Estudo comparativo entre BubbleDeck e painel treliçado

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1 Estudo comparativo entre BubbleDeck e painel treliçado Comparative study between BubbleDeck and precast slabs Jessica dos Santos Silva (1); Brunna Ferreira Campi (2); Bruna Niccoli Ramirez (3) (1) Graduanda em Engenharia Civil, Universidade Mogi das Cruzes, jessicasantossilvaa@gmail.com (2) Graduanda em Engenharia Civil, Universidade Mogi das Cruzes, brunna.campi@hotmail.com (3) Professora Mestre, Departamento de Engenharia Civil, Universidade Mogi das Cruzes, brunaramirez@umc.br Campus Villa Lobos/Lapa -Av. Imperatriz Leopoldina, Vila Leopoldina, São Paulo - SP Resumo O sistema BubbleDeck é uma tecnologia inovadora que promete unir sustentabilidade, economia, e características estruturais iguais ou superiores às de lajes maciças convencionais. Para isso são incorporadas esferas ocas de plástico reciclado entre telas de aço, formando gaiolas que serão posicionadas na laje para posterior concretagem. Ocupando a região onde o concreto não desempenha função estrutural, os bubbles (esferas) têm por finalidade reduzir a quantidade de concreto a ser utilizado, o que torna o elemento estrutural mais leve, permitindo que se projetem vãos maiores, dispensando a utilização de vigas e reduzindo a quantidade de pilares necessários, consequentemente reduzindo custos e tempo de execução. O método foi desenvolvido na Dinamarca, e já tem seu uso consolidado em mais de 30 países. Chegou ao Brasil recentemente e já está sendo utilizado pela construtora Odebrecht. A utilização deste novo conceito é um marco importante para a construção civil nacional, pois proporciona desenvolvimento e crescimento ao setor. Por ser uma tecnologia nova no Brasil, este trabalho buscou avaliar e comparar esta técnica construtiva aos painéis treliçados aliviados com EPS. Palavra-Chave: BubbleDeck, painel treliçado, construção civil, estrutura leve. Abstract The BubbleDeck system is an innovative technology that promises to unite sustainability, economy and greater than or equal structural characteristics of conventional solid slabs. In order to achieve those, there are incorporated hollow spheres of recycled plastic between steel screens, forming cages that will be placed on the slab for subsequent concreting. Occupying the region where the concrete does not play a structural role, the bubbles (spheres) are designed to reduce the amount of concrete to be used, which makes the structural element lighter, allowing to protrude longer spans, without the use of beams and reducing the amount of required columns, thus reducing costs and execution time. The method was developed in Denmark and has already consolidated its use in more than 30 countries. It arrived in Brazil recently and is already being used by Odebrecht construction company. The use of this new concept is important in the national construction because it provides development and growth to the sector. As a new technology in Brazil, this study aimed to evaluate and compare structure weight of this construction technique to others precast slabs. Keywords: BubbleDeck, lattice panel construction, lightweight structure. ANAIS DO 58º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC CBC2016 1

2 1 Introdução A construção civil é uma das principais fontes causadoras de resíduos na natureza, por este motivo, nos últimos anos, têm-se pensado muito na gestão de resíduos, reuso e consumo mais racional de matéria-prima. Tendo em mente tal contexto é importante que o mercado disponha de materiais e métodos que se proponham a apresentar qualidade em conjunto com o comprometimento ambiental. Segundo DUARTE JUNIOR (2014), as lajes BubbleDeck surgem no mercado como mais uma solução para estruturas de concreto armado que visa proporcionar agilidade de execução e redução dos custos tanto de material como de mão de obra. Por este motivo, o presente trabalho se justifica pela necessidade de se analisar o potencial de um método novo em comparativo com outro já consolidado, para que se verifique sua real eficiência. Este artigo tem por objetivo apresentar esta nova tecnologia, mostrando suas principais características, e estudar sua viabilidade através de um estudo comparativo entre os métodos construtivos BubbleDeck e painel treliçado aliviado com enchimento de isopor (EPS), analisando peso próprio e consumo de matéria-prima. 2 Características gerais BubbleDeck O sistema Bubbledeck é um método construtivo que visa reduzir o consumo de concreto e, consequentemente, reduzir o peso próprio da laje, mantendo as mesmas características de uma laje maciça quanto à resistência e funcionalidade. Isto é possível, pois é eliminado o concreto que não desempenha função estrutural, incorporando bolhas cheias de ar entre telas de aço na região abaixo da linha neutra, como pode ser visto na figura 1, sendo assim, o concreto é utilizado apenas nas regiões onde realmente resiste aos esforços de compressão, e como cobrimento da armadura na parte inferior da laje. Figura 1 Secção transversal de uma laje BubbleDeck (BUBBLEDECK INTERNACIONAL, 2008) Com a redução do peso do elemento estrutural, é possível que se vença maiores vãos, se comparado com as lajes maciças de mesma espessura, além de reduzir as cargas que recaem sobre as fundações. A tecnologia já é utilizada em mais de 30 países, e foi criada pelo engenheiro dinamarquês Jorgen Breuning, com a finalidade de criar uma laje ecoeficiente. Para ANAIS DO 58º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC CBC2016 2

3 atingir seu objetivo, criou um sistema que substitui a quantidade de matéria-prima, no caso o concreto, por esferas de polipropileno, material plástico reutilizado, o que diminui a quantidade de resíduos que seriam descartados na natureza, dando um novo fim a ele. As principais vantagens do sistema apresentadas pela BUBBLEDECK BRASIL (2014) são: Redução de peso próprio em até 35% se comparada com uma laje maciça, conferindo menores cargas nas fundações; Liberdade nos projetos layouts flexíveis que facilmente se adaptam a layouts curvos e irregulares; Eliminação de vigas maior rapidez e economia; Redução do volume de concreto; Tubos e dutos podem ser passados dentro da laje, podendo ser embutidos antes da concretagem, ou até mesmo serem abertos furos para a passagem dos mesmos na laje já concretada. Com a utilização de pré-lajes pré-moldadas, dispensa-se o uso de fôrmas inferiores de assoalho, o que acarreta em uma redução de escoramento; Qualidade de acabamento final após a concretagem, dispensando retrabalho e possíveis revestimentos. No Brasil quem produz essas esferas, é a empresa petroquímica Braskem, especializada em resinas termoplásticas, em conjunto com a Construtora Odebrecht, que foi a primeira a incorporar a tecnologia em suas construções. (BRASKEM, 2013) A seguir são apresentadas as principais características do sistema. 2.1 Método construtivo AUGUSTO FREIRE (2008), diretor técnico da BubbleDeck Brasil, a respeito dos métodos possíveis de execução das lajes, apresenta três diferentes soluções: a primeira é a composição de módulos, a segunda são os painéis pré-lajes e a terceira são os painéis acabados (FREIRE, 2008). A seguir são apresentados cada um dos métodos Módulo: Neste método é feito uma espécie de gaiola, onde as bubbles são posicionadas entre duas telas de aço (Figura 2). O módulo obtido é leve e fácil de ser manuseado, podendo ser posicionados manualmente por dois operários. O módulo será posicionado no local da laje, sobre fôrmas de madeira para posterior concretagem, que deverá ser feita em dois estágios: primeiramente em uma camada de 6 cm, para que as bolhas não flutuem e sejam posicionadas as armaduras complementares, seguindo da segunda etapa, em que é concretado o restante da laje. ANAIS DO 58º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC CBC2016 3

4 Figura 2 Módulo (BUBBLEDECK BRASIL, 2014) Pré-laje: O método das pré-lajes é o mais utilizado, e sua execução é feita em local diferente no destino final da laje. Para sua execução, é feita a concretagem de uma camada de prélaje com 6 cm de espessura, em seguida é introduzido o módulo, formando um painel prémoldado. O painel deverá ser içado por um guindaste, e posicionado no local adequado onde serão adicionadas as armaduras complementares e barras de ligação entre as placas, em seguida é feita a concretagem final. Este método dispensa o uso de fôrmas de assoalho, sendo apoiado diretamente sobre o escoramento metálico (mesa voadora). Por ser um elemento moldado fora da posição final, permite que se industrialize a produção dos painéis, gerando redução de tempo. A figura 3 apresenta uma pré-laje BubbleDeck. Figura 3 Pré-laje (BUBBLEDECK BRASIL, 2014) ANAIS DO 58º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC CBC2016 4

5 2.1.3 Painel acabado: Os painéis acabados, ilustrado na figura 4, são lajes prontas, concretadas e entregues na obra, faltando apenas o içamento e posicionamento em seu destino final. Este caso necessita de viga suporte ou parede e é aplicável para apoios em uma só direção. 2.2 Especificações e dimensionamento Figura 4 - Painel acabado (BUBBLEDECK BRASIL, 2014) O sistema tem sua utilização reconhecida pelas principais entidades europeias: Eurocode, British Standards, Komo e German Code. No Brasil não há uma norma específica, portanto é utilizada a norma ABNT NBR 6118 com as especificações para lajes maciças, por apresentar comportamento estrutural semelhante sem que haja necessidade de norma específica para sua execução (BUBBLEDECK BRASIL, 2014). Entretanto, é recomendado que sejam considerados os fatores de correção de normas estrangeiras em seu dimensionamento, como a redução do peso próprio e inércia. O quadro 1 apresenta os fatores de redução de peso, rigidez, e cortante propostos pela BubbleDeck internacional com base em estudos realizados, além da distancia mínima dos intereixos entre as esferas, para sua disposição na laje. Quadro 1 - Fatores de correção (SILVA, 2011) ANAIS DO 58º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC CBC2016 5

6 O quadro 2 apresenta características gerais, para cada diâmetro de esferas, apresentando os vãos máximos possíveis de se alcançar, as cargas de peso próprio obtido, e quantidade de concreto necessário por m 2 de laje. Quadro 2- Especificação técnica (BUBBLEDECK BRASIL, 2014) Com essas informações básicas, é possível fazer um pré-dimensionamento da altura da laje, e então definir o diâmetro das esferas a ser empregado. 2.3 Resistência à punção Por ser uma laje armada bidirecionalmente e não utilizar vigas, as lajes tipo BubbleDeck são caracterizadas, segundo a ABNT NBR 6118 (2014), como lajes tipo cogumelo, ou seja, as lajes são apoiadas diretamente sobre os pilares. Para LIMA (2015), a principal desvantagem do sistema, está relacionada à redução da rigidez da estrutura em relação a uma estrutura com vigas, sendo o ponto de encontro entre laje e pilar o mais crítico, por ser propicio a ruptura por punção. A ruptura por punção pode provocar a completa separação entre pilar e laje, e está relacionada aos esforços de cisalhamento concentrados nesta região. Sendo assim, fazse necessária atenção especial ao encontro entre esses dois elementos. A configuração de punção é mostrada na figura 5. ANAIS DO 58º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC CBC2016 6

7 Figura 5 - Punção em lajes cogumelo (LIMA, 2015) Estudos realizados no Institute for Concrete Structures and Materials, Darmstadt University of Technology Alemanha (SCHENELLENBACH-HELD, et al., 2002) mostraram que o padrão de fissuração não é alterado pelos vazios que apresenta, em relação ao padrão das lajes maciças como pode ser visto nas figuras 6(a) e 6(b), porém a resistência à perfuração é menor. Isto pode estar relacionado ao número de bolhas que as fendas atravessem, por este motivo, é importante que seja respeitado um perímetro de controle na região de ligação entre laje e pilar, para que se tenha maior resistência, ou que se utilize os fatores de redução recomendados pela BubbleDeck, conforme a tabela 1. Figura 6 (a) - Padrão de fissuras - Secção transversal (SCHENELLENBACH-HELD, et al., 2002) Figura 6 (b) - Padrão de fissuras - Vista superior (SCHENELLENBACH-HELD, et al., 2002) ANAIS DO 58º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC CBC2016 7

8 2.4 Instalações As instalações elétricas e hidráulicas podem ser incorporadas à laje antes da concretagem, mas também podem ser feitas aberturas posteriores. A figura 7 mostra imagens das instalações feitas antes da concretagem (BUBBLEDECK BRASIL, 2014). Figura 7- Instalações elétricas e hidrosanitárias (BUBBLEDECK BRASIL, 2014) 2.5 Desempenho térmico e acústico O sistema atende as exigências da norma ABNT NBR (2010) que determina as características de desempenho necessárias para edifícios habitacionais, entre eles são citados o conforto térmico e acústico (JÚNIOR, 2014). O quadro 3, relaciona a resistência térmica da laje BD280 com uma laje maciça de mesma espessura. Quadro 3 Resistência térmica (BUBBLEDECK BRASIL, 2014) Os resultados apresentados para as lajes BD230 para isolamento acústico, são apresentados no quadro 4. Quadro 4 Desempenho acústico (BUBBLEDECK BRASIL, 2014) Pode-se observar que o desempenho da laje é satisfatório e atende a norma. ANAIS DO 58º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC CBC2016 8

9 2.6 Resistência ao fogo Em caso de incêndio as esferas carbonizam sem emitir gases tóxicos. Dependendo da cobertura a resistência ao fogo pode variar de 60 a 180 minutos (verificações realizadas de acordo com a ISO 834). (FREIRE, 2008) O cobrimento mínimo necessário à armadura inferior, para garantir a segurança da estrutura em relação ao tempo de resistência ao fogo, pode ser determinado segundo o quadro 5. Quadro 5 Resistencia ao fogo (BUBBLEDECK BRASIL, 2014) 3 Estudo comparativo As lajes Bubbledeck, se assemelham os painéis treliçados com aliviantes no que diz respeito à redução do consumo de concreto e peso próprio, através da incorporação de material inerte na intersecção da laje. Enquanto a primeira apresenta bolhas cheias de ar, a segunda pode receber material cerâmico, blocos EPS (isopor) ou ser completamente preenchida por concreto, entretanto, para este trabalho apenas o caso com EPS foi considerado. O parâmetro adotado para os comparativos que seguirão é a espessura das lajes, utilizando alturas aproximadas. As espessuras adotadas para o sistema de painel treliçado foram de 25, 30, 35 e 40 cm, e os representativos equivalentes para o sistema Bubbledeck foram os modelos BD230, BD285, BD340 e BD395, que possuem espessuras de 23, 28,5, 34 e 39,5 cm respectivamente. A pré-laje painel treliçado bidirecional adotado para o estudo possui dimensões de 35x60cm. 3.1 Consumo de concreto O consumo de concreto estimado para os dois sistemas, comparando diferentes espessuras de lajes, é apresentado na tabela 1. ANAIS DO 58º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC CBC2016 9

10 3.2 Peso próprio: Tabela 1 Consumo de concreto. Consumo de concreto m³/m² Painel treliçado Bubbledeck Modelo Kg/m³ Modelo Kg/m³ 25 cm 0,119 BD230 0,15 30 cm 0,139 BD285 0,19 35 cm 0,159 BD340 0,23 40 cm 0,185 BD395 0,25 Adaptado de (BUBBLEDECK BRASIL, 2014) e LAJES ANHANGUERA. A tabela 4 demostra os valores de peso próprio, por metro quadrado, para as lajes estudadas. Tabela 2 Peso da laje Peso próprio Painel treliçado Bubbledeck Modelo Kg/m³ Modelo Kg/m³ BD BD BD BD Adaptado de (BUBBLEDECK BRASIL, 2014) e (LAJES ANHANGUERA). 3.3 Material de enchimento A tabela 5 apresenta as dimensões que são usualmente utilizadas para o material de enchimento. Para as esferas plásticas bubbles são apresentadas seus diâmetros, e para o EPS a altura de acordo com a espessura da laje. Tabela 3 Material de enchimento. Material de enchimento Painel treliçado Bubbledeck Modelo EPS (mm) Modelo bubbles (mm) BD230 Ø BD285 Ø BD340 Ø BD395 Ø 315 Adaptado de (BUBBLEDECK BRASIL, 2014) e (LAJES ANHANGUERA). ANAIS DO 58º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC CBC

11 4 Análise e discussões A partir das tabelas apresentadas no capítulo anterior, podemos observar que as Lajes Bubbledeck apresentam vantagens técnicas similares às dos painéis treliçados aliviados com EPS, entretanto os painéis treliçados apresentaram um consumo de concreto, e consequentemente um peso próprio, menor que o sistema Bubbledeck. Para o consumo de concreto podemos observar que os painéis pré-lajes treliçados tem um consumo menor que concreto que o Bubbledeck em todos os modelos estudados. No quesito peso próprio os painéis levam vantagem sobre 3 dos 4 elementos estudados. O modelo BD230, comparado com o painel treliçado de 25 cm, teve o peso próprio 0,05% menor, este foi o único modelo Bubbledeck que apresentou peso inferior ao painel treliçado, porém este valor pode ser considerado desprezível tendo em vista que há uma diferença de espessura de 2 cm entre eles. Para o modelo de 30 cm, o painel treliçado obteve um peso próprio 8% mais leve que o BD285, o modelo de 35 cm 16% em relação ao BD340, e por ultimo, o modelo de 40 cm com 18% do BD395. Este fato pode estar relacionado às dimensões do material de enchimento. O EPS por ter seção retangular, ocupa um volume maior na seção transversal da laje que as bubbles que possuem seção esférica, como pode ser observado na figura 8 abaixo. Figura 8 - Seção transversal das lajes. Adaptado de (BUBBLEDECK INTERNACIONAL, 2008) e (ARCELOR MITTAL, 2010) No quesito sustentabilidade ambos os sistemas possuem economia de matériaprima e incorporação de material reciclável como componente de enchimento, e dispensam fôrmas de assoalho por serem elementos pré-fabricados (tomando em consideração o modelo de painel pré-laje para o sistema BubbleDeck). ANAIS DO 58º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC CBC

12 5 Conclusão Através do estudo realizado, pode-se concluir que o sistema construtivo de lajes BubbleDeck é um método bastante competitivo com o método de painel treliçado com EPS. Os métodos são semelhantes em relação à economia de concreto, redução de peso próprio e eliminação de fôrmas, por se tratar de um método pré-fabricado, no caso dos painéis pré-laje para o BubbleDeck. Por reduzir consideravelmente a quantidade de concreto necessário para a execução do elemento estrutural, em relação às lajes maciças convencionais, não utilizar vigas e possuir peso reduzido, a quantidade de pilares necessários é menor, o que permite que se projetem vãos maiores. Consequentemente há um alivio nas cargas que seriam lançadas para as fundações, gerando economia na estrutura por completo. No entanto, alguns cuidados são necessários no projeto desse sistema. Como não há regulamentação nacional para sua execução, e seu comportamento estrutural se assemelha ao das lajes convencionais, utiliza-se a norma ABNT NBR 6118 para seu dimensionamento, considerando os fatores de redução apresentados nesse trabalho que são sugeridos pela BubbleDeck Internacional. Feitos os ajustes recomendados não há nenhuma contraindicação para seu uso e para validar sua eficácia. O sistema apresenta uma solução bastante inovadora e já é utilizado em diversos países da Europa, em pouco tempo provavelmente estará ganhando mais espaço no mercado nacional. ANAIS DO 58º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC CBC

13 6 Bibliografia ARCELOR MITTAL. Manual Técnico de Lajes Treliçadas. julho de ABNT. NBR Edificações habitacionais Desempenho NBR Projeto de estruturas de concreto - Procedimento. Rio de Janeiro, BRASKEM. Braskem e BubbleDeck trazem à construção civil tecnologia que utiliza esferas de plástico em lajes. 18 de julho de (acesso em 10 de março de 2016). BUBBLEDECK BRASIL. Info BubbleDeck. Brasília, DF, BUBBLEDECK INTERNACIONAL. BubbleDeck Design Guide. Australia & New Zealand, FREIRE, Augusto. Laje de concreto com esferas plásticas. Vers. Edição 138. Setembro de (acesso em 20 de fevereiro de 2016). JÚNIOR, Ossimar Fernandes Duarte. Laje Bubbledeck Características gerais e viabilidade executiva. Goiânia, Goiás, 08 de junho de LAJES ANHANGUERA. Painéis treliçados. s.d. (acesso em 1 de maio de 2016). LIMA, Henrique Jorge Nery de. Análise experimental da punção de lajes lisa tipo BubbleDeck. Brasília: Dissertação de mestrado em estruturas e construção civil, março de SCHENELLENBACH-HELD, Martina, e Karsten. PFEFFER. Punching behavior of biaxial hollow slabs. Vol. 24. Darmstadt: Cement & Concrete Composites, SILVA, Yuri M. de Oliveira. Estudo comparativo entre lajes Bubbledeck e laje lisa. Rio de Janeiro: Escola Politércnica UFRJ, ANAIS DO 58º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC CBC