CONCRETO ESTRUTURAL PRÉ-MOLDADO

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1 UNIVERSIDADE DO PLANALTO CATARINENSE DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL MARIO NESTOR ULLMANN CONCRETO ESTRUTURAL PRÉ-MOLDADO LAGES 2014

2 MARIO NESTOR ULLMANN CONCRETO ESTRUTURAL PRÉ-MOLDADO Relatório de Estágio Curricular Supervisionado Obrigatório do Curso de Engenharia Civil da Universidade do Planalto Catarinense UNIPLAC como requisito necessário para obtenção do grau de Bacharel em Engenharia Civil. Orientação: Professor, MSc. Engenheiro Civil, Carlos Tasior Leão. LAGES SC 2014

3 MARIO NESTOR ULLMANN CONCRETO ESTRUTURAL PRÉ-MOLDADO Relatório de Estágio Curricular supervisionado apresentado ao departamento de Engenharia Civil da Universidade do Planalto Catarinense UNIPLAC como requisito necessário para obtenção do grau de Bacharel em Engenharia Civil. Lages (SC), 17 de junho de Prof. Carlos Eduardo de Liz Supervisor Estágio Prof. Carlos Tasior Leão - Orientador Prof. Alexandre Tripoli Venção - Coordenador

4 LISTA DE ABREVIATURAS ABREVIATURAS PALAVRAS OU TERMOS ABCI Associação Brasileira da Construção Industrializada. ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas. CREA Conselho Regional de Engenharia e Agronomia. NBR Normas Brasileiras. SC Santa Catarina.

5 LISTA DE FIGURAS Figura 1 Estrutura aporticadas com cobertura e elementos de fachadas Figura 2 Estrutura pré-moldada em esqueleto Figura 3 Estrutura de painéis combinada com estrutura em esqueleto Figura 4 Edifício com painéis estruturais de fachada e compridos painéis de piso Figura 5 Estrutura párea fachadas e pisos, coberturas de grandes vãos para edifícios de uso geral Figura 6 Sistemas celular de construção Figura 7 Residência e edifícios de apartamentos com estruturas de paredes estruturais, transversais com painéis perimetrais Figura 8 Edifício para escritórios com estrutura em esqueleto e com fachadas em concreto Figura 9 Edifício de escritório com grandes vãos Figura 10 Construção industrial com traves aporticadas Figura 11 Construção consiste grande espaço aberto paredes portantes e cobertura de laje com elemento em duplo caimento. Estrutura aporticada com andar intermediário, tipo mezanino Figura 12 Estrutura sistema aporticado, elementos de laje em, duplo T com duplo caimento para telhados duas água, apoiado em traves planas longitudinais Figura 13 Estrutura em esqueleto dividido em níveis para estacionamentos com rampas retas entre os pisos intermediários Figura 14 Estrutura para arquibancada em concreto pré-moldado de uma construção esportiva Figura 15 Fôrmas metálicas para produção de pré-moldados de concreto Figura 16 Processo de corte, dobra e controle das dimensões do aço das armaduras... 37

6 Figura 17- Montagem da armadura com controle de espaçamentos entre aços longitudinais e transversais Figura 18 Montagem da armadura de aço Figura 19 Montagem da armadura de aço Figura 20 Içamento de peça pré-moldada Figura 21 Alças e içamento de peças pré moldadas na movimentação dentro da fábrica Figura 22 Montagem de uma concreteira na fábrica de pré-moldados Figura 23 Transporte do concreto da concreteira e enchimento de caçamba com comportas basculantes de aplicação do concreto nos moldes das fôrmas Figura 24 Aplicação do concreto nos moldes das fôrmas com sistema de caçamba com comportas basculantes Figura 25 Inspeção dos elementos pré-moldados Figura 26 Máquina de corte de fios e barras de aço Figura 27 Ligações das vigas com pilares por consoles em estrutura sistema esqueleto Figura 28 Ligações entre pilares e vigas por consoles e recortes das extremidades das vigas Figura 29 Elemento de fundação, sapata tipo cofre Figura 30 Inserção do pilar no elemento de fundação, sapata com cofre Figura 31 Máquinas e equipamentos para instalação dos elementos de fundações pilares, vigas, coberturas e pisos como lajes Figura 32 Montagem de um sistema de estrutura pré-moldada, instalação de pilares e vigas Figura 33 Instalação de elementos pré-moldados Figura 34 Estrutura pré-moldada convencional, sistema aporticado, montado 53 Figura 35 Montagem de estrutura pré-moldada convencional, sistema aporticado Figura 36 Detalhe de prótico de estrutura pré-moldada montada, sistema aporticado Figura 37 Sede da Empresa JR Materiais de Construção e Artefatos de Concreto Ltda., escritório e fábrica Figura 38 Escritório na sede da empresa para estagiário... 58

7 Figura 39 Fôrma dupla, em chapa de aço, para produção de painéis Figura 40 Fôrma de pilares, modulada em comprimento, com e sem ranhuras de encaixe, com e sem consoles Figura 41 Fôrma de laje armada com malha e treliças de aço Figura 42 Armadura de aço para ser utilizada em painéis Figura 43 Bancada de medidas, cortes e dobras dos fios de aço para as armaduras Figura 44 Armadura instalada dentro de forma de pilar com console Figura 45 Concretagem de pilar e acabamento da face superior Figura 46 Laje concretada, aramada com malha de aço e duas vigas treliçadas Figura 47 Concretagem de painel aramado Figura 48 Pilar desformado após a cura Figura 49 Casa de força da estação de bombeamento da SEAMASA no rio Caveiras Lages Figura 50 Casa de força SEMASA, detalhe do console do pilar e apoios das vigas e lajes pré-moldadas Figura 51 Casa de força SEMASA, detalhes da fundação, inserção do pilar, apoiadas nas vigas sobre os consoles do pilares Figura 52 Edificação comercial, estrutura em esqueleto com três pavimentos, Lages SC Figura 53 Edificação comercial, Lages SC Figura 54 Edificação comercial, fechamento com painéis, Lages SC Figura 55 Edificação com estrutura do tipo aporticada, fechamento com painéis. Ginásio de esportes, Anita Garibaldi SC Figura 56 Ginásio de esportes, Anita Garibaldi SC Figura 57 Equipamento de perfuração do solo para construção de estaca broca, moldada in loco, Lages-SC Figura 58 Preparo do concreto para concretagem da estaca broca, Lages- SC

8 SUMÁRIO APRESENTAÇÃO CONCRETO ESTRUTURAL PRÉ-MOLDADO Caracterização da empresa e seu ambiente SITUAÇÃO PROBLEMÁTICA Descrição do problema Limites do projeto OBJETIVOS Geral Específicos Justificativa REVISÃO DE BIBLIOGRAFIA Definição de concreto pré-moldado História do concreto pré-moldado Período de 1950 a Período de 1970 a Período pós Nomenclaturas e definições utilizadas no concreto de pré-moldados Ajuste Colarinho Desvio Dimensão básica Elemento pré-moldado Elemento pré-fabricado Folga para ajuste negativo Folga para ajuste positivo Inserto Ligações Peças compostas... 20

9 Rugosidade Tolerância Tolerância global do elemento Variação inerente Princípios básicos do projeto Possibilidades e restrições Modulação Padronização Tolerâncias Dimensionais Sistemas Construtivos Pré-moldados Definição dos sistemas construtivos Sistemas estruturais básicos de pré-moldados Aplicações dos sistemas estruturais Residências Escritórios Hotéis e hospitais Prédios escolares Edifícios industriais e armazéns de múltiplo uso Edifícios comerciais Estacionamentos Complexos esportivos FABRICAÇÃO DE PEÇAS PRÉ-MOLDADAS Fôrmas, propriedades e requisitos Elementos constituintes de um sistema de fôrmas para pré-moldados Materiais e racionalização dos sistemas de fôrmas Armaduras de aço Alças de içamento Concreto Concretagem Aditivos químicos Cura e desfôrma Critérios de CONTROLE Controle dos materiais Controle do concreto... 44

10 2.12 LIGAÇÕES DE PLACAS PRÉ-MOLDADAS Especificações e detalhamento Tipos de ligações e soluções MONTAGEM DAS ESTRUTURAS PRÉ-MOLDADAS Especificação no projeto Locação e fundações Pilares Vigas Terças e cobertura Águas pluviais METODOLOGIA Local do desenvolvimento do estágio Sede da empresa Locais de execução de obras Relatórios das atividades diárias ATIVIDADES DESENVOLVIDAS NO ESTÁGIO CARACTERIZAÇÃO DA EMPRESA, SEU AMBIENTE E PERÍODO ATIVIDADES DESENVOLVIDAS Fabricação de elementos de concreto pré-moldados Acompanhamento de montagens das estruturas pré-moldadas em projetos de edificações : Fundações profundas tipo estacas brocas Cálculo de dosagem de concreto e verificação da resistência característica à compressão Objetivo Procedimentos do estudo de dosagem Resultados e análise dos dados Conclusão sobre o cálculo de dosagem do concreto CONCLUSÃO REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS... 77

11 9 APRESENTAÇÃO O uso do concreto pré-moldado na construção civil está relacionado a um método construtivo de edificações para diferentes finalidades, de forma econômica, rápida, durável, estruturalmente segura, com versatilidade em suas funções de uso e de formas e tipologias arquitetônicas. A indústria de estruturas pré-fabricadas está em contínua evolução para atender as demandas da sociedade em termos de economia, eficiência, desempenho técnico, segurança, condições favoráveis de trabalho e de sustentabilidade. A evolução construtiva das edificações e das atividades da engenharia civil será marcada para o futuro pelo processo de industrialização e automação, criandose um modelo moderno de pré-fabricação com uma filosofia industrial ao longo de todo o período do processo construtivo da edificação. A pré-fabricação dos elementos estruturais de concreto é um processo industrial com grande potencialidade para o futuro deixando de ser uma variante técnica das construções de concreto moldadas no local. O projeto de engenharia deverá respeitar as demandas específicas e particulares dos sistemas construtivos pré-moldados. Comparado aos métodos de construção civil tradicionais e outros materiais de construção, os sistemas pré-fabricados, como método construtivo, e o concreto estrutural, como material, tem muitas características positivas, cuja forma industrializada de construção apresenta muitas vantagens, tais como: produtos feitos na fábrica com trabalho permanente e moderno; uso otimizado de materiais e controle tecnológico e condições controladas; menor tempo de construção; instalações e construções em condições climáticas severa e adversas; qualidade e certificação; oportunidade de boa arquitetura; boa eficiência estrutural; adaptabilidade às novas exigências de utilização da edificação e construção menos agressiva ao meio ambiente. O desenvolvimento dos automatismos industriais está ligado aos processos de fabricação de sistemas pré-moldados bem como aos processos de transporte, de montagem, aos métodos de inspeção e controle, à criação de novos materiais e ao controle das consequências desses processos ao meio ambiente.

12 10 Dada a importância da potencialidade do uso atual e futuro dos préfabricados de concreto armado, eles fornecem oportunidades aos profissionais da engenharia civil em poder atuar nos processos de projetos de elementos estruturais, nos processo de produção e controle nas fabricas de pré-moldados e projetos de execução de montagens de diferentes edificações e suas aplicações. Optou-se por esse tema da Construção Civil para realização do presente Estágio Curricular Supervisionado do Curso de Engenharia Civil da UNIPLAC, com a finalidade de estudar e aprofundar-se na matéria que trata do concreto estrutural de elementos e edificações pré-moldadas em Empresa que atua na fabricação, transporte e montagem, desde a infra, meso e superestruturas de concreto prémoldado em edificações para diferentes finalidades de uso.

13 11 1 CONCRETO ESTRUTURAL PRÉ-MOLDADO 1.1 CARACTERIZAÇÃO DA EMPRESA E SEU AMBIENTE A Empresa concedente do Estágio, JR Materiais de Construção e Artefatos de Concreto Ltda, atua no ramo de produção de elementos de concreto prémoldados em sua sede própria bem como na fabricação de peças pré-fabricadas no local da obra. A sede da Empresa, com escritório e parque de fabricação, está localizada na rua Engenheiro Paulo Ribeiro, s/n, bairro Promorar em Lages SC. As atividades da Empresa no ramo da engenharia da construção civil são diversificadas, prestando serviços na construção de pisos industriais de concreto polido, fundações rasas pré-moldadas e fundações profundas com estacas broca in loco de diferentes diâmetros e profundidades, peças de elementos de concreto estrutural pré-moldadas, como elementos de meso e superestruturas, pilares, vigas e lajes. Também fábrica peças como paredes em forma de painéis para fechamento e divisórias, blocos para muros de contenção de encostas em aço e concreto. A Empresa tem registro no Conselho Regional de Engenharia e Agronomia CREA SC, com responsável técnico, ao qual fica designada a supervisão técnica do Estágio concedido pela Organização. O Supervisor técnico, Engenheiro Civil de formação, é responsável pelas orientações técnicas, acompanhamento nas atividades de produção, transporte e instalações das estruturas de pré-moldados nas diferentes obras. 1.2 SITUAÇÃO PROBLEMÁTICA Descrição do problema O método construtivo através de fabricação peças estruturais pré-moldadas ou pré-fabricadas in loco apresenta varias situações problemáticas nas diferentes etapas de um projeto de edificação. Na infraestrutura, especificamente as fundações profundas, com estaca broca, a qual exige a capacidade de carga do solo para o

14 12 cálculo do número de estacas nos pontos de carregamento no lançamento estrutural e também é exigida a capacidade de carga a qual é solicitada para resistir aos esforços, o que implica no cálculo de dosagem do concreto, seu preparo e lançamento com controle tecnológico. As peças estruturais da meso e superestrutura como pilares, vigas e lajes para serem fabricadas exigem materiais selecionados, resistências de acordo com as especificações em projeto estrutural da edificação, instalações e ferramentas em todo o seu processo de fabricação, como fôrmas, moldes e acessórios, cálculo de dosagem do concreto, cálculo das armaduras, produção e lançamento do concreto nos moldes, tempo e método de cura, logística e equipamento de manipulação e transporte dos elementos estruturais bem como as técnicas de instalação das peças componentes que compõem a obra da edificação no local definitivo. Toda a produção de peças estruturais na fábrica e a logística de manipulação, transporte e instalação na execução da obra deve obedecer ao estudo e cálculo da segurança e a estabilidade estrutural de acordo com as normas. Devese obedecer um rigoroso cálculo de custos de produção para obter-se viabilidade econômica financeira, eficiência e rapidez na produção, transporte e instalação, pois os pré-moldados estão intimamente ligados a esses fatores. O estágio permitirá estudar e avaliar esses fatores intervenientes no método construtivo de estruturas pré-moldadas, constituindo-se em uma complementação aos estudos acadêmicos realizados nas diferentes disciplinas do Curso de Engenharia Civil desta Universidade Limites do projeto Uma das limitações do presente projeto de estágio é a falta de um conhecimento técnico mais aprofundado sobre o tema por parte do estagiário, no que se diz respeito aos projetos de concepção e produção de elementos de concreto pré-molodados, manipulação, transporte e execução das instalações destes elementos para compor a edificação como um todo. Outro limite que se apresenta é a falta do conhecimento das Normas Técnicas que rege todo o complexo de pré-moldados de concreto, desde a produção

15 13 e instalação para que sejam atendidas as condições de estabilidade e segurança das edificações. Conhecidos os limites, identificados os problemas, o estágio nesta área proporcionará o preenchimento destas lacunas através dos estudos de revisões bibliográficas e o acompanhamento com supervisão técnica e orientação técnica desde os projetos de edificações, produção de peças pré-moldadas, manipulação, transporte e execução das instalações destas estruturas para compor a edificação em seu local definitivo. 1.3 OBJETIVOS Geral Acompanhamento do dimensionamento estrutural e de fabricação das peças de concreto pré-moldado, manipulação, transporte e execução das instalações para compor a edificação conforme especificação de projeto. Dimensionamento e acompanhamento nas instalações de fundações profundas tipo estacas broca conforme prescrições do projeto técnico Específicos a) Identificação das peças estruturais de concreto pré-moldado no projeto das edificações, sua função, dimensionamento e acompanhamento do processo de fabricação. b) Acompanhamento da manipulação, transporte e execução da instalação de elementos estruturais pré-moldados de concreto no local da obra da edificação. c) Cálculo estrutural de fundação profunda, tipo estaca broca de concreto dentro da prescrição de Norma Técnica. d) Cálculo de dosagem e controle tecnológico do concreto para fundações profundas tipo estaca broca; preparo e lançamento do concreto. e) Identificação dos problemas existentes na concepção, produção e controle de qualidade de elementos estruturais de concreto pré-moldados, bem

16 14 como os problemas de manipulação, transporte e execução da instalação dos elementos estruturais de pré-moldados. f) Estudo e acompanhamento da execução dos tipos de ligações de peças de pré-moldados de concreto. 1.4 JUSTIFICATIVA Muitas tipologias de edificações são adequadas para a utilização da construção pré-moldada onde a modulação é fator econômico importante no projeto e construção de edifícios como construções industriais, armazéns, construções comerciai, escritórios, escolas, estacionamentos, hospitais, hotéis, dentre outras instalações. Para potencializar toas as vantagens do concreto pré-moldado a estrutura deve ser concebida de acordo com uma filosofia específica do projeto: grandes vãos, estabilidades apropriada e detalhes simples. O projetista deve considerar as possibilidades, as restrições e as vantagens do concreto pré-moldado, seu detalhamento, produção, manipulação, transporte, montagem e os estados limites em serviço antes de finalizar um projeto de uma estrutura pré-moldada. Construções modernas de concreto pré-moldado podem ser projetadas de forma segura e econômica, com uma variedade de planos e com variações em relação ao tratamento das elevações para edifícios de vários pavimentos. A prémoldagem oferece recursos e soluções consideráveis para melhorar a sua eficiência estrutural. Vãos grandes podem ser obtidos para elementos de vigas e de lajes. Para construções industriais e comerciais, os vãos de pisos podem chegar a grandes distancias o que melhora a eficiência na utilização destas áreas, menor custo construtivo e melhor adaptabilidade para novas utilizações, permitindo a retenção de seu valor comercial por mais tempo, isto é, um imóvel sempre valorizado ao passar do tempo. A escolha do tema concreto estrutural para realização do presente estágio em concreto pré-moldado é justificado em função das análises anteriores realizadas, e pelo fato de compreender que este método construtivo é um processo industrializado com grande potencial para o futuro, onde o fator racionalização de materiais, escassez de mão de obra e introdução de sistemas de automatismo na

17 15 construção onde o fator tempo de construção é importante. Empreendimentos industriais e comerciais impõem períodos curtos de tempo para projeto e execução das obras, exigindo velocidade nos cronogramas de execução. Com esta visão, sobre este método construtivo da engenharia civil, tive a decisão em escolher o tema para a realização do Estágio Curricular Supervisionado com a finalidade de aprimorar os conhecimentos teóricos e práticos dentro do currículo do Curso de Engenharia Civil. Com a certeza de que no futuro, bem próximo, surgirão as oportunidades em atuar em projetos desta natureza, onde para tal o profissional deverá estar preparado para exercer esta incumbência na sociedade com ética e profissionalismo.

18 16 2 REVISÃO DE BIBLIOGRAFIA 2.1 DEFINIÇÃO DE CONCRETO PRÉ-MOLDADO O termo pré-fabricação na área da construção civil é definido por Revel (1983) como sendo a fabricação de um certo elemento antes do seu posicionamento final na obra. A pré-fabricação no seu sentido mais amplo se aplica a toda fabricação de elementos de construção civil em indústrias, a partir de matérias primas e semiprodutos cuidadosamente selecionados e utilizados, sendo em seguida transportados ao local da obra definitiva e executada a montagem da edificação segundo as prescrições em projeto. A Norma NBR 9062/2001 da ABNT Projeto e execução de estruturas de concreto pré-moldado define: elemento pré-moldado é aquele que é fabricado fora do local de utilização definitiva na estrutura da edificação, com controle de qualidade. Também define elemento pré-fabricado como sendo elemento prémoldado, executado industrialmente, mesmo em instalações temporárias em canteiros de obras sob condições rigorosas de controle de qualidade. 2.2 HISTÓRIA DO CONCRETO PRÉ-MOLDADO Segundo a Associação Brasileira da Construção Industrializada ABCI (1980); diz que a industrialização com racionalização de forma sistemática de prémoldados de concreto teve seu inicio na década de 60 do século passado, período pós Segunda Guerra Mundial, principalmente na Europa, em função da necessidade da construção civil em grande escala devido a devastação das edificações decorrentes da guerra. A utilização dos pré-moldados e pré-fabricados divide-se nas seguintes etapas de períodos, conforme Salas (1988), descritas a seguir.

19 Período de 1950 a 1970 Período pós-guerra onde houve necessidades urgentes de construir edificações habitacionais, escolares, hospitais e industriais. Constitui-se em ciclo fechado de produção, construções uniformes, rigidez na arquitetura com flexibilidade nula, onde a pré-fabricação ocorreu com elementos pesados Período de 1970 a 1980 Período caracterizado por uma revisão no conceito de utilização nos processos construtivos de grande escala e grandes elementos pré-fabricados. Esta revisão deve-se devido a ocorrência de acidentes em edifícios construídos com grandes painéis pré-fabricados, teve início o declínio dos sistemas pré-fabricados de ciclo fechado de produção de elementos estruturais Período pós 1980 Consolidou-se a pré-fabricação de ciclo aberto de produção, com base em componentes compatíveis de diversas origens, onde várias empresas participavam de um projeto devido a padronização de elementos e componentes pré-fabricados, onde a modulação e padronização fornecem a base para a compatibilidade entre os elementos e subsistemas. Atualmente preconiza-se os sistemas de ciclos flexibilizados, onde não apenas os componentes são abertos, mas todo o sistema, onde o projeto da edificação passa a ser aberto e flexibilizado para adequar-se a qualquer tipologia arquitetônica. 2.3 NOMENCLATURAS E DEFINIÇÕES UTILIZADAS NO CONCRETO DE PRÉ- MOLDADOS A Norma NBR 9062/2001 da ABNT em Projeto e Execução de Estruturais de Concreto Pré-moldado, adota as seguintes definições apresentadas a seguir, as

20 18 quais são de grande importância na linguagem da construção civil neste método construtivo Ajuste Diferença entre as medidas nominais de dimensão de projeto, reservado para a colocação de um elemento pré-moldado e medida nominal da dimensão do elemento pré-moldado. O ajuste pode ser positivo (+) ou negativo (-). O ajuste corresponde ao somatório das folgas existentes entre as peças para locação, dilatação e contração dos elementos pré-moldados. É negativo para a menor dimensão e positivo para a maior, isto é, na falta (-), na sobra (+) Colarinho Conjunto de paredes salientes do elemento de fundação que contornam a cavidade destinada ao encaixe de pilares neste elemento de fundação, sapata cofre Desvio Diferença entre a dimensão básica e a correspondente executada, correspondendo aos desvios de produção das peças Dimensão básica Dimensão do elemento pré-moldado estabelecida no projeto, estabelecidas as folgas necessárias para possibilitar a montagem Elemento pré-moldado Peça executada fora do local de utilização definitiva na estrutura com controle de qualidade. É produtiva na fábrica, empresa de concreto pré-moldado

21 Elemento pré-fabricado Peça pré-moldada, executada industrialmente, mesmo em instalações temporárias em canteiros de obras, sob condições rigorosas de controle de qualidade Folga para ajuste negativo Diferença entre a medida máxima da dimensão de projeto reservada para a colocação de um elemento e a medida mínima da dimensão correspondente deste elemento, equivalendo a menor dimensão em extensão possível de apoio da peça Folga para ajuste positivo Diferença entre a medida mínima da dimensão de projeto reservada para a colocação de um elemento e a medida máxima da dimensão correspondente do elemento, equivalendo ao espaço mínimo para viabilizar a montagem, encaixar a peça pré-moldada Inserto Qualquer peça incorporada ao concreto na fase de produção para atender a uma finalidade de ligação estrutural ou para permitir fixação de outra natureza Ligações Dispositivos utilizados para compor um conjunto estrutural a partir de seus elementos, com a finalidade de transmitir os esforços solicitantes, em todas as fases de utilização, dentro das condições de projeto.

22 Peças compostas Elementos de concreto executadas em moldagens distintas e interligadas de forma a atuar em conjunto sob o efeito das ações aplicadas após a junção. A seção transversal da peça é denominada seção composta Rugosidade Saliências e reentrâncias conseguidas por apicotamento ou processo de moldagem de maneira a criar irregularidades na superfície do elemento, quando em contato cria o atrito quando da atuação de forças sobre as peças Tolerância Desvio permitido, valor máximo aceito para o desvio, para mais e para menos descrito no projeto. A tolerância é usada nas peças e nas folgas Tolerância global do elemento Soma estatística das tolerâncias positivas e negativas, em módulo constadas na fabricação e no posicionamento do elemento, formada com a tolerância de locação de módulo Variação inerente Variação de dimensões, correspondentes a fenômenos físicos, como dilatação térmica, retração e fluência. Corresponde ao aumento ou diminuição das dimensões da peça.

23 PRINCÍPIOS BÁSICOS DO PROJETO Possibilidades e restrições Segundo Acker (2002) num projeto devem ser consideradas as possibilidades as restrições e vantagens da utilização do concreto, pré-moldado, seus detalhes, produção, transporte, execução da montagem e estados de serviço antes de completar o projeto da estrutura pré-moldada de uma edificação para uma dada utilização. No estágio da concepção do projeto devem ser considerados os pontos descritos a seguir. a) Filosofia específica do projeto: Utilização de um sistema de contraventamento próprio, utilização de grandes vãos e assegurar a integridade estrutural. b) Soluções padronizadas: A padronização é fator importante de pré-fabricação, permitindo menores custos de produção, maior qualidade e execução rápida. É aplicado em modulação de projeto, padronização de produtos entre fabricantes e padronização interna para detalhes construtivos, alem da padronização de procedimentos para produção e montagem. c) Detalhes simples: O projeto de edificações de concreto pré-moldado deve envolver detalhes o mais simples possível, evitar situações complicadas e vulneráveis. Com isso a produção de peças pré-moldadas também são de projetos mais simples e simplicidade na montagem é também ganho de tempo. d) Consideração das tolerâncias dimensionais Inevitavelmente ocorrem diferenças entre as dimensões especificadas e as executadas, devendo estas variações serem admitidas no projeto, tais como: tolerâncias de absorção nas ligações entre peças e partes moldadas no local, almofadas ou aparelhos de apoio, curvaturas e movimentações como retração, fluência e expansão térmica devido a dilatação. e) Vantagem do processo de industrialização

24 22 A pré-tração permite produção de elementos em longas pistas de protensão, padronização de componentes e detalhes, posição adequada dos detalhes e descrição simplificada, mas essencial, do projeto. Permite um controle de qualidade mais rigoroso no processo de fabricação das peças. 2.5 MODULAÇÃO Módulo é uma medida usada em componentes estruturais, em construções pré-moldadas, relacionando à padronização dos produtos. A modulação de sistemas estruturais, como por exemplo, um pórtico, traz economia na produção de seus elementos e na execução da montagem. O módulo básico é 3M, 12M, sendo M = 100mm (ACKER, 2002). Os pilares são posicionados, por exemplo, no centro do eixo modular. 2.6 PADRONIZAÇÃO A padronização de elementos pré-moldados se limita a detalhes, dimensões e geometria das seções transversais e longitudinais, recrutamento ao comprimento das unidades. Os produtos tipos padronizados são: pilares, vigas e lajes de pisos. São produzidos em fôrmas pré-estabelecidas, sendo que o projetista pode selecionar o comprimento, dimensões e capacidade de carga dentro de certos limites. Essas informações devem ser repassadas pelos fabricantes em seus catálogos técnicos. Escadas, rampas, sacadas, elementos de formatos especiais também são fabricados com padronização. 2.7 TOLERÂNCIAS DIMENSIONAIS São as diferenças entre as dimensões especificadas em projeto e as dimensões reais dos componentes e da construção final. As tolerâncias ocorrem na fábrica e no canteiro de obras. As tolerâncias de produção na fábrica são as variações das dimensões do produto, da peça, e as tolerâncias no canteiro de obras

25 23 são os desvios dos eixos e dos níveis no início da construção, erros admissíveis de locação ou variações na locação dos elementos de fundação, eixo dos pilares. Os desvios de montagem ocorrem duramente o levantamento da estrutura com relação à posição, cotas e ao alinhamento entre os elementos. Também ocorrem desvios na prumagem dos elementos verticais, como pilares e paredes estruturais, sob forma de painéis. 2.8 SISTEMAS CONSTRUTIVOS PRÉ-MOLDADOS Definição dos sistemas construtivos Um sistema construtivo tem suas próprias características, que influenciam a tipologia, o comprimento do vão, a altura das edificações e os sistemas de contraventamentos. Os sistemas construtivos convencionais e concreto é moldado no local da obra de conceito molítico, com rigidez entre os elementos, como vigas, pilares, lajes. Os sistemas construtivos em concreto pré-moldado deveriam ser executados de modo que a estrutura pré-moldada tivesse novamente o concreto monolítico de uma estrutura convencional moldada no local, através das juntas e ligações entre os elementos pré-moldados, o que não ocorre exatamente, e se o fosse a obra seria mais cara e trabalhosa, afetando as vantagens de pré-moldado. No sistema construtivo pré-moldado deve prevalecer uma filosofia específica de projeto, com grandes vãos, conceito aprovado de estabilidade e detalhes simples. O projeto deve considerar o detalhamento a produção e transporte, montagem e os estados de serviço antes de finalizar um projeto de uma estrutura pré-moldada Sistemas estruturais básicos de pré-moldados Segundo Acker (2002), os sistemas estruturais básicos de pré-moldados dentro dos sistemas construtivos, de princípios de projeto semelhantes, os tipos mais comuns de sistemas de concreto pré-moldados são descritos a seguir.

26 24 a) Estruturas aporticadas As estruturas aporticadas são construídas de pilares e vigas de fechamento, com diferentes formatos e tamanhos combinados para formar o esqueleto da estrutura, possuindo grande flexibilidade arquitetônica. Uso de grandes vãos e grandes espaços sem interferências de paredes. São utilizadas para construções industriais, armazéns e construções comerciais, conforme Figura 1. Figura 1 Estrutura aporticadas com cobertura e elementos de fachadas Fonte: (ACKER, 2002) b) Estruturas em esqueleto As estruturas em esqueleto são constituídas de pilares, vigas e lajes para edificações de básicas e médias alturas, com número de paredes reduzidas de contraventamento para estruturas. São utilizadas suas construções de escritórios, escolas, hospitais e estacionamentos, centros esportivos, indústrias e centros comerciais, conforme mostra a Figura 2. Figura 2 Estrutura pré-moldada em esqueleto. Fonte: (ACKER, 2002)

27 25 c) Estruturas em painéis estruturais As estruturas em painéis estruturais são constituídas de pilares, vigas e componentes de painéis de lajes, usadas na construção de casas e apartamentos, hotéis e escolas. Os painéis pré-fabricados são utilizados para fechamento internos e externos, para caixas de elevadores núcleos centrais. Os painéis podem ser portantes ou de fechamento. A arquitetura é livre, permitindo várias tipologias arquitetônicas. A técnica de construção é aberta, com espaços livres entre as paredes portantes e podem ser usadas divisórias leves para definir o layout interno dos espaços abertos, sendo que com esta técnica é possível mudar o projeto no futuro, sem maiores custos, conforme Figura 3. Figura 3 Estrutura de painéis combinada com estrutura em esqueleto. Fonte: (ACKER, 2002). d) Estruturas para pisos São estruturas constituídas de vários tipos de elementos de lajes montadas para formar uma estrutura e transferir forças horizontais para os sistemas de contraventamento. São utilizados em todos os tipo de construção e em combinação com outros materiais, como estruturas metálicas ou de concreto moldado no local, conforme Figura 4. São sem pilares internos, painéis alveolares para piso cobrem vãos de uma fachada a outra de 16 a 18 m. Tendência moderna para escritórios.

28 26 Figura 4 Edifício com painéis estruturais de fachada e compridos painéis de piso Fonte: (ACKER, 2002). e) Estruturas para fachadas São estruturas constituídas de painéis maciços, com ou sem função estrutural apresentando-se em muitos tipos de formatos e execuções, utilizados para fechamento e para painéis, arquitetônicos e fachadas. São combinadas com as estruturas, em esqueleto, com estrutura interna composta por pilares e vigas, com pisos em duplo T, coberturas de grande vãos para edifícios de uso geral, conforme a Figura 5. Sistemas de rápida construção, ausência de escoramento, diversidade de tipos, alta capacidade de vencer vãos e econômicas. Figura 5 Estrutura párea fachadas e pisos, coberturas de grandes vãos para edifícios de uso geral Fonte: (ACKER, 2002). f) Estruturas celulares São estruturas constituídas de células de concreto pré-moldado, também utilizados para blocos de banheiros, cozinhas e garagens. Apresentam maiores

29 27 dificuldades para transportes e flexibilidade arquitetônica. Este sistema e vantajoso, pois a fabricação é rápida e industrializada até o término montados na fábrica, conforme a Figura 6. Figura 6 Sistemas celular de construção Fonte: (ACKER, 2002). 2.9 APLICAÇÕES DOS SISTEMAS ESTRUTURAIS Residências Para casas residenciais e edifícios de apartamentos pré-fabricados são projetados com sistemas estruturais com painéis estruturais e de fechamento sem função estrutural. Fachadas com painéis sanduíches, com camada estruturais e camada interna de isolamento térmico e acústico. Fachadas e paredes internas, bem como as lajes cobrem toda largura da residência ou apartamento com vãos de até 11m. Divisórias internas são construídas com blocos de alvenaria ou gesso acartonado. Existem várias tipologias arquitetônicas. Para residências pisos de 4 a 11 m com sobrecarga leve de 2 kn/m 2. Em edifícios de apartamentos, o volume do empreendimento é grande, necessitando-se de guindastes ou guias para instalação das lajes do piso, lajes alveolares protendidas e estruturas mistas para pisos com painéis de concreto, conforme a Figura 7.

30 28 Figura 7 Residência e edifícios de apartamentos com estruturas de paredes estruturais, transversais com painéis perimetrais Fonte: (ACKER, 2002) Escritórios Edifícios para escritórios são utilizados os sistemas estruturais em esqueleto, concebidos com núcleos de contraventamento e espaços internos livres. As fachadas podem ser feitas de qualquer material. Paredes estruturais são de painéis sanduíches e paredes de fechamento de concreto pré-moldado em forma e painéis. São de grandes espaços internos com vãos dos pisos de até 18 a 20 m. Para pisos usa-se lajes alveolares de 400 mm de espessura para vãos de 17 m para uma sobrecarga de 5 kn/m 2. Usa-se redução de altura para escritórios em meio urbano, conforme a Figura 8 e 9. Figura 8 Edifício para escritórios com estrutura em esqueleto e com fachadas em concreto Fonte: (ACKER, 2002).

31 29 Figura 9 Edifício de escritório com grandes vãos Fonte: (ACKER, 2002) Hotéis e hospitais São utilizados sistemas estruturais com traves planas e sistemas estruturais em paredes portantes com função estrutural. Os elementos de pisos são a laje alveolar ou laje nervurada. O fechamento para fachadas podem ser com qualquer material. Vãos grandes para pisos e com sobrecarga de 5 kn/m Prédios escolares Construções executadas com estruturais em esqueleto e parede estrutural. Os pisos são em concreto protendido, como as lajes alveolares e os painéis em duplo T. Pisos para auditórios com degraus tipo arquibancada com vigas inclinadas com degraus na parte superior. Os vãos variam de 8 a 12 m para Escolas e Universidades mais de 24 m, com sobrecarga nos pisos de 3 a 4 kn/m Edifícios industriais e armazéns de múltiplo uso São utilizados os sistemas com traves aporticadas, onde a estabilidade é conseguida pelo engastamento dos pilares mezaninos podem ser incorporados em toda ou parte da construção ou em certas partes localizadas, podendo utilizar-se painéis nervurados protendidos em duplo T ou elementos de laje alveolar protendida

32 30 para vãos maiores e sobrecargas mais elevadas. Os sistemas para coberturas podem ser em concreto celular ou materiais leves como telhas de cimento ou metabólicas. Nos pisos intermediários, como mezaninos, os vãos variam de 8 a 12 m e 15 m ou mais, com sobrecarga até kn/m 2. Para lajes nervuradas em duplo T chega-se a vãos de até 32 m, com comprimento modulado de 2,4 m, com pé direito até 8 m, com telhado de duas águas, conforme as Figuras 10 e 11. Figura 10 Construção industrial com traves aporticadas Fonte: (ACKER,2002). Figura 11 Construção consiste grande espaço aberto paredes portantes e cobertura de laje com elemento em duplo caimento. Estrutura aporticada com andar intermediário, tipo mezanino Fonte: (ACKER, 2002) Edifícios comerciais As construções comerciais requerem grandes áreas livres de pilares, normalmente são empregados os sistemas de estruturas aporticados; conforme Figura 12.

33 31 Figura 12 Estrutura sistema aporticado, elementos de laje em, duplo T com duplo caimento para telhados duas água, apoiado em traves planas longitudinais Fonte: (ACKER, 2002) Estacionamentos Projetados para grandes vão abertos com poucos pilares internos, redução da altura, empregando-se estrutura em esqueleto, com pilares, vigas e lajes. A estabilidade global é assegurada pela ação em balanço dos pilares engastados na base dos elementos de fundação e conjunto com a ação enrijecedora dos núcleos de contravento formada pelas caixas de escada e elevadores. Os vãos para os sistemas de pisos variam de 12 a 16m. As lajes são alveolares e painéis duplo T. As fachadas podem ser de qualquer material, como elementos pré-moldados formando arcos arquitetônicos. Existem soluções alternativas, como no caso do estacionamento dividido em níveis, com rampas retas entre pisos intermediários, que constituem a área de estacionamento, como mostra a Figura 13. Os núcleos centrais de contraventamento nos sistemas de estrutura em esqueleto podem ser moldados no local ou pré-moldados na fábrica.

34 32 Figura 13 Estrutura em esqueleto dividido em níveis para estacionamentos com rampas retas entre os pisos intermediários Fonte: (ACKER, 2002) Complexos esportivos Para edificações esportivas existem diferentes tipologias, cada uma com as suas próprias exigências de projeto. Para os complexos esportivos são empregadas duas tipologias para as soluções em concreto pré-moldado, conforme descrito a seguir. a) Grandes saguões Projetadas com estruturas com traves aporticadas, com largura máxima destas traves até 40 m. b) Arenas e arquibancadas São compostas por sistemas de estruturas em esqueleto combinadas com paredes estruturais. Pisos compostos por elementos protendidos de laje alveolar ou em duplo T. As coberturas em balanço para arquibancadas podem ser compostas por vigas protendidas, fixadas no topo dos pilares por meio de chumbadores especiais parafusados. As vigas para arquibancadas possuem dentes sobre seu topo para apoiar os elementos de pisos de lajes alveolares com espessura reduzida. A Figura 14 ilustra uma estrutura de um complexo esportivo.

35 33 Figura 14 Estrutura para arquibancada em concreto pré-moldado de uma construção esportiva Fonte: (ACKER, 2002) FABRICAÇÃO DE PEÇAS PRÉ-MOLDADAS Fôrmas, propriedades e requisitos As fôrmas são constituídas de um conjunto de peças interligadas cuja função é dar a forma geométrica ao concreto do elemento pré-moldado que deseja-se produzir. Deve conter o concreto fresco de sustentá-lo até que fica resistência proporcione textura à superfície do concreto (MELHADO, 1998). As fôrmas devem apresentar propriedades e atender a requisitos de desempenho para cumprir suas funções na fabricação de elementos pré-moldados, segundo Melhado (1998), descritas a seguir. a) Resistência mecânica à ruptura As fôrmas devem resistir às forças atuantes sobre as mesmas, decorrentes do peso próprio e do peso de concreto armado contida nelas, no molde. b) Resistência à deformação As fôrmas não podem formar flechas no sentido longitudinal e nem deformar na seção transversal para obter medidas do elemento pré-moldado o mais homogêneo possível em suas dimensões longitudinais e transversais. Além disso a

36 34 deformação pode criar excentricidades indesejadas, induzindo-se momentos nas peças criando assimetrias no eixos. c) Estanqueidade Não poderão haver vazamentos de água e concreto para evitar a segregação e perda de resistência à compressão e tração de vidro a falta de reação, de hidratação do cimento. Os vazamentos também podem gerar peças com formas e dimensões reduzidas, comprometendo a resistência da peça. d) Regularidade geométrica As medidas internas da fôrmas, que constitui o molde, devem ser definidas em projeto do elemento pré-moldado em suas dimensões longitudinais e transversais, devendo ter regularidade na repetição de fôrmas para a mesma peça. e) Textura superficial Deve ser adequada, cujas faces das peças pré-moldadas devem apresentar a rugosidade das faces da fôrma, em seu estado original, limpas, isentas de incrustrações de concreto anterior. f) Estabilidade dimensional A fôrma deve ter estabilidade em seus apoios e na sua estruturação paea evitar distorções, deformação e correr o risco de ruptura. As laterais e fundos das fôrmas devem ser calçadas, escoradas de forma firme para evitar a deformação. g) Posicionamento da armadura As fôrmas devem ter dimensões adequadas para instalar-se e posicionar as armaduras de aço obedecendo as medidas de cobrimentos mínimos, conforme prescrito no projeto. Para posicionar as armaduras dentro das fôrmas de forma firme e adequada deve-se prever o uso de espaçadores. h) Aderência As fôrmas deve ser de baixa aderência do concreto para facilitar a desmontagem e conservar o acabamento superficial das faces igual a das faces da fôrma. Devem ser isentas de impurezas ou restos de concreto. i) Lançamento do concreto As fôrmas devem facilitar e permitir o lançamento do concreto de forma adequada com equipamentos apropriados para evitar a segregação ou a compactação excessiva. O adensamento deve ser mecânica, através do uso do vibrador, com massa de concreto homogênea e não provocar a segregação. O lançamento é realizado por dispositivos de gravidade ou por bombeamento.

37 35 j) Reações químicas Os materiais empregados na construção e montagem das fôrmas devem ser resistentes e que possam ser reutilizados no maior período de tempo possível. Devem ser de menor custo possível, dentro das possibilidades da segurança e acabamento preconizado no projeto. Permitir fácil; montagem e desmontagem, de fácil limpeza e manutenção Elementos constituintes de um sistema de fôrmas para pré-moldados a) Molde O molde caracteriza o desenho geométrico da peça pré-moldada projetada, sendo o negativo do elemento. Corresponde ao volume vazio a ser ocupado pelo concreto fresco, dando a forma ao elemento pré-moldado projetado. O molde é o resultado final da montagem da fôrma. b) Estrutura do molde É a sustentação e travamento do molde, estrutura de manter o molde em suas dimensões definidas em projeto, sem alterações por ocasião da concretagem com seu volume totalmente preenchido e adensado. A estrutura garante a integridade do molde. c) Escoramentos São as estruturas de apoio do molde, as quais devem reagir as cargas que sustentam. São reforços de segurança a estabilidade e deformação dos moldes para manter as medidas invariáveis conforme dimensões de projeto. d) Acessórios Os acessórios são as ferramentas e equipamentos necessários utilizados para a montagem como os serviços de nivelamento, prumo e locações em geral na fábrica para garantir a segurança à estabilidade e integridade das dimensões das peças pré-fabricadas Materiais e racionalização dos sistemas de fôrmas As fôrmas podem ser produzidas com diferentes materiais, segundo Melhado (1998), os seguintes materiais podem ser utilizados em sua fabricação:

38 36 aço, alumínio, madeira e fibra. Estes materiais revestidos utiliza-se chapas metálicas, fibras, plásticos, resinas ou outros materiais adequados para tal. Os materiais que visem a ser utilizados devem proporcionar o máximo de aproveitamento da capacidade resistente dos componentes, proporcionar o aumento de segurança nas operações de montagem e desmontagem, nas operações de utilização de concretagem. Devem oferecer vida útil aumentada no reaproveitamento dos componentes de fôrma. A Figura 15 mostra sistemas de formas metálicas. Figura 15 Fôrmas metálicas para produção de pré-moldados de concreto Fonte: (PRÉ-VALE, 2012) Armaduras de aço Segundo medidas, prescritas no projeto do elemento estrutural pré-moldado de concreto armado, a armadura de aço deve ser executada dentro de etapas préestabelecidas no processo de fabricação. A primeira etapa é o corte dos fios e barras com equipamentos e máquinas adequadas para tal execução, baseado nas medidas tiradas em planta. Após o corte deve haver o controle rigoroso sobre as dimensões dos cortes efetuados, de acordo com as especificações em projeto Após a liberação do aço cortado e o controle das dimensões, vem o processo de dobra em bancada e ferramentaria apropriada para tal, uso de máquinas especiais com função de corte e dobra para alguns desenhos, podendo o processo de corte e dobra ser manual ou automatizado, sendo este ultimo justificado em produções em série e de grande escala, conforme mostra a Figura 16, corte, dobra e conferencia de dimensões.

39 37 Figura 16 Processo de corte, dobra e controle das dimensões do aço das armaduras. Fonte: (PRÉ-VALE, 2012). A seguinte etapa é a montagem da armadura realizada por processo de armação com arame e solda elétrica em peças especiais, de ligações, malhas, conforme mosrtra a Figura 17, 18 e 19. Figura 17- Montagem da armadura com controle de espaçamentos entre aços longitudinais e transversais Fonte: (PRÉ-VALE, 2012).

40 38 Figura 18 Montagem da armadura de aço Fonte: (PRÉ-VALE, 2012). Figura 19 Montagem da armadura de aço Fonte: (PRÉ-VALE, 2012). Com a armadura montada e as fôrmas já prontas em sua estrutura a armadura é posicionada dentro do molde com o emprego de espaçadores que garantem a permanência da posição segundo o desenho estrutural do projeto do elemento pré-moldado Alças de içamento Deverão ser instaladas alças de aço nos locais pelo projeto estrutural da peça pré-moldada, incorporada e fixadas com a armadura, com as aderências de ancoragens necessárias para resistir ao peso da peça. As alças tem a função de permitir a movimentação e sustentação das peças durante a manipulação na fábrica, carregamento para transporte, descarga e sustentação e levantamento na execução

41 39 da montagem da edificação no local definitivo da obra, através do emprego de guinchos e guindastes. É vedado o uso de aço CA50 e CA50 nestes dispositivos. As alças e pinos de levantamento são considerados ligações temporárias, funcionando na parte externa à tração e sua parte interna imersa no concreto ao cisalhamento, devido a aderência ao concreto pela ancoragem. As Figuras 20 e 21 mostram o içamento de uma peça pré-moldada. Figura 20 Içamento de peça pré-moldada. Fonte: (PRÉ-VALE, 2012). Figura 21 Alças e içamento de peças pré moldadas na movimentação dentro da fábrica. Fonte: (PRÉ-VALE, 2012) Concreto Toda peça pré-moldada deve ser executada com concretos estruturais com teores de cimento calculados por processo de cálculo de dosagem do concreto com