CENTRO UNIVERSITÁRIO CESMAC
ARTEMIO LUIZ LESSA PACHECO
BRUNA RISHELLE DOS SANTOS RIBEIRO
ESTUDO COMPARATIVO ENTRE LAJE MACIÇA SIMPLES
DE CONCRETO ARMADO E CONCRETO PROTENDIDO
NÃO ADERENTE: Uma abordagem bibliográfica
MACEIÓ – AL 2018.1
ARTEMIO LUIZ LESSA PACHECO
BRUNA RISHELLE DOS SANTOS RIBEIRO
ESTUDO COMPARATIVO ENTRE LAJE MACIÇA SIMPLES
DE CONCRETO ARMADO E CONCRETO PROTENDIDO
NÃO ADERENTE: Uma abordagem bibliográfica
Trabalho de conclusão de curso apresentado como requisito final, para conclusão do curso de Engenharia Civil do Centro Universitário Cesmac, sob a orientação do professor Dr. Jesse Marques da Silva Júnior.
MACEIÓ – AL 2018.1
P116e Pacheco, Artemio Luiz Lessa
Estudo comparativo entre laje maciça simples de concreto armado e concreto protendido não aderente: uma abordagem bibliográfica / Artemio Luiz Lessa Pacheco, Bruna Rishelle dos Santos Ribeiro . -- Maceió: 2018
35 f.: il.
TCC (Graduação em Engenharia Civil) - Centro Universitário CESMAC, Maceió - AL, 2018.
Orientador: Jesse Marques da Silva Júnior
1. Sistemas estruturais. 2. Lajes maciças. 3. Tomada de decisão. I. Silva Junior, Jesse Marques da. II. Título.
CDU: 624.012.36
REDE DE BIBLIOTECAS CESMAC
Evandro Santos Cavalcante Bibliotecário CRB-4/1700
ESTUDO COMPARATIVO ENTRE LAJE MACIÇA SIMPLES DE CONCRETO ARMADO E CONCRETO PROTENDIDO NÃO ADERENTE: Uma abordagem
bibliográfica
COMPARATIVE STUDY BETWEEN SIMPLE MAJOR LAJES OF ARMED CONCRETE AND CONCRETE PROTECTED NON ACCESSORIES: A
bibliographical approach
Artemio Luiz Lessa Pacheco Graduando do Curso de Engenharia Civil [email protected] Bruna Rishelle dos Santos Ribeiro Graduanda do Curso de Engenharia Civil [email protected] Jesse Marques da Silva Júnior
RESUMO
Esta pesquisa traz uma análise comparativa da aplicação do concreto armado e protendido em lajes maciças, no intuito de verificar qual método estrutural apresenta-se mais vantajoso. Para isso a presente investigação se apoiou em materiais bibliográficos já elaborados e publicados em fontes oficiais indexadas, como periódicos CAPES e Sciello. A partir do levantamento realizado foi possível verificar que os parâmetros para definir as vantagens e desvantagens estão atreladas as necessidades arquitetônicas solicitadas, destacando-se o vão solicitado. A pesquisa mostrou que o concreto armado é mais conveniente em lajes maciças de pequenos espaços entre pilares, mas que no uso de vãos superiores a 12 metros a utilização do concreto protendido torna-se mais atrativa, uma vez que, embora comparando o custo de execução da laje maciça, sob apenas a perspectiva de execução do elemento laje, o sistema protendido apresenta-se mais oneroso, todavia, tal investimento torna-se equivalente ao concreto armado convencional, quando se considera redução de alguns elementos estruturais, como pilares, por permitir maiores vãos. Assim, este estudo revela parâmetros a serem analisados para escolha do sistema estrutural a ser adotado numa obra e ressalta a importância do controle de qualidade no uso do concreto, além de mão de obra e equipamentos específicos para uso do concreto protendido.
PALAVRAS-CHAVE: Sistemas estruturais. Lajes maciças. Tomada de decisão.
ABSTRACT
This research presents a comparative analysis of the application of reinforced and prestressed concrete in massive slabs, in order to verify which structural method is most advantageous. For this, the present investigation was based on bibliographic materials already elaborated and published in indexed official sources, like CAPES and Sciello periodicals. From the survey carried out it was possible to verify that the parameters to define the advantages and disadvantages are related to the requested architectural needs, highlighting the requested span. The research showed that the reinforced concrete is more convenient in massive slabs of small spaces between pillars, but that in the use of spans greater than 12 meters the use of the prestressed concrete becomes more attractive, since, although comparing the cost of execution from the slab element, the prestressed system is more expensive, however, this investment becomes equivalent to conventional reinforced concrete, when it is considered a reduction of some structural elements, as pillars, to allow larger spans. Thus, this study reveals parameters to be analyzed for the choice of the structural system to be adopted in a work and emphasizes the importance of quality control in the use of concrete, as well as specific equipment and equipment for the use of the prestressed concrete.
LISTA DE SIGLAS
CA – Concreto Armado;
CAPES – Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior; CP – Concreto Protendido;
ELU – Estado Limite Último;
Fck – Feature Compression Know (Resistência Característica do Concreto à Compressão)
kN – Quilonewton; MPa – Mega Pascal; NBR – Norma Brasileira;
LISTA DE FIGURAS
Figura 1: Laje Maciça Simples ... 16
Figura 2: Laje Maciça Plana ... 16
Figura 3: Vista em corte da Laje Maciça Plana ... 17
Figura 4: Laje Maciça Simples Nervurada ... 17
Figura 5: Laje Maciça Plana Nervurada ... 18
Figura 6: Laje maciça simples em concreto armado... 19
Figura 7: Laje maciça simples em concreto protendido ... 19
Figura 8: Laje Nervurada em CA (à esquerda) e Laje nervurada em CP (à direita) . 20 Figura 9: Vigotas da laje nervurada ... 20
Figura 10: Laje plana lisa ... 21
Figura 11: Laje plana lisa em concreto protendido ... 22
Figura 12: Estrutura em concreto armado ... 26
Figura 13: Estrutura em concreto protendido ... 26
Figura 14: Fluxograma de para escolha do sistema estrutural (CA x CP) ... 27
SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO ... 7 1.1 Considerações preliminares ... 7 1.2 Problema... 9 1.3 Objetivos ... 9 1.3.1 Objetivo Geral ... 9 1.3.2 Objetivos Específicos ... 9 1.4 Justificativa ... 10
1.5 Descrição dos Capítulos ... 10
2 REFERENCIAL TEÓRICO ... 11 2.1 Conceitos e Definições ... 11 2.1.1 Concreto ... 11 2.1.1.1 Concreto Armado ... 11 2.1.1.2 Concreto Protendido ... 12 2.1.1.3 Aderência ... 13 2.1.2 Lajes ... 14 2.1.2.1 Laje Maciça ... 15
2.2 Aplicação de Concreto Armado e Concreto Protendido em Lajes Maciças 18 2.2.1 Lajes Maciças Convencionais/Simples ... 18
2.2.2 Lajes Maciças Nervuradas ... 19
2.2.3 Lajes Maciças Planas Lisas ... 21
3 METODOLOGIA ... 23
3.1 Tipo de Estudo ... 23
3.2 Amostra ... 23
3.3 Instrumentos de coleta de dados... 23
3.4 Tratamento dos dados ... 23
4.0 RESULTADOS E DISCUSSÕES ... 25
4.1 Vantagens e Desvantagens do Concreto Armado e Concreto Protendido . 25 4.2 Caracteristicas Tecnológicas do CA e CP ... 26
4.3 Estudos Comparativos: Lajes Maciças em CA e CP ... 28
4.3.1 Estudos quanto a resistência ... 28
4.3.2 Estudo quanto ao volume de concreto e aço ... 28
4.3.3 Estudo quanto ao vão ... 29
5 CONSIDERAÇÕES FINAIS ... 30
REFERÊNCIAS ... 31
1 INTRODUÇÃO
1.1 Considerações preliminares
Durante milhares de anos nós recebemos a contribuição de inúmeros pesquisadores que passaram parte de suas vidas, observando, avaliando e experimentando diversas formas de melhorar nossas moradias, tornando-as cada vez mais cômodas.
Em meio a tantas tecnologias que foram desenvolvidas ao longo do tempo, destacou-se o concreto, que vem sendo amplamente utilizado há anos na construção civil no mundo todo, por se mostrar, geralmente, uma alternativa extremamente satisfatória e viável economicamente (MORAES; LOPES, 2010).
De acordo com Neville (1997 apud BRANDÃO, 1998), o concreto é um material da construção civil composto por uma mistura de cimento, areia, pedras britadas e água, pode-se ainda, se necessário, usar aditivos e outras adições.
A forma como é utilizado, características de seus componentes e adesão a outros elementos, como por exemplo, o aço tipificam o concreto, dando-lhe denominações distintas. Assim, esta pesquisa trata, especificamente, do concreto armado e do concreto protendido.
O concreto armado é uma estrutura que possui barras de aço em seu interior, onde essas barras de aço tem a função de resistir aos esforços de tração, e o concreto resiste aos esforços de compressão.
Com o aumento da construção de edifícios verticais, unido às exigências arquitetônicas, tais como grandes vãos, estruturas mais esbeltas e menores custos, observou-se a limitação do concreto armado quanto ao atendimento a essas necessidades.
Os estudos de Veríssimo e César Jr (1998) afirmam que a técnica de execução do concreto protendido vem sendo desenvolvida desde o século XIX por especialistas, e as primeiras aplicações datam do início do século XX, mas o concreto protendido teve seu primeiro trabalho consistente desenvolvido pelo francês Eugène Freyssinet, que além de tê-lo desenvolvido na França, também foi o
supervisor do projeto da primeira obra protendida no Brasil, a ponte do Galeão, no Rio de Janeiro, em 1949 (CASTRO, 2011).
O concreto protendido se utiliza da mesma estrutura do concreto armado (HANAI, 2005), que são as barras de aço com o intuito de resistir aos esforços de tração e o concreto para resistir aos esforços de compressão, contudo, o que difere o concreto armado do concreto protendido, em sua formação estrutural, é o acréscimo das cordoalhas em sua estrutura, que proporciona uma resistência maior à tração.
O concreto protendido é um refinamento do concreto armado, onde a idéia básica é aplicar tensões prévias de compressão nas regiões da peça que serão tracionadas pela ação do carregamento externo aplicado. Desse modo, as tensões de tração são diminuídas ou até mesmo anuladas pelas tensões de compressão pré-existentes ou pré-aplicadas. Com a protensão contorna-se a característica negativa de baixa resistência do concreto à tração (BASTOS, 2006, p.08).
A protensão é a aplicação de tensões em um elemento estrutural com o objetivo de equilibrar as tensões, melhorando o desempenho das estruturas, com o aumento da resistência do concreto à compressão e a minimização ou eliminação das fissuras geradas pela tração.
Atualmente, a protensão vem sendo utilizada com maior frequência no Brasil, pela possibilidade de vencer maiores vãos e permitir maior liberdade arquitetônica, com a elaboração de estruturas esbeltas, uma vez que, oferece boa capacidade para a estrutura resistir aos esforços de flexão. Assim, o concreto protendido possibilita a construção de vãos livres um pouco maiores que os do concreto armado convencional.
Contudo, percebe-se que a falta de dados consistentes que forneçam parâmetros específicos, de vantagens e desvantagens, para os profissionais da construção civil ocasiona dificuldades na tomada de decisão do sistema estrutural a ser adotado numa determinada obra.
Isso é justificado pela carência de literatura técnica referente a estudos de comparações que sirvam de subsídio aos profissionais e ao meio acadêmico para a concepção estrutural, fazendo com que os projetistas, arquitetos e calculistas, mantenham-se conservadores e acabem optando pelas estruturas convencionais em concreto armado. (ZILLI; BORTOLOTI, 2013, p.16)
Neste sentido, esta pesquisa busca contribuir nessa tomada decisão, por meio de um apanhado bibliográfico de estudos comparativos do uso de concreto armado e protendido em lajes maciças.
Ainda, para tornar os resultados mais efetivos, além verificar o comparativo do uso em lajes maciça dos concreto armado e protendido, este último será analisado em pós-tração e tipo protensão não aderente.
1.2 Problema
Será que as estruturas de lajes maciças em concreto protendido são tecnicamente mais viáveis que as realizadas em concreto armado?
1.3 Objetivos
1.3.1 Objetivo Geral
Analisar estudos comparativos com os processos de execução de concreto armado e de concreto protendido, em lajes maciças simples.
1.3.2 Objetivos Específicos
Realizar uma breve revisão bibliográfica e normativa dos processos estruturais em concreto armado e protendido, verificando os conceitos e definições;
Verificar as características técnicas de cada processo quando aplicados em lajes maciças;
Apresentar as vantagens e desvantagens de cada sistema sob a perspectiva de aplicação em lajes maciças.
1.4 Justificativa
O sistema estrutural de protensão é uma alternativa atrativa quando se busca construir arquiteturas de grandes vãos, contudo essa técnica se mostra pouco aplicada quando se trata de projetos de edificações, embora, segundo Zilli e Bortoloti (2013), seja uma alternativa construtiva há quase um século em diversos países da Europa, Ásia e na América do Norte, principalmente nos Estados Unidos da América.
Contudo, no Brasil, o mesmo é pouco utilizado na construção das edificações comparado com o sistema estrutural mais empregado, isto é, o concreto armado (NASCIMENTO, 2004; ALMEIDA FILHO, 2002).
Essa pesquisa traz essa temática, tendo em vista a pouca bibliografia comparativa entre esse sistema estrutural e o convencional (concreto armado) existente no Brasil, tendo sua utilidade apreciada por profissionais da área como subsídio, para tomada de decisão e concepção estrutural de seus projetos.
O estudo é pertinente, atentando para a necessidade dos engenheiros e acadêmicos da área adicionarem ao seu conhecimento parâmetros que revelam a importância do uso de uma estrutura em concreto protendido, tendo em vista possibilitar construções arquitetônicas inovadoras.
1.5 Descrição dos Capítulos
Este estudo se divide em 5 partes, a primeira, já vencida, trouxe a introdução da temática; em seguida, a segunda parte traz uma revisão bibliográfica acerca do tema, expondo conceitos e definições normativas sobre o concreto armado e o protendido e suas estruturas; a terceira parte descreve a metodologia utilizada para construção dos resultados com apresentação das vantagens e desvantagens de cada aplicação quando em estruturas de laje maciça, integrantes da quarta parte do estudo; e por último, e não menos importante, são tecidas as considerações finais a respeito de tudo que foi levantado e construído durante a pesquisa.
2 REFERENCIAL TEÓRICO
2.1 Conceitos e Definições
Para que a pesquisa proporcione efetivo entendimento durante sua leitura, se faz necessário abordar alguns conceitos e definições normativas e bibliográficos sobre o concreto, sua tipologia e suas estruturas. Tal discernimento é fundamental para compreensão de suas aplicações na indústria da construção civil.
2.1.1 Concreto
De acordo com Carvalho e Figueiredo Filho (2012) concreto é um material composto por água, cimento e agregados, que se utilizando apenas dessa mistura, chamada de concreto simples, numa determinada estrutura, a partir do momento em que a mesma estiver solicitada por um esforço de tração, dependendo da intensidade, ocorrerá a fissuração do concreto.
Todavia, quando se prevê os esforços, o concreto sofre alteração de composição, no sentido de serem adicionados outros elementos, o que proporciona outros tipos de concreto.
2.1.1.1 Concreto Armado
Quando ocorre a associação do concreto simples com uma armadura de aço, convenientemente colocada de acordo com a combinação, de tal maneira que ambos resistam solidariamente aos esforços solicitantes, diz-se que a união de ambos passa a ser chamada de Concreto Armado (CARVALHO; FIGUEIREDO FILHO, 2012).
Sendo assim, o concreto armado é a junção do concreto simples e a armadura, usualmente constituída por barras de aço, que são usadas para suprir a deficiência do concreto nas regiões onde existem tensões de tração.
Como explica Zilli e Bortoloti (2013, p.45):
Essa composição é feita, uma vez que, o concreto apresenta somente 10% da resistência à tração do que é capaz de resistir à compressão, enquanto que o aço possuí elevada resistência tanto a tração quanto a compressão. Essa união favorece os dois elementos, visto que, apresenta resultados eficientes em função da aderência entre ambos, além da propriedade térmica decorrente da proximidade do coeficiente de dilatação térmica, além do comportamento físico e químico, em que o concreto envolve as barras de aço e protege-as da oxidação.
Deixando claro que o funcionamento em conjunto desses dois materiais só é possível graças à aderência, responsável por garantir que os materiais trabalhem em conjunto formando, assim, um conjunto solidário.
Se não houvesse aderência entre o aço e o concreto, não haveria concreto armado. Devido à aderência, as deformações das barras de aço são praticamente iguais as deformações do concreto. Em virtude de sua baixa resistência a tração, o concreto fissura na zona tracionada do elemento estrutural. A partir desse momento, os esforços de tração passam a ser absorvidos pela armadura. Isso impede que ocorra a ruína brusca, ou seja, a ruptura do elemento estrutural, o que ocorreria, por exemplo, em uma viga de concreto simples. (VERÍSSIMO; CÉSAR JR, 1998, p. 12)
Além de absorver os esforços de compressão, o concreto protege as armaduras contra a corrosão. Apesar da fissuração, quase sempre inevitável, segundo Brandão (1998) a durabilidade das armações não é afetada desde que a abertura das fissuras seja limitada, conforme estabelecido em critério de projeto.
2.1.1.2 Concreto Protendido
Para se compreender o que é o concreto protendido, é preciso fazer uso da definição de protensão, neste sentido, Castro (2011, p. 16) explica:
A palavra protensão significa “pré-tensão” portanto, é o artifício de se introduzir, numa estrutura, um estado prévio de tensões, de modo a melhorar sua resistência ou seu comportamento, sob ação das diversas solicitações que as estruturas serão submetidas, quando postas a estas solicitações.
Conforme definição normativa dada pela NBR 6118/2014 que trata do Projeto de estruturas de concreto – Procedimento, o concreto protendido é defino da seguinte forma:
1.4 elementos de concreto protendido: Aqueles nos quais parte das armaduras é previamente alongada por equipamentos especiais de protensão com a finalidade de, em condições de serviço, impedir ou limitar a fissuração e os deslocamentos da estrutura e propiciar o melhor aproveitamento de aços de alta resistência no estado limite último (ELU).
O intuito de aplicar a protensão é gerar uma carga de aperto que faz com que se crie uma força de compressão que compensa a tensão de tração que o concreto exibiria face aos esforços de carregamento (por exemplo, grandes vãos), caracterizando, assim a principal diferença entre o concreto armado e o concreto protendido (CASTRO, 2011).
Em outras palavras o concreto protendido é o tipo de concreto armado no qual a armadura ativa, constituída por barra, fios isolados ou cordoalhas, destinada à produção de forças de protensão (NBR 6118/2014), sofre um pré-alongamento gerando um sistema de compressão do concreto e tração da armadura.
2.1.1.3 Aderência
Aderência, deriva do vocábulo latino adhaerentĭa, e significa a união de uma coisa à outra, aglutinação, adesão.
Quando se trata de concreto, a aderência a outros elementos como o aço e outros aditivos é fundamental para se obter um concreto com características especificas de projeto.
Em se tratando do concreto armado e do concreto protendido pode-se afirmar que sem aderência nenhum deles poderia existir, visto que, para o sistema de concreto armado é necessário existir aderência entre o aço e o concreto simples. E tratando-se do concreto protendido, além desta aderência, existe outro tipo de configuração do concreto protendido definido especialmente pela aderência, conforme expressa a NBR 6118/2014:
Concreto com armadura ativa pré-tracionada (protensão com aderência inicial): Concreto protendido em que o pré-alongamento da armadura ativa é feito utilizando-se apoios independentes do elemento estrutural, antes do lançamento do concreto, sendo a ligação da armadura de protensão com os referidos apoios, desfeita após o endurecimento do concreto; a ancoragem no concreto realiza-se só por aderência;
Concreto com armadura ativa pós-tracionada (protensão com aderência posterior): Concreto protendido em que o pré-alongamento da armadura ativa é realizado após o endurecimento do concreto, sendo utilizadas, como apoios, partes do próprio elemento estrutural, criando posteriormente aderência com o concreto de modo permanente, através da injeção das bainhas;
Concreto com armadura ativa pós-tracionada sem aderência (protensão sem aderência): Concreto protendido em que o pré-alongamento da armadura ativa é realizado após o endurecimento do concreto, sendo utilizados, como apoios, partes do próprio elemento estrutural, mas não sendo criada aderência com o concreto, ficando a armadura ligada ao concreto apenas em pontos localizados.
Para fins deste estudo, nos reteremos ao concreto armado (CA) e ao concreto protendido (CP), este último com armadura ativa pós-tracionada sem aderência.
O concreto protendido não aderente, além de possuir aço em seu interior, também possui cordoalhas engraxadas e plastificadas em todo o seu comprimento, possibilitando que a mesma consiga ter uma livre movimentação.
2.1.2 Lajes
Conforme Carvalho e Figueiredo Filho (2012) as lajes são elementos estruturais, em placas de concreto, de superfície plana, em que a dimensão perpendicular à superfície, denominada espessura, é relativamente pequena comparada às demais, que também tem a função de vedação, sendo conhecidos como pisos e tetos de uma estrutura.
Segundo a NBR 6118/2014 um elemento pode ser considerado como laje se a altura da seção for inferior a cinco vezes a sua largura.
De acordo com Bastos (2006, p. 22):
As lajes são os elementos planos que se destinam a receber a maior parte das ações aplicadas numa construção, como de pessoas, móveis, pisos, paredes, e os mais variados tipos de carga que podem existir em função da finalidade arquitetônica do espaço físico que a laje faz parte. [...] As ações são geralmente transmitidas para as vigas de apoio nas bordas da laje, mas eventualmente também podem ser transmitidas diretamente aos pilares.
As lajes, em concreto armado ou protendido, podem ser classificadas segundo diferentes critérios. Neste sentido, Cunha e Souza (1998) descreve que esta classificação se subdivide em 4 categorias, a saber:
Quanto à secção transversal (maciça, nervurada);
Quanto à execução (moldada in loco, pré-moldada);
Quanto ao apoio (em vigas/alvenaria estrutural, em pilares)
Quanto à armação (aramada em uma direção, em duas direções). Para fins desta pesquisa, abordaremos as lajes maciças.
2.1.2.1 Laje Maciça
As lajes maciças de concreto, com espessuras que normalmente variam de 7 cm a 15 cm (BASTOS, 2006), são comuns em edifícios de pavimentos e em construções de grande porte, como escolas, indústrias, hospitais, pontes, etc. De modo geral, não são aplicadas em construções residenciais e outras de pequeno porte, pois nesses tipos de construção as lajes nervuradas pré-fabricadas apresentam vantagens nos aspectos custo e facilidade de construção (VERÍSSIMO; CÉSAR JR, 1998).
Lajes convencionais ou lajes maciças são aquelas em que as lajes se apoiam em vigas que, por sua vez, descarregam em pilares (ALBUQUERQUE; PINHEIRO, 2002).
As lajes maciças são também conhecidas como as lajes moldadas in loco, ou seja, são aquelas que são fabricadas dentro da obra.
As características principais do grupo das lajes maciças são a menor vulnerabilidade a trincas e fissuras, a facilidade em vencer grandes vãos
principalmente quando é utilizado o concreto protendido e seu acabamento é liso. Elas podem ser classificadas em três tipos: Laje maciça simples ou convencional, Laje maciça plana e Laje maciça nervurada. (VERÍSSIMO; CÉSAR JR, 1998)
Esteticamente as lajes maciças simples possuem vigas aparentes, tendo a sua estrutura reticulada, ou seja, é quando a transmissão dos esforços ocorre através de elementos isolados tais como lajes, pilares e vigas como podemos observar a Figura 1.
Figura 1: Laje Maciça Simples
Fonte: BASTOS (2006)
As lajes maciças planas não possuem vigas aparentes, sendo a sua estrutura feita com vigas faixa, que são vigas embutidas, com altura considerada igual à espessura das lajes como mostra a Figura 2, possibilitando a redução do número de vigas na obra e que a estrutura possua maiores vãos.
Figura 2: Laje Maciça Plana
Diferentemente das lajes maciças simples, as lajes planas são apoiadas diretamente nos pilares causando o efeito de punção, que é o efeito que o pilar exerce sobre a laje, para combater o efeito de punção deve-se aumentar a espessura nos locais de contato entre o pilar e a laje conhecidos como capitel, como visto na Figura 3.
Figura 3: Vista em corte da Laje Maciça Plana
Fonte: BASTOS (2006)
Com relação as formas das lajes simples e planas são utilizados moldes planos, que podem ser de madeira resinada, plástico reciclado, entre outros.
Lajes maciças nervuradas, como o nome já diz, são aquelas que tem nervuras na sua parte inferior. A laje maciça nervurada poderá ser do tipo simples nervurada (Figura 4) ou plana nervurada (Figura 5), onde a diferença está nos apoios, como já foi falado acima.
Figura 4: Laje Maciça Simples Nervurada
Figura 5: Laje Maciça Plana Nervurada
Fonte: BASTOS (2018)
Um aspecto que deve ser observado é o requisito estabelecido pela NBR 6118/2014, onde as lajes maciças devem respeitar os seguintes limites mínimos para a espessura:
5 cm para lajes de cobertura não em balanço;
7 cm para lajes de piso ou de cobertura em balanço;
10 cm para lajes que suportem veículos de peso total ≤ 30 KN;
12 cm para lajes que suportem veículos de peso total > 30 KN;
15 cm para lajes com protensão apoiadas em vigas, 1/42 para lajes de pisos biapoiadas e 1/50 para lajes de piso contínuas; (l = vãos considerados, cm);
16 cm para lajes lisas e 14 cm para lajes nervuradas.
2.2 Aplicação de Concreto Armado e Concreto Protendido em Lajes Maciças
2.2.1 Lajes Maciças Convencionais/Simples
As lajes convencionais são placas de espessura uniforme, apoiadas ao longo do seu contorno. Os apoios podem ser constituídos por vigas ou por alvenarias, sendo este tipo de laje predominante nos edifícios residenciais onde os vãos são relativamente pequenos (ARAÚJO, 2003).
Carvalho e Pinheiro (2009) citam como vantagens das lajes maciças a sua execução simples e rápida e o fato de apresentar pouca deformação e esforços relativamente pequenos. Além disso, “[...] para pequenos vãos, pelo menos no estado limite último, boa parte do concreto da laje maciça pouco contribui na resistência à flexão, pois geralmente a linha neutra tem pequena profundidade, resultando em uma grande quantidade de concreto tracionado.”
Figura 6: Laje maciça simples em concreto armado
Fonte: PRACONSTRUIR (2017)
Figura 7: Laje maciça simples em concreto protendido
Fonte: PRACONSTRUIR (2017)
2.2.2 Lajes Maciças Nervuradas
Araújo (2003) explica que as lajes nervuradas demandam uma altura cerca de 50% maior que a das lajes maciças simples, mas seu peso e, consumo de concreto
são inferiores. O autor estima que as lajes nervuradas são mais econômicas para vãos acima de 8 metros, aproximadamente.
Nesse tipo de laje, pode ser utilizado o concreto armado ou o concreto protendido, ver Figura 8, estando o elemento de protensão nas vigotas, componentes da laje nervurada, observar Figuras 9.
Figura 8: Laje Nervurada em CA (à esquerda) e Laje nervurada com CP (à direita)
Fonte: SCHMID (2009)
Figura 9: Vigotas da laje nervurada
Fonte: Razende e Pinheiro (2003)
Carvalho e Pinheiro (2009) explicam que para uma mesma altura, as lajes nervuradas apresentam uma flecha maior que as maciças, se for considerado o estágio I (sem fissuração). Portando, é necessária uma altura maior para as lajes nervuradas, para aumentar a sua inércia e diminuir sua deformação.
As principais desvantagens das lajes nervuradas segundo Carvalho e Pinheiro (2009) são “[...] a dificuldade de passagem de tubulações e a demanda por alturas maiores do edifício e de cada andar.”
2.2.3 Lajes Maciças Planas Lisas
De acordo com Schmid (2009) a laje plana lisa ou flat plate, é uma laje plana e realmente lisa, não se admitindo capitéis, nem tão pouco engrossamentos da laje, como é ilustrado na Figura 10.
Figura 10: Laje plana lisa
Fonte: Schmid (2009)
As lajes planas podem ser descritas como placas, as quais podem ser apoiadas sobre vigas (lajes planas com vigas), sendo que tais vigas apresentam altura igual à espessura da laje, ou diretamente sobre pilares (lajes planas lisas, sem vigas). As lajes planas podem ser maciças ou nervuradas, podendo ainda a armadura ser passiva (concreto armado), protendida ou uma combinação das duas (HENNRICHS, 2003).
Figura 11: Laje plana lisa em concreto protendido
Fonte: SCHMID (2009)
De acordo com Milani (2006) as lajes lisas apresentam vantagens em relação às demais (nervuradas e outras) sobretudo sobre o ponto de vista da execução. Entretanto, sua resistência em geral é delimitada pelo cisalhamento na região de ligação laje-pilar (puncionamento). A resistência ao puncionamento pode melhorar com o uso de vigas faixa protendidas, ou seja, vigas embutidas na espessura da laje.
Conforme Emerick (2002), no uso de lajes planas protendidas a distância entre pilares pode ser mantida entre 6 e 8 metros sem grandes traumas para a estrutura.
As lajes planas lisas protendidas com cordoalhas engraxadas (sem aderência) os vão livres adotados, em metros linerar, seguem conforme Quadro 01, a seguir:
Quadro 01: Espessura mínima da laje plana lisa protendida
3 METODOLOGIA
3.1 Tipo de Estudo
A pesquisa foi do tipo exploratória, uma vez que, pouca bibliografia, que trazem aspectos comparativos entre os tipos de concreto, foram encontradas.
O estudo possui, também, características descritivas, uma vez que, descreve os parâmetros comparativos e elenca suas vantagens e desvantagens.
3.2 Amostra
Para realização desta pesquisa, se delimitou a construção de lajes maciças, para relação de vantagens e desvantagens encontradas no uso do concreto armado e do concreto protendido.
Além disso, como o concreto protendido também apresenta subdivisões, para fins deste estudo, os resultados apresentados aplicam-se apenas ao concreto protendido não aderente em regime de pós-tração.
3.3 Instrumentos de coleta de dados
A presente investigação se apoiou em materiais bibliográficos já elaborados e publicados em fontes oficiais indexadas, como periódicos CAPES e Sciello Scientific
Library on line.
3.4 Tratamento dos dados
Foi realizada uma revisão da literatura, de caráter crítico, com triagem dos materiais que proporcionavam respaldo técnico a construção de respostas á problemática apresentada.
Assim, foram realizados resumos e fichamentos, descrevendo os conceitos inerentes ao tema e aspectos característicos de cada sistema construtivo diante da amostra em estudo.
Mediante esses procedimentos foi possível verificar alguns exemplos de aplicação de sistemas em concreto armado e protendido em lajes maciças e elaborar o texto de forma organizada e sistemática, valorizando cada tecnologia construtiva direcionando a resolução do problema.
4.0 RESULTADOS E DISCUSSÕES
4.1 Vantagens e Desvantagens do Concreto Armado e Concreto Protendido
O estudo realizado por Bastos (2006) e Hanai (2005) salientam as várias características do concreto armado e protendido, sendo possível verificar a seguinte comparação entre os dois sistemas estruturais em lajes maciças:
Quadro 02: Comparativo entre lajes maciças convencional em CA e CP COMPARATIVO
SISTEMA
ESTRUTURAL VANTAGENS DESVANTAGENS
CONCRETO ARMADO
• Disponibilidade de materiais: especialmente no Brasil, os seus
componentes são facilmente encontrados e relativamente a baixo custo;
• Conservação: em geral, o concreto apresenta boa durabilidade, desde que seja utilizado com a dosagem correta; • Adaptabilidade: favorece à arquitetura pela sua fácil modelagem;
• Rapidez de construção: a execução e o recobrimento são relativamente rápidos; • Segurança contra o fogo: desde que a armadura seja protegida por um
cobrimento mínimo adequado de concreto;
• Impermeabilidade: desde que dosado e executado de forma correta;
• Resistência a choques e vibrações: os problemas de fadiga são menores.
• Peso próprio elevado • Dificuldades de reformas, demolições e desmontes • Maior atenção a manutenção devido a fissuras e flechas.
CONCRETO PROTENDIDO
• É possível controlar de modo mais eficiente a fissuração, podendo-se até eliminá-la;
• Pode-se empregar aços de alta resistência, sem acarretar com isso uma fissura inaceitável;
• Pode-se empregar concretos de resistência mais elevada, o que permite a redução do peso próprio das estruturas; • Redução da mão de obra envolvida;
• Maior custo quando utilizado em estruturas pequenas;
• Mão de obra especializada e nível de detalhamento de projeto elevado
4.2 Caracteristicas Tecnológicas do CA e CP
A diferença entre o concreto armado e protendido está unicamente, conforme NBR 6118/2014, na existência ou não de forças de protensão, observar Figuras 12 e 13.
Figura 12: Estrutura em concreto armado
Fonte: UNIPAMPA (2013)
Figura 13: Estrutura em concreto protendido
Fonte: UNIPAMPA (2013)
A existência de armadura ativa acarreta procedimentos especiais referindo-se ao concreto armado tradicional, tanto no projeto como na execução.
De acordo com Hanai (2005), no projeto de peças de concreto protendido é necessário calcular com mais rigor os efeitos da retração e da fluência do concreto e da relaxação do aço de protensão; as perdas por atrito e encunhamento; as outras variações da força de protensão.
Na execução são utilizadas sistemas especiais de protensão sendo necessário um controle de qualidade mais rigoroso dos materiais e dos
componentes executados. Enfim, requere-se uma maior disponibilidade tecnológica, o que inclui pessoal especializado e equipamentos via de regra de custo mais elevado.
Portanto, pode-se afirmar que as diferenças são essencialmente tecnológicas, isto é, que exigem ou não conhecimentos adicionais de projetos e execução uma vez que os materiais são na sua essência os mesmos.
Tomando como referência esses argumentos, para compreender as vantagens e desvantagens do concreto protendido deve-se observar, segundo Hanai (2005), pelo menos, dois aspectos:
Se existe disponibilidade tecnológica (conhecimentos, recursos humanos e materiais) para se projetar e executar obras de concreto protendido;
Observar que nem em todas as situações o uso da protensão se manifesta de modo favorável em estrutura; por exemplo a execução de fundações e de pilares sujeitos à compressão com pequena excentricidade.
Portanto, a correta utilização de uma ou outra alternativa depende de uma análise de cada caso, sendo possível verifica-lo mediante seguimento do fluxograma apresentado na Figura 14.
Figura 14: Fluxograma de para escolha do sistema estrutural (CA x CP)
4.3 Estudos Comparativos: Lajes Maciças em CA e CP
4.3.1 Estudos quanto a resistência
O estudo comparativo realizado por Santos et al (2005) mostrou que o sistema em concreto armado é mais viável para as três resistências características (Fck’s) estudadas (30, 35 e 40MPa), para situações usuais, ou seja, lajes em concreto armado com h=10cm e em concreto protendido com h=16cm.
No Fck de 30 MPa as viabilidades de ambos os sistemas são praticamente semelhantes, enquanto nas resistências de 35 MPa e 40 MPa existe uma vantagem na utilização do Concreto Protendido, porque utiliza-se menor quantidade de aço, concreto e elementos estruturais em relação ao Concreto Armado.
4.3.2 Estudo quanto ao volume de concreto e aço
Silva (2010) nos apresenta um estudo comparativo entre lajes maciças e nervuradas, revelando que as lajes nervuradas são mais indicadas para maiores vãos, enquanto as lajes maciças são mais adequadas para vãos menores.
A transição da escolha relativa às lajes simplesmente apoiadas acontece para vãos de, aproximadamente, 6 metros, isto é, para vãos entre apoios menores que esse valor, as lajes maciças apresentam menor consumo de materiais, enquanto para vãos maiores, as lajes nervuradas são as mais indicadas.
Porém, observa-se também que quando o vão aproxima-se dos 12 metros, as lajes nervuradas começam a apresentar resultados insatisfatórios, como o consumo elevado de materiais e flecha acentuada. Sendo, portanto, interessante a partir daí considerar a utilização de lajes protendidas para vãos maiores que 12 metros.
Souza e Lopez (2016) confirmaram essa informação, demonstrando que uma laje maciça convencional teve o maior consumo de aço quando comparada com as lajes nervuradas.
Entretanto, quando a laje nervurada é protendida tem-se um maior consumo de aço, sendo 15,4% maior que a em concreto armado. Enquanto, a mesma laje em
concreto armado, apresenta maior consumo em metro cubico de concreto (SOUZA; LOPEZ, 2016).
O autor observou que comparativamente, com relação ao custo de aço e fôrmas, as reduções foram significativas, totalizando 21% do total de aço e forma da Laje Maciça Convencional para a Laje Nervurada Convencional e 16% do total de aço e forma da Laje Maciça Convencional para a Laje Nervurada Protendida.
4.3.3 Estudo quanto ao vão
De acordo com Silva (2010) as flechas para a Laje Maciça Convencional, chegaram a ultrapassar 1cm, enquanto que a maior flecha para a Laje Nervurada Convencional e Laje Nervurada Protendida foi de 0,3 e 0,1 cm respectivamente.
Souza e Lopez (2016) revelaram que, ao contrário do que se espera, Lajes Nervuradas Protendidas não se mostram viáveis economicamente em vãos pequenos (vão médio entre pilares de 5 m). Não sendo interessante para essas dimensões, levando-se em consideração custo, materiais e fechas. Hanai (2005) já alertava quanto a isso, devido a necessidade de tecnologias que podem elevar o valor da obra, tendo disponíveis outras alternativas, no caso o uso de laje nervurada convencional.
De modo geral, a contribuição de Santos et al (2015), Silva (2010) e Souza e Lopez (2016) levam a observação de uma economia no uso de materiais de 24,4% da Laje Maciça Convencional para a Laje Nervurada Convencional e de 17,2% da Laje Maciça Convencional para a Laje Nervurada Protendida.
5 CONSIDERAÇÕES FINAIS
A pesquisa trouxe um apanhado bibliográfico sobre a utilização do concreto armado e do concreto protendido.
Foi possível verificar que se torna vantagem a utilização do concreto armado em lajes maciças quando o vão desta não supera os 6 metros de comprimento, onde a partir daí se torna mais viável o uso da laje maciça, apenas se for nervurada. Porém quando os vãos projetados chegam a 12 metros torna-se recomendável a utilização do concreto protendido, visto que alguns elementos estruturais, como pilares, podem ser suprimidos, dada a resistência e estabilidade oferecida pelo concreto protendido.
Outro ponto, a ser considerado é o fator econômico, e neste aspecto o concreto armado se mostra mais econômico em lajes maciças, mais uma vez salientando os pequenos vãos. Mas caso a necessidade arquitetônica seja grandes lacunas, o uso de lajes maciças nervuradas se torna mais econômico que o uso do concreto protendido, mas ressalva se faz que esta relação envolve custos apenas de execução da laje, devendo o projetista verificar se o concreto protendido pode ser viável quando leva-se em consideração os custos economizados em alguns pilares que podem não ser necessários quando se trata de laje maciça protendida.
Durante toda a pesquisa se observou que o uso do concreto protendido exige um conhecimento prévio de execução e de projeto e que tal mão de obra especifica torna-se onerosa em comparado com o, comumente utilizado, concreto armado, porém, essa especificação de sistema estrutural pode ser convertido em economia, quando se considera aspectos de manutenção futura da estrutura.
Portanto, o presente estudo bibliográfico revelou os parâmetros a serem observados pelo projetista e financiador do projeto, verificando que o concreto armado é mais econômico quando aplicado em lajes maciças, em comparado com o concreto protendido, mas que este custo, dependendo da arquitetura da obra e considerando a manutenção pode ser equivalente ao uso do concreto convencional.
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Convencional em Concreto Armado e uma Estrutura com Laje Plana Lisa Protendida: Estudo de caso de um edifício residencial multifamiliar na cidade de Pato Branco – PR. Universidade Tecnológica do Paraná, Pato Branco – PR,
ANEXOS
Projeto estrutural de uma residência de 660m² construídos, localizada no bairro Jacarecica, em Maceió-AL.
Contém lajes maciça convencional em concreto armado e protendido
