32 - Dispositivo para impedir o preenchimento dos alvéolos com betão para além do comprimento pretendido
Não havendo continuidade, a zona maciçada corresponde a cerca de 1/10 do vão de cada lado do apoio
Fig. 33 - Apoios sem continuidade (simples): de cima para baixo e da esquerda para a direita, em viga pré-fabricada, em viga intermédia, em viga de bordadura (ambas betonadas in-situ) e
em parede intermédia
6.4.CONTRA-FLECHA
Sobre o efeito do pré-esforço, as pranchas apresentam uma contra-flecha (Fig. 34, à esquerda) que tanto pode ser positiva (diminuição das deformações a tempo infinito) como negativa (se for muito diferente em diferentes pranchas), e é função de vários parâmetros:
vão da laje; espessura da laje;
tempo de presa do betão; tensão instalada.
6.5.ZONAS EM CONSOLA
Só deverão adoptar-se zonas em consola para pavimentos com camada de betão complemen-tar. A zona em consola deverá ser constituída por uma laje maciça (Figs. 30, em baixo e 34, à direita). Na zona do pavimento adjacente à zona em consola, será necessário maciçar os alvéolos até uma distância do apoio igual ao vão da consola (Fig. 29, em baixo). Deverá ser incorporada uma armadura superior capaz de absorver os esforços.
Fig. 34 - Contra-flecha em pranchas (à esquerda) e pré-laje como cofragem de troço em consola (à direita)
6.6.CARGAS SUSPENSAS
Quando se pretende suspender cargas na laje através de fixações, estas deverão ser realizadas ainda durante a obra a fim de evitar danos nas lajes. As fixações devem ser posicionadas na vertical dos alvéolos, de forma a evitar as zonas dos aços de pré-esforço (Fig. 35). Quando as cargas a suspender são demasiado elevadas, será necessário preencher o alvéolo com um betão idêntico ao utilizado nas juntas de solidarização ou utilizar uma placa que aumente a superfície de distribuição da carga.
Fig. 35 - Fixações à face inferior das pranchas
6.7.CORTES E ABERTURAS
A execução de aberturas em pranchas poderá ser realizada em obra, desde que aquelas sejam inferiores à largura dos alvéolos (Fig. 36). Aberturas maiores deverão ser realizadas ainda em fábrica. Grandes aberturas, tais como as necessárias para a instalação de chaminés ou escadas, serão realizadas pelo corte de uma ou várias pranchas. Estas pranchas serão depois solidarizadas entre si por vigas em betão armado ou por vigas metálicas (Fig. 36). Nestas situações, deverá haver uma correcta e minuciosa pormenorização desta zona.
Fig. 36 - Aberturas em lajes de pranchas vazadas
Para cortar pranchas vazadas (Fig. 37) de betão de alta resistência e armaduras de aço especial pré-tensionadas, é necessário empregar discos de corte caros e de curta duração, pois sofrem um forte desgaste.
Fig. 37 - Corte longitudinal (à esquerda), diagonal (ao centro) e de esquina (à direita) de pranchas vazadas
6.8.INSTALAÇÃO DE TUBAGENS
A instalação de tubagens poderá ser efectuada nos alvéolos, desde que a menor dimensão da sua secção transversal seja inferior a 75 mm. Não é possível a colocação de tubagens na zona da junta entre pranchas.
7. DIMENSIONAMENTO DE LAJES DE PRANCHAS VAZADAS
Tal como os restantes pavimentos não tradicionais, as lajes alveolares são dimensionadas recorrendo aos respectivos documentos de homologação elaborados pelo LNEC, que integram tabelas de cálculo. O dimensionamento é feito de acordo com o REBAP e o RSA e as acções e combinações de cálculo são as descritas em [1]. No mesmo documento, é também apresentada a sequência de cálculo das lajes aligeiradas de vigotas pré-esforçadas que, tal como as pranchas alveolares, são dimensionadas como lajes de funcionamento unidireccional e concebidas para resistir sobretudo a momentos positivos, num modelo de viga simplesmente apoiada em ambas os apoios. Nesse sentido, a sequência não será repetida no presente documento, sendo apenas, após algumas considerações preliminares sobre fabricantes e tabelas de cálculo, apresentado um exemplo de aplicação.
Em Portugal, os principais fabricantes de pranchas alveolares de betão pré-esforçado são a Secil - Prebetão, a Maprel, a Pavicentro e a Forjados Castelo. Porém, muito recentemente, apenas existiam dois documentos de homologação em vigor para pavimentos aligeirados de pranchas pré-fabricadas de betão pré-esforçado, emitidos pelo LNEC, um pertencente à Secil - Prebetão e outro à Forjados Castelo:
DH 574: “Premolde - Lap: Pavimentos aligeirados de pranchas pré-fabricadas de betão pré-esforçado”, Lisboa, 1999. 14 p. (validade Dezembro 2002);
DH 577: “Castelo - P: Pavimentos aligeirados de pranchas fabricadas de betão pré-esforçado”, Lisboa, 1999. 14 p. (validade Dezembro 2002).
Todos os fabricantes de pranchas alveolares pré-fabricadas e pré-esforçadas possuem tabelas auxiliares de cálculo (Fig. 38). As tabelas com as características das pranchas apresentam a geometria, a massa, os níveis de armadura e o valor da consistência mínima do betão (fck,j) na altura da transferência de pré-esforço para o betão.
As tabelas de cálculo para as diversos tipos de pavimento indicam, em função do tipo de prancha e da espessura da camada de betão complementar, os valores de MRd (momento resistente), VRd (esforço transverso resistente), Mfctk, (momento de fendilhação) e EI (rigidez de flexão) e a armadura de distribuição a adoptar.
Fig. 38 - Exemplo de tabela de cálculo de pavimento de lajes vazadas (extraído do respectivo documento de homologação)
7.1.EXEMPLO DE APLICAÇÃO
O exemplo proposto refere-se ao dimensionamento de uma laje alveolar, correspondente a um piso de um edifício público, com a verificação de todas as disposições construtivas, sendo o vão livre a vencer de 6.0 m.
7.1.1. Pré-dimensionamento
Os fabricantes referem valores indicativos para o quociente vão / espessura. Para este exemplo, em que se tem pranchas simplesmente apoiadas com utilização de uma camada de compressão, esse quociente assume um valor entre 25 e 30. Deste modo, tendo-se uma espessura total de pavimento de 6.0 m, virá:
m h 0.24 25 0 . 6
A espessura total adoptada será de 0.25 m. Através das tabelas dadas pelos fabricantes, pode-se escolher um tipo de pavimento que poderá pode-ser constituído por uma prancha com 0.20 m de espessura e com uma camada de betão complementar de 0.05 m.
7.1.2. Acções
Em termos de acções, deverá admitir-se uma carga uniforme distribuída em toda a laje, correspondente às acções permanentes e variáveis em valores característicos:
Peso próprio 4.50 kN/m2
Restante carga permanente 3.00 kN/m2
Sobrecarga de utilização 2.00 kN/m2
7.1.3. Cálculo de esforços e da deformada
Para efeitos de cálculo, considera-se a laje alveolar como simplesmente apoiada e armada apenas numa direcção.
Cálculo de esforços utilizando a combinação fundamental (estado limite último): 2 / 25 . 14 5 . 1 5 . 1 5 . 1 PP RCP SC kN m pSd m kNm l p M sd Sd 64.13 / 8 2 m kN l p V sd Sd 42.75 / 2
Cálculo de esforços utilizando a combinação frequente de acções:
2 1SC 8.10kN/m RCP PP pfreq m kNm l p Mfreq freq 36.45 / 8 2
Cálculo da deformação a longo tempo utilizando a combinação frequente de acções:
2 / 10 . 8 kN m pfreq m kNm EI 36250 2 / m kNm Mfreq 36.45 / (Fig. 38) m kNm l RCP PP M ( ) 33.75 / 2 0 . 2 G 8 (coeficiente de fluência)
m M M EI l p a freq G freq 0113 . 0 ) 1 ( 348 5 4
(valor da flecha a longo prazo)
7.1.4. Escolha da laje alveolar
A laje a utilizar deverá possuir valores resistentes superiores aos valores actuantes. Assim, o pavimento adoptado será composto por pranchas do tipo LAP20-2 (do tipo Premolde, fabricado pela Secil - Prebetão), com uma camada de betão complementar com 0.05 m, a que correspondem os seguintes valores resistentes (Fig. 38):
m Nm k M m kNm MRd 85.30 / Sd 64.13 / m kN V m kN VRd 78.90 / Sd 42.75 / m kNm M m kNm Mfctk 42.00 / freq 36.45 / m l m a 0.015 400 0113 . 0
Será necessário confirmar se os valores adoptados para o peso próprio (4.50 kN/m2) e para a constante de rigidez são idênticos aos indicados para a laje escolhida (4.44 kN/m2).
7.1.5. Armadura de distribuição
Os valores mínimos a adoptar para as áreas de armadura de distribuição são fornecidos pelo fabricante em função do tipo de prancha. No presente cálculo, a armadura mínima é 2.3 cm2/m para uma armadura do tipo A500, pelo que se poderia adoptar uma rede electrossoldada do tipo malhasol AR55.
Mesmo nos casos em que se considere estes pavimentos como simplesmente apoiados, deverá considerar-se uma armadura superior na zona dos apoios.
m kNm l p MSd sd 17.10 / 30 2 ) 400 ( 20 . 0 // 8 / 25 . 2 4 . 38 22 . 0 9 . 0 10 . 17 2 , cm m A Asap
8. BIBLIOGRAFIA
[1] Brito, Jorge de, “Pavimentos Aligeirados de Vigotas Pré-esforçadas”, IST, Lisboa, 2003.
