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1 UNIVERSIDADE SÃO FRANCISCO Rafael Luiz Cazzo Semestre LAJES PROTENDIDAS: APLICAÇÕES EM GERAL Itatiba

2 Rafael Luiz Cazzo Semestre LAJES PROTENDIDAS: APLICAÇÕES EM GERAL Monografia apresentada à disciplina Trabalho de Conclusão de Curso, do Curso de Engenharia Civil da Universidade São Francisco, sob a orientação do Prof. Dr. Adão Marques Batista, como exigência parcial para conclusão do curso de graduação. Itatiba

3 CAZZO, Rafael Luiz. Lajes Protendidas: Aplicações em geral. Trabalho de Conclusão de Curso defendido e aprovado na Universidade São Francisco em 08 de Dezembro de 2008 pela banca examinadora constituída pelos professores Prof. Adão Marques Batista USF Orientador Prof. Prof. Dr. Adilson Franco Penteado USF Examinador Prof. MSc. André Penteado Tramontin USF Examinador 3

4 Aos meus pais, Pela dedicação concebida durante minha graduação e por toda confiança que sempre depositaram em mim. Sou eternamente grato aos Senhores. 4

5 AGRADECIMENTOS Primeiramente a Deus, que sempre esteve ao meu lado dando forças guiando e iluminando meus passos, e as escolhas dos caminhos. Agradeço aos meus pais, Luiz e Maria Helena, irmãos Natanael e Heliel, familiares e também a minha namorada Amanda, por toda ajuda, paciência e estímulo recebido, nesta longa caminha, principalmente neste último semestre. Agradeço também meu tio Engº Cesar Augusto Vargas Chede, que me deu a oportunidade e toda ajuda durante minha graduação. Agradeço a todos meus colegas de faculdade, em especial o Antonio Morandin, que sempre se colocou a minha disposição por toda a ajuda que necessitava ao Fredeirico, Tiago, Fernando, Adriana, Clayton, Leonardo, Wendel, Marcos, Wilson, Kátia, Hernani, Henrique, Saulo e outros, por todos os momentos de dificuldades, superações e descontrações que passamos juntos. Aos professores do curso de Engenharia Civil, por todos os ensinamentos que contribuíram para minha formação profissional e pessoal, e principalmente por ensinarem quanto à responsabilidade e a importância do Engenheiro Civil perante a sociedade em que vivemos e prestamos serviços. Agradeço este trabalho em especial ao professor Adão pela orientação dedicada, pela paciência de suma importância para a conclusão deste trabalho. 5

6 Dois homens olharam através das grades da prisão; um viu a lama, o outro as estrelas. Santo Agostinho Enquanto houver vontade de lutar haverá esperança de vencer. Santo Agostinho 6

7 CAZZO, Rafael Luiz. Lajes Protendidas: Aplicações em geral Trabalho de Conclusão de Curso (Título de Engenheiro Civil) Curso de Engenharia Civil da Unidade Acadêmica de Ciências Exatas e Tecnológicas da Universidade São Francisco. RESUMO Com a pesquisa bibliográfica apresentada neste trabalho, caracterizamos o concreto como um elemento estrutural com baixa resistência à tração, e o concreto protendido foi desenvolvido com o objetivo de eliminar as tensões de tração do concreto. A protensão consiste em aplicar numa estrutura um estado prévio de tensões com a finalidade de melhorar sua resistência ou seu comportamento perante diversas condições de cargas aplicadas. O concreto protendido se classifica quanto ao estiramento da armadura em concreto com armadura ativa pré-traciona e pós traciona, devido à fissuração a protensão pode ser completa, limitada ou parcial e quanto à aderência verificamos, a protensão com aderência inicial, posterior e protensão sem aderência. As lajes protendidas estão em grande ascensão. Constatamos que as lajes protendidas possuem características que as fazem com que o uso desse tipo de laje se torne cada vez mais presente em obras, pois as deformações são menores do que no concreto armado e na estrutura metálica equivalente, o emprego de aços de alta resistência conduz a estruturas mais econômicas as deformações oriundas do peso próprio podem ser completamente eliminadas, eliminação ou redução de escoramento e ausência de vigas oferece vantagens evidentes para a execução da obra quanto à economia, tanto de material como de tempo. PALAVRAS CHAVES: Lajes; Concreto Protendido; Protensão; Lajes Protendidas. 7

8 ABSTRATC With the literature search presented in this paper, characterized the concrete as a structural element with low tensile strength, and concrete protendido was developed with the aim of eliminating the tensions the traction of concrete. The protention is to implement a structure in a state of tension prior in order to improve their strength or their behavior to different conditions of loads applied. The concrete protendido be classified on the stretch of concrete armor with armor active pre-and post traction traction, due to cracking the protention may be full, partial and limited or check on the grip, the protention with initial adhesion, and later without protention adhesion. The slabs are in great protendidas rise. I found that the slabs protendidas possess characteristics that make the use of such slab becomes increasingly present in works, because the deflections are smaller than in reinforced concrete and steel structure equivalent, the use of high-strength steels leads to more economic structures from the deformation of the weight itself can be completely eliminated, elimination or reduction of scores and lack of beams offers obvious advantages for the implementation of the work on the economy, both material and time. KEY WORDS: Slabs, Concrete Protendido; Protention; Protendidas Slabs. 8

9 SUMÁRIO LISTA DE FIGURAS...11 LISTA DE TABELAS...13 LISTA DE SÍMBOLOS E SIGLAS INTRODUÇÃO OBJETIVOS REVISÃO BIBLIOGRÁFICA LAJES LAJES MOLDADAS IN LOCO LAJES FINAS LAJES NERVURADAS LAJES COM VIGOTAS REVESTIDAS LAJES PRÉ-FABRICADAS HISTÓRICO CURIOSIDADES PROTENSÃO DEFINIÇÃO NORMATIZAÇÃO NO BRASIL CLASSIFICAÇÃO Quanto ao Estiramento da Armadura de Protensão Quanto a Fissuração - Níveis de Protensão Quanto a Aderência Sistemas de Protensão PROTENSÃO ADERENTE X PROTENSÃO NÃO ADERENTE VANTAGENS E DESVANTAGENS DO CONCRETO PROTENDIDO PERDAS DE PROTENSÃO PERDAS POR RETRAÇÃO E FLUÊNCIA DO CONCRETO PERDAS POR RELAXAÇÃO E FLUÊNCIA DO AÇO DE PROTENSÃO PERDAS DE PROTENSÃO POR ATRITO DOS CABOS PERDA DE TENSÃO NA ARMADURA DECORRENTE DA DEFORMAÇÃO IMEDIATA DO CONCRETO PERDA DE TENSÃO NA ARMADURA DECORRENTE DE ACOMODAÇÃO DAS ANCORAGENS CARACTERÍSTICAS DOS SISTEMAS DE PROTENSÃO MATERIAIS CONCRETO Resistência à compressão AÇOS DE PROTENSÃO BAINHAS CALDA DE CIMENTO PARA INJEÇÃO EQUIPAMENTOS DE PROTENSÃO GENERALIDADES MACACOS HIDRÁULICOS ANCORAGENS

10 11.1. ANCORAGEM POR ADERÊNCIA ANCORAGEM POR MEIO DE CUNHAS ANCORAGEM POR MEIO DE ROSCA E PORCA ANCORAGEM PASSIVA ANCORAGEM ATIVA MODELOS DE ANCORAGENS LAJES PROTENDIDAS INTRODUÇÃO CONCEITO CARACTERÍSTICAS APLICAÇÕES USUAIS...51 TIPOS DE LAJES PROTENDIDAS...51 a)lajes protendidas com cordoalhas engraxadas;...51 b) Laje alveolar protendida...57 c.) Lajes pré-fabricadas com vigotas protendidas PISTAS DE PROTENSÃO CONCLUSÃO REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

11 LISTA DE FIGURAS Figura (a) Detalhe da nervura das lajes nervuras Figura (b) Laje nervurada Figura (c) Laje com vigota revestida utilizada perfil metálico. Figura 1 Seções transversais de lajes nervuradas com vigotas pré-fabricadas Figura 2 Tipos de vigotas e elementos de enchimento empregados nas lajes formadas com nervuras pré-fabricadas. Figura 3 Seção transversal de painéis. Figura 4 Seção transversal de painéis protendidos. Figura 5 Fila de livros sendo comprimidas. Figura 5.1 Diagrama de possibilidades e tipos de protensão. Figura 6 Encurtamento do concreto e perda de tensão da armadura de protensão. Figura 7 Deformação quanto à relaxação. Figura 8 Deformação quanto à fluência. Figura 9 Perdas de protensão devido ao atrito nos cabos. Quadro 1 Comparação entre os sistemas de protensões. Figura 10 Ligação de um respiro num determinado ponto da bainha. Figura 11 Corte esquemático de um macaco hidráulico simples, com pistão maciço e em coroa de circulo. Figura 12 Macaco de protensão. Figura 13 Vistas frontal e lateral do macaco. Figura 14 Esquema de um macaco de protensão do tipo Stronghold, com cilindro especial para cravar as cunhas de ancoragem. Figura 15 Modelo de ancoragem ativa. Figura 16 Modelo de ancoragem passiva. Figura 17 Detalhe da cordoalha engraxada. Figura 18 Vista parcial da laje protendida com cordoalha engraxada. Figura 19 Condições inadequadas de armazenamento dos cabos. Figura 20 Seção transversal do painel alveolar. Figura 21 a) Propriedades geométricas das seções transversais do painel alveolar. Figura 21 b) - Propriedades geométricas das seções transversais do painel alveolar. Figura 22 Chave de cisalhamento entre os painéis. Figura 23 Painéis superior ligados pela chave de cisalhamento. Figura 24 Detalhe da malha de distribuição. 11

12 Figura 25 Processo de montagem das lajes alveolares sem escoramentos sob a mesma. Figura 26 a) Seção transversal sem capa de concreto. Figura 26 b) Seção transversal com capa de concreto. Figura 26.1 Laje Alveolar sendo içada com garras metálicas. Figura 26.2 Laje Alveolar quebrada. Figura 26.3 Laje Alveolar quebrada. Figura 26.4 Laje Alveolar danificada. Figura Laje Alveolar desnivelada. Figura Laje Alveolar no processo de nivelamento. Figura Laje alveolar empilhada de maneira inadequada. Figura Laje alveolar recusadas. Figura 27 Vigota protendida. Figura 28 Seção da vigota protendida e seção composta da laje. Figura 29 Condições para escoramento das vigotas protendidas. Figura 30 Galga dos componentes. Figura 31 Colocação dos elementos de enchimentos. Figura 32 Colocação da malha de distribuição e concretagem do capeamento. Figura 33 Faixa de distribuição das cargas das paredes paralelas às vigotas. Figura 34 - Faixa de distribuição das cargas das paredes perpendicular às vigotas. Figura 35 Pista de protensão de uma laje alveolar Figura 36 Pista de protensão de vigotas pré-moldadas protendidas, com as peças sendo moldadas pela máquina extrusora. Figura 37 Serra diamantada para corte das peças. 12

13 LISTA DE TABELAS Tabela 1 - Classe de agressividade ambiental. Tabela 2 Correspondencia entre classe de agressividade e qualidade do concreto. Tabela 3 - Correspondencia entre classe de agressividade e cobrimento nominal para c =10 mm Tabela 4 Exigências de durabilidade relacionadas à fissuração e à proteção da armadura, em função das classes de agressividade ambiental. Tabela 5 Resistência do concreto em função da idade, em condições normais de cura. Tabela 6 Cargas Acidentais. Tabela 7 Cargas Acidentais. Tabela 8 Modelo de tabela para pré-dimensionamento da laje alveolar protendida. 13

14 LISTA DE SÍMBOLOS e SIGLAS Cm - Centímetro. M metro. Ø Diâmetro. N/m² - Newton por metro quadrado. ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas. CA Concreto armado. CP Concreto Protendido. c Cobrimento nominal da armadura Mm Milímetro. ELS-W Estado limite de abertura de fissuras. ELS-F Estado limite de formação de fissuras. ELS-D Estado limite de descompressão. L Encurtamento da peça. P Perda de tensão da armadura. t tempo. to - Tempo inicial. L Comprimento. Kg/m Quilograma por metro. fck - Resistência característica do concreto. MPa Mega pascal. ARI Alta resistência inicial. CP Cimento Portland. RN Relaxação normal. RB Relaxação baixa. Φ Diâmetro. Kn/cm² - Kilonewton por centímetro quadrado. EPS Poliestireno expandido. I Momento de inércia. CA 50 e CA 60 Resistência dos aços. m² - Metro quadrado. l Litros. USF Universidade São Francisco UFSCar Universidade de São Carlos. 14

15 1. INTRODUÇÃO Entende-se por Lajes toda a estrutura de área plana, cujas dimensões de largura e comprimento geralmente são superiores a sua espessura, incumbidas de limitar os andares e suportar o revestimento de pisos. Segundo Pfeil (1980), processos experimentais com concretos protendidos tiveram inicio no final do século XIX. Com o conhecimento de que o concreto era um elemento estrutural com baixa resistência à tração, tentou-se eliminar as tensões de tração do concreto utilizando conceitos de protensão. A protensão consiste em aplicar numa estrutura um estado prévio de tensões com a finalidade de melhorar sua resistência ou seu comportamento perante diversas condições de cargas aplicadas. O concreto é um dos mais importantes materiais de construção, por possuir versatilidade de aplicação e de fácil obtenção. Entretanto o concreto é um material que resistente muito bem quando se é aplicado cargas de compressão, porém quando se é aplicada uma carga de tração o comportamento do concreto é bem inferior quando comparado à compressão, que expressado em números pode se dizer que sua resistência a tração do concreto chega a aproximadamente 10 % da resistência a compressão. (PFEIL,1980). No concreto armado convencional, ocorre a utilização do aço para suprir a deficiência de resistência do concreto à tração, visto que, o aço é um material que possui grandes resistências tanto à compressão quanto a tração. O artifício da protensão tem como finalidade introduzir esforços com objetivos de eliminar ou anular as tensões de tração do concreto, de modo a eliminar a incidência de fissuras como condição determinante do dimensionamento do elemento estrutural em questão. (PFEIL,1980). O conceito de protensão está presente em nosso cotidiano, como por exemplo: uma fila de livros não pode vencer um vão livre em uma estante de uma biblioteca, para fazê-lo, temos como solução aplicação de tensões de compressão nas extremidades, pois a resistência à flexão depende de tensões de tração que não pode ser encontrada nos livros sem a aplicação de tais tensões de compressão. (PFEIL,1980). Nos elementos estruturais como a viga, para a realização da protensão do concreto é utilizado cabo de aço tracionados e ancorados no próprio concreto. Geralmente a utilização do concreto protendido é solicitada com a necessidade de obtenção de uma resistência de duas a três vezes maiores que as empregadas em concreto armado convencional. Por sua vez, a importância econômica da utilização do concreto 15

16 protendido, está no quesito preço é inferior ao grande acréscimo de resistência, tanto para o concreto quanto para o aço. Com base no conhecimento dos fundamentos do concreto protendido descreveremos alguns tipos de lajes protendidas, juntamente com suas respectivas vantagens e apresentaremos um exemplo de pré-dimensionamento. 16

17 2. OBJETIVOS O presente trabalho tem como objetivos, elaborar uma pesquisa bibliográfica, para descrever alguns tipos de lajes usadas nas edificações, além de promover uma síntese dos fundamentos do concreto protendido, bem como apresentar alguns tipos de lajes protendidas e suas características e propriedades. 17

18 3. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 3.1. LAJES Entende-se por Lajes toda a estrutura de área plana, cujas dimensões de largura e comprimento geralmente são superiores à sua espessura, incumbidas de limitar os andares e suportar o revestimento de pisos. As lajes possuem duas funções principais, bem como Resistência e Isolação: Função Resistência: Está função tem como finalidade suportar o seu peso próprio além das sobrecargas acidentais a ela aplicadas. Função Isolação: Isolam térmica e acusticamente os diferentes andares. As lajes se subdividem em duas grandes classes: Lajes Moldadas In-Loco e Lajes Pré Fabricadas LAJES MOLDADAS IN LOCO Diferentes sistemas podem ser utilizados: Laje fina, de espessura variando de 7 a 12 cm; Laje nervurada, composta de uma laje fina apoiando-se sobre nervuras, tanto paralelas como ortogonais ou enviesadas; Vigotas revestidas, nas quais a armadura é constituída de perfis metálicos. Lajes de elementos vazados, composta de uma laje muito fina (4 a 6 cm), de nervuras paralelas com enchimento intermediário de elementos vazados pré- fabricados de cerâmica, concreto e outros. Lajes grossas, de espessura constante e 12 a 30 cm; Lajes cogumelos, com ou sem capitéis; Lajes translúcidas, que são lajes finas, lajes grossas ou lajes nervuradas, as quais incorporam pavimentos de vidro. (GUERRIN, 1980.) LAJES FINAS De espessura constante, 6 a 12 cm, elas podem ser utilizadas apenas em vãos reduzidos, em torno de 3,50 a 4,00 m, são interessantes, sobretudo no caso de apoio sobre 4 lados, o que é muito comum, elas são assim muito menos deformáveis e muito menos custosas em aço. Têm o inconveniente de ser particularmente sonoras; relativamente leves, elas isolam os ruídos aéreos e conduzem muito bem os ruídos de choques. (GUERRIN, 1980.). 18

19 LAJES NERVURADAS Existem três tipos: De nervuras paralelas; Figura (a): Detalhe da nervura das lajes nervuras Fonte (SILVA,2006). De nervuras cruzadas ortogonais; De nervuras enviesadas; a) Nervuras paralelas A laje fina, de 6 a 12 cm, conforme os vãos e as sobrecargas apóia-se sobre nervuras paralelas carregando as vigas de contorno. Elas podem ser mais ou menos espaçadas, sendo todos os espaçamentos permitidos, o mínimo da ordem de 40 cm e o máximo de 4,00 m. Sua seção é dada pelo cálculo; pode-se dotá-las, se necessário de mísulas de apoio para as lajes industriais. Para as residências geralmente não se deixam aparentes as nervuras, mas executa-se um forro na face inferior das mesmas. (GUERRIN, 1980.). b) Nervuras ortogonais As nervuras são neste caso vigas cruzadas, os painéis de lajes que elas determinam tem dimensões compreendidas entre 2 e 6 m; pequenos painéis dão um conjunto menos pesado, mas mais caro e mais demorado de construir. Invertendo a tendência antiga, é melhor prever painéis maiores e reduzir seu número (3 a 5 m, por exemplo). Tudo que foi dito referente aos forros são válidos também para este caso. (GUERRIN, 1980.). 19

20 c) Nervuras enviesadas Podem-se executar belas lajes imitando os forros antigos em caixões, dispondo as nervuras em víeis e cortando os painéis em losangos ou quadrados; as vigas são sempre de altura constante. É preferível do ponto de vista estético, que elas sejam mais altas e esbeltas. Pode-se aumentar a leveza dos forros aplicando uma leve flecha ao conjunto; sendo neste caso de 15 a 20 m de vão. (GUERRIN, 1980.). Figura (b) Laje nervurada Fonte disponível em (www.cspublisher.com) LAJES COM VIGOTAS REVESTIDAS Figura (c) Laje com vigota revestida utilizada perfil metálico. Fonte - (SILVA, 2006). Segundo estudiosos do assunto, pensou-se em utilizar, ao invés dos aços redondos usuais em concreto armado, perfis metálicos. Estes elementos, que apresentam, não revestidos, uma inércia apreciável podem ser colocados de apoio a apoio, com ou sem 20

21 escoramentos (2 ou 3) intermediários. Os entrevãos podem ser executados tanto por uma laje moldada no local como por tijolos furados ou lajotas pré-moldadas. Primitivamente as lajes eram constituídas por vigotas espaçadas revestidas completamente de concreto, o concreto exercendo um papel de simples enchimento, sendo a resistência garantida somente pelos perfis. Depois, percebeu-se que aumentando, mesmo pouco, a espessura da laje superior, reforçava-se bastante a resistência, o conjunto funcionando como uma viga de concreto armado. Pareceu em seguida que era possível reduzir o peso morto suprindo o concreto entre vigotas. No estudo das lajes desse tipo, é preciso tomar cuidado com as tensões de aderência, em confronto com as quais são mal colocadas: com iguais seções, o perímetro de contato concreto-aço é muito menor com uma vigota armada em aços redondos. (GUERRIN, 1980.). Existe uma grande variedade de lajes de tijolos furados. Os tijolos furados são ou de argila cozida ou de concreto: concreto simples ou concreto leve (pedra-pomes, pozolana, concreto celular, etc.), ou de fibra de vidro. Estes elementos vazados são de diferentes espessuras, 12, 15, 18, 20, 25 cm sendo as dimensões mais correntes; alguns fabricantes produzem elementos de maior espessura, até 40 cm. O espaçamento entre as nervuras (fundidas no local com a laje) é igualmente variável, de 25 a 75 cm, aproximadamente. Os tijolos furados apresentam às vezes na parte inferior uma superfície ranhurada, que facilita a fixação do forro de gesso ou estuque. Esses tijolos vazados voltam-se ou não na face inferior da nervura de concreto armado. Esta disposição é preferível, o traço posterior no forro da nervura praticamente não se vê, enquanto que no caso (a) a diferença de textura do suporte de gesso (tijolo furado de um lado e concreto armado de nervura de outro) conduz a diferentes comportamentos desse suportes, do ponto de vista higrométrico, térmico e de condensação, dando consequentemente um traço aparente das nervuras em transparência do gesso. A espessura das nervuras deixada pelos tijolos furados varia de 4 a 8 cm. A laje (fundida monoliticamente com as nervuras) tem de 3 a 6 cm de espessura. Ela é geralmente armada: no sentido das nervuras, com 1 ou 2 Ø de 4 a 6 mm corridos, e transversalmente, de 4 Ø de 4 a 6 mm. O afastamento máximo é de 33 cm no primeiro sentido e 20 cm no segundo (praticamente, os 25 cm acima são bastante suficientes). Pode-se também executar a ferragem dessas lajes finas por meio de uma malha quadriculada pré-fabricada com aberturas variando de 5 a 30 cm, fios de 2 a 6 mm, para pesos por metro quadrado compreendidos entre 0,3 e 4 N/m². (GUERRIN, 1980.). 21

22 3.3. LAJES PRÉ-FABRICADAS Lajes pré-fabricadas são lajes que são lajes construídas em fabricas ou no próprio canteiro por elementos independentes, que logo em seguida são transportados e dispostos no local. As lajes pré-fabricadas podem ser divididas em dois grupos: nervuradas com vigotas pré-fabricadas ou painéis. Nervuradas com vigotas pré-fabricadas são construídas com o emprego de vigotas unidirecionais pré-fabricadas (elementos lineares préfabricados), elementos leves de enchimento posicionados entre as vigotas (apoiados nas vigotas), e concreto moldado no local (concreto de capeamento). Os elementos pré-fabricados utilizados neste tipo de laje podem ser com ou sem armadura saliente, com seção transversal em forma de T invertido ou I. Os materiais de enchimento normalmente utilizados são blocos vazados de material cerâmico (lajotas cerâmicas) ou concreto celular ou, ainda, blocos de poliestireno expandido (blocos de EPS). (SILVA, 2005). E podem ser vistos nas figuras 1(a) e 1(b) e figura 2 capa de concreto capa de concreto Lajota trilho lajota treliça (a) Laje tipo trilhos (b) Laje tipo treliça Figura 1 Seções transversais de lajes nervuradas com vigotas pré-facricadas. VIGOTA COM ARMAÇÃO TRELIÇADA (CONCRETO ARMADO) VIGOTA TIPO TRILHO (CONCRETO ARMADO) VIGOTA TIPO TRILHO (CONCRETO PROTENDIDO) 22

23 BLOCO DE POLIESTIRENO EXPANDIDO BLOCO DE CONCRETO CELULAR BLOCO CERÂMICO Figura 2 - Tipos de vigotas e de elementos de enchimento empregados nas lajes formadas com nervuras pré-fabricadas. Lajes pré-fabricadas em painéis: são construídas com o emprego de painéis pré-fabricados, que podem ser de concreto armado, celular (concreto leve) ou protendido. As de uso mais freqüente têm sido as compostas por painéis treliçados (em concreto armado), por painéis protendidos, por painéis vazados (lajes alveolares) e por painéis nervurados. Os painéis treliçados e os protendidos são placas pré-fabricadas constituídas por concreto estrutural, de espessura pequena e larguras padronizadas. Esses painéis podem ser do tipo unidirecional (armados em uma direção), correspondentes a elementos em forma de faixas que se apóiam em dois lados, ou do tipo bidirecional (armados em duas direções), correspondentes a elementos de geometria quadrada ou retangular, normalmente apoiados em quatro lados; os elementos unidirecionais podem ser em concreto armado ou em concreto protendido, enquanto que os bidirecionais são em concreto armado. Entre esses dois tipos de elementos, os mais utilizados na construção de pavimentos de edifícios são os do tipo unidirecional. (SILVA, 2005). Os modelos propostos são vistos nas figuras 3 e 4. Treliça placa de concreto Treliça placa de concreto Armadura principal Armadura principal Figura 3 seção transversal de painéis treliçados. 23

24 placa de concreto placa de concreto armadura pré-tracionada armadura pré-tracionada Figura 4 seção transversal de painéis protendidos. Para o dimensionamento das lajes acima mencionadas segue abaixo algumas normas: NBR /02 - Laje Pré-Fabricada Requisitos - Parte 1: Lajes Unidirecionais; NBR /02 - Laje Pré-Fabricada Requisitos - Parte 2: Lajes Bidirecionais; NBR /02 - Laje Pré-Fabricada - Pré-Laje Requisitos - Parte 1: Lajes Unidirecionais; NBR /02 - Laje Pré-Fabricada - Pré-Laje Requisitos - Parte 2: Lajes Bidirecionais; NBR 14861/02 - Laje Pré-Fabricada - Painel alveolar de concreto protendido - Requisitos; NBR 14862/02 - Armaduras treliçadas eletrossoldadas - Requisitos; NBR15522/07 - Laje pré-fabricada Avaliação do desempenho de vigotas e pré-lajes sob carga de trabalho; NBR 6118/04 Projeto de estruturas de concreto; 4. HISTÓRICO Indícios relatam que o desenvolvimento do concreto armado e protendido, no momento em que houve a criação do cimento Portland, por volta do ano de 1824, na Inglaterra. Em meados do século 19 percebeu-se a necessidade de reforçar peças de concreto com o acréscimo de armaduras de aço Curiosidades 1855: fundada a primeira fábrica de cimento Portland na Alemanha; 1855: o francês Lambot patenteia técnica para fabricação de embarcações de concreto armado; 1867: o francês Monier inicia a fabricação de vasos, tubos, lajes e pontes em concreto utilizando armaduras de aço; 24

25 1877: o americano Hyatt reconhece o efeito da aderência entre o concreto e armadura através de vários ensaios, passando-se a utilizar a armadura apenas do lado tracionado das peças; 1886: o americano P. J. Jackson faz a primeira proposição de pré-tensionar o concreto; 1886: o alemão Matthias Koenen desenvolve um método empírico de dimensionamento de alguns tipos de construção em concreto armado, a partir de ensaios segundo o sistema Monier No final do século 19, patentes e métodos para executar a protensão foram requeridos, porém sem êxito, pois a protensão se perdia devido à retração e fluência do concreto, fatos, estes, desconhecidos da época. Por volta de 1912, Koenen e Mörsch reconheceram que o efeito de uma protensão reduzida se perdia com o passar do tempo, devido à retração e deformação lenta do concreto. 1919: o alemão K. Wettstein fabricou painéis de concreto protendidos com cordas de aço para piano; 1923: o americano R. H. Dill reconheceu a necessidade de utilizar fios de aço de alta resistência sob elevadas tensões para superar perdas de protensão; 1924: o francês Eugene Freyssinet utilizou protensão para reduzir o alongamento de tirantes em galpões com grandes vãos; 1928: Freyssinet apresentou o primeiro trabalho consistente sobre concreto protendido. Freyssinet foi uma das figuras de maior destaque no desenvolvimento da tecnologia do concreto protendido. Inventou e patenteou métodos construtivos equipamentos, aços especiais e concretos especiais. A partir daí a pesquisa e o desenvolvimento do concreto protendido e armado tiveram rápida e crescente evolução. 1948: executada no Brasil, a primeira obra em concreto protendido, a Ponte do Galeão, no Rio de Janeiro, com 380 m decomprimento, na época a mais extensa no mundo. Utilizou o sistema Freyssinet e tudo foi importado da França, inclusive o projeto. Os cabos de protensão eram fios lisos envolvidos por duas três camadas de papel Kraft pintados, os fios e o papel, com betume. Portanto tínhamos concreto protendido sem aderência. 1950: primeira conferência sobre concreto protendido em Paris 1950: Finster Walder executou a primeira ponte em balanços sucessivos e o método espalhou-se pelo mundo 1950: surgem as primeiras cordoalhas de fios 1952: a Companhia Siderúrgica Belgo-Mineira iniciou a fabricação do aço de protensão no Brasil. A segunda obra em concreto protendido no Brasil foi a ponte de Juazeiro, já 25

26 executada com aço brasileiro. 1953: publicada a DIN 4227, norma alemã de concreto protendido meados da década de 1950: executadas, nos Estados Unidos, as primeiras lajes protendidas, sendo a maioria delas no sistema lift-slab, onde as lajes planas eram concretadas e protendidas sobre o solo e depois içadas e ancoradas aos pilares em seus níveis. 1956: surgiram as bainhas produzidas com fitas plásticas enroladas helicoidalmente sobre os fios pintados com betume 1958: surgem no Brasil as bainhas metálicas flexíveis, com injeção de argamassa de cimento posterior a protensão dos cabos, promovendo a aderência. Este sistema permitiu a execução de estruturas protendidas de grandes vãos. Final da década de 195: surge a primeira patente de protensão com a utilização de bainhas individuais de plástico extrudadas sobre a cordoalha. 1969: concluído o primeiro edifício em laje lisa protendida com distribuição de cabos em duas direções, sendo numa delas distribuídos e na outra concentrados em faixas sobre os apoios. Watergate Apartments, em Washington, EUA. 1978: o Comitê Euro-Internacional du Betón (CEB/FIP) publicou, em 1978, o Código Modelo para Estruturas de Concreto Armado e Concreto Protendido. Ele serviu de base para elaboração de normas técnicas em vários países. (PEREIRA; et all, 2005). 5. PROTENSÃO 5.1. Definição Para o melhor entendimento sobre o conceito de protensão, imagine uma pessoa carregando uma fila de livros horizontal. Para que os livros sejam levantados, sem cair, é necessário que uma força horizontal seja aplicada sobre os mesmos, de forma que comprimam uns aos outros, produzindo forças de atrito que suportam o peso próprio do conjunto e visualizado na figura 5. Figura 5 Fila de livros sendo comprimidas 26

27 Uma simples definição de protensão, com relação ao exemplo dos livros é a seguinte: A ação de aplicar cargas em uma estrutura, diferentes das cargas atuantes, de modo a aumentar a capacidade da estrutura para suportar essas cargas atuantes. Com esse raciocínio Pfeil (1980) propõe a seguinte definição: Protensão é um artifício que consiste em introduzir numa estrutura um estado prévio de tensões capaz de melhorar sua resistência ou seu comportamento, sob diversas condições de carga. Uma peça de concreto armado é uma peça de concreto protendido onde os esforços de tração (salvo raras exceções) são suportados por armadura passiva convenientemente disposta. Essa armadura só fica solicitada quando a deformação da peça sob carga, muitas vezes inclusive com fissuração, gera alongamento suficiente da armadura Normatização no Brasil No Brasil, a Norma Brasileira ABNT NBR 6118: Projeto de Estruturas de Concreto - Procedimento, que vigora desde 31/03/2003, cancelou e substituiu a antiga norma de concreto protendido (NBR 7197:1989) e passou a tratar de concreto armado e protendido. A primeira norma brasileira de concreto protendido foi a NB-116. Esta última revisão de norma demonstra uma maior preocupação com a durabilidade das estruturas, evidenciada pela necessidade de classificação das estruturas a serem projetadas dentro das Classes de Agressividade Ambiental. Esta classificação passa a determinar, para estruturas em concreto armado e protendido, os principais parâmetros de projeto, tais como a qualidade do concreto, cobrimento das armaduras, limitações de aberturas de fissuras entre outras. Indicados nas tabelas 1, 2, 3 e 4: ( PEREIRA; et all, 2005). 27

28 Tabela 1 Classes de Agressividade Ambiental Fonte: ABNT - NBR 6118: 2003 Tabela 2 Correspondência entre classe de agressividade e qualidade do concreto Fonte: ABNT - NBR 6118:

29 Tabela 3 - Correspondência entre classe de agressividade ambiental e cobrimento nominal para c = 10 mm Fonte: ABNT - NBR 6118: 2003 Tabela 4 Exigências de durabilidade relacionadas à fissuração e à proteção da armadura, em função das classes de agressividade ambiental. Fonte: ABNT - NBR 6118:

30 5.3. CLASSIFICAÇÃO Quanto ao Estiramento da Armadura de Protensão. Podem ser dividas de duas maneiras: a) CONCRETO PROTENDIDO COM ARMADURA ATIVA (DE PROTENSÃO) PRÉ- TRACIONADA: aquele em que o estiramento da armadura ativa é feito através de apoios independentes da peça, antes do lançamento do concreto. Após o endurecimento do concreto a ligação da armadura com estes apoios é desfeita e as tensões na armadura se transmitem ao concreto por aderência. Exemplo: peças pré-fabricadas protendidas executadas em pistas de protensão. b) CONCRETO PROTENDIDO COM ARMADURA ATIVA (DE PROTENSÃO) PÓS- TRACIONADA: aquele em que o estiramento da armadura ativa é feito após o endurecimento do concreto, através de apoios na própria peça, criando-se ou não aderência da armadura com o concreto. Exemplo: as estruturas protendidas moldadas in-loco (edifícios, pisos industriais, pistas de aeroporto, pontes, etc.) Quanto a Fissuração - Níveis de Protensão A protensão tem como objetivo eliminar as tensões de tração de um elemento estrutural, tendo como conseqüência o controle das fissuras. Com base neste controle temos os seguintes níveis de protensão: a) CONCRETO PROTENDIDO NÍVEL 3 - PROTENSÃO COMPLETA OU TOTAL: previsto para protensão com armadura ativa pré-tracionada nas classes de agressividade III e IV. Ocorre quando se verificam as duas condições seguintes: a.1)para as combinações freqüentes de ações, previstas no projeto, é respeitado o limite de descompressão, ou seja, quando atuarem a carga permanente e as sobrecargas freqüentes não se admite tração no concreto a.2) para as combinações raras de ações, quando previstas no projeto, é respeitado o estado limite de formação de fissuras. A protensão completa proporciona as melhores condições de proteção das armaduras contra a corrosão, e se aplica nos casos de obras em meios muito agressivos ou situações de fissuração exagerada, tais como tirantes de concreto 30

31 protendido, reservatórios protendidos para garantia de estanqueidade, vigas formadas por peças pré-moldadas justapostas sem armaduras suplementares, etc. Não existe limitação técnica no uso da protensão completa, apenas restrições de ordem econômica. b) CONCRETO PROTENDIDO NÍVEL 2 - PROTENSÃO LIMITADA: previsto para protensão com armadura ativa pré-tracionada na classe de agressividade II e pós-tracionada nas classes de agressividade III e IV. Ocorre quando se verificam as duas condições seguintes: b.1) para as combinações quase permanentes de ações, previstas no projeto, é respeitado o limite de descompressão, ou seja, quando atuarem a carga permanente e parte das sobrecargas não se admite tração no concreto. b.2) para as combinações freqüentes de ações, quando previstas no projeto, é respeitado o estado limite de formação de fissuras, ou seja, quando atuarem a carga permanente e as sobrecargas freqüentes. A protensão limitada, por admitir tensões moderadas de tração em serviço, exige a colocação de armadura passiva adicional no dimensionamento à ruptura e no controle da fissuração. Esta combinação de armadura ativa e passiva permite soluções equilibradas e mais econômicas, já que o aço de protensão é mais caro que o aço convencional. c) CONCRETO PROTENDIDO NÍVEL 1 - PROTENSÃO PARCIAL: previsto para protensão com armadura ativa pré-tracionada na classe de agressividade I e pós-tracionada nas classes de agressividade I e II. Ocorre na seguinte condição: - para as combinações freqüentes de ações, previstas no projeto, é respeitado o limite de abertura de fissuras, com abertura não superior a 0,20 mm, ou seja, quando atuarem a carga permanente e as sobrecargas freqüentes. A protensão parcial é similar a protensão limitada, porém admite tensões maiores de tração em serviço e formação de fissuras de maior abertura (não maiores que 0,2 mm). Consome menos aço de protensão, porém, como admite fissuração, exige armadura passiva suplementar Quanto a Aderência Sistemas de Protensão Quanto à aderência destacam-se: a) CONCRETO PROTENDIDO COM ADERÊNCIA INICIAL: este sistema está normalmente associado à armadura pré-tracionada e é muito empregado na fabricação de elementos prémoldados protendidos. Em pistas de protensão, nas usinas (fábricas) de pré-moldados, a armadura ativa é posicionada, ancorada e tracionada em blocos nas cabeceiras da pista. Após 31

32 a montagem das armaduras passivas, formas, concretagem e cura do concreto, as armaduras ativas são liberadas das cabeceiras. Com a tendência do aço retornar à sua posição original antes do tracionamento, e restringido por aderência ao concreto endurecido da peça prémoldada, o esforço de tração se transfere ao concreto na forma de compressão, caracterizando a protensão por pré-tração da armadura ativa com aderência inicial. (PEREIRA; et all, 2005). b) CONCRETO PROTENDIDO COM ADERÊNCIA POSTERIOR: neste sistema, o aço é posicionado dentro de bainhas metálicas corrugadas e a aplicação da força de protensão (tracionamento dos cabos) é feita após a cura do concreto, através da reação do equipamento na própria estrutura a ser protendida, utilizando macacos hidráulicos especiais. A característica deste sistema é que, após a protensão, as bainhas são injetadas com calda de cimento sob pressão, promovendo a proteção das armaduras contra a corrosão e a aderência entre o aço e a bainha. Devido às particularidades dos dispositivos de ancoragem, do processo em si e da forma de tracionamento do aço, os sistemas de protensão com aderência posterior são patenteados, como por exemplo, os sistemas Stup Freyssinet (França), Diwidag (Alemanha), Rudloff (Brasil), Tensacciai (Itália), Mac Protensão (Brasil), etc. c) CONCRETO PROTENDIDO SEM ADERÊNCIA: neste sistema não há injeção de calda de cimento, ficando o aço ancorado apenas nas extremidades. Se forem utilizadas bainhas metálicas, é feita injeção com graxa para proteção do aço contra a corrosão. Normalmente se utiliza cordoalha simples (monocordoalha) envolta em uma bainha plástica de polietileno de alta densidade, extrudada sobre a cordoalha engraxada. Como são sistemas simples, vários fabricantes produzem as ancoragens, macacos e outros dispositivos. As cordoalhas são atualmente produzidas no Brasil apenas pela Belgo PROTENSÃO ADERENTE X PROTENSÃO NÃO ADERENTE Protensão aderente ou não aderente? Essas duas questões são freqüentes causadoras de discussões. Os sistemas aderentes e não aderentes provêem uma gama de soluções para os projetistas de edifícios. Em alguns casos, por exemplo, o projeto mais econômico pode ser obtido com lajes protendidas com cabos não aderentes apoiadas em vigas de grandes vãos protendidas com cabos aderentes. Serão apresentados aqui apenas os aspectos mais importantes de cada sistema. 32

33 a) Sistema aderente: Apresenta momento resistente último mais elevado; Melhor distribuição de fissuras; Maior segurança da estrutura na parte e no todo, diante de situações extremas como incêndios, sismos e explosões. b) Sistema não aderente: Proporciona grande braço de alavanca (maior possibilidade de excentricidade dos cabos que é de suma importância principalmente para lajes); Menores perdas por atrito; O aço de protensão já é protegido contra corrosão antes de ser instalado; Proporciona maior facilidade e velocidade na montagem dos cabos; Geralmente mais econômico. Para o melhor entendimento, podemos resumir as possibilidades de combinação dos tipos, níveis e sistemas de protensão com o diagrama abaixo e figura 5.1. Figura 5.1 Diagrama de possibilidades e tipos de protensão. 33

34 6. VANTAGENS E DESVANTAGENS DO CONCRETO PROTENDIDO Podemos citar várias vantagens na utilização de estruturas em concreto protendido: a) Redução da fissuração, aumento da durabilidade; b) economia de concreto; c) economia de aço; d) redução de flechas; e) previsibilidade do comportamento estrutural; f) resistência à fadiga; g) melhoria no combate aos esforços de cisalhamento; h) grandes vãos; i) estanqueidade; j) peças esbeltas e arrojadas estruturalmente; Entre as desvantagens podemos citar: a) custo elevado para pequenos vãos; b) não apropriada para estruturas que exijam massa de concreto; c) maiores cuidados de projeto; d) maiores cuidados na execução. 7. PERDAS DE PROTENSÃO Uma peça é de concreto protendido quando está submetido às forças de protensão. Tais forças são permanentes e estão submetidas a variações de intensidade, tanto para mais quanto para menos. Quando a intensidade é diminuída ocorre o que chamamos de perdas de protensão. Para o melhor entendimento, vejamos alguns conceitos: 7.1. Perdas por retração e fluência do concreto Sabemos que o concreto é um material que está sujeito a alterações decorrentes da natureza de sua estrutura. 34

35 A retração é um fenômeno decorrente do equilíbrio térmico do concreto com o meio ambiente, que acaba resultando no encurtamento do concreto ao longo do tempo. A fluência também é um fenômeno que se manifesta ao longo do tempo quando o concreto é submetido a ações de longa duração produzindo deformações elásticas e plásticas progressivas das fibras nas regiões solicitadas. Se a peça de concreto sofre um encurtamento a de protensão também irá sofrer a conseqüência, ocasionando então, a perda de protensão por retração e fluência. Como pode ser visto na figura 6. Figura 6 Encurtamento do concreto e perda de tensão da armadura de protensão. Fonte (HANAI, 2005) 7.2.Perdas por relaxação e fluência do aço de protensão A relaxação e fluência do aço de protensão são coisas distintas: Relaxação do aço corresponde quando ocorre um alívio de tensão quando a armadura é mantida com comprimento e deformação constante. Por outro lado, a fluência consiste no aumento de deformação do aço, a medida que a tensão é mantida constante e ilustrado nas figuras 7 e 8. 35

36 Figura 7 mostra a deformação quanto à relaxação Fonte: (HANAI, 2005). Figura 8 mostra a deformação quanto à fluência - Fonte: (HANAI, 2005) Perdas de protensão por atrito dos cabos Este tipo de protensão ocorre geralmente, quando a protensão é feita com aderência posterior, visto que a armadura é tracionada após a concretagem, onde o atrito entre a bainha e o cabo causa perdas de protensão que devem ser levadas em conta no cálculo. No entanto, essas perdas são mais elevadas quando são utilizados trechos curvos, pois acarreta um atrito maior entre as bainhas e os cabos. Embora os trechos retos 36

37 também apresentam o atrito, devido as deformações parasitas presente nos cabos e bainhas. (figura 9) Figura 9 mostra as perdas de protensão devido ao atrito nos cabos Fonte: (HANAI, 2005) Perda de tensão na armadura decorrente da deformação imediata do concreto Quando há a protensão com aderência inicial, a armadura de protensão é prétracionada, e na pista de protensão da armadura, quando a mesma é liberada das ancoragens a protensão é transmitida ao concreto, e o mesmo se deforma. Tal deformação ocasiona na perda de tensão da armadura, pois esta se encontra aderida ao concreto. No concreto de protensão com aderência posterior, o macaco de protensão apoia-se em parte da própria peça a ser protendida. Portanto, à medida que se traciona a armadura, está se comprimindo o concreto, não havendo, portanto queda de tensão por deformação imediata do concreto, quando se tem apenas um cabo de protensão. Quando se tem mais de um cabo, se eles forem tracionados um de cada vez, como é usual, a deformação no concreto provocada pelo cabo que está sendo tracionado acarreta perda de tensão aos cabos já ancorados. Neste caso deve-se calcular um valor médio. 37

38 7.5. Perda de tensão na armadura decorrente de acomodação das ancoragens Pode haver perda de tensão na armadura por acomodação dos elementos de ancoragem. A magnitude dessa perda depende do tipo de ancoragem, enfim, do sistema de protensão adotado, e do comprimento dos cabos pelo qual se distribui a distância de acomodação da ancoragem. Para compensar esse efeito na execução da pós-tração, pode-se programar a aplicação de forças de protensão um pouco maiores, prevendo-se essa acomodação. 8. CARACTERÍSTICAS DOS SISTEMAS DE PROTENSÃO Os dois sistemas de protensão apresentam características bem diferentes entre si. Como visto na comparação a seguir no quadro 1. Quadro 1: Comparação entre os sistemas de protensões. 38

39 . 9. MATERIAIS Fonte - (PEREIRA; et all, 2005) 9.1. Concreto O controle de qualidade do concreto em estruturas protendidas deve ser rigoroso. Deve-se exigir a realização de ensaios prévios, o controle contínuo do cimento e dos agregados utilizados, bem como uma fiscalização constante durante a elaboração do concreto. Normalmente, os concretos utilizados em peças protendidas possuem resistência superior àquelas das peças de concreto armado. Para concreto protendido, o código modelo CEB-78 recomenda f ck 25 MPa. Existem várias razões que justificam a utilização de concretos de alta resistência em peças protendidas. A alta resistência, aliada ao fato de toda a seção da peça trabalhar, resistindo aos esforços atuantes, redunda em seções com dimensões menores que no concreto armado convencional, o que, em outras palavras, significa menor peso próprio. A diminuição do peso próprio viabiliza economicamente a execução de estruturas com grandes vãos. Faixas de resistência normalmente utilizadas: a)concreto armado:15 MPa < f ck < 20 MPa b)concreto protendido: 30 MPa < f ck < 40 MPa 39

40 Fatores que justificam resistências elevadas: a introdução da força de protensão pode causar solicitações prévias muito elevadas, freqüentemente mais altas que as correspondentes a uma situação de serviço; o emprego de concretos e aços de alta resistência permite a redução das dimensões das peças, diminuindo seu peso próprio; concretos de alta resistência possuem, em geral, módulo de deformação mais elevado, o que diminui tanto as deformações imediatas como as que ocorrem ao longo do tempo. Isso reduz os efeitos de perda de protensão oriundos da retração e fluência do concreto. Além de boa resistência, é importante que o concreto tenha boas características de compacidade e baixa permeabilidade, para que se tenha uma proteção suficiente contra corrosão das armaduras. Tem-se comprovado experimentalmente que o aço da armadura ativa, quando solicitado por tensões elevadas, torna-se mais susceptível à corrosão. Para que o concreto atenda aos elevados requisitos impostos às estruturas de concreto protendido, é necessário: observar as recomendações da tecnologia de produção de concretos; usar os tipos mais adequados de cimento (Portland, ARI, AF, Pozolânico, etc.); utilizar agregados devidamente selecionados quanto à origem mineralógica e à granulometria; determinar proporções adequadas entre cimento, agregado, água e aditivos; utilizar aditivos que não prejudiquem a integridade das armaduras; executar uma cura cuidadosa. A cura térmica (a vapor), freqüentemente usada em fábricas de pré-moldados, acelera o processo de maturação do concreto pela elevação da temperatura em ambiente úmido, possibilitando atingir elevadas resistências com poucas horas de cura. Com cura a vapor e cimento ARI, é possível obter, em 20 horas, 70 % da resistência aos 28 dias de cura normal. Por essa razão as fábricas de pré-moldados conseguem trabalhar com um ciclo de 24 horas Resistência à compressão O parâmetro principal para a caracterização de um concreto é a sua resistência característica à compressão, f ck. Esse valor característico é estabelecido a partir da resistência à compressão, medida em corpos de prova cilíndricos de 15 cm de diâmetro e 30 cm de altura, obtida aos 28 dias de idade. O f ck é definido como a resistência para a qual a probabilidade de ocorrerem valores menores é de 5 %. A TABELA 5 apresenta a resistência do concreto em várias idades, em função da resistência aos 28 dias. 40

41 TABELA 5 - Resistência do concreto em função da idade, em condições normais de cura. Fonte (VERÍSSIMO, 1998) AÇOS DE PROTENSÃO Os aços usados no concreto protendido caracterizam-se por elevada resistência e pela ausência de patamar de escoamento. São sensivelmente mais econômicos que os aços normalmente empregados na construção com concreto armado, já que sua resistência pode ser, aproximadamente, até três vezes maior. Os aços de alta resistência podem ser fornecidos também em grandes comprimentos, na forma de fios e cordoalhas, evitando-se assim os problemas relacionados com a emenda da armadura em peças estruturais de grandes vãos. Na construção com concreto armado, o emprego dos aços de alta resistência é proibitivo, devido aos alongamentos excessivos que produziriam fissuras muito abertas. No concreto protendido este problema é evitado através do alongamento prévio da armadura. Existem duas especificações da Associação Brasileira de Normas Técnicas que regulamentam as características e propriedades do aço de protensão, a saber: NBR Fios de aço para concreto protendido; NBR Cordoalhas de aço para concreto protendido. Os aços de protensão são encontrados nas seguintes formas: a) fios trefilados de aço carbono, com diâmetro de 3 a 8 mm, fornecidos em rolos ou bobinas; b) cordoalhas: fios enrolados em forma de hélice, com dois, três ou sete fios; c) barras de aço-liga de alta resistência, laminadas a quente, com diâmetros superiores a 12 mm e comprimento limitado. Quanto à modalidade de tratamento podem ser: a) aços aliviados ou de relaxação normal (RN). São aços retificados por um tratamento térmico que alivia as tensões internas de trefilação; b) aços estabilizados ou de relaxação baixa (RB). São aços que recebem um tratamento termomecânico que melhora as características elásticas e reduz as perdas de tensão por relaxação. Os tipos e bitolas de aço de protensão fornecidos pela indústria variam no tempo e dependem, principalmente, dos seguintes fatores: normalização nacional e internacional, já 41

42 que o aço além de ser vendido no mercado interno também é exportado para outros países, e, demanda do mercado. A indústria, geralmente, é capaz de fornecer tipos de aço que não constam de seus catálogos de produtos, desde que seja feita uma encomenda. No Brasil, a fabricação do aço de protensão se iniciou em 1952, através da Companhia Siderúrgica Belgo-Mineira iniciou. Nessa época só era fabricado o fio de aço de diâmetro 5,0 mm. Na década de 60 começaram a aparecer as cordoalhas de dois, três e sete fios que estão gradativamente substituindo os fios isolados de φ 5, 7 e 8 mm. Nos países em que a tecnologia do concreto protendido se difundiu há mais tempo, praticamente já não se usa mais os fios pois as cordoalhas têm se mostrado mais econômicas. No Brasil os fios ainda são utilizados, principalmente nos sistemas que empregam a pré-tração. Na pós-tração, tem-se optado quase exclusivamente por utilizar as cordoalhas de 7 fios de φ 12,7 mm. A cordoalha de 7 fios de φ 15,2 mm é pouco utilizada, apesar de apresentar grandes vantagens no tocante ao alojamento dos cabos em peças cujas dimensões não podem ser aumentadas. A partir de 1974 a Belgo-Mineira começou a produzir os aços estabilizados, nos quais é aplicado um tratamento térmico sob tensão elevada. Esse tratamento produz aços de baixa relaxação RB em oposição aos aços anteriores denominados RN (de relaxação normal ). Esse avanço tecnológico permitiu reduzir bastante as perdas de protensão que os estudos recentes mostraram ser muito maiores que os 15% admitidos nas primeiras obras. Atualmente, são produzidos no Brasil tanto os aços RN como os RB, existindo uma nítida preferência pelos aços de relaxação baixa. A partir de 1977 a Siderúrgica Barra Mansa passou a fabricar as barras de aço filetado CP 85/105 com diâmetro de 32 mm, e mais recentemente também as barras lisas de φ 19 mm, diretamente para a empresa Protendidos Diwidag Ltda., representante no Brasil da patente alemã Diwidag. O aço, que não é vendido diretamente para o consumidor, tem sido aplicado, com os demais componentes da patente Diwidag, principalmente em contenção de taludes de terra ou rocha e em fundações (Vasconcelos, 1985) Bainhas Bainhas são os tubos dentre os quais a armadura de protensão é colocada, para que possa deslizar sem atrito. As bainhas são utilizadas no caso de protensão com aderência posterior. Via de regra são fabricadas de chapas de aço laminadas a frio, com espessura de 0,1 a 0,35 mm costuradas em hélice. No processo de fabricação, além da costura da chapa são produzidas ondulações transversais em hélice. Essas ondulações apresentam algumas vantagens, quais sejam: 42

43 conferem rigidez à seção da bainha sem prejudicar a flexibilidade longitudinal, permitindo curvaturas com raios relativamente pequenos, o que possibilita enrolar cabos de grande comprimento, que podem ser transportados em rolos; facilitam a utilização de luvas rosqueadas nas emendas; melhoram a aderência entre o concreto e a nata de injeção, devido às saliências e reentrâncias. Para protensão sem aderência utilizam-se também bainhas plásticas lisas. Para que a injeção de nata de cimento seja bem sucedida são instalados, em pontos estratégicos da bainha, tubos de saída de ar, também chamados respiros (figura 10). Normalmente são utilizados para esse fim tubos plásticos de polivinil corrugado. Figura 10 ligação de um respiro num ponto determinado da bainha. Fonte (VERÍSSIMO, 1998) Calda de cimento para injeção A calda de cimento para injeção, ou nata de injeção, tem como função proporcionar a aderência posterior da armadura de protensão com o concreto e a proteção da armadura ativa contra corrosão. Ela é um importante componente de todas as estruturas de concreto protendido com aderência posterior. 43

44 A especificação NBR 7681 fixa condições exigíveis para caldas e seus materiais componentes, a serem empregadas no preenchimento de bainhas e dutos de armaduras de protensão de peças de concreto protendido. De acordo com a norma alemã, DIN 4227, para concreto protendido, as natas de injeção constituídas de cimento devem satisfazer às seguintes exigências: 1. Dentro do possível, a deposição por sedimentação e por retração deve ser pequena; a contração volumétrica deve ser de no máximo 2%. 2. Devem ter boa fluidez, a qual deve permanecer até a conclusão da injeção. 3. Resistência à compressão da ordem de 20 MPa aos 7 dias e 30 MPa aos 28 dias, determinadas a partir de corpos de prova cilíndricos com φ = 10 cm e h = 12 cm; 4. Não devem sofrer aumento de volume no caso de congelamento. Pode-se utilizar aditivos para garantir a fluidez e o escoamento da nata de injeção,desde que obedecidas as prescrições de norma. Tendo em vista a corrosão sob tensão, nem o cimento nem o aditivo podem conter cloro. Também no caso de outros aditivos químicos, devem ser tomadas as precauções devidas, a não ser que tenham sido expressamente testados. A quantidade de água deve ser tão pequena quanto possível, definida pela fluidez mínima necessária, ou seja, aproximadamente 36 a 44 kg de água para 100 kg de cimento, o que corresponde a uma relação água/cimento da ordem de a/c = 0,35 a 0, EQUIPAMENTOS DE PROTENSÃO Generalidades Simplificadamente, um processo de protensão caracteriza-se pela aplicação de forças na peça de concreto. Para que isso possa ocorrer são necessários vários equipamentos especiais tais como macacos hidráulicos, peças para ancoragem dos cabos, bombas de injeção, compressores, etc Macacos hidráulicos Macacos Hidráulicos são responsáveis pela aplicação da força de protensão aos cabos. Trata-se de macacos especiais fabricados a partir de uma tecnologia sofisticada, desenvolvida no fim da segunda guerra mundial para o acionamento de trens de aterrissagem de aviões. (VERÍSSIMO, 1998). Segundo Veríssimo, 1998, p.41, como os cabos de protensão devem ser 44

45 tensionados até ser atingida uma tensão elevada na armadura, são necessárias forças de protensão muito grandes. O modo mais fácil e simples de obter essas forças é através de macacos hidráulicos. Esses macacos são ligados a bombas especiais, capazes de produzir uma pressão da ordem de 50 kn/cm 2, o re que corresponde a uma coluna de água de 5000 m de altura. A magnitude das forças e pressões envolvidas no processo é considerável. É necessário, portanto, que o engenheiro de concreto protendido conheça o funcionamento dos macacos hidráulicos. Os macacos hidráulicos utilizados nas operações de protensão são constituídos de um cilindro e de um pistão de seção cheia ou em coroa circular. O espaço existente entre o cilindro e o pistão é fechado através de uma borracha especial com boas propriedades de vedação. Essa borracha apresenta um lábio que é comprimido mecanicamente contra a parede do cilindro fechando-o hermeticamente. (figuras 11, 12 e 13). FIGURA 11 - Corte esquemático de um macaco hidráulico simples, com pistão maciço e em coroa de círculo Fonte: (Leonhardt, 1979). 45

46 FIGURA 12 Macaco de protensão Fonte: (Leonhardt, 1979). FIGURA 13 Vistas frontal e lateral do macaco Fonte: (Leonhardt, 1979) 46

47 . Em alguns sistemas, os macacos são dotados de dispositivos especiais que permitem a aplicação da força de protensão e logo em seguida a cravação das cunhas de ancoragem. FIGURA 14 Esquema de um macaco de protensão do tipo Stronghold, com cilindro especial para cravar as cunhas de ancoragem Fonte: (Pfeil, 1980). 11. ANCORAGENS É artifício usado para fixar os cabos de protensão, mantendo a carga aplicada pelo macaco hidráulico impedindo que o cabo volte ao estado inicial. As ancoragens podem ser agrupadas conforme as seguintes categorias: ancoragem por aderência; ancoragem por meio de cunhas; ancoragem por meio de rosca e porca; ancoragem por meio de cabeçotes apoiados em calços de aço ou em argamassa injetada. 47

48 11.1. Ancoragem por aderência. A ancoragem por aderência é empregada em geral na protensão com aderência inicial. Nesse caso, a força de protensão a ancorar é cerca de 3 a 4 vezes maior que na ancoragem de barras nervuradas de concreto armado de mesma seção transversal. Para forças dessa magnitude, a ancoragem por aderência só é efetiva se desenvolver uma aderência mecânica, através de nervuras na armadura ou de um perfilado adequado que produza um endenteamento entre a armadura de protensão e o concreto. No caso de cordoalhas de 7 fios, o deslizamento é impedido pelo denominado efeito de saca-rolha (Leonhardt, 1979) Ancoragem por meio de cunhas Nas ancoragens por meio de cunhas os cabos de protensão são ancorados através de duas peças especiais, um cone macho e um cone fêmea Ancoragem por meio de rosca e porca Este sistema pode ser utilizado com fios ou cordoalhas ou barras maciças de aço de protensão. Em geral, nos sistemas que empregam barras maciças para a protensão é utilizada ancoragem com rosca e porca Ancoragem passiva Este tipo de ancoragem consiste em protender o cabo apenas em uma extremidade, colocando-se, na outra extremidade, uma ancoragem passiva. (figura 16) Ancoragem ativa Segundo Veríssimo, 1998, p.49, as ancoragens mortas podem ser executadas das seguintes maneiras. (Figura 15). por atrito e aderência das extremidades dos fios, em contato direto com o concreto; por meio de laços ou alças, colocadas no interior do concreto; por ancoragens normais com as cunhas pré-cravadas; por dispositivos mecânicos especiais; 48

49 11.6. Modelos de ancoragens. Figura 15 modelo de ancoragem ativa. Fonte: Figura 16 modelo de ancoragem passiva. Fonte: 49

50 12. LAJES PROTENDIDAS Introdução Apresentaremos os tipos de lajes protendidas, destacando as lajes protendidas alveolares, e as lajes protendidas pré-fabricas com vigotas protendidas com elementos de enchimento de cerâmica ou EPS Conceito As Lajes Protendidas são conhecidas pela sua qualidade e por reduzir custos e prazos das obras. Na construção, a protensão ajuda a resolver problemas de deformação e, como o sistema permite melhor uso da área de concreto, a espessura da laje pode ser reduzida para 20 a 25 cm, comparada aos 31 a 35 cm das lajes convencionais de concreto armado. Lajes mais finas significam economia em materiais, no tempo de construção e na mão-deobra. Além disso, como os cabos têm uma resistência muito mais alta do que as barras de armadura convencionais, a laje protendida pode ser construída com menos da metade do peso total de aço que o exigido nas de concreto armado. Essa vantagem resulta em mais espaço para instalação de redes hidráulicas, elétricas e outras utilidades, facilitando o trabalho dos instaladores Características As lajes protendidas possuem características que as fazem com que o uso desse tipo de laje se torne cada vez mais presente em obras, até mesmo de residências. Abaixo seguem algumas características próprias das lajes protendidas: As deformações são menores do que no concreto armado e na estrutura metálica equivalente. O emprego de aços de alta resistência conduz a estruturas mais econômicas. Na laje protendida as deformações oriundas do peso próprio podem ser completamente eliminadas. Como a laje protendida trabalha com tensões relativamente baixas, é possível uma retirada antecipada do escoramento e das formas. Há um melhor comportamento da estrutura com relação às fissuras. A ausência de vigas oferece vantagens evidentes para a execução da obra quanto à economia, tanto de material como de tempo. 50

51 Vãos maiores e grande esbeltez diminuem o peso próprio, a carga sobre os pilares e fundações e a altura total do edifício, permitindo por vezes o acréscimo de um pavimento. A laje plana lisa protendida oferece maior resistência ao puncionamento Aplicações usuais Em sua grande maioria as lajes protendidas são utilizadas em grandes obras, onde necessita a criação de grandes vãos e/ou grandes balanços. Devido a estas características essas lajes também tem sido utilizadas em construções de residências. Com a pré-fabricação desses elementos, como exemplo, as lajes alveolares protendidas, esse tipo de estrutura horizontal também é bastante utilizada em obras com elementos pré-fabricados. É possível também a realização de grandes vãos e balanços, o que facilita muito a execução de algumas obras, como por exemplos as do arquiteto Oscar Niemeyer. Que utiliza o sistema de protensão para a realização de algumas obras. A utilização desse tipo de laje, além de possibilitar vãos e balanços maiores, considerou questões funcionais, com a redução do número de pilares. Sua espessura reduzida (25 centímetros) resultou em ganho de mais dois andares, respeitando a limitação de altura máxima da edificação (cota de metros), definida pela Aeronáutica. (ARCOWEB, 2007). Tipos de lajes protendidas a)lajes protendidas com cordoalhas engraxadas; A ascensão da utilização das cordoalhas engraxadas em lajes protendidas, no Brasil e no mundo, tem explicação em algumas vantagens que o sistema traz em relação às estruturas em concreto armado convencional. Entre elas podemos citar: possibilidade de grandes vãos com grande esbeltez de laje, permitindo maior liberdade arquitetônica; maior área útil por pavimento e maior flexibilidade no aproveitamento do espaço devido a redução do número de pilares; economia na estrutura para vãos superiores a 7,0 m; menor espessura média dos pavimentos, acarretando menor altura nos edifícios e 51

52 menor carga nas fundações; formas mais simples e mais baratas; maior rapidez na desforma e retirada de escoramentos; redução e eventual eliminação de flechas e fissuração nas lajes; flexibilidade na distribuição de dutos e outras instalações sob as lajes. a.1)características; Podem se destacar as seguintes características das cordoalhas engraxadas. O coeficiente de atrito entre cabo e bainha é menor que no sistema aderente, possibilitando perdas menores e maior tensão remanescente na cordoalha. As cordoalhas podem ser instaladas uma a uma ou em feixes. São protendidas e ancoradas individualmente. As cordoalhas recebem proteção anticorrosiva de fábrica. Porém, as ancoragens convencionais não recebem proteção anticorrosiva, o que reduz a segurança do sistema. Por isso, a protensão sem aderência, a princípio, não é recomendada para ambientes agressivos. Eventuais falhas nas ancoragens significam desativação instantânea do cabo e de sua colaboração na estrutura. A execução de furos ou chumbamentos nas peças concretadas deve ser evitada, sob pena de machucar ou romper a cordoalha e provocar conseqüente perda total da protensão no cabo. A ausência de nata de cimento ao redor das cordoalhas diminui sua proteção contra o fogo, em caso de incêndio. Cabos engraxados possibilitam maiores excentricidades em sua disposição e os detalhes desse tipo podem ser visualizados na figura 17, enquanto que na figura 18 a aplicação em laje. Figura 17 detalhe da cordoalha engraxada Fonte: (PEREIRA; et all, 2005). 52

53 Figura 18 - Vista parcial da laje protendida com cordoalha engraxada. Fonte: (PEREIRA; et all, 2005). a.2.) Execução em obra De acordo com Pereira, et all, 2005, para a execução das lajes protendidas com cordoalhas engraxadas é necessária o uso de alguns materiais e métodos específicos, que podem ser vistos a seguir: Aço para protensão: O aço para protensão deve ser a cordoalha engraxada CP 190 RB -12,7mm ou 15,2mm. A cordoalha deve receber uma camada de graxa anti-corrosiva e um revestimento de plástico extrudado. Rasgos ou defeitos na blindagem devem ser consertados antes de lançar o concreto. Pequenos rasgos na seção livre das blindagens de cabos com menos de 8 cm de comprimento, devem ter uma luva localizada sobre a cordoalha antes de envolver a fita adesiva; Ancoragens e cunhas: As cunhas são de aço de sofrem tratamento para obterem dureza na quantidade e profundidade pretendida. 53

54 Sistema de protensão: Cabos de aço são tensionados depois do concreto colocado no local. Primeiramente, as formas são erguidas e os cabos são colocados nas posições apropriadas nas formas. Depois, as barras de aço de reforço são colocadas em posições específicas e todo restante da armação também. No próximo passo, o concreto é colocado nas formas e deixado curar até adquirir a resistência exigida no projeto, mas também obedecendo ao tempo de cura determinado pelo projetista. Depois o cabo é tensionado por um macaco hidráulico o qual empurra diretamente a âncora fixada no concreto endurecido. A força no aço é então permanentemente transferida para o concreto através do dispositivo de ancoragem na extremidade do elemento estrutural; Calibragem do macaco: Cada unidade de tensão do equipamento (macaco e calibre de pressão) fornecido pela firma de protensão deve ser acompanhado por uma carta da calibração que relaciona a pressão de calibre à força aplicada a um cabo. As cartas da calibração devem chegar com o equipamento e devem estar disponíveis para o uso da equipe de tensionamento e inspetores toda hora que a operação de tensão for tomada. A face do medidor deve ser marcada para mostrar a leitura máxima da pressão para tensionar; Registros de alongamento: Os registros de alongamento devem estar disponíveis para o uso pelas equipes de protensão e pelos inspetores do projeto. É de responsabilidade do contratante geral ou do seu designado para enviar imediatamente os registros de protensão terminados para a revisão e a aprovação pelo coordenador estrutural antes do corte das caudas dos cabos; Manuseio e estocagem: Durante processo de descarregamento todo cuidado deve ser tomado para não danificar a capa que envolve as cordoalhas. Recomenda-se que cintas de nylon sejam usadas durante descarregamento dos materiais. Nunca use correntes ou ganchos para descarregar cabos, danos severos podem resultar. O processo de descarregamento deve ser feito mais próximo possível à área de armazenamento designada para evitar a manipulação excessiva dos materiais. Os movimentos múltiplos do armazenamento aumentam a possibilidade de danos aos componentes da capa e outros do sistema. Todos os cabos devem ser armazenados em uma área seca e sobre estrados. Os cabos não devem ser expostos à água, sais, cristais de gelo, ou a nenhum outro formulário de elementos corrosivos. Quando o armazenamento a longo prazo é requerido, os cabos devem ser protegidos da exposição à luz solar aberta por períodos de tempo longos. O armazenamento não deverá ser feito no local da obra, pois sempre oferece piores condições. A maioria dos cabos são enviados nos pacotes e unidos. Os pacotes são 54

55 comprimidos e quando cortados por um cortador da faixa podem saltar distante rapidamente. Isto pode ser perigoso e muito cuidado deve ser tomado ao cortar as faixas. Cunhas e ancoragens devem ser armazenadas em uma área limpa, seca e identificado por um andar individual e/ou uma seqüência programada. Estas cargas devem unicamente ser usadas em sua programação pretendida. No recebimento dos equipamentos deve-se tomar cuidado para que o macaco e o medidor nunca estejam separados. Cada macaco e o medidor são calibrados conforme a unidade. Verificar no calibre e no macaco para um número que corresponde àquele nos registros da calibração. Os macacos serão calibrados antes que sejam enviados ao trabalho. No evento, há qualquer discrepância contate o engenheiro responsável ou seu designado imediatamente para a definição. Não espere até o dia de protender para identificar um problema. Armazene o equipamento de protensão em um lugar seguro, limpo, seco e que permita acesso ao equipamento somente ao pessoal treinado, qualificado. Figura 19 Condições inadequadas de armazenamento dos cabos. Fonte: (Pereira, et all, 2005). 55

56 a.3.) Concretagem Para a concretagem da laje protendida é preciso alguns cuidados, tanto na fiscalização da armadura, quanto ao procedimento para concretagem em geral. Fiscalização da armadura antes do lançamento do concreto: A fiscalização da armadura é uma das operações mais importantes na execução da obra. Esta inspeção deverá ser feita por engenheiro especializado. Os pontos a serem verificados são: a) Firmeza da fixação das ancoragens passivas; b) Comprimento de cabo exposto na extremidade passiva; c) Espessura do revestimento plástico das cordoalhas suficiente e uniforme; d) A cordoalha não deve apresentar pontos de corrosão nas regiões em que se encontra desencapada; e) As ancoragens devem ter aparência uniforme e sem deformações ou porosidades; f) Inspecionar os certificados dos materiais empregados; g) Posicionamento em perfil das cordoalhas e respeito a tolerâncias; h) Verificar o aspecto das curvas entre pontos de referência, pois estas devem ser suaves; i) Alinhamento horizontal das cordoalhas; j) Integridade do capeamento plástico das cordoalhas. No caso de danos verificados, cuidar dos respectivos reparos; k) Tipo de armadura de suporte ou caranguejo de acordo com o projeto; l) Rigidez de ligação das ancoragens ativas na forma do nicho; m) Colocação da armadura de fretagem; n) Descrição do método de lançamento do concreto para não danificar o posicionamento dos cabos; o) Verificação do número de cabos colocados conforme desenhos de execução aprovados; p) Verificação de toda a armadura passiva; q) Perpendicularidade das cordoalhas na sua ligação com as ancoragens; r) Verificação do espaço útil para colocação dos macacos para a operação de protensão; 56

57 Lançamento do concreto: Os seguintes procedimentos são recomendados para o lançamento do concreto: a) O lançamento deverá seguir as prescrições das normas brasileiras em vigor; b) Qualquer aditivo contendo qualquer tipo de cloreto deverá ser formalmente proibido; c) Nenhum concreto deverá ser lançado antes da inspeção das armaduras e cabos; d) O método de lançamento deverá ser definido de forma a manter inalteradas as posições das cordoalhas e da armadura passiva. Se houver algum deslocamento de armadura, esta deverá ser corrigida antes de prosseguir com o lançamento do concreto; e) Deverá ser tomado cuidado especial com a colocação e vibração do concreto na região das ancoragens de forma a se evitarem vazios que provoquem concentrações de tensões; f) Deverá ser evitado o acumulo de concreto em lugares determinados, e o espalhamento deve evitar a mudança de posição das armaduras; g) A altura de lançamento deverá ser cuidada de forma a evitar segregação e alteração na posição das armaduras; h) Os tubos da bomba de concreto se usada, deverão ser apoiados de forma a não encostarem nas armaduras; i) Deverá ser mantido o contato de vibradores com as cordoalhas. b) Laje alveolar protendida b.1) Definição A Laje Alveolar pode ser vista na figura 20, por sua vez, é constituída de painéis de concreto protendido que possuem seção transversal com altura constante e alvéolos longitudinais, responsáveis pela redução do peso da peça. Estes painéis protendidos são produzidos em concreto de elevada resistência característica à compressão (f ck 45MPa) e com aços especiais para protensão, na largura de 124,5cm e nas alturas de 9, 12, 16, 20 e 25cm. Figura 20 seção transversal do painel alveolar Fonte: 57

58 b.2) Componentes Os painéis alveolares são fabricados com largura padrão de 124,5 cm e nas alturas de 9, 12, 16, 20 e 25 cm. A partir de materiais cuidadosamente selecionados e utilizando centrais modernas que garantem excelentes condições de dosagem e mistura, produz-se um concreto com baixa relação água/cimento (a/c 0,3), que além da alta resistência à compressão, protege as armaduras com maior eficiência, graças a sua baixa porosidade. Para a protensão são utilizados fios e cordoalhas para concreto protendido, sendo que cada seção transversal é dimensionada (Altura do painel e armadura) de acordo com o vão e o carregamento a que a laje será solicitada sendo os modelos destacadas nas figuras 21 a) e 21 b). Figura 21 a) propriedades geométricas das seções transversais do painel alveolar Fonte: 58

59 Figura 21 b) propriedades geométricas das seções transversais do painel alveolar Fonte: b.3) Junta entre os painéis O preenchimento das juntas entre os painéis tem como objetivo a garantia de um funcionamento solidário das diversas placas que constituem uma Laje Alveolar, de modo a estabelecer uma colaboração entre elas e uma redistribuição de cargas das mais carregadas para as menos carregadas, além de fornecer o acabamento e a estanqueidade necessária. Figura 22 chave de cisalhamento entre os dois painéis Fonte: A Laje Alveolar é desenhada de modo que na união de duas placas apenas as faces inferiores entram em contato, onde existe um chanfro entre as peças para acabamento da face inferior. As faces superiores das placas ficam afastadas entre si, permitindo a passagem do concreto. Uma vez concretada, a junta entre as placas constitui uma chave de cisalhamento que solidariza o conjunto das placas. O conjunto de painéis soliderizados pode ser visto esquematicamente na figura

60 Figura 23 painéis superior ligados pela chave de cisalhamento Fonte: b.4) Capa de compressão A capa de concreto, necessária à execução de todas as lajes pré-fabricadas pode ser dispensada nas Lajes Alveolares. A área de concreto da seção transversal dos painéis pode ser suficiente para resistir às tensões de compressão e o monolitismo requerido para uniformizar a distribuição da carga pode ser alcançado, simplesmente, com o preenchimento das juntas. Contudo, para as lajes de piso, é recomendada a utilização da capa de concreto para o nivelamento da superfície da laje e correção da contra-flecha decorrente da protensão dos painéis alveolares. A capa também permite o alojamento de armaduras necessárias à redistribuição de cargas concentradas, como é o caso das paredes apoiadas sobre a laje. b.5) Armadura de distribuição Esta armadura é utilizada na capa de concreto e constituída por fios (CA60) ou barras (CA50) com área de aço mínima de 0,60cm 2 /m e contendo pelo menos 3 barras (ou fios) por metro e visualizada na figura

61 Figura 24 detalhe malha de distribuição Fonte: b.6) Cargas nas lajes b.6.1) Cargas acidentais São cargas distribuídas sobre a laje, decorrentes da sua utilização. Cada edificação tem uma característica própria de ocupação de ambientes que resultam em carregamentos das lajes. A NBR6120 sugere as cargas acidentais mínimas que devem ser adotadas para diferentes edificações e seus ambientes e que estão apresentadas na tabela 6. 61

62 TABELA 6 Cargas acidentais. Fonte: ABNT - NBR6120 b.6.2) Cargas permanentes São cargas devido ao peso-próprio da estrutura, revestimentos, enchimentos, paredes, etc. Algumas delas estão indicadas na tabela 7: 62

63 TABELA 7 Cargas acidentais. Fonte: ABNT - NBR6120 b.7.) Transporte A Laje Alveolar por ser painéis, normalmente com o comprimento maior que a largura, e por ser utilizadas geralmente com a finalidade de obter grandes vãos, o transporte muitas vezes é restrito, pois dependo do comprimento, os meios de transportes, tais como: caminhões ou carretas ficam impossibilitados de chegar em determinadas localidades por causa do difícil acesso. No canteiro de obras somente os painéis e eventualmente o aço para a malha de distribuição, deverão ser recebidos e descarregados com auxílio de guindaste, ou pela grua da própria obra, simplificando o recebimento, estoque e manuseio do produto. b.8.) Escoramentos De acordo com a Empresa Tatu, a laje alveolar, por se tratar de uma estrutura autoportante, não utiliza escoramentos em sua montagem. Mesmo quando é necessária a utilização de capa de concreto, os painéis alveolares são capazes de resistir a estes carregamentos sem necessidade de qualquer escoramento. Podem ser observados na figura

64 Figura 25 Processo de montagem das lajes alveolares podendo ser observados também que não há escoramentos sob a mesma. Fonte: b.9.) Pré-dimensionamento da laje Segundo a empresa TATU, para que o projetista possa pré-dimensionar as lajes alveolares em seu projeto, ele poderá utilizar de um conjunto de tabelas, calculadas para lajes bi-apoiadas, que fornecem os vãos máximos alcançados em cada tipo de painel com sobrecargas variando de 0,5 a 15,0KN/m 2 sem ou com colaboração do capeamento de concreto. As tabelas apresentam também os momentos resistentes últimos das diversas seções que poderão ser úteis na elaboração de bancos de dados de projetistas, como ilustrado nas figuras 26 a), 26 b) e tabela 8. Laje alveolar protendida - HP = 9 cm. Figura 26 a) seção transversal sem capa de concreto Fonte: 64

65 Figura 26 b) seção transversal com capa de concreto Fonte: Tabela 8 Modelo de tabela para pré-dimensionamento da laje alveolar protendida Fonte: 65

66 b.10) Comparação Crítica As lajes alveolares apresentam vários problemas na montagem que não são mencionados corretamente na hora em que o cliente está adquirindo este sistema. Na montagem das lajes com peso acima de 40KN as garras de içamentos não são recomendadas, pois o encaixe nas placas alveolares onde é engastado as garras para o içamento não a suportam (figura 26.1) Figura 26.1 Laje Alveolar sendo içada com garras metálicas. Fonte (SILVA, 2006). Na figura 26.1 o uso das garras é recomendado, pois as placas possuíam peso de 38kN, não proporcionando perigo algum. Já na figura 26.2 o uso das garras não foi satisfatório, a placa alveolar se soltou e caiu ao solo. Figura 26.2 Laje Alveolar quebrada. Fonte (SILVA, 2006). 66

67 Na figura 26.3 a placa alveolar não suportou o seu próprio peso e quebrou antes de sair do solo. Figura 26.3 Laje Alveolar quebrada. Fonte (SILVA, 2006). Em contra partida o uso de cabo de aço para as placas alveolares acarreta em quebra nas laterais das placas devido aos atritos dos cabos ilustrado na figura 26.4 Figura 26.4 Laje Alveolar danificada. Fonte (SILVA, 2006). Com esses problemas é necessário que aplique emboço na parte inferior das placas para corrigir e tampar quebras decorrentes da montagem. 67

68 As placas alveolares possuem contra fechas determinadas no detalhamento dos projetos, que muitas vezes acabam sendo excessivas formando desniveladas na parte inferior das placas (figura 26.5). Figura Laje Alveolar desnivelada. Fonte (SILVA, 2006). Para corrigir estes desníveis é necessário aplicar vergalhões de rosca comprimindo as placas alveolares até que elas se aproximem do nivelamento, depois de niveladas elas são rejuntadas com concreto. (figura 26.6) Figura Laje Alveolar no processo de nivelamento. Fonte (SILVA, 2006). 68

69 O armazenamento das placas de laje alveolares não são indicados em função do custo indireto que elas geram, pois aumenta a mão-de-obra em retirar a placa da carreta e colocar no solo e depois retirar do solo e posiciona-la em seu local destinado.outro ponto é o empilhamento incorreto das placas que geram tensões de tração superior rompendo o concreto. (figura 26.7). Figura Laje alveolar empilhada de maneira inadequada. Fonte (SILVA, 2006). Na figura 26.8 é ilustrado as placas de lajes alveolares que foram recusadas pelo controle de qualidade da obra em função do excesso de fissuras e quebras. Figura Laje alveolar recusadas. Fonte (SILVA, 2006). Outro ponto relevante é a demora para se repor uma placa de laje quebrada, onde o prazo para entrega pode se prolongar para mais de 15 dias. 69

70 c.) Lajes pré-fabricadas com vigotas protendidas c.1) Definição As lajes pré-fabricadas protendidas são compostas por nervuras pré-fabricadas em concreto protendido (vigotas) na forma de T invertido e elementos de enchimento que podem ser de cerâmica, concreto ou EPS. c.2.) Fabricação As vigotas de concreto protendido são produzidas em grandes pistas de protensão em fôrmas fixas ou fôrmas deslizantes, de maneira semelhante aos painéis alveolares. Para a sua confecção são utilizados concreto C45 (f ck 45MPA) e os fios de aço para protensão φ 4 mm entalhados CP150RNE e cordoalhas φ 6,5mm CP190RB. Em sua face superior, o concreto possui superfície rugosa que facilita a aderência à capa de concreto. A vigota protendida pode ser vista na figura 27. Figura 27 Vigota protendida Fonte: 70

71 c.3) Funcionamento estrutural O funcionamento estrutural da laje pré-fabricada protendida é semelhante ao de uma laje armada em uma só direção. Inicialmente, as vigotas protendidas constituem o único elemento resistente da laje e do início da montagem até o término da cura do concreto de capeamento elas suportam todas as cargas dos componentes da laje (vigota, enchimento, armaduras complementares e capa de concreto), além da sobrecarga para execução do capeamento. Após a cura do concreto de capeamento, a seção resistente da laje passa a ser constituída por nervuras compostas (concreto das vigotas + concreto moldado in loco ). Como observado na figura 28. Figura 28 seção da vigota protendida e seção composta da laje. Fonte: 71

72 c.4) Escoramentos As vigotas Protendidas podem suportar o carregamento da fase executiva sem auxílio de escoramento ou, nos casos de vãos maiores ou lajes mais pesadas, com auxílio de escoramento que deve ser executado antes da montagem das vigotas, conforme a figura 29. Figura 29 condições para escoramento das vigotas protendidas Fonte: 72

73 c.5) Procedimentos para execução As lajes pré-fabricadas com vigotas protendidas são de fácil utilização e sua montagem é semelhante a das lajes pré-fabricadas tradicionais bastando, para isto, a montagem do escoramento (quando necessário), a colocação das vigotas protendidas, dos elementos de enchimento (lajotas), das armaduras adicionais (malha de distribuição e quando necessário armaduras negativas) e a concretagem da capa. Os detalhes para a execução e montagem das vigotas protendidas podem ser evidenciados nas figuras 30, 31 e 32. Figura 30 Galga dos componentes. Fonte: 73

74 Figura 31 Colocação dos elementos de enchimento Fonte: Figura 32 Colocação da malha de distribuição e concretagem do capeamento Fonte: c.6.) Influência do carregamento das paredes sobre as vigotas c.6.1) Paralelas às vigotas De acordo com conhecedores do assunto, quando a parede é apoiada sobre a laje paralelamente às vigotas protendidas, calcula-se uma carga distribuída equivalente, correspondente à parede, para a faixa de distribuição cuja largura nunca deverá exceder à relação 2/3L. A carga distribuída equivalente é calculada dividindo-se o peso da parede pela área da faixa de distribuição. Caso existam mais paredes paralelas às vigotas num mesmo painel, as faixas de distribuição serão limitadas pela metade da distância que as separa, de modo que não ocorra sobreposição de duas faixas e a carga equivalente adotada será a de maior valor obtida para o painel em estudo. Como visualizado na figura

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