Escola Politécnica da Universidade de São Paulo Departamento de Estruturas e Fundações ES-012. Estruturas Pré-moldadas de Concreto

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1 Escola Politécnica da Universidade de São Paulo Departamento de Estruturas e Fundações ES-012 Estruturas Pré-moldadas de Concreto Prof. João Carlos Della Bella 4º Ciclo

2 2.1 Materiais Concreto para Componentes Pré-moldados Produzido em equipamentos com dosagem e mistura controlados por computador, reduzem o desvio padrão dos parâmetros de desempenho. Trabalhabilidade Ganho de resistência Resistência última Uniformidade Economia de Materiais Valores típicos para o desvio padrão em concretos com fck = 40 a 50 MPa, são da ordem de 2,5 a 3,5MPa. Facilidade de uso de resistências diferentes, segundo a necessidade, para cada tipo de peça.

3 2.1 Materiais COMPONENTE TIPO fck28(mpa) Ec28(Gpa) Vigas, Escadas, Pisos, Paredes de Contrav. Pilares e Paredes Portantes C.A C.A Vigas, Pisos, Escadas C.P Resistências e Módulos de Deformação Longitudinal usados em componentes pré-moldados.

4 2.1 Materiais De modo a atender o melhor aproveitamento das formas, um dos parâmetros importantes na dosagem do concreto é a resistência de desforma, a qual ocorre em idades bastante reduzidas, tipicamente entre 12h e 24h, inclusive para os elementos protendidos. Com esse objetivo são utilizados recursos como: Cimento de Alta Resistência Inicial. Cura a Vapor

5 2.1 Materiais fck 28 [MPa] fc desforma [MPa] CIMENTO [Kgf/m³] ÁGUA [Kgf/m³] AREIA [Kgf/m³] AGREG. 14mm [Kgf/m³] AGREG. 10mm [Kgf/m³] (*) 29 a (*) Para lajes alveolares com adição de 60Kg/m³ de Pozolana (Adensamento Mecanizado). Resistências e Dosagens Típicas.

6 Local 2. Projeto de Vigas, Pilares e Escadas 2.1 Materiais Concreto Moldado no Local Enchimentos de pisos, Capas estruturais, Conexão vigaxpilar Conexão vigaxpilar, Enchimento de paredes estruturais Emenda de pilares e Conexão pilarxfundação Usado para capeamento de lajes, e complemento de ligações. fck28 MPa Cimento Kg/m³ 20(*) 325 (comum) (ARI) Água Kg/m³ Areia Kg/m³ Agreg. <20mm Agreg. 6mm Aditivo Espansor Kg/m³ (*) 25MPa CEB-FIP MODEL CODE Resistências e Traços típicos para concreto moldado no local.

7 2.1 Materiais ADITIVOS Os aditivos mais empregados são: Pozolana, utilizado em substituição parcial do cimento em alguns elementos protendidos (Reduz o consumo de água e o calor de hidratação). Retardador de pega, aplicados à superfície das formas, quando se deseja expor o agregado graúdo através da remoção da nata de cimento. Pigmentos para concreto aparente. ARMADURA PASSIVA Aço de alta aderência CA50 (Uso geral). Telas eletrosoldadas CA60 (Lajes). Aço CA25 (Para alças de transporte e pisos)

8 2.1 Materiais ARMADURA ATIVA Fios F4mm a 8mm. Aço CP150(fptk=1500MPa) a CP170 (fptk=1700mpa). Cordoalhas com: 2ou3 fios F2,0; 2,5; 3,0; 3,5. 7 fios F 9,5; 11,0; 12,7 e 15,2. Aço CP175(fptk=1750MPa) a CP190 (fptk=1900mpa). Classe de Relaxação Normal RN (fpyk=0,85fptk) Baixo RB (fpyk=0,90fptk) Módulos de Deformação Ep=210GPa (Fios) Ep=195GPa (Cordoalhas)

9 2.1 Materiais AÇO ESTRUTURAL PARA INSERTOS E CONEXÕES Chapas ou Perfis Laminados com: fyk=250mpa. fyk=350mpa. Soldas com eletrodos: E60 xx E70 xx

10 2.1 Materiais Demais Materiais MATERIAL USO CARACTERÍSTICAS Elastômeros (Neoprene) Argamassa Epoxídica Argamassa c/ Resinas à base de Poliester APARELHOS DE APOIO (SIMPLES) -Juntas de compressão, tração ou cisalhamento. -Ganho rápido de resist. (40Mpa em 2-3h). Juntas de compressão, ou cisalhamento Resist. à Compr.: 7MPa Resist. ao Cisalham.: 1MPa Alongamento à Compr.: 15% Resist. à Compr.: MPa Resist. à Tração: 9-20MPa Alongamento à Tração <15% Resist. à Compr.: MPa Resist. à Tração: 6-15MPa Alongamento à Tração <2%

11 2.2 Tolerâncias Dimensionais Dimensões das Seções Transversais: ±0,5cm Dimensões Longitudinais: COMPRIMENTO[m] < 5m 5 a 15m >15m TOLERÂNCIA[cm] 1 1,5 2 Linearidade: L/1000 Verticalidade: H/300 2,5cm Nível dos apoios: ±1cm

12 2.3 Cobrimentos Meio não agressivo

13 2.3 Cobrimentos Meio mediamente agressivo(alta Umidade). +0,5cm. Elementos em contato com solo c=2,5cm. Meio fortemente agressivo c=3,5cm.

14 2.4 Projeto de Vigas O projeto de vigas quanto às solicitações normais e tangenciais deve respeitar os Estados Limites Últimos e de Utilização prescritos nas normas: NBR6118 (Projeto e Execução de Obras de Concreto Armado), e NBR7197 (Cálculo e Execução de Obras de Concreto Protendido). Aspectos especiais ocorrem nas ligações vigaxpilar e vigaxviga, especialmente na presença de grandes excentricidades de carga.

15 a) Projeto de Peças Simples (Não Compostas) em C.A. São vigas onde a resistência é atribuída integralmente apenas à própria seção transversal da mesma. As seções típicas para as vigas de fachada apresentam dentes para apoio dos elementos do piso, e eventual espaço para barras de amarração. bs bs 20 h h

16 De modo a garantir a estabilidade quanto à flambagem lateral para as vigas de vão L, deve-se respeitar: l. h b s 2 < 500 e < l b s 50

17 No caso de vigas simplesmente apoiadas, a ligação com os pilares é feita por meio de dentes Gerber, em geral embutidos em se tratando de edifícios não industriais. CANTONEIRA SOLDADA e e

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19 A excentricidade entre as cargas trazidas pelo piso e o eixo do apoio devem ser consideradas tanto no dimensionamento das armaduras da viga, como na ligação com o pilar, no sentido de garantir a sua estabilidade. Na resistência à flexão, a aba vertical superior pode ser considerada, tomando-se:

20 bs R... c1d 0.85 f cd b s h s hs x Rc1 R... c2d 0.85 f. cd 0.80 x h s b Rc2 As Rs M d. R c1 d h s 2. R c2 d h s x b (x = profundidade da linha neutra) Permite a determinação de x (Recomenda-se x<d/2) R s R c1 R c2 As R sd f yd Caso x hs, considerar seção retangular com bsxd

21 A resistência ao cisalhamento é dada apenas pelos estudos contidos na aba vertical, a menos que a resistência à flexão dessa aba tenha sido desprezada. e Considerando-se que as cargas e' verticais são transmitidas aos apoios pela seção bsxd, deve-se levar em conta na viga a torção p resultante do momento pxe. c p c d1 Os estribos do dente devem ser dimensionados para transferir a carga p até o estribo da aba vertical. As. e c d. h p d µ p d d 1 d 1 f yd onde µ=coeficiente de atrito no apoio c/ e /d1 0.5

22 A parcela µp pode ser desprezada quando houver ligação mecânica entre a viga e os elementos do piso. O ramo do estribo da aba junto ao dente deve ser verificado como armadura de suspensão para a carga: c d F suspd p.. 1 d µ p d Valores típicos do coeficiente de atrito são: Concreto x Concreto: µ=0,7 Concreto x Neoprene: µ=0,2 Concreto x Aço: µ=0,4 e

23 No caso de cargas concentradas sobre o dente, como no caso de apoio de peças π é possível tratar essa carga concentrada P como uma carga distribuída equivalente. p P 2. d 1 b a

24 A resistência da biela comprimida c é garantida fazendo-se: pd 0,25xfckxd1xsenθxcosθ (ELLIOTT) (Para θ>45º considerar o dente como viga em balanço).

25 Os estribos do dente devem ser capazes de suspender a carga p junto à face de aplicação da carga P P p Asb A armadura Asb deve ser calculada para o efeito de fendilhamento sob a carga concentrada, resultando: As b P d f yd

26 Exemplo: P=100KN Apoio=15x15cm² (Neoprene) fck=30mpa e =15cm d1=20cm Solda Largura de distribuição (Carga Equivalente) p d p d. 255 KN m

27 Verificação do Concreto θ arctg e d 1 θ arctg θ pd 0,25x30000x0,20xsen36,9ºxcos36,9º=720KN/m pd 720KN/m OK! As.. h As h cm2 m

28 Suspensão do Dente As v As. h 5.90 cm2 m φ 10c13 Suspensão na Aba A armadura de suspensão na aba, na ausência de forças horizontais (µ.pd), vale: As v As. h 5.90 cm2 m φ 10c13

29 b) Projeto de Peças Simples em C.P. A protensão é feita em pistas, utilizando-se aderência inicial. Este arranjo exige um planejamento das placas de ancoragem situadas nas cabeceiras da pista, de modo a permitir a aplicação de várias forças de protensão para uma dada seção.

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31 Tendo em vista essas restrições, a protensão é empregada em geral em peças simétricas. Neste tipo de protensão, a força e a excentricidade são constantes ao longo da peça, resultando em tensões na fibra superior junto às extremidades. P e e P Momento de Protensão Momento devido ao peso próprio Protensão + peso próprio

32 Uma alternativa para reduzir estas trações consiste em eliminar a aderência de algumas cordoalhas ou fios junto a essas extremidades, reduzindo-se a força de protensão nessas seções. As perdas a serem consideradas são da ordem de: Imediatas (Elásticas): 7% a 8% Lentas (Def. Lenta+Retração): 20% a 25% O dimensionamento das armaduras protendidas (Força e Excentricidade) é feito no estado limite de utilização, limitando-se as tensões normais calculadas do Estádio I para a seção de concreto.

33 Casos de Verificação Típicos p/ Protensão Limitada (Ambiente medianamente agressivo) Na transferência após as perdas imediatas quando a resistência do concreto é fci e a força de protensão Pi σc 0,6fci (nas fibras inferiores) σt 1,2fti (nas fibras superiores) fti = 0,7+0,06xfci [MPa] (Resist. à tração do concreto) Na situação de utilização quando a resistência do concreto é fc28 e a força P σc 0,6fcj para combinações raras - fibra superior σt 0 para combinações quase permanentes - fibra inferior σt 1,5ftj (seções retang.) para comb. freqüentes - fibra inferior σt 1,2ftj (seções I ou T) para comb. freqüentes - fibra inferior ftj = 0,7+0,06xfcj [MPa] (Resist. à tração do concreto)

34 Raras G+Q Combinações Freqüentes G+0,8Q Quase Permanentes G+0,4Q σc: tensão na fibra mais comprimida. σt: tensão na fibra mais tracionada. Calculadas como: σ i σ s P A P A M M W i W s Pe Pe M P e

35 c) Projeto dos apoios de altura reduzida. Exemplos:

36 c) Projeto dos apoios de altura reduzida. Exemplos:

37 c) Projeto dos apoios de altura reduzida. Recomendações da NBR-9062 para 0,5<a/d 1,0 Fd=Fk. γf. γn onde para: pré-fabricados γn=1,0 quando G for preponderante γn=1,1 quando Q for preponderante pré-moldados γn=1,1 quando G for preponderante γn=1,2 quando Q for preponderante Verificação do concreto F d σ cb a... a b a sen 2 ( θ) 0,85fcd θ aa,ba dimensões do aparelho de apoio

38 Armadura Principal (Tirante) As tir As v H d f yd a As. v 0.1 d F d f yd Armadura de Costura As s cost 0.4. As v d distribuída em 2d/3 adjacente ao tirante

39 Armadura de Suspensão (Estribos) A susp F d f yd Alternativamente é possível absorver 0,4Fd com barras dobradas devidamente ancoradas (Pequeno diâmetro, Raio de dobramento adequado)

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41 Estribos Verticais no Dente Devem ser adotados estribos verticais de bitola e espaçamento iguais à armadura de costura

42 Alternativas para Armadura dos Dentes Gerber

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44 Alternativas para Armadura dos Dentes Gerber

45 Alternativas para Armadura dos Dentes Gerber

46 Alternativas para Armadura dos Dentes Gerber

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50 Alternativas para Armadura dos Dentes Gerber