UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE CONSTRUÇÃO CIVIL
CURSO DE ENGENHARIA CIVIL
PAULO HENRIQUE FERREIRA GUSTANI
LAJE ALVEOLAR PROTENDIDA: ROTEIRO DE DIMENSIONAMENTO
E PANORAMA DE PRODUÇÃO NAS REGIÕES SUDOESTE E
CENTRO-SUL DO PARANÁ
TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO
PATO BRANCO 2017
PAULO HENRIQUE FERREIRA GUSTANI
LAJE ALVEOLAR PROTENDIDA: ROTEIRO DE DIMENSIONAMENTO
E PANORAMA DE PRODUÇÃO NAS REGIÕES SUDOESTE E
CENTRO-SUL DO PARANÁ
PATO BRANCO 2017
Trabalho de Conclusão de Curso de Graduação apresentado como requisito parcial à obtenção do título de Bacharel em Engenharia Civil, da Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Câmpus Pato Branco.
Orientadora: Prof.ª Dra. Heloiza Aparecida Piassa Benetti
Coorientador: Prof. Dr. Gustavo Lacerda Dias
CURSO DE ENGENHARIA CIVIL
________________________________________________________________________________
DACOC / UTFPR-PB Via do Conhecimento, Km 1, CEP 85503-390, Pato Branco-PR www.pb.utfpr.edu.br/ecv Fone: +55 (46) 3220 2560
TERMO DE APROVAÇÃO
LAJE ALVEOLAR PROTENDIDA: ROTEIRO DE
DIMENSIONAMENTO E PANORAMA DE PRODUÇÃO NAS
REGIÕES SUDOESTE E CENTRO-SUL DO PARANÁ
PAULO HENRIQUE FERREIRA GUSTANI
No dia 21 de junho de 2017, às 13h00, na Sala de Treinamento da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR), Câmpus Pato Branco, este trabalho de conclusão de curso foi julgado e, após arguição pelos membros da Comissão Examinadora abaixo identificados, foi aprovado como requisito parcial para a obtenção do grau de Bacharel em Engenharia Civil da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR), conforme Ata de Defesa Pública nº 14-TCC/2017.
Orientadora: Prof.ª Dra. HELOIZA A. PIASSA BENETTI (DACOC/UTFPR-PB)
Coorientador: Prof. Dr. GUSTAVO LACERDA DIAS (DACOC/UTFPR-PB)
Membro 1 da Banca: Prof.ª Dra. PAÔLA REGINA DALCANAL (DACOC/UTFPR-PB)
AGRADECIMENTOS
Aos meus pais Edson Luiz Gustani e Elinézia das Graças Ferreira Gustani, por acreditarem no meu potencial e por nunca me deixarem desanimar, estando ao meu lado durante toda a minha trajetória acadêmica.
À Prof.ª Dra. Heloiza A. Piassa Benetti e ao Prof. Dr. Gustavo Lacerda Dias pela orientação durante a concepção e andamento do trabalho e por me incentivarem a buscar a excelência acadêmica e a realização profissional.
Ao corpo docente do Departamento Acadêmico de Construção Civil do Câmpus Pato Branco da UTFPR, em especial aos membros da banca examinadora, a Prof.ª Dra. Paôla Regina Dalcanal e o Prof. Me. Jairo Trombetta, pelo tempo dedicado à leitura e pelas pertinentes considerações e sugestões, excepcionalmente à Prof.ª Paôla pela ajuda investida durante a elaboração de uma grande parcela do trabalho e por sempre estar disposta a me atender e a responder a dúvidas.
Às indústrias visitadas e aos profissionais envolvidos pela disponibilidade e atenção dedicados.
Aos familiares, amigos e colegas que, de alguma maneira ou de outra, contribuíram para que o texto fosse redigido da melhor maneira possível, seja através dos conhecimentos técnicos prestados ou das palavras de apoio e sorrisos me direcionados todos os dias.
“A originalidade consiste no retorno à origem: assim pois, original é aquilo que volta à simplicidade das primeiras soluções.”
RESUMO
GUSTANI, Paulo H. F. Laje alveolar protendida: roteiro de dimensionamento e
panorama de produção nas regiões Sudoeste e Centro-Sul do Paraná. 2017. 200
f. Trabalho de Conclusão do Curso de Graduação em Engenharia Civil – Departamento Acadêmico de Construção Civil, Universidade Tecnológica Federal do Paraná – UTFPR. Pato Branco, 2017.
O presente trabalho tem como finalidade apresentar um roteiro de dimensionamento atualizado para lajes alveolares protendidas e construir um panorama acerca de sua fabricação nas regiões Sudoeste e Centro-Sul do Paraná, possibilitando analisar o alcance do seu emprego na construção civil e o nível de tecnologia e qualidade das indústrias locais, assim como estudar a disseminação das recomendações normativas para seu projeto e produção. Para a elaboração do roteiro foram utilizadas as normas brasileiras ABNT NBR 9062:2006, ABNT NBR 14861:2011 e ABNT NBR 6118:2014, apresentando suas principais considerações de projeto para o dimensionamento nos Estados Limites Último e de Serviço. A realização do panorama regional ocorreu por meio de visitas técnicas feitas em quatro indústrias de pré-fabricados, nas quais foi possível reconhecer as plantas de produção e levantar informações, tais como características e requisitos dos materiais empregados, duração do ciclo de fabricação, tempo de cura e critérios de cálculo e verificação. O roteiro permitiu avaliar a importância das perdas de protensão para o dimensionamento de elementos pré-tracionados, tal como o efeito da produção sobre elas. As indústrias localizadas nas regiões paranaenses do Sudoeste e Centro-Sul apresentam-se em fase de desenvolvimento, estando propensas a reavaliar as práticas e parâmetros utilizados e a fomentar seu modelo industrial.
Palavras-chaves: Laje alveolar protendida. Concreto protendido. Dimensionamento.
ABSTRACT
GUSTANI, Paulo H. F. Prestressed hollow core slabs: roadmap to structural
design and overview about the production in the Southwest and South-Central regions of Paraná. 2017. 200 f. Final Paper – Civil Engineering, Federal
Technological University of Paraná. Pato Branco, 2017.
This work aims to present an updated structural design script for prestressed hollow core slabs and to construct an overview about their manufacture in the Southwest and South-Central regions of Paraná, making it possible to analyze the scope of their use in civil construction and the level of technology and quality of local industries, as well as studying the dissemination of normative recommendations for their design and production. The Brazilian standards ABNT NBR 9062:2006, ABNT NBR 14861:2011 and ABNT NBR 6118:2014 were used for the drafting of the script, presenting its main design considerations for the design in the Ultimate Limit State and Serviceability Limit States. The realization of the regional overview took place through technical visit made in four industries of precast concrete members, in which it was possible to recognize the production facilities and to collect information, such as characteristics and requirements of the materials used, duration of the manufacturing cycle, concrete curing and calculation and verification preconditions. The script allowed the evaluation of the importance of losses in prestress for the design of precast prestressed concrete members, as well the effect of the production on those losses. The industries located in the Southwest and Central-South regions of Paraná are in the development phase, being prone to re-evaluate the practices and parameters used and to promote their industrial model.
Keywords: Prestressed hollow core slabs. Prestressed concrete. Structural design.
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 - Painel alveolar protendido. ... 22
Figura 2 - Tipologia dos alvéolos em lajes alveolares protendidas. ... 27
Figura 3 - Desenho ilustrativo das tolerâncias de fabricação das lajes alveolares .... 30
Figura 4 - Forma para painéis e lajes alveolares (WCH). ... 34
Figura 5 - Produção de laje alveolar por meio de fôrmas deslizantes (CSM). ... 35
Figura 6 - Máquina extrusora para produção de lajes alveolares protendidas ... 36
Figura 7 - Regiões de possibilidade de cortes. ... 37
Figura 8 - Estado imite de descompressão parcial. ... 42
Figura 9 - Diagrama força de protensão × tempo, para peça pré-tracionada. ... 48
Figura 10 - Variação de εccf (t). ... 53
Figura 11 - Fluxograma das etapas do estudo ... 59
Figura 12 - Diagrama tensão-deformação idealizado. ... 62
Figura 13 - Domínios de estado-limite último de uma seção transversal. ... 63
Figura 14 - Seção retangular, arranjo geral domínios 2, 3 e 4. ... 64
Figura 15 - Diagrama tensão-deformação para aços de armaduras ativas. ... 66
Figura 16 - Variação de s(t) ... 94
Figura 17 - Variação de f(t) ... 98
Figura 18 - Concreto de envolvimento da armadura. ... 107
Figura 19 - Seção transversal de laje alveolar com capa estrutural e alvéolos preenchidos. ... 115
Figura 20 - Posicionamento recomendado para preenchimento de concreto em dois alvéolos para acréscimo na resistência à força cortante. ... 117
Figura 21 - Fissuração longitudinal devido ao fendilhamento do concreto nas nervuras. ... 120
Figura 22 - Núcleo de rigidez. ... 120
Figura 23 - Força de protensão resultante. ... 121
Figura 24 - Força cortante nas chavetas ou chaves de cisalhamento. ... 123
Figura 25 - Espessura efetiva das nervuras para a verificação à punção. ... 124
Figura 26 - Pistas de protensão: Indústria A. ... 127
Figura 27 - Armazenagem dos painéis alveolares: Indústria A. ... 128
Figura 28 - Cabeceira passiva das pistas de protensão: Indústria A. ... 129
Figura 29 - Pista de protensão e mangueira de ar: Indústria B. ... 130
Figura 30 - Laboratório de materiais: Indústria B. ... 131
Figura 31 - Funcionário portando EPI's: Indústria B. ... 131
Figura 32 - Câmaras para cura a vapor: Indústria B. ... 132
Figura 33 - Alimentação de vapor da pista de protensão: Indústria B. ... 133
Figura 34 - Cabeceira ativa da pista de protensão: Indústria B. ... 134
Figura 35 - Macaco hidráulico de protensão: Indústria B. ... 134
Figura 36 - Cabeceira passiva da pista de protensão: Indústria B. ... 135
Figura 37 - Armazenagem dos painéis: Indústria B. ... 135
Figura 38 - Tenaz utilizada para transporte: Indústria B. ... 136
Figura 39 - Padrão irregular de alvéolos: Indústria B. ... 136
Figura 40 - Painéis alveolares com defeitos: Indústria B. ... 137
Figura 41 - Pistas de protensão: Indústria C ... 138
Figura 42 - Pista de protensão: Indústria C. ... 138
Figura 43 - Cabeceira ativa da pista de protensão: Indústria C... 139
Figura 44 - Central de concreto - armazenagem: Indústria C. ... 139
Figura 46 - Espaçadores: Indústria C. ... 141
Figura 47 - Cabeceira passiva da pista de protensão: Indústria C. ... 142
Figura 48 - Bomba e macacos hidráulicos de protensão: Indústria C. ... 142
Figura 49 - Tubos de aço para moldagem dos alvéolos: Indústria C. ... 143
Figura 50 - Recolhimento dos tubos de aço: Indústria C. ... 143
Figura 51 - Prensa hidráulica para rompimento de corpos de prova: Indústria C.... 144
Figura 52 - Painel alveolar protendido armazenado: Indústria C... 145
Figura 53 - Pista de protensão: Indústria D. ... 146
Figura 54 - Espaçadores: Indústria D. ... 146
Figura 55 - Bomba hidráulica para protensão: Indústria D. ... 147
Figura 56 - Cabeceira passiva da pista de protensão: Indústria D. ... 148
Figura 57 - Cabeceira ativa da pista de protensão: Indústria D... 148
Figura 58 - Tubos de aço para moldagem dos alvéolos: Indústria D. ... 149
Figura 59 - Central de concreto: Indústria D. ... 149
Figura 60 - Painéis alveolares armazenados: Indústria D. ... 150
Figura 61 - Seção laje alveolar (dimensões em mm): Exemplo numérico. ... 173
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Vantagens e desvantagens da pré-fabricação. ... 25
Tabela 2 - Vantagens e desvantagens da protensão. ... 26
Tabela 3 - Cobrimento nominal da armadura para elementos em concreto protendido ... 29
Tabela 4 - Tolerância de fabricação de lajes alveolares ... 31
Tabela 5 - Exigências em função dos níveis de protensão e das classes de agressividade ambiental ... 41
Tabela 6 - Resistências e deformação total do aço de armadura ativa ... 66
Tabela 7 - Macrorroteiro de dimensionamento para lajes alveolares protendidas. ... 68
Tabela 8 - Classes de agressividade ambiental (CAA). ... 70
Tabela 9 - Classe de agressividade e qualidade do concreto para protensão. ... 70
Tabela 10 - Relações adequadas entre vão e espessura para lajes alveolares... 71
Tabela 11 - Coeficientes de ponderação para combinação normal e ações permanentes consideradas separadamente. ... 73
Tabela 12 - Coeficientes de ponderação para combinação normal e ações variáveis consideradas separadamente. ... 74
Tabela 13 - Fatores de combinação (0) e de redução (1 e 2) para as ações variáveis. ... 74
Tabela 14 - Valores de 1000, em porcentagem. ... 86
Tabela 15 - Valores da fluência e da retração em função da velocidade de endurecimento do cimento. ... 90
Tabela 16 - Etapas de carregamento e perímetros em contato com o ar correspondentes. ... 91
Tabela 17 - Valores numéricos usuais para a determinação da fluência e da retração. ... 94
Tabela 18 - Valores característicos superiores da deformação específica de retração e do coeficiente de fluência. ... 100
Tabela 19 - Geometria das placas alveolares e das pistas de protensão: Panorama regional ... 151
Tabela 20 - Características dos materiais: Panorama regional ... 152
Tabela 21 - Método de fabricação: Panorama regional ... 153
Tabela 22 - Tabela-resumo: características indústrias ... 154
Tabela 23 - Requisitos de qualidade: Selo de Excelência ABCIC ... 155
Tabela 24 - Características geométricas, sem capa: Exemplo numérico. ... 175
Tabela 25 - Características geométricas, com capa: Exemplo numérico. ... 175
Tabela 26 - Carregamentos externos: Exemplo numérico. ... 176
Tabela 27 - Esforços solicitantes: Exemplo numérico ... 177
Tabela 28 - Perímetros em contato com o ar: Exemplo numérico ... 183
Tabela 29 - Fluência posterior do concreto i: Exemplo numérico ... 185
Tabela 30 - Fluência posterior do concreto ii: Exemplo numérico ... 185
Tabela 31 - Fluência posterior do concreto iii: Exemplo numérico ... 186
Tabela 32 - Fluência posterior do concreto: carregamentos e geometria da seção: Exemplo numérico. ... 186
Tabela 33 - Tensões decorrentes das ações características: Exemplo numérico. .. 190
Tabela 34 - Flechas imediatas: Exemplo numérico. ... 193
Tabela 35 - Forças cortantes resistentes: Exemplo numérico. ... 194
Tabela 36 - Dimensões das nervuras: Exemplo numérico. ... 195
Tabela 38 - Resistências à tração do concreto: Exemplo numérico. ... 198 Tabela 39 - Alturas e espessuras da seção: Exemplo numérico. ... 198
LISTA DE SIGLAS
ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas
ABCIC Associação Brasileira da Construção Industrializada de Concreto
ASSAP Associação de Produtores de Lajes Alveolares Protendidas (Associazione Produttori di Solai Alveolari Precompressi)
CF Combinação Frequente CG Centro de Gravidade CP I Cimento Portland Comum CP II Cimento Portland Composto CP III Cimento Portland de Alto Forno CP IV Cimento Portland Pozolânico
CP V-ARI Cimento Portland de Alta Resistência Inicial CQP Combinação Quase Permanente
CR Combinação Rara
CREA Conselho Regional de Engenharia e Agronomia
FIP Federação Internacional da Protensão (Fédération Internacionale de la Précontraint)
PCI Instituto do Concreto Pré-fabricado/Protendido (Precast/Prestressed Concrete Institute)
ELS-D Estado-limite de Descompressão
ELS-F Estado-limite de Formação de Fissuras ELS-W Estado-limite de Abertura das Fissuras ELU Estado-limite Último
SESI Serviço Social da Indústria WCH Weiler-C.Holzberger
LISTA DE SÍMBOLOS
Ac área da seção transversal da peça sem ou com a capa Ac,nerv área da seção transversal de concreto da nervura Ap área de aço da armadura ativa
As área de aço da armadura passiva Acc área comprimida de concreto b largura do painel alveolar
balv largura do alvéolo da seção do painel alveolar bef espessura efetiva das nervuras
d altura útil da seção transversal da laje alveolar
dtot altura útil da seção transversal da laje alveolar mais a capa estrutural Eci módulo de elasticidade ou módulo de deformação inicial do concreto Eci28 módulo de elasticidade ou módulo de deformação inicial do concreto aos
28 dias
Ep módulo de elasticidade do aço de armadura ativa
ep,inf excentricidade dos fios/cordoalhas de protensão inferior ep,sup excentricidade dos fios/cordoalhas de protensão superior fc resistência à compressão do concreto
fcd resistência de cálculo à compressão do concreto fck resistência característica à compressão do concreto
fctd resistência de cálculo à tração do concreto da laje alveolar fctd,ch resistência de cálculo à tração do concreto da chaveta
fctd,t resistência de cálculo à tração do concreto da capa estrutura fct,m resistência média à tração do concreto
fptd resistência de cálculo à tração do aço de armadura ativa fptk resistência característica à tração do aço de armadura ativa fpyd resistência de cálculo ao escoamento do aço de armadura ativa fpyk resistência característica ao escoamento do aço de armadura ativa g1 ação devido ao peso próprio
g2 ação devido ao peso do capeamento estrutural g3 ação devido ao peso do revestimento
h espessura do painel alveolar ou altura da nervura da seção transversal hch altura da chaveta
hfic espessura fictícia da peça ht altura da capa estrutural
Ix inércia à flexão em relação ao eixo x e relativa ao baricentro K meia altura do núcleo de rigidez na nervura da seção transversal KMD coeficiente para determinação da armadura necessária
ℓ comprimento da pista de protensão ou vão vencido pelo painel alveolar protendido
ℓpt1 valor inferior de projeto para o comprimento de transmissão ℓpt2 valor superior de projeto para o comprimento de transmissão ℓx distância da seção x a partir do final da laje
Mp0 momento fletor isostático de protensão gerado pela tensão de protensão descontadas as perdas inicias e imediatas
Mpt momento fletor isostático de protensão gerado pela tensão correspondente às perdas de protensão progressivas
Mg1,k momento fletor característico devido, unicamente, à ação do peso próprio do elemento
Mk soma dos momentos fletores na seção devido às ações características atuantes para a verificação requerida
Msd momento fletor solicitante de cálculo
Ncd força de compressão no centro de gravidade da área comprimida
Np0 força inicial de protensão, isto é, descontadas as perdas de protensão iniciais e imediatas
Npa força de protensão descontadas somente as perdas de protensão iniciais Np∞ força final de protensão, isto é, descontadas as perdas de protensão
iniciais, imediatas e progressivas Npd força de tração na armadura ativa
P0 força de protensão resultante do fio/cordoalha equivalente
P0,inf força de protensão com perdas iniciais e imediatas nos fios/cordoalhas inferiores
P0,sup força de protensão com perdas iniciais e imediatas nos fios/cordoalhas superiores
q ação devido à carga acidental
sp flecha decorrente do efeito de protensão
sv flecha decorrente do efeito dos carregamentos externos t idade fictícia do concreto
tef idade efetiva/real do concreto
Ti temperatura média diária do ambiente U umidade relativa do ambiente
uar perímetro da seção do painel alveolar em contato com o ar VRd1 força cortante resistente de cálculo na seção
VRd1,a2 força cortante resistente de cálculo na seção, com ou sem capa estrutural, com alvéolos preenchidos após a liberação da protensão
VRd2 força cortante resistente de cálculo na seção, das diagonais comprimidas de concreto
VRd2,capa força cortante resistente de cálculo na seção, das diagonais comprimidas de concreto da laje alveolar com capa e alvéolos preenchidos
VSd esforço cortante solicitante de cálculo
Wc,inf módulo resistente da seção referente à borda inferior
Wc,inf,nerv módulo resistente da seção da nervura referente à boda inferior Wc,sup módulo resistente da seção referente à borda superior
yc,inf distância do centro de gravidade da seção à borda inferior yc,sup distância do centro de gravidade da seção à borda inferior
E parâmetro em função da natureza do agregado que influencia o módulo
de elasticidade
ℓ acomodação do cone após a ancoragem somada ao escorregamento dos fios/cordoalhas
ℓlim escorregamento-limite dos fios/cordoalhas em cada extremidade pd deformação da armadura ativa, em conjunto com o concreto pi deformação de pré-alongamento do aço ativo
Panc perda de protensão devido ao escorregamento dos fios/cordoalhas e à acomodação da ancoragem
Pcc perda de protensão devido à fluência posterior do concreto Pcs1 perda de protensão devido à retração inicial do concreto Pcs2 perda de protensão devido à retração posterior do concreto
Pe perda de protensão devido ao encurtamento imediato do concreto Pr1 perda de protensão devido à relaxação inicial da armadura
Pr2 perda de protensão devido à relaxação posterior da armadura Pt perda de protensão progressiva
cd deformação máxima do concreto na borda comprimida pd deformação total da armadura ativa
coeficiente dependente da umidade relativa do ambiente g coeficiente de ponderação para ações permanentes q coeficiente de ponderação para ações diretas variáveis 1 taxa de armadura específica para a seção da laje alveolar
2 taxa de armadura específica para a seção da laje alveolar com alvéolo preenchido
c tensão à compressão no concreto
cp tensão de compressão do concreto no centro de gravidade da peça devido à força de protensão
cp,1
tensão de compressão do concreto devido à força de protensão de projeto para o caso da laje sem alvéolo preenchido (ou com alvéolo preenchido após a liberação da protensão)
cp,2
tensão de compressão do concreto devido à força de protensão de projeto para o caso da laje com alvéolos preenchidos antes da liberação da protensão
ct tensão à tração no concreto
cd tensão uniforme do concreto com diagrama retangular de altura: y = 0,8 x
c,p0g tensão que ocorre no concreto no nível do CG da armadura de protensão e devido à ação das cargas permanentes, inclusive a protensão.
p0 tensão de protensão no instante da liberação da protensão, isto é, descontadas as perdas de protensão iniciais e imediatas
pa tensão de protensão descontadas apenas as perdas de protensão iniciais pi tensão na armadura de protensão no instante de seu estiramento
pd tensão no aço da armadura ativa
p∞ tensão de protensão final, isto é, descontadas as perdas de protensão iniciais, imediatas e progressivas
sp tensão na nervura mais solicitada da seção da laje alveolar
0 fator de redução de combinação para ELU
1 fator de redução de combinação frequente para ELS
SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO ... 18 1.1 OBJETIVOS ... 19 1.1.1 Objetivo geral ... 19 1.1.2 Objetivos específicos ... 19 1.2 JUSTIFICATIVA ... 20
2 LAJE ALVEOLAR PROTENDIDA ... 22
2.1 HISTÓRICO ... 22
2.2 VANTAGENS E DESVANTAGENS ... 23
2.3 PROJETO E PRODUÇÃO ... 26
2.3.1 Características gerais ... 26
2.3.2 Cobrimento e espaçamento das armaduras ... 28
2.3.3 Tolerâncias do produto acabado ... 29
2.3.4 Processo de fabricação ... 31
2.3.5 Paginação e recortes ... 36
3 CONCEITOS E PARÂMETROS INICIAIS DE DIMENSIONAMENTO ... 39
3.1 PROTENSÃO COM ADERÊNCIA INICIAL ... 39
3.2 NÍVEIS DE PROTENSÃO E ESTADOS-LIMITES DE SERVIÇO ... 40
3.3 AÇOS DE PROTENSÃO PARA LAJES ALVEOLARES ... 43
3.4 FORÇA DE PROTENSÃO ... 44
3.4.1 Valores representativos da força de protensão ... 44
3.4.2 Valores limites de tensões na pré-tração ... 46
3.5 PERDAS DE PROTENSÃO PARA PEÇAS PRÉ-TRACIONADAS ... 47
3.5.1 Perdas iniciais da força de protensão ... 48
3.5.2 Perdas imediatas da força de protensão ... 50
3.5.3 Perdas progressivas... 50
4 METODOLOGIA DE PESQUISA ... 57
4.1 CLASSIFICAÇÃO... 57
4.2 ESTRUTURA ... 57
4.2.1 Roteiro de dimensionamento ... 57
4.2.2 Visita às indústrias e elaboração do panorama regional ... 58
4.3 ORGANIZAÇÃO DAS ETAPAS ... 58
5 ROTEIRO DE DIMENSIONAMENTO PARA LAJES ALVEOLARES ... 60
5.1 HIPÓTESES BÁSICAS E ASPECTOS GERAIS ... 60
5.2 MACRORROTEIRO ... 68
5.3 ETAPAS DE CÁLCULO ... 69
5.3.1 Materiais e características geométricas ... 69
5.3.2 Definição dos carregamentos ... 72
5.3.3 Análise estrutural e esforços solicitantes ... 75
5.3.4 Pré-dimensionamento em Estado Limite Último (ELU) ... 76
5.3.5 Verificação do Estado Limite Último (ELU) no ato da protensão ... 79
5.3.6 Perdas de protensão ... 84
5.3.7 Dimensionamento no ELU ... 102
5.3.8 Verificação dos Estados Limites de Serviço (ELS) ... 103
5.3.10 Detalhamento da seção ... 125 6 PANORAMA REGIONAL ... 126 6.1 VISITAS TÉCNICAS ... 126 6.1.1 Indústria A ... 126 6.1.2 Indústria B ... 129 6.1.3 Indústria C ... 137 6.1.4 Indústria D ... 145
6.2 ANÁLISE DOS DADOS ... 150
6.2.1 Considerações gerais ... 150
6.2.2 Requisitos de qualidade da ABCIC ... 154
7 CONSIDERAÇÕES FINAIS ... 159
REFERÊNCIAS ... 163
APÊNDICES ... 167
APÊNDICE A – FIOS PARA PROTENSÃO ... 168
APÊNDICE B – CORDOALHAS PARA PROTENSÃO ... 169
APÊNDICE C – KMD E TENSÃO NO AÇO DE ARMADURA ATIVA ... 170
APÊNDICE D – QUESTIONÁRIO PARA AS VISITAS TÉCNICAS ... 172
1 INTRODUÇÃO
Os painéis alveolares constituem-se em um dos mais populares elementos pré-fabricados empregados no mundo, em especial na América do Norte e na Europa Ocidental. Tendo se originado na Alemanha, sua técnica de execução é bastante desenvolvida nesse país e nos Estados Unidos, e sua magnitude em termos de altura e vão evoluem continuamente (EL DEBS, 2000, p. 384).
No Brasil, a busca por cronogramas curtos, a racionalização nos canteiros e a durabilidade da estrutura são os principais fatores de contribuição para o crescimento da industrialização da construção civil, especialmente no que diz respeito à pré-fabricação em concreto (BATTAGIN, 2011). Atrelado a esse crescimento, o uso da laje alveolar protendida vem se estendendo gradativamente no país, já que permite uma grande intercambialidade entre sistemas estruturais devido à sua elevada capacidade portante e à sua facilidade em vencer grandes vãos.
Em 2011, acompanhando essa crescente empregabilidade da laje alveolar protendida, a Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT) publicou, depois de três anos de intenso trabalho, a revisão da norma ABNT NBR 14861, intitulada Lajes alveolares pré-moldadas de concreto protendido – Requisitos e procedimentos. A publicação, que substituiu a antiga norma de 2002, contou com a contribuição de associações do setor, produtoras e consumidoras para validar e aplicar as normas técnicas internacionais de forma a também integralizar as experiências consolidadas de projeto, com a fabricação e a montagem no Brasil (REGULAMENTAÇÃO..., 2011). Segundo Gutstein (2013, p. 111), a norma brasileira de 2002 não compreendia aspectos técnicos suficientes, era pouco abrangente, fazendo com que as definições não se aplicassem à atual realidade da laje alveolar no contexto brasileiro, e não estavam alinhadas às exigências internacionais. Decorrente disso, fabricantes e projetistas buscavam informações exclusivamente em normas de outros países, deixando a desejar com relação aos padrões técnicos mínimos.
De acordo com El Debs (2000, p. 63-64), para que uma construção possa receber em sua estrutura elementos pré-fabricados, ela deve ser projetada, desde sua fase inicial, já prevendo a aplicação desse método construtivo, o que não ocorre em pelo menos 50% dos projetos que se utilizam dele. Dessa forma, frente às revisões normativas e levando em consideração o uso crescente da laje alveolar protendida, deseja-se por meio deste trabalho investigar os critérios de fabricação e
dimensionamento da laje alveolar protendida, avaliando sua disseminação entre os fabricantes brasileiros.
A primeira parte do trabalho é responsável por apresentar a revisão bibliográfica sobre o assunto, com ênfase no processo de fabricação e nos critérios de dimensionamento, passando por um breve histórico sobre pré-fabricação, concreto protendido e laje alveolar. Ainda nessa seção, são expostos os critérios estabelecidos pelas normas brasileiras, seguidos de um roteiro de dimensionamento acompanhado de um exemplo numérico.
Em seguida, na segunda etapa do trabalho, é exposto o levantamento de dados realizado junto às indústrias de laje alveolar protendida localizadas nas regiões Sudoeste e Centro-Sul do Paraná. Tal levantamento visa elencar qual o principal tipo de demanda, abordando o dimensionamento e a produção realizados pelas empresas e o atendimento destes com relação à normativa brasileira.
A parte final confronta o roteiro de dimensionamento com o panorama regional levantado, reunindo ambos em um resumo com a situação real do uso da laje alveolar protendida no Brasil, em especial no Paraná, onde há um considerável número de projetos executados com tal solução construtiva. O citado resultado busca avaliar também as tipologias responsáveis por abrigar a laje alveolar protendida e qual é o alcance desse elemento pré-fabricado aos mais diversos portes estruturais.
1.1 OBJETIVOS
1.1.1 Objetivo geral
Investigar os critérios de dimensionamento e produção da laje alveolar protendida nas regiões Sudoeste e Centro-Sul do Paraná, avaliando sua disseminação frente às revisões normativas e ao crescente desenvolvimento da pré-fabricação no Brasil.
1.1.2 Objetivos específicos
Desenvolver um roteiro de dimensionamento para lajes alveolares protendidas, tomando como principais bases as normas ABNT NBR 9062:2006, ABNT NBR 14861:2011 e ABNT NBR 6118:2014.
Elaborar um panorama da produção de laje alveolar protendida, apresentando os seus processos de dimensionamento e fabricação em indústrias das regiões Sudoeste e Centro-Sul do Paraná, evidenciando as conformidades destas em relação às prescrições normativas.
Avaliar a aplicabilidade da laje alveolar protendida na construção civil para distintas tipologias e portes estruturais, caracterizando sua viabilidade técnica e possíveis limitações.
1.2 JUSTIFICATIVA
Atualmente, os elementos pré-fabricados representam uma excelente alternativa para diversos tipos de obra civil, destacando-se por sua modulação, suscetibilidade à ampliação e modificação, qualidade industrial, simplicidade e precisão da execução, entre outras vantagens. Dessa forma, a laje alveolar protendida, como elemento pré-fabricado, destaca-se não somente como uma solução alternativa ao convencionalismo da construção brasileira, mas também como excelente adequação aos moldes de fabricação e exigências de qualidade atuais.
Entretanto, apesar do grande destaque da laje alveolar protendida, ainda é importante evidenciar seus critérios de projeto e suas vantagens frente a outros sistemas construtivos, assim como discutir qual o seu alcance a diferentes tipologias estruturais. Esse tipo de componente industrializado permite uma grande liberdade de concepção, mas a indústria nacional ainda se encontra descompassada se comparada a outros países. Dessa forma, este trabalho está interessado em avaliar, por meio de dimensionamento estrutural e de visita a indústrias, a difusão da laje alveolar protendida com relação ao seu entendimento técnico e a sua viabilidade de emprego.
A originalidade deste estudo é perceptível frente à recente revisão normativa brasileira e à reduzida gama bibliográfica baseada em tal conteúdo. A principal norma revisada em questão é a ABNT NBR 14861:2011– Lajes alveolares pré-moldadas de concreto protendido – Requisitos e procedimentos, que mesmo vigente desde novembro daquele ano, ainda é pouco difundida nos ramos acadêmico e industrial, atrelados às referências internacionais sobre o produto.
Inevitavelmente, este trabalho apresenta a contribuição das normativas norte-americana (Manual for the Design of Hollow Core Slabs, 1998) e europeia (EN 1168:2011 – Precast concrete products – Hollow core slabs), devido a sua massiva presença em material bibliográfico nacional, responsável por aportar grande parte do referencial teórico aqui construído. A EN 1168:2011, inclusive, foi a principal norma de referência adotada pela Comissão de Estudo de Lajes e Painéis Alveolares de Estruturas de Concreto Pré-fabricadas (CE-18:600.19) para a elaboração do texto-base da ABNT NBR 14861:2011 (GUTSTEIN, 2013, p. 111).
Durante a concepção de um projeto, é importante conhecer os materiais que serão empregados e a motivação da sua utilização. Logo, a contribuição deste trabalho, frente à importância do sistema pré-fabricado em questão, está em servir como base para empreendedores, engenheiros e outros projetistas estudarem a viabilidade técnica da laje alveolar protendida, expondo seus critérios de aceitação, uso e dimensionamento.
2 LAJE ALVEOLAR PROTENDIDA
2.1 HISTÓRICO
A laje alveolar protendida pode ser definida como uma das aplicações dos painéis alveolares de concreto protendido (Figura 1). O painel alveolar, por sua vez, é um elemento pré-fabricado de concreto protendido caracterizado pela presença de espaços ocos e contínuos (alvéolos) responsáveis pela redução do peso próprio e, convenientemente, aproveitados para embutir instalações elétricas e mecânicas. Usada, principalmente, em sistemas de laje ou cobertura, a placa alveolar protendida também possui outras aplicações como, por exemplo, em paredes de vedação, fachadas e tabuleiros de pontes (PCI, 1998, p. 1-1).
Figura 1 - Painel alveolar protendido. Fonte: Grupo Ferrês, 2015.
As bases do surgimento da laje alveolar datam dos anos 1930, quando o alemão Wilhelm Schaefer, junto com um colega chamado Kuen, criaram uma placa estrutural isolada constituída por uma peça alveolar de concreto de pedra-pomes (concreto pozolânico) entre duas camadas de concreto armado normal. No final dos anos 1940 e início dos anos 1950, depois de anos de tentativas e modificações na linha de produção, a planta “Schaefer” começou a ter certo êxito, vendendo licenças a sociedades na Alemanha e nos Estados Unidos (ASSAP, 2012, p. 9).
A Buderus’sche Eisenwerke, produtora mais importante da Alemanha Ocidental, foi a primeira a introduzir em sua fábrica a protensão de lajes alveolares. Muito rapidamente, por volta de 1955, as placas alveolares passaram a ser fabricadas
em concreto monolítico, com vão e capacidade de carga mais altos, que não sofressem mais da escassa resistência ao corte da pedra-pomes. Nos anos seguintes, a sociedade americana, que havia adquirido a instalação Schaefer, também introduziu a protensão e se desenvolveu até o momento em que se converteu ela mesma em uma produtora de instalações patenteadas, com o nome de Spancrete (ASSAP, 2012, p. 9).
O engenheiro Max Gessner de Lochham, em 1955, inventou a linha de produção com máquina moldadora em fôrmas deslizantes (slip-form), tal e como ainda se utiliza atualmente. Foi a implantação de sua patente nas sociedades da Alemanha Ocidental, em 1961, que possibilitou a difusão da produção das lajes alveolares em máquinas moldadoras na Europa e no mundo. Por sua vez, a produção por extrusão (extruder), caracterizada pelo emprego de hélices em concreto com baixo teor de água/cimento, surgiu no Canadá em 1960 e foi muito bem acolhida no norte da Europa e em muitas zonas da União Soviética (ASSAP, 2012, p. 10).
Na Europa e nos Estados Unidos, os painéis alveolares protendidos possuem seu uso estendido a residências uni e multifamiliares, escolas, hospitais, centros comerciais, armazéns, entre outras construções; na Suécia e nos países do Benelux (Bélgica, Países Baixos e Luxemburgo), por exemplo, esses elementos pré-fabricados são empregados em mais de 50% das estruturas de cobertura (HOLLOW..., 2015). No Brasil, apesar do advento tardio, a laje ou painel alveolar constitui-se, provavelmente, no elemento de protensão com aderência inicial mais usado no mercado, pois seu baixo custo de fabricação aliado ao desempenho do aço de protensão gera uma grande vantagem em relação a outros sistemas estruturais (CARVALHO, 2012, p. 58).
2.2 VANTAGENS E DESVANTAGENS
A laje alveolar protendida é amplamente conhecida por fornecer sistemas eficientes de laje e cobertura. É possível aplicar nesse sistema, por exemplo, uma capa formada por concreto moldado in loco, gerando uma seção composta que possibilita o acréscimo de sua capacidade estrutural (PCI, 1998, p. 1-3). Conforme o PCI (1998), entre a série de vantagens que a laje alveolar protendida possui, é possível citar, principalmente, a capacidade de carga (digna de um elemento protendido), o potencial para vencer grandes vãos, o eficiente controle de deflexão, a
possibilidade de embutir instalações elétricas e mecânicas, a resistência ao fogo e o isolamento acústico.
Obviamente, além dessas características exclusivas, a laje alveolar protendida apresenta as mesmas vantagens e desvantagens de um elemento fabricado. Na literatura técnica existem inúmeros benefícios listados para a pré-fabricação, entretanto, é comum haver argumentos que, apesar de reconhecerem a importância desse sistema construtivo, acabam enfatizando alguns inconvenientes. Por isso, quando se discute sobre as características de utilização da pré-fabricação, é sucinto confrontar suas vantagens e desvantagens por meio de critérios e estabelecer linhas de comparação com a construção tradicional.
Na Tabela 1 são apresentadas uma lista de vantagens e outra de desvantagens em relação à pré-fabricação, divididas entre aspectos técnicos, sociais e econômicos. Essa tabela foi construída pelo autor e reflete sua opinião própria, estando baseada nas obras de El Debs (2000, p. 28) – em uma adaptação de Ordóñez1 (1974) – e de Fernández (2014, p. 4-6).
A protensão de peças de concreto, especialmente aquelas sob flexão, permite inúmeras vantagens à estrutura, decorrentes do uso de aços de alta resistência e do fato de a carga externa ter que vencer antes as tensões de compressão prévias para iniciar a fissuração do concreto (BUCHAIM, 2007, p. 4). A laje alveolar preserva alguns dos benefícios decorrentes da protensão, os quais são listados na Tabela 2, responsável também por apresentar algumas desvantagens pertinentes.
1 ORDÓÑEZ, José. A. F. Prefabricación: teoría y práctica. 2v. Barcelona: Editores Técnicos Asociados, 1974.
Tabela 1 - Vantagens e desvantagens da pré-fabricação.
Vantagens Desvantagens
Aspectos técnicos
Facilidade na elaboração de projetos, em especial na resolução de detalhes; Melhor qualidade devido ao maior
controle e menor influência de erro humano;
Melhor aproveitamento das seções resistentes;
Necessidade de menos juntas de dilatação que na construção tradicional; Possibilidade de recuperação de
elementos ou partes da construção em desmontagens (reutilização);
Susceptibilidade à ampliação e modificação;
Otimização de dimensões e variedade de formas e acabamentos;
Maior rapidez e exatidão devido ao aperfeiçoamento da fabricação de elementos;
Independência climatológica.
Necessidade de repetir tipos; Planejamento e estudo exaustivos; Falta de continuidade estrutural nas
uniões ou previsão de nós rígidos para o caso de continuidade;
Transporte, devido à necessidade de superdimensionar certos elementos, considerando situações desfavoráveis; Processo construtivo limitado pela
justaposição e superposição de peças; Falta de monolitismo da construção,
especialmente nas regiões sísmicas; Restrições na liberdade de concepção
dos projetos.
Aspectos sociais
Diminuição de riscos e acidentes de trabalho;
Eleva a remuneração dos trabalhadores;
Produz menos resíduos sólidos e gera menos impacto (ruídos, cortes de tráfico, poluição, etc.) e durante menos tempo em zonas limítrofes.
Redução de postos de trabalho, devido à menor necessidade de mão de obra;
Aspectos econômicos
Custo inicial reduzido;
Custo sujeito a menor risco de imprevisto e desvio econômico; Economia de tempo e redução de
prazos de 1/3 a 1/4 dos da construção tradicional;
Valiosa ferramenta de planificação; Gastos mínimos de manutenção; Otimização do controle de energia; Preços fechados (fornecimento e
montagem);
Variedade de empresas e ofertas.
Necessidade de uma demanda de volume adequada;
Em geral, o transporte é mais caro que a matéria-prima.
Tabela 2 - Vantagens e desvantagens da protensão.
Vantagens Desvantagens
Maior esbeltez ou maiores vãos para a mesma altura da seção, por causa da participação da zona pré-comprimida na rigidez à flexão;
Limitação ou eliminação de fissuras durante a vida útil da estrutura;
Impedimento ou minoração da corrosão da armadura;
Grande durabilidade, com pequenos custos de manutenção;
Boa resistência ao fogo;
Maior controle das propriedades dos materiais aço e concreto (resistência testada quando os materiais são colocados sob carga durante a protensão);
Melhor disposição da armadura na seção transversal, pois o aço de alta resistência exige menor área de armadura.
Maior risco de vibração por cargas móveis, decorrente da elevada esbeltez;
Mão de obra especializada, com o devido domínio das técnicas de protensão;
O projeto estrutural exige uma compreensão clara da ação da protensão, e nele deve-se dar maior ênfase aos Estados Limites de Utilização.
Fonte: Buchaim, 2007; Carvalho, 2012.
2.3 PROJETO E PRODUÇÃO
2.3.1 Características gerais
Os orifícios dos painéis de lajes alveolares, também chamados de painéis vazados, podem ter seção transversal com formato circular, oval, “pseudo” elíptico ou retangular. Em geral, orifícios circulares são inerentes a painéis produzidos por meio do processo de extrusão e aparecem em lajes de espessura reduzida, já os orifícios alongados indicam fabricação por fôrmas deslizantes e são observáveis em lajes de espessura superior, como mostra a Figura 2 (ASSAP, 2002, p. 32; COSTA, 2009, p. 5).
Figura 2 - Tipologia dos alvéolos em lajes alveolares protendidas. Fonte: Figura 2.7, ASSAP, 2002.
Tratando-se de um elemento pré-tracionado, a laje alveolar possui uma armadura longitudinal ativa, que engloba totalmente a armadura inferior de tração e que define, na seção alveolar, a presença de almas de concreto (ABNT NBR 14861, 2011, p. 2). Logo, em um painel alveolar, não existe armadura transversal de cisalhamento para resistir à força cortante e às solicitações na direção transversal, o que obriga a contar com a resistência à tração do concreto para resistir a esses esforços (EL DEBS, 2000, p. 386).
A laje alveolar protendida, normalmente, não necessita de um capeamento estrutural. Este elemento construtivo está atrelado a casos onde se requere uma resistência superior à que se pode alcançar sem a capa ou quando o desenho tem prevista uma armadura transversal constituída por uma malha soldada amarrada na capa. A capa colaborante, ainda que seja de um concreto de uma resistência característica inferior ao do usado no elemento pré-fabricado, aumenta a inércia da laje, fazendo com que esta possa suportar sobrecargas maiores das que poderia sem o capeamento (ASSAP, 2002, p. 62).
Atualmente, a faixa de vãos em que uma laje alveolar é empregada varia entre 5 m e 15 m e as larguras são normalmente de 1,00 m e 1,25 m, mas podem chegar a 2,50 m. As alturas variam normalmente de 150 mm até 300 mm, podendo atingir os 700 mm, sendo que a relação entre vão e altura chega à ordem de 50.
2.3.2 Cobrimento e espaçamento das armaduras
O projeto e a produção de laje alveolar protendida são balizados, em uma representativa parte, pela norma ABNT NBR 9062:2006. Segundo os itens 12.1.2.1 a 12.1.2.5 dessa normativa, elemento pré-fabricado é um pré-moldado executado industrialmente, em instalações permanentes de empresa destinada para este fim e que se enquadram e atendem a requisitos mínimos, que incluem, entre outros, controle tecnológico, ensaios laboratoriais, mão de obra especializada e uso de máquinas e equipamentos industriais:
12.1.2.1. A mão de obra é treinada e especializada.
12.1.2.2. A matéria-prima é previamente qualificada por ocasião da aquisição e posteriormente por meio da avaliação de seu desempenho com base em inspeções de recebimento e ensaios [...]. Estrutura específica para controle de qualidade, laboratório e inspeção das etapas do processo produtivo, devem ser mantidos permanentemente pelo fabricante, a fim de assegurar que o produto colocado no mercado encontra os requerimentos desta norma e esteja em conformidade com os valores declarados ou especificados. O concreto utilizado na moldagem dos elementos pré-fabricados deve atender às especificações da ABNT NBR 12655, bem como ter um desvio-padrão Sd
máximo de 3,5 MPa a ser considerado na determinação da resistência à compressão de dosagem (fcj), exceto para peças com abatimento nulo
(abatimento zero).
12.1.2.3 A conformidade dos produtos com os requisitos relevantes desta norma (ABNT NBR 9062:2006) e com os valores específicos ou declarados para as propriedades dos produtos devem ser demonstrados por meio da adoção das normas de projeto pertinentes ou ainda por meio de ensaios de avaliação da capacidade experimental, conforme 5.5 e por meio do controle de produção de fábrica, incluindo a inspeção dos produtos. A frequência de inspeção dos produtos deve ser definida de forma a alcançar conformidade permanente do produto e quando aplicável, atendendo ao especificado em normas específicas.
12.1.2.4 Os elementos são produzidos com auxílio de máquinas e de equipamentos industriais que racionalizam e qualificam o processo.
12.1.2.5 Após a moldagem, estes elementos são submetidos a um processo de cura com temperatura controlada, [...].
(ABNT NBR 9062, 2006, p. 36-37)
Segundo a ABNT NBR 14861 (2011, p. 2), a laje alveolar protendida é uma peça produzida industrialmente sob rigorosas condições de controle e qualidade, sendo, portanto, considerada um elemento pré-fabricado. No entanto, como essa classificação depende diretamente dos critérios normativos que são atendidos pelas empresas fabricantes, o painel alveolar passa, em muitos casos, a ser considerado
somente como um elemento pré-moldado. Lembrando que o elemento pré-moldado é aquele produzido em local desprovido de laboratório e demais instalações congêneres próprias.
Quando se tratando a laje alveolar de um elemento pré-moldado, de acordo com a ABNT NBR 9062 (2006, p. 32), aplica-se o determinado pela ABNT NBR 6118:2014 e descrito na Tabela 3, considerando como tolerância de execução o valor de 5 mm. Em contrapartida, para lajes alveolares pré-fabricadas, o cobrimento mínimo deve ser estabelecido por meio de ensaios comprobatórios de desempenho e durabilidade, frente ao nível de agressividade previsto em projeto. Entretanto, desde que seja utilizado concreto com fck ≥ 40 MPa e relação água/cimento inferior a 0,45, os cobrimentos podem ser reduzidos em mais de 5 mm em relação ao estabelecido pela Tabela 3, não sendo permitidos cobrimentos menores que 20 mm (ABNT NBR 9062 (2006, p. 32).
Tabela 3 - Cobrimento nominal da armadura para elementos em concreto protendido
Tipo de Estrutura
Componente ou elemento
Classe de agressividade ambiental
I II III IV Cobrimento nominal (mm) Concreto protendido Laje 25 30 40 50 Viga/pilar 30 35 45 55
Fonte: Tabela 7.2, ABNT NBR 6118, 2014 (Adaptação)
Quanto ao espaçamento, no caso de armaduras pré-tracionadas, tal como é com a lave alveolar protendida, o espaçamento medido entre as faces adjacentes dos fios ou cordoalhas deve ser, no mínimo, igual a: (a) 2; (b) 1,2 vezes a dimensão máxima característica do agregado graúdo; (c) 2,0 cm (ABNT NBR 9062, 2006, p. 32).
2.3.3 Tolerâncias do produto acabado
Segundo a ABNT NBR 9062 (2006, p. 3-4), tolerância é o valor máximo aceito para a diferença entre a dimensão básica e a correspondente executada (desvio) e deve ser prescrita obrigatoriamente no projeto. A dimensão básica, por sua vez, trata-se da dimensão do elemento pré-moldado, consideradas as folgas necessárias para possibilitar a montagem.
Na Figura 3 e Tabela 4 são apresentadas as prescrições para as tolerâncias de fabricação das lajes alveolares de concreto protendido de acordo com a norma ABNT NBR 14861 (2011, p. 12). Segundo a mesma, no caso de variações no formato das lajes alveolares (lajes com corte em diagonal), as tolerâncias podem sofrer variações em relação às especificadas e é admissível a utilização na obra de elementos fora das tolerâncias definidas, desde que não comprometam o desempenho estrutural ou arquitetônico ou a durabilidade da obra como um todo.
Figura 3 - Desenho ilustrativo das tolerâncias de fabricação das lajes alveolares Fonte: Figura 2, ABNT NBR 14861, 2011 (Adaptação).
Tabela 4 - Tolerância de fabricação de lajes alveolares Dimensões Tolerâncias (mm) Comprimento (L) L ≤ 5 m ± 10 5 m < L ≤ 10 m ± 15 L > 10 m ± 20 Altura da laje (h) h ≤ 150 mm -5, + 10 h ≥ 250 mm ± 15 150 mm < h > 250 mm Interpolação linear Espessura da alma bw -10 e + 15 bw - 20 ª Recortes/vazios (i) ± 20
Posição de chapas metálicas ou furos para fixação (d) ± 15 Posição do cabo de protensão (vertical e horizontal) (e) ± 10
Esquadro dos cantos ± 5
Esquadro diagonal L ≤ 10 m ± 15 L > 10 m ± 2 mm por metro Planicidade (b no plano) L ≤ 5 m ± 3 mm L > 5 m ± L/1000
Distorção Largura ≤ 1 m ± 3 mm a cada 30 cm
Largura > 1 m ± 10 mm
Linearidade ± L/1000
Alinhamento transversal (j) ± L/500
ª Convém atender à limitação da tolerância para a soma das larguras das almas entre alvéolos (tolerância de bw ≤ 20 mm)
Fonte: Tabela 1, ABNT NBR 14861, 2011.
2.3.4 Processo de fabricação
Embora possa ser produzido em fôrmas fixas, o painel alveolar é normalmente executado por equipamentos, como máquinas extrusoras ou moldadoras, definindo dois métodos principais e distintos de fabricação: (a) fôrmas deslizantes e (b) extrusão (ABNT NBR 14861, 2011, p. 30). O primeiro método de produção utiliza-se de um concreto de alta trabalhabilidade (alto slump) e os painéis são moldados por meio de fôrmas desmontáveis. Enquanto que no método de extrusão, um concreto com baixo teor água-cimento (baixo slump) é forçado por meio de uma máquina e os alvéolos são formados com trados (hélices) ou tubos nos quais o concreto é compactado ao redor (PCI, 1998, p. 1-1).
Segundo Pretucelli (2009, p. 21), a produção de lajes alveolares está ligada a um completo processo de automatização que necessita de concreto usinado, sendo
que alguns produtores utilizam concretos produzidos em usinas próprias, uma máquina para produção e uma para corte, além de sistemas de içamento (pontes rolantes, balancins, garras e cabos de aço).
Em ambos os processos de fabricação, é necessário que antes do início da concretagem a pista seja limpa e receba a aplicação de desmoldante, tomando o devido cuidado para que o excesso do produto não prejudique a aderência entre as cordoalhas e o concreto. Da mesma forma, a limpeza da superfície de produção deve ser feita de forma a garantir o acabamento adequado às especificações de projeto arquitetônico e estrutural do piso onde a laje será montada (ABNT NBR 14861, 2011, p.30).
Em relação à concretagem, os seguintes itens devem ser permanentemente supervisionados e inspecionados a fim de garantir o atendimento aos requisitos do produto final:
o concreto deve ser uniforme (homogêneo e bem misturado, especialmente no caso dos concretos secos destinados à extrusão) e bem compactado em toda a seção transversal e ao longo da peça. Com sistema de moldadora, atenção especial deve ser dada para se conseguir uniformidade e não reconhecimento de juntas de concretagem entre os estágios;
superfícies sem trincas (fissuras somente são admissíveis após a análise e avaliação do projetista);
tolerâncias dimensionais [...];
posição e cobrimento das cordoalhas [...].
(ABNT NBR 14861, 2011, p. 31)
A medição dos comprimentos das lajes e recortes deve ser feita imediatamente após a concretagem pelo operador da máquina ou por um medidor. Quando da ocasião de aberturas no concreto fresco, é essencial não danificar o concreto vizinho ao serviço, isto é, as paredes dos alvéolos junto aos recortes e a ancoragem das cordoalhas que podem ser reduzidas dos dois lados da abertura (ABNT NBR 14861, 2011, p. 31-32).
O acabamento sobre a superfície superior da laje deve ser rugoso ou com ranhuras conforme processo produtivo executado na fábrica e conforme considerado no projeto estrutural das lajes e do capeamento estrutural [...], a fim de que haja aderência entre a laje e o concreto do capeamento. Devem ser tomados cuidados na produção da laje alveolar, de forma que a superfície final do produto em contato com a capa estrutural esteja limpa e livre de impurezas para garantir a rugosidade considerada em projeto. (ABNT NBR 14861, 2011, p. 32)
Após a concretagem das lajes, estas devem ser protegidas imediatamente contra a evaporação da água do concreto com lonas ou por meio de outros sistemas, como a cura química. Quando feito uso de lonas, estas devem ser retiradas somente no momento do corte, para evitar fissuras de retração (ABNT NBR 14861, 2011, p.38).
Quando utilizada a cura acelerada, isto é, realizado tratamento térmico para reduzir o tempo de cura, devem ser respeitadas as mesmas medidas de proteção contra a secagem em uma cura normal (úmida). Nesse caso, o concreto deve ser protegido contra agentes prejudiciais (mudanças de temperatura, secagem, chuva, água torrencial, choques, etc.), mantendo-se umedecida a superfície ou protegendo-a com umprotegendo-a películprotegendo-a impermeável (ABNT NBR 9062, 2006, p. 35).
De acordo com a ABNT NBR 14861 (2011, p. 32), é recomendável que o corte das lajes seja iniciado pela extremidade por onde foi realizada a liberação da protensão, devendo ser feito usando uma serra diamantada, que pode cortar a laje transversalmente, longitudinalmente ou diagonalmente, conforme estabelecido em projeto. O ideal é que o corte das lajes seja feito após sua cura, de forma a garantir a aderência das cordoalhas ao longo de todo o comprimento da laje, inclusive nas extremidades, e a evitar o escorregamento das cordoalhas.
Para a liberação da protensão, a resistência alcançada pelo concreto deve ser de, no mínimo, 21 MPa, de acordo com a ABNT NBR 9062 (2006, p. 33), sendo que esse valor de projeto deve ser confirmado por ensaio de ruptura na idade programada, variando a mesma entre 24 horas e 48 horas para cimento CP-V-ARI, dependendo do tipo de cura utilizado. Por meio do uso de um macaco hidráulico, a liberação da protensão deve ser feita em todas as cordoalhas, simultaneamente, sendo que uma inspeção deve ser realizada anteriormente, visando identificar fissuras transversais causadas por retração durante ou após a cura, que podem se fechar durante o processo de liberação da protensão (ABNT NBR 14861, 2011).
Para que o painel alveolar como produto acabado seja aceitável para uso, o concreto deve ser denso e nenhuma fissura deve penetrar a laje, sendo que algumas fissuras pequenas e abatimentos podem ser aceitos se reparados ou forem insignificantes. Segundo a ABNT NBR 14861 (2011, p. 33), geralmente, fissuras pequenas têm uma largura de 0,2 mm, altura h/3 e comprimento h, sendo h a altura da laje. Defeitos maiores devem se sempre inspecionados e suas implicações avaliadas pelo responsável pelo projeto estrutural.
2.3.4.1 Fôrmas deslizantes
No processo de fabricação por fôrmas deslizantes, representado pelas Figuras 4 e 5, as unidades de laje são produzidas a partir da moldagem em fôrmas desmontáveis e a fabricação ocorre em várias camadas de concreto, que é lançado e compactado pela máquina em dois ou quatro estágios, sendo que a compactação é realizada externamente por vibradores (CATOIA, 2011, p. 32).
Antes de iniciar a concretagem, os cabos de protensão são posicionados e ancorados rigidamente em uma das cabeceiras da pista de protensão, sendo tencionados por aparelhos tensores especiais, que permitem grandes alongamentos, situados na outra cabeceira (CHOLFE, 2013, p. 134). O desmoldante é aplicado sobre a fôrma, cuidando-se para que o produto não entre em contato com a armadura ativa.
Os orifícios do painel são moldados em volta de mangueiras preenchidas de ar ou água ou em rolos metálicos. Ao final do lançamento e adensamento das camadas de concreto, essas mangueiras ou rolos são removidos, liberando o elemento pré-moldado. É importante removê-los antes do endurecimento do concreto, caso contrário, esses objetos acabam sendo solidarizados ao elemento.
Para que a protensão seja liberada, o concreto deve atingir, em geral, uma resistência de 21 MPa, alcançada, com cimento CP-V-ARI, ao final de 48 horas de produção. Ao final da cura, se necessário, a laje alveolar é então cortada com a ajuda de um disco diamantado, estando o painel alveolar protendido pronto para ser içado e transportado. O corte dos painéis pode ser substituído pelo emprego de espaçadores, responsáveis por atribuir à peça sua forma final, evitando o emprego do disco diamantado.
Figura 4 - Forma para painéis e lajes alveolares (WCH). Fonte: Fôrma..., 2016.
Figura 5 - Produção de laje alveolar por meio de fôrmas deslizantes (CSM). Fonte: Brasil et al., 2014.
2.3.4.2 Extrusão
A extrusão (Figura 6) é o método que permite melhor qualidade da peça para a produção de lajes alveolares protendidas, possibilitando a formação de um bloco único, no qual há apenas um estágio de lançamento e compactação, fazendo uso de um baixo fator água-cimento e garantindo elevada resistência à compressão e menor porosidade. Nele, os cabos de protensão são dispostos sobre as pistas de concretagem e, em seguida, protendidos com tensão previamente estipulada. Posteriormente, realiza-se a ancoragem das cordoalhas em cabeceiras próprias para essa finalidade, localizadas na extremidade da pista. Após a protensão, o desmoldante deve ser aplicado sobre a pista, encapando-se gradativamente os cabos para evitar o contato do produto com os mesmos (CATOIA, 2011, p. 33-34).
O concreto é inserido na fôrma à medida que a extrusora é abastecida pela mistura. Após a concretagem na pista, é realizada a cura e, quando o concreto adquire resistência suficiente, é feito o corte das lajes com uma serra de disco diamantado, de acordo com o estabelecido em projeto. A protensão passa a atuar no elemento a partir desse instante (CATOIA, 2011, p. 35).
Figura 6 - Máquina extrusora para produção de lajes alveolares protendidas Fonte: Precast..., 2016.
2.3.5 Paginação e recortes
Segundo Melo (2007, p. 251), os painéis alveolares devem ser colocados lado a lado, de maneira que por pano de laje tenha-se somente 1 (um) painel recortado para acertar a modulação do pano. Nesse sentido, muitas vezes a junta da laje alveolar não irá coincidir com os eixos da obra. O pano de laje pode ser a obra como um todo ou trechos determinados da mesma que facilitam e definem uma repetição dos painéis adequados ao empreendimento. Para a paginação de uma laje por meio de painéis alveolares, as seguintes orientações básicas são recomendáveis:
Não considerar folgas entre os painéis alveolares. Prever folga de 1 cm nos recortes junto aos pilares.
Realizar somente uma peça recortada longitudinalmente para acertar a modulação.
Quando o acerto da modulação for menor que 25 cm, é permitido executar uma faixa de concretagem moldada in loco por pano de laje.
O recorte ideal junto a pilares é de 20 cm para lajes com espessura igual a esse valor e de 25 para lajes com espessura de 26,5 cm (Munte
Construções Industrializadas2). O recorte é para um pilar padrão de 40 × 40 cm com a junta da laje alveolar no eixo do pilar. O ideal é que a modulação dos eixos principais seja múltipla da largura do painel, permitindo com que as juntas sejam formadas nos eixos dos pilares. Não é permitida a instalação lado a lado de lajes cortadas
longitudinalmente.
Não é permitida a instalação de shafts ao lado de lajes cortadas longitudinalmente.
O primeiro painel deve estar encostado na fachada, pois a instalação da fôrma junto à fachada é mais complexa e trabalhosa. Essa concretagem in loco é limitada a uma faixa por pano de laje, pois, durante a montagem, o aspecto visual das emedas para o cliente é negativo, visto que o volume de concreto da faixa é maior que o da laje alveolar.
Em geral, existem três tipos de recortes que podem ser realizados em lajes alveolares protendidas: (a) recorte longitudinal, (b) recorte nas extremidades e (c) recortes laterais no vão da laje. O corte longitudinal (a), segundo Melo (2007, p. 253), é o de maior gravidade. Não deve ser feito na região da nervura entre alvéolos (onde se encontra o cabo de protensão) e é um procedimento muito demorado e oneroso. A Figura 7 indica as regiões da seção transversal onde um recorte longitudinal é permitido. A laje alveolar nessas regiões fica com um aspecto ruim, pois o corte deixa uma rebarba quebradiça que diminui a qualidade visual da junta.
Figura 7 - Regiões de possibilidade de cortes. Fonte: Munte, 2007.
2 Recomendações direcionadas a produtos da fabricante Munte, cujo catálogo possui painéis com espessuras de 20 cm e 26,5 cm (MELO, 2007)
Para uma laje cortada longitudinalmente, são permitidos recortes de adequação ao pilar somente na lateral já cortada, devendo permanecer 75% da largura do painel com apoio em viga e/ou console no pilar. A menor largura permitida da laje é de 40 cm e, caso seja necessário um acerto de modulação menor que esta medida, mas superior a 25 cm (onde é realizada a concretagem in loco), devem ser feitas duas lajes recortadas não locadas justapostas em planta (MELO, 2007, p. 254). O recorte nas extremidades (b) ocorre principalmente para o ajuste junto aos pilares e o ideal é que ocorra no primeiro alvéolo, podendo ter até 20 cm de largura para lajes de 20 cm, e 25 cm para lajes de 26,5 cm (Munte Construções Industrializadas3). Os recortes podem existir em ambas as extremidades e seu comprimento pode ser de qualquer magnitude desde que seja respeitado um apoio mínimo de 66% da largura do painel. Cortes com dimensões superiores às descritas demandam a realização de um reforço, devidamente indicado no projeto específico (Melo, 2007, p. 256).
Os recortes laterais (c) são necessários em alguns casos (pilar intermediário sem apoio para receber a laje alveolar) e é necessário realizar um reforço sempre que o recorte ultrapassar o primeiro alvéolo, ou seja, maior que 20 cm para a laje de 20 cm e 25 cm para a laje de 26,5 cm.
3 Recomendações direcionadas a produtos da fabricante Munte, cujo catálogo possui painéis com espessuras de 20 cm e 26,5 cm (MELO, 2007)
3 CONCEITOS E PARÂMETROS INICIAIS DE DIMENSIONAMENTO
3.1 PROTENSÃO COM ADERÊNCIA INICIAL
A armadura de protensão, também definida como armadura ativa, é conceituada pela ABNT NBR 6118 (2014, p. 4) como sendo a armadura constituída por barras, fios isolados ou cordoalhas, destinada à produção de forças de protensão. Os elementos de concreto protendido podem ser classificados em três tipos, segundo a aderência entre tal armadura e o concreto: (a) protensão com aderência inicial ou pré-tração; (b) protensão com aderência posterior ou pós-tração com aderência; e (c) protensão sem aderência ou pós-tração sem aderência.
Como descrito anteriormente, a laje alveolar faz uso de concreto com armadura ativa pré-tracionada que, segundo a ABNT NBR 6118 (2014, p. 4), é aquele em que o pré-alongamento da armadura 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 deste material.
Neste tipo de protensão, a ancoragem da armadura no concreto realiza-se somente por aderência e os cabos de protensão são tensionados entre blocos de ancoragem fixos e concretados que, após o endurecimento suficiente do concreto, são desligados, de modo que a força de protensão seja transferida ao concreto (LEONHARDT, 1983, p. 7). A pré-tração permite uma aderência imediata entre a armadura de protensão e o concreto.
A utilização de peças pré-fabricadas de concreto protendido é motivada pela reduzida quantidade de equipamentos e materiais envolvidos no processo construtivo e pela necessidade de um concreto de melhor qualidade, garantida por um rigoroso controle tecnológico. Devido a essas características e às vantagens do concreto protendido, o uso da protensão com aderência inicial tornou-se usual e largamente empregada na produção de elementos pré-moldados (VERÍSSIMO, 1998, p. 6).
Na pré-fabricação, o uso da protensão está aliado ao emprego de concretos de alta resistência. Segundo Veríssimo (1998, p. 7), tal ação permite uma série de vantagens, cujos principais fatores contribuintes são:
