ANÁLISE COMPARATIVA ENTRE O RADIER DE CONCRETO PROTENDIDO E O CONCRETO ARMADO.

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1 ANÁLISE COMPARATIVA ENTRE O RADIER DE CONCRETO PROTENDIDO E O CONCRETO ARMADO. Kerem Jemima Freire Oliveira 1 Euler André Barbosa de Alencar 2 1 Graduando de Bacharelado em Engenharia Civil pelo Centro Universitário do Norte UNINORTE Laureate International Universities (2019). kerenoliver72@gmail.com 2 Professor Orientador, Especialista em Gestão de Projetos em Engenharias e Arquitetura pelo instituto de Pós-Graduação e Graduação (IPOG). RESUMO O desenvolvimento e utilização de novos métodos construtivos empregado com novas tecnologias tem como objetivo reduzir tempo, custo e mão de obra. O processo construtivo do radier de concreto protendido é uma exemplificação de redução de custo, tempo e praticidade se comparado com o radier de concreto armado. Contudo, o radier de concreto armado não precisa de mão de obra qualificada e a utilização de equipamentos especiais para a sua construção. Dito isso, neste trabalho será apresentando um comparativo entre a utilização do radier de concreto protendido e do radier de concreto armado em construções de pequeno e grande porte. Especificado características do concreto protendido como a classificação da protensão, sendo aderente e não aderente bem como, a perda de protensão. São especificados também os materiais utilizados sedo eles o concreto, cordoalhas engraxadas e armadura passiva e protensão. Assim como, a classificação geral do radier, os aspectos construtivos, econômicos, desempenho e execução do radier de concreto protendido em relação ao concreto armado. Demonstrando os métodos construtivos das respectivas tecnologias na construção da fundação, assim como o custo, vida útil e os métodos construtivos, a vantagem e a desvantagem no emprego desse sistema no canteiro de obra. Palavras chaves: radier, concreto protendido, concreto armado, comparativo, vantagens. 1

2 ABSTRACT The development and use of new constructive methods employed with new technologies aim to reduce time, cost and manpower. The constructive process of the prestressed concrete radier is an exemplification of cost, time and practicality reduction compared to the radar of reinforced concrete. However, the reinforced concrete radier does not require skilled labor and the use of special equipment for its construction. That said, this work will be presenting a comparison between the use of the radier of prestressed concrete and the radier of reinforced concrete in small and large constructions. Specified characteristics of the prestressed concrete as the classification of the pretension, being adherent and non-adherent as well, loss of pretension. Also, specified are the materials used for the concrete, greased struts, and passive reinforcement. As well as, the general classification of the radier, the constructive, economic aspects, performance and execution of the radier of prestressed concrete in relation to the reinforced concrete. Demonstrating the constructive methods of the respective technologies in the construction of the foundation, as well as the cost, life and construction methods, the advantage and the disadvantage in the use of this system in the construction site. Key words: radier, reinforced concrete, prestressed concrete, comparative, advantages. 2

3 1. INTRODUÇÃO A fundação superficial pode ser definida como um elemento estrutural onde as cargas são transmitidas ao terreno de forma equilibrada, evitando que haja um deslocamento do solo. Para a elaboração do projeto de fundações deve - se fazer uma análise de diversas alternativas, levando em consideração a topografia da área, dados geológicos geotécnicos, dados sobre as construções vizinhas e dados da estrutura a construir. (Falta citação) As fundações superficiais são divididas em blocos, sapatas, sapatas associadas, sapatas corridas e radier, conforme a NBR 6118 (2014). O radier, objeto de estudo, é uma placa que abrange todos ou parte dos pilares de uma edificação, distribuindo de forma uniforme as cargas para o solo. Segundo Santos (1987), o radier de concreto armado e concreto protendido por receber o carregamento total da edificação, os recalques diferenciais são bastantes reduzidos nas estruturas. A utilização desse método é pouco difundida no Brasil e não recebe a devida atenção tanto do ponto de vista estrutural quanto do ponto de vista executivo, visto que, até o momento não existe uma norma especifica para o dimensionamento e execução do radier, de modo que evitaria vários problemas que são ignorados na construção, segundo Albino e Mascia (2009). Segundo Doria (2007), hoje em dia a execução do radier é de forma econômica e rápida desde que seja bem projetado. Com métodos que recebem avanços tecnológicos e proporcionam melhor execução e resistência a cargas elevadas da estrutura. O concreto protendido tem sido um diferencial para a fundação do tipo radier, utilizando concreto de alta resistência o que eleva a capacidade da fundação de resistir a grandes carregamentos das estruturas, tecnologia essa que pode substituir o método convencional de concreto armado. Segundo Veloso e Lopez (1998), existe dificuldades na execução do radier por ser uma tecnologia arenosa e de difícil execução em projetos urbanos confinados e também por ter uma demanda muito grande concreto em construções de grande porte. Em contrapartida, o custo benefício da utilização dessa tecnologia integrado com métodos construtivos possibilita um 3

4 custo menor no final da construção. O que seria viável a aplicação em comparação com outros métodos construtivos. 2. OBJETIVO O objetivo geral deste trabalho tem como finalidade comparar dois sistemas tecnológicos (concreto protendido e o concreto armado) para a construção da fundação do tipo radier, mostrando os benefícios, vantagens e desvantagens, comparando os métodos e custos dos materiais com base em estudos já publicados. Os objetivos específicos são demonstrar os tipos de radier, apresentar as características do concreto protendido e do concreto armado, bem como, apresentar a forma de execução do radier com cada um desses sistemas. 3. METODOLOGIA A metodologia adotada foi feita por levantamento bibliográfico e pesquisa documental, apresentando dados técnicos e práticos com base em dados já publicados. Esse trabalho não é utilizado nenhum tipo de dados experimentais ou pesquisa de campo. 4. CLASSIFICAÇÃO DO RADIER 4.1 GEOMETRIA O radier classifica se como lisos, pedestais ou cogumelos, nervurados e caixão: Radiers lisos a grande vantagem desse tipo é a facilidade na execução. Tem sido bastante empregado nas edificações do Programa de Arrendamento Residencial PAR em Maceió. Esse projeto tem edificações com 4 (quatro) pavimentos. Radiers com pedestais ou cogumelos o aumento da espessura sob os pilares e melhora a resistência a flexão e ao esforço cortante. O pedestal tanto pode 4

5 ser inferior como superior, o último tem a vantagem de poder escavar e deixar a superfície do piso plana. Radiers nervurados podem ser executadas com nervuras secundárias e nervuras principais, colocadas sob os pilares, executadas tanto inferior quanto superior. A nervuras inferiores pode feito a escavação, o que não acontece com a nervuras superiores, pois é necessário a uma camada de agregado para que a superfície fique plana. Radiers em caixão esse tipo de radier tem uma elevada rigidez e pode ser executado com vários pisos. A espessura destes radiers variam de 0,15 metros a 2,00 metros, dependendo do tipo empregado 4.2 RIGIDEZ O radier pode ser classificado em rígido e elástico. O radier elástico dispõe uma pequena rigidez e o deslocamento ligados a placa não são desprezados. A rigidez à flexão é mais elevada no radier rígido, logo, o mesmo pode ser tratado como um corpo rígido, segundo o ACI (American Concrete Institute, 1997). Segundo American Concrete Institute ACI (1997), considera o radier rígido, quando: 1. Quando a coluna 1 atender o seguinte espaçamento: 175 l Kv b 4 Ec l Onde b é a largura da faixa de influência da linha da coluna, Kv é o coeficiente de reação vertical e EcI é a rigidez à flexão da faixa. 2. A variação da carga e o espaçamento da coluna não pode ser maior que 20% 5

6 flexível. Quando uma dessas condições não for atendida, o radier é considerado como 4.3 TECNOLOGIA Quanto à tecnologia, é empregado o concreto armado e o concreto protendido para a execução da fundação do tipo radier. 5. CONCRETO PROTENDIDO E CONCRETO ARMADO 5.1 CONCRETO PROTENDIDO Definições Básicas A armadura ativa ou armadura protensão, é a armadura que será tracionado, ou seja, será alongada com equipamentos especiais e, quando devidamente ancorado, passará a força necessária de protensão ao concreto. É composta por barras, fios isolados ou cordoalhas (NBR 6118/2014). A armadura passiva é uma armadura que não é empregado para produzir força de protensão, ou seja, a armadura não é alongada. É composta por barras ou fios de aço para concreto armado (NBR 6118/2014) Aços Para Concreto Protendido Conforme Pfeil (1980) os aços usados para protensão é constituído pela sua alta resistência e ausência de escoamento. O mesmo caracteriza se por ser muito econômico, em comparação entre o custo e o valor força exercida para cada tipo de aço (comparação entre o aço CA e CP), devido a elevada resistência, que pode ser, três vezes maior que o aço usado nas estruturas em CA, segundo (CARVALHO, 2012; VERÍSSIMO E CÉSAR JR, 1998) Concreto Protendido Pré Tracionado Conforme a NBR 6118, o concreto protensão da armadura ativa é pré alongado usando apoios independentes, sendo que a armadura de protensão é ligada 6

7 a apoios desfeitos após o concreto ser endurecido e a ancoragem é feita por aderência Concreto Protendido Pós Tracionado Feito a concretagem e cura do concreto, então é feito o estiramento da armadura ativa com apoio na própria peça, gerando ou não aderência da armadura com o concreto, segundo (Carvalho, 2012) Concreto Protendido Com Aderência Inicial Carvalho (2012), afirma que, a armadura ativa é posicionada, ancorada e tracionada em blocos nas cabeceiras do berço. Depois a armação da armadura passiva é feita a concretagem e cura do concreto, as armaduras ativas são desfeitas da cabeceira. O tracionamento por aderência do concreto evita de o aço voltar a posição original, o esforço de tração se transfere ao concreto na forma de compressão Concreto Protendido Com Aderência Posterior A armadura ativa de protensão é pré alongada após o endurecimento do concreto, usando como apoio a própria peça, gerando aderência com o concreto de forma duradouro, mediante a injeção de bainhas, conforme (Ishitani; Leopoldo; França, 2002) Concreto Protendido Sem Aderência Neste caso, o concreto protendido sem aderência, é obtido como no caso anterior, mas após o estiramento da armadura de protensão, não é criado aderência com o concreto. Assim, a armadura tracionada após a execução da peça de concreto é chamada de ativa, segundo (Veríssimo, César Júnior, 1998) Perdas De Força De Protensão 7

8 As perdas que ocorrem ao longo do cabo são devido a diminuição dos esforços e protensão e podem ser classificadas como imediatas, devido sobretudo à forma como se procede a protensão e às propriedades do aço e do concreto, e ao longo do tempo, que se deve às propriedades visco elásticas tanto do concreto quanto do aço, segundo Carvalho (2012). 5.2 CONCRETO ARMADO DEFINIÇÕES BÁSICAS Depende apenas da aderência entre o concreto e a armadura e, não se aplicam alongamentos iniciais das armaduras antes de ser gerado aderência. É composta por barras de aço, conforme a NBR 6118 (2014). 6. MATERIAIS 6.1 Concreto A durabilidade do projeto é um dos fatore que influenciam na escolha do tipo de concreto e a classe que será utilizado, assim como, a resistência requerida nos primeiros anos, os materiais disponíveis e o fator econômico. A NBR 6118 (2014), já estabelece os valores mínimos a resistência a compressão de acordo com a agressividade e a classe de agressividade para o concreto armado e concreto protendido. TIPO Classe de Agressividade I II III IV CONCRETO ARMADO C20 C25 C30 C40 CONCRETO PROTENDIDO C25 C30 C35 C40 Tabela 1 - Correspondência entre classe de agressividade do concreto; Fonte: NBR 6118 (2014), página 18. 8

9 6.2 Cordoalhas Engraxadas As cordoalhas devem estar livres e limpas de corrosão. Deve se atentar para a cobertura plástica se não tem algum rasgo ou falhas antes do lançamento do concreto com fitas plásticas para que a cordoalha seja isolada do concreto, de acordo com Emerick (2002). As cordoalhas de 7 (sete) fios são normalmente utilizados em piso de concreto pós tensionados com aços de relaxação normal. Figura Detalhe da cordoalha de 7 fios Tipo de Cordoalha Ø 12,7 mm (1/2 ) Ø 15,2 mm (3/8 ) Área mínima (mm²) 98,7 140 Área aproximada (mm²) 101,4 143,5 Peso linear com bainha e graxa 0,89 1,24 (kg/m) Carga de ruptura fptk (kn) 187,3 265,8 Módulo de elasticidade (GPa) Aproximadamente 196 Alongamento após ruptura 3,5% Ø cordoalha + bainha (mm) 15,4 18,1 Tabela 2 - Características das monocordoalhas engraxadas de 7 fios Aço CP 190; Fonte: NBR 7483 (2004), página 07. A tabela 2 demonstra algumas das propriedades físicas e geométricas das monocordoalhas engraxadas de 7 (sete) fios com diâmetro de 12,7 mm e 15,2 mm. As indústrias fornecem as cordoalhas já engraxadas e plastificadas. Deve se evitar a utilização do PVC como capa protetora, pois esse material libera íons de cloreto em certas condições. 6.3 Armadura Passiva 9

10 Segundo a NBR 6118 (2014), nos projetos de estruturas de concreto armado deve ser utilizado aço classificado pela NBR 7480/1996 com o valor característico da resistência de escoamento nas categorias CA-25, CA-50 e CA-60. Os diâmetros e seções transversais nominais devem ser os estabelecidos na NBR 7480/ Armadura de protensão Segundo Veríssimo (1998), as armaduras de protensão contem barras ou fios, feixes (barras ou fios paralelos) ou cordões (fios enrolados), onde provem à produção das forças de protensão. O cabo é denominado a unidade da armadura de protensão considerada no projeto e denomina se também a armadura protentida como ativa. 7. PROCESSO CONTRUTIVO DO RADIER Segundo Sobral (2015), o radier é uma estrutura em forma de placa executado com concreto armado ou com concreto protendido dimensionado para suportar e distribuir as cargas de forma uniforme para o solo. A utilização desse tipo de fundação traz benefícios relacionados a recalques diferenciais, por conta disso a rigidez do radier é indispensável. A determinação das dimensões da mesma, a tensão admissível deve ser maior ou igual a tensão que o solo receberá. Para Almeida (2001), a execução da fundação em radier, o subleito deve fornecer uma base firme e que seja uniforme para a placa, no caso de não ser possível, deve se utilizar a brita graduada para otimização. As juntas expansivas são utilizadas para a expansão da placa, devido à alteração da temperatura. Para evitar fissuras no radier é recomentado a utilização de juntas de concentração no dia do lançamento do concreto. Dória (2007) afirma que, para a construção do radier primeiro deve ser feito a definição do modelo estrutural, com informações das dimensões, os carregamentos, entre outros. A determinação da espessura do radier é imprescindível, pois, assim que adotado, deve passar por uma análise criteriosa para saber se necessita aumentar, diminuir ou manter as dimensões da espessura. Definido o modelo é elaborado a planta do radier e, logo após, é determinado a grelha da peça. 10

11 7.1 RADIER DE CONCRETO PROTENDIDO A execução do radier de concreto protendido é a simplicidade característica, no qual, as cordoalhas e seus acessórios requer um trabalho muito simples na obra. Cauduru (2000) sugere que a altura de um elemento de concreto protendido seja na ordem de 70% da altura em relação concreto armado. A altura desse elemento estrutural deve ser determinada logo na fase inicial do dimensionamento da laje. O método mais utilizado é o de protensão sem aderência, pois não requer a injeção de pasta de cimento, utilizando portanto cordoalhas engraxadas o que colabora para a sua simplicidade. Segundo Cauduru (2000), a construção do radier com concreto protendido é feito a limpeza e preparo do terreno, colocação das canalizações, colocação de filme plástico, formas laterais, cordoalhas com suas ancoragens e fretagens, concretagem, alisamento mecânico e, após três dias, protensão. No dia seguinte à concretagem, já se pode fazer a marcação da alvenaria. O radier de concreto protendido suporta cargas mais elevadas do que o método tradicional, tendo resistência a edifícios residenciais com 2, 7, 12 e 15 andares. 7.2 RADIER DE CONCRETO ARMADO A resistência a compressão influencia diretamente na definição da espessura do radier e nas propriedades das superfícies acabadas. A resistência a compressão está diretamente ligada na deformação de retração, na deformação lenta e na deformação referente à variação da temperatura ambiente. As especificação e determinação dessa resistência são imprescindível para o bom funcionamento estrutural do radier em concreto armado. A resistência ao desgaste do concreto, está ligado a resistência a compressão do concreto. Pesquisa da Portland Cement Association (1983), mostra que a mesma aumenta devido à redução da quantidade de água ou devido à grande quantidade de cimento, ou ambos a resistência a compressão do concreto aumenta. A qualidade do concreto é prescindível; a solidez e a dureza da argamassa é importante após o desgaste da superfície do agregado graúdo. 11

12 Segundo Cauduro (2000), a construção do radier de concreto armado é feita a demarcação à volta da área; escavação (valeta) sob todas as paredes retirando-se a terra manualmente; colocação de concreto no fundo da vala; levantamento de base de tijolos de largura maior que a das paredes até o nível adequado, colocação de fôrmas laterais, armação e concreto sobre todas as bases, formando a cinta, impermeabilização da cinta; reatêrro manual e finalmente apiloamento manual. Todos esses trabalhos em área de 300 m², podem demorar de 5 a 7 dias para serem executados. As fissuras em fundações tipo radier de concreto armado, aparecem devido a movimentação do solo, do comportamento térmico do concreto ou da retração ou da retração do concreto. 8. VANTAGENS E DESVANTAGENS 8.1 Custo O custo do material usado na execução da fundação do tipo radier de concreto protendido pode ser até 35% mais econômico do que o custo do material da fundação em concreto armado, segundo Impacto, (2019). A execução do radier de concreto protendido requer mão de obra qualificada o que pode encarecer ainda mais esse sistema. Em contrapartida, o volume de concreto protendido utilizado na fundação é muito menor que na fundação do sistema convencional, pois é usado concreto com elevada resistência, proporcionando a diminuição da espessura do radier. A armadura de protensão tem um alto custo o que pode encarecer ainda mais esse tipo de estrutura, segundo Impacto, (2019) 8.2 Vida útil De acordo com Leonhardt (1983), o concreto protendido tende a diminuir com o passar do tempo as chances de elementos fletidos sofrerem flexão devido a fissuras são baixas e no caso de acontecer a protensão impedi que a fissuras comprometam 12

13 as estruturas tornando os valores insignificantes, essa característica permiti ao concreto protendido uma durabilidade maior em relação ao concreto armado. Em contra partida, a armadura do concreto protendido tende a sofrer maior corrosão que a armadura do concreto armado, sendo mais danosos em estruturas com armaduras ativas do que nas estruturas com armadura passiva. Deve ser feito um tratamento nas armaduras de concreto protendido para que não ocorra corrosão eliminando o risco. 8.3 Método construtivo O concreto protendido tem uma vantagem maior em relação ao tempo de cura do que o concreto armado, a desforma das estruturas com armadura ativa tem a possibilidade divido a mesma apresentar maior eficiência no combate à flexão do que as estruturas de concreto armado, permitindo uma redução no cronograma de execução da obra, segundo Emerick (2002). Por outro lado, o custo utilizando estruturas de concreto armado apresentam -se em maior vantagem se comparado com as estruturas de concreto protendido pois, encarece a obra por ser necessário mão de obra especializada. 13

14 CONCLUSÃO O objetivo deste estudo foi mostrar o processo de execução de um radier de concreto protendido e armado. A revisão bibliográfica foi feita baseada nos conceitos de protensão, armado e materiais utilizados. Assim como, a citação de algumas vantagens e desvantagens na utilização de cada método construtivo. Foi observado que o radier de concreto protendido, embora, seja de grande viabilidade devido a facilidade na execução se torna difícil e mais cara por falta de mão de obra especializada, o radier de concreto armado é mais utilizado por não precisar de mão de obra qualificada. Em contra partida, o custo de utilizar o radier protendido apresenta ser mais barato que o sistema convencional pois não necessita de uma grande quantidade de concreto. A aplicação do concreto protendido no radier se mostrou bastante vantajoso para construções com vários pavimentos, onde, a fundação necessita de alta resistência para suprir as cargas atuantes da estrutura. O radier de concreto protendido apresenta vantagens também pela rapidez na execução, segurança, baixo custo e a simplicidade na obra sendo um ponto bastante positivo na escolha de qual tecnologia usar para a execução do mesmo. Embora o radier de concreto protendido apresente vários pontos favoráveis, a execução desse tipo de construção não é tão conhecida como o radier de concreto armado. Com o tempo, o radier protendido pode vir a se popularizar pelo fato da sua grande facilidade de execução e economia de recursos se comparada com o modelo convencional. Deve ser feita uma análise previa antes de escolher qual tecnologia usar antes de determinar o tipo de radier a ser empregado, deve se verificar não de forma generalizada, mas que seja comprovada economicamente sempre. 14

15 REFERÊNCIAS AMERICAN CONCRETE INSTITUTE ACI. Design of slabs on grade (ACI 360R- 92), ALBINO, Fábio Souza; MASCIA, Nilson Tadeu. Análise numérica de laje sobre solo pelo método dos elementos finitos e por teoria de viga sobre base elástica. In: CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO, , Curitiba. Concretos para infraestrutura sustentável: Projeto de Estruturas. Arte Interativa, CD-ROM. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 6118: Projeto de estruturas de Concreto Procedimento ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 7483: Cordoalhas de aço para concreto protendido BORGES, Alberto Nogueira. Curso Prático de Cálculo em Concreto Armado: Projetos de Edifícios. Editora Imperial Novo Milênio. Rio de Janeiro, CADURU, E.L. Execução de radiers protendidos. In: CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO, , Fortaleza. Trabalho apresentado no 42º Congresso Brasileiro do Concreto. Projeto de Estruturas. Arte Interativa, CD-ROM. CARVALHO, Roberto Chust e PINHEIRO, Líbano Miranda. Cálculo e detalhamento de estruturas usuais de concreto armado. Volume 2. Editora PINI. São Paulo CARVALHO, Roberto Chust. Estrutura em Concreto Protendido: Cálculo e detalhamento. Volume 1. Editora PINI. São Paulo EMERICK, Alexandre Anozé. Projeto e Execução de Lajes Protendidas. Curso de Engenharia Civil. Dezembro de Notas de aula. Centro de Tecnologia do 15

16 Departamento de Engenharia Estrutural e Construção Civil da Universidade Federal do Ceará. IMPACTO. Radier Protendido. Disponível em: < Acesso em: 07 abril ISHITANI; Leopoldo e França. Concreto Protendido Fundamentos Iniciais, São Paulo: USP, LEONHARDT, Fritz. Construções de Concreto: Concreto Protendido. Volume 5. Editora Interciência LTDA. Rio de Janeiro PFEIL, W. Concreto protendido. Brasília: Livros Técnicos e Científicos, VERÍSSIMO, G.S.; CÉSAR JR., K.M.L. Concreto protendido Fundamentos básicos. Universidade Federal de Viçosa, Departamento de Engenharia Civil,