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Revista Pensar Engenharia, v. 2, n. 1, jan. 2014

ESTUDO DAS LIGAES DE MONTAGEM EM ESTRUTURAS PR-FABRICADAS DE CONCRETO1

Carlos Henrique dos Santos2Rogrio Eustquio Cirilo3Ronilson Flvio Souza4

RESUMO: Um dos fatores mais importantes durante o processo de criao de umaestrutura pr-fabricada so os conceitos relativos s ligaes entre os diversoselementos pr-fabricados. Todos os detalhes possveis devem ser levados emconsiderao quando se projeta uma estrutura e suas ligaes, para que sejaatingido o conceito da perfeita eficincia estrutural, atrelado ao sinnimo de rapidezexecutiva que inerente ao sistema pr-fabricado. Esse artigo tem por objetivorealizar um estudo sobre as ligaes entre estruturas pr-fabricadas de concretodurante o processo de montagem, suas principais caractersticas tcnicas eexecutivas, alm de fazer uma comparao com uma estrutura de concreto armadoconvencional.

Palavras-chave: estrutura, pr-fabricado, ligaes, montagem, concreto.

1 Artigo Cientfico do Curso de Engenharia Civil das Faculdades Kennedy.2 Graduando em Engenharia Civil, [email protected] Graduando em Engenharia Civil, [email protected] Professor do curso de Engenharia Civil e orientador do Artigo Cientfico.


1 INTRODUO

A construo civil um dos ramos de atividade em que seus processos,quase em sua totalidade, so executados de forma artesanal.

A industrializao da construo civil j uma tendncia irreversvelonde eficincia, racionalizao e sustentabilidade andam atreladas ao maiortreinamento da mo de obra envolvida, facilidade do gerenciamento dos custos e aomaior desempenho estrutural das construes.

Dentro desse contexto, pode-se afirmar que o que difere as estruturaspr-moldadas das estruturas realizadas pelo mtodo tradicional (moldado no local,monoltico), com relao ao comportamento estrutural, a presena de ligaesentre os elementos. Com isso, o estudo das ligaes se torna muito importante,estando ela proporcionalmente relacionada com o comportamento da estrutura,sendo responsvel pela transmisso e distribuio dos esforos na mesma ..2. ELEMENTOS ESTRUTURAIS PR-FABRICADOS

As estruturas pr-fabricadas de concreto so peas executadasindustrialmente, com realizao de inspeo em todos os processos de produo,controle tecnolgico e ensaios que atestam a qualidade da pea produzida.

Segundo a NBR 9062 Projeto e Execuo de Estruturas de ConcretoPr-Moldado a definio de estrutura pr-fabricada a seguinte: O elemento pr-moldado executado industrialmente, em instalaes permanentes de empresadestinada para este fim, que se enquadram e atendem aos requisitos mnimos dasespecificaes (NBR 9062, 2006, pg. 4).

Ebeling (2006) cita que uma caracterstica importante das estruturas deconcreto pr-fabricado a possibilidade de ser dividida em elementos. Essa divisose faz necessria para a realizao das ligaes, obtendo assim a configurao finalda estrutura. Por estas razes, quando se fala em pr-fabricao, pensa-se nasligaes entre os elementos pr-fabricados e na influncia que estas tm nocomportamento da estrutura (ALBARRAN, 2008, pg. 3).

Entre os principais elementos construtivos pr-fabricados se destacam ospilares, as vigas de concreto armado e em concreto protendido e as lajes alveolaresprotendidas.


3. O CONCEITO DAS LIGAES

As ligaes entre estruturas pr-fabricadas de concreto so de grandeimportncia na fase de projeto, onde h toda concepo do sistema estrutural.

O tipo de ligao escolhido para a realizao da vinculao entre oselementos ter grande influncia na fase de montagem. Essa influncia pode vir ainterferir no cronograma da obra e no comportamento final da estrutura. Devido aessas particularidades, as ligaes constituem uma das principais dificuldades aserem enfrentadas pelos projetistas (EBELING, 2006).

Segundo Van Acker (2002), o papel das ligaes a de garantir ainterligao estrutural entre as peas, com o intuito de realizar um sistema estruturalcapaz de resistir a todos os esforos solicitantes, incluindo as aes indiretasprovenientes de retrao, fluncia, movimentao trmica, ao do fogo, etc.

4. LIGAES DE MONTAGEM EM ESTRUTURAS PR-FABRICADAS DECONCRETO

Tecnicamente todos os projetos de produo das peas pr-fabricadas,projetos executivos de montagem e tolerncias de produo e montagem,dependem de uma anlise criteriosa de como sero realizadas as ligaes entre oselementos na estrutura.

As ligaes entre as peas pr-fabricadas esto diretamente ligadas aobom desempenho estrutural da construo. Quanto mais eficiente e bem executadafor a ligao, melhor desempenho estrutural atingido.

Em alguns casos, as ligaes projetadas colocam obstculos executivosna fase de montagem dos elementos na obra, que podem gerar atrasos devido incompatibilidade entre as peas. Essas incompatibilidades podem ser causadas porerros de projeto ou de produo. Caso a ligao no seja realizada conforme oprojeto, a estrutura no possuir a sua capacidade estrutural esperada.

Todos os mnimos detalhes precisam ser levados em considerao nosprojetos de ligao que sero executados na fase de montagem. E a existnciadas ligaes entre as peas que diferencia as estruturas pr-fabricadas dasestruturas de concreto convencionais, pois do ponto de vista estrutural, ambos soparecidos.


5. LIGAES DE MONTAGEM QUANTO A TIPOLOGIA

Segundo Albarran (1984, apud SANTOS, 2008), existem vrios tipos deligaes entre elementos pr-fabricados, que podero ser utilizados de acordo coma especificidade de cada obra. Os principais so:

Ligao pilar-fundao, entre a base do pilar e a fundao; Ligao pilar-pilar, entre o topo do pilar e a base de outro, geralmente

realizado em elementos de grande altura; Ligao pilar-laje, entre a seo do pilar e a face transversal da laje; Ligao viga-pilar; entre as extremidades da viga e o apoio dos pilares,

geralmente na regio dos consolos; Ligao viga-viga, entre extremidades de vigas ou vigas principais e

secundrias; Ligao laje-viga, entre as extremidades da laje e apoio das vigas que

recebem as lajes; Ligao laje-laje, entre painis pr-fabricados.

5.1. Ligao Pilar Fundao

Existem essencialmente trs tipos de ligao pilar-fundao:a) Ligao por meio de clice: Corresponde colocao (embutimento) de

determinado trecho do p do pilar dentro de um nicho executado em um bloco defundao, conforme ilustrado na figura 1. Esse nicho conhecido como clice.Aps o encaixe do pilar, feito o preenchimento da regio vazia com graute ouconcreto estrutural determinado pelo projetista da estrutura, unindo os elementos(MONTEIRO, 2011).

Segundo Albarran (2008), uma das principais vantagens do clice defundao a de oferecer uma folga dimensional utilizada para garantir a distnciados eixos de montagem, ao mesmo tempo em que permite um processo simples deexecuo do bloco de fundao, no implicando em modificaes no pilar para aexecuo da ligao. O autor ainda cita que para aumentar o engastamentomecnico entre o pilar e o bloco de fundao, a superfcie de ligao do pilar e dobloco deve ser o mais rugosa possvel. As paredes do clice devem ser projetadas


para resistir aos esforos normais que surgem devido aos momentos fletorestransmitidos pelo pilar.

Figura 1: Ligao pilar-fundao por meio de clice (CAMPOS, 2010).

b) Ligaes por meio de chapas de base: Outro tipo de ligao pilar-fundao por meio de chapas metlicas na base do pilar. As chapas possuem furos que soutilizados para fixao entre os elementos. A ligao do pilar executada por meiode esperas rosqueveis que se encontram embutidas na fundao e soposteriormente parafusadas aps correto posicionamento do elemento.

As chapas de base devero ter dimenses superiores seo dos pilarespara permitir a transmisso dos esforos provocados pelos momentos fletoresatravs da ligao. Este tipo de ligao se torna mais complexa se comparada aligao executada por meio de clice, por necessitar de mais tcnica por parte dequem executa a fundao, garantindo o correto posicionamento das esperas dobloco, alm de um maior cuidado no processo de execuo dos pilares na fbrica,devido ao posicionamento da chapa metlica na base do pilar (ALBARRAN, 2008).

Figura 2: Detalhe da ligao pilar-fundao por meio de chapa de base (ALBARRAN, 2008).


ilar por meio de esper

c) Ligao por meio de bainhas: A ligao por bainhas realizada por barras deao ou esperas rosqueveis que ficam na fundao ou na base do pilar, nosquais encaixam nas bainhas que so posteriormente preenchidos com graute(ALBARRAN, 2008).

Do ponto de vista executivo, a ligao por meio de bainhas semelhante ligao por meio das chapas de base. A diferena consiste na troca da esperarosquevel pela barra de ao convencional no bloco de fundao e da ausncia dachapa de base, substituda por furos que recebero as esperas no fundo do pilar.

5.2. Ligao Pilar Pilar

Segundo Albarran (2008), existem praticamente dois tipos de ligao pilar pilar a serem projetados e executados. O primeiro tipo de ligao acontece naregio das vigas ou a meia altura entre pisos, sendo que nesse caso, h apossibilidade de diminuir o nmero de ligaes a serem efetuadas no local demontagem, embora o tipo de ligao a ser realizada seja mais complicado. Nosegundo caso, a ligao feita na regio em que os momentos fletores no pilar sobaixos, sendo, portanto a sua solicitao menos crtica para o comportamento daestrutura.

O autor afirma ainda que a execuo das ligaes pilar - pilar parafusadas muito semelhante s ligaes realizadas entre pilar-fundao. A ligao entrepilares realizada atravs de bainhas, que se encaixam nas barras de espera queesto posicionadas no pilar inferior, sendo posteriormente grauteadas parapreencher a ligao. A continuidade das armaduras garantida atravs de esperasrosqueveis, que so parafusadas armadura dos pilares sendo depois o espaopreenchido com graute.

Figura 3: Detalhe de ligao pilar-p as rosqueveis (ALBARRAN, 2008)


5.3. Ligao Viga-Pilar

Os tipos clssicos de ligaes viga-pilar so as ligaes parafusadas oupor meio de chumbadores mecnicos. Esses elementos podem ser colocados nospilares durante o processo de produo ou fixados nos elementos durante oprocesso de montagem.

As vigas so apoiadas em consolos de concreto ou em apoios decantoneira metlica. Albarran (1998, apud SILVA, 2008), relata que no caso deconsolos de concreto aramado, ao ser montados, deve-se garantir um apoio mnimoda viga, a fim de evitar o risco de ruptura ou de queda da prpria viga durante a suacolocao. Aps a montagem dos elementos, os nichos so preenchidos comgraute.

Segundo Van Acker (2002), Quando se projeta com a inteno de permitiros movimentos horizontais na estrutura, este nicho no ser preenchido com graute,mas sim com material betuminoso ou plstico, parafusado ao chumbador no topo daviga para fornecer estabilidade ligao. Nos apoios dos consolos de concretoarmado so utilizados aparelhos, conhecidos como almofadas de neoprene ou umacamada de argamassa, que ter a funo de distribuir as tenses de contato naregio do apoio.

Figura 4: Exemplo tpico de ligao viga-pilar em consolo de concreto (VAN ACKER, 2002).

5.4. Ligao Pilar-Laje

O Manual Munte (2004) define que esse tipo de ligao a mais difcil de serdeterminada pelos projetistas. Do ponto de vista executivo, no h o contato entre opilar e a laje devido colocao de placas de isopor no alvolo das lajes, onde secria uma junta entre a capa de consolidao (concreto de capeamento posterior) e o


pilar. Apenas em alguns casos especficos, para eliminar a junta de concretagem epara permitir a ligao entre o pilar e a laje, realizado a ligao com a introduode uma armadura entre os elementos.

Figura 5: Desenho de ligao pilar-fundao. No h contato entre os elementos. (ALBARRAN,2008).

5.5. Ligao Viga-Viga

A solidarizao entre vigas divide-se essencialmente em ligao entrepeas com o mesmo eixo e ligao entre vigas secundrias e vigas principais. Aligao entre vigas com o mesmo eixo ocorre, normalmente, quando se pretendedeslocar a ligao para fora da regio crtica (n entre a viga e o pilar), onde osmomentos fletores so mais baixos (ALBARRAN 2008, pg. 18). O autor ainda citaque a ligao entre viga secundria e viga principal realizada com a continuidadedas armaduras superiores atravs de negativos deixados na viga principal e dasarmaduras superiores, com a concretagem da parte superior da viga sendo realizadain loco.

Figura 6: Esquema de ligao de continuidade viga-viga de mesmo eixo (ALBARRAN, 2008).


Figura 7: Detalhe de ligao laje-viga (ALBARRAN, 2008

5.6. Ligao Laje-Viga

Segundo Albarran (2008), a ligao entre laje-viga deve ser analisada emdois sentidos: do ponto de vista construtivo e da continuidade estrutural a serprojetada na viga de apoio.

Nos modelos comuns, a laje alveolar pr-fabricada considerada umgrande pano rgido e funciona como um diafragma na estrutura. O seu apoiosobre a viga ocorre em grandes reas e, em funo do atrito, a aproximao aceitvel (MANUAL MUNTE, 2004, pg. 22).

A superfcie de contato entre a laje, a viga e o concreto complementardeve ser o mais rugosa possvel, de modo a garantir uma melhor ligao entre oselementos. As solues tpicas para a ligao entre laje e viga independem datipologia de laje a ser adotada. As vigas que possuem abas para apoio das lajesalveolares, por exemplo, possuem estribos salientes ou esperas que se destinamno s a resistir aos esforos cortantes, mas tambm a garantir a resistncia aocisalhamento na junta entre a viga pr-fabricada e o concreto de complemento(ALBARRAN, 2008).

).

5.7. Ligao Laje-Laje

Existem dois tipos de ligaes de montagem laje laje: ligaes de topoentre extremidades de duas peas de laje e ligaes laterais entre dois painis delaje adjacentes.

A primeira ligao normalmente utilizada em vigas ou abas de apoio delajes macias onde necessria a continuidade das lajes sobre os apoios. J asegunda ligao descrita est relacionada ao tipo de laje a ser adotada, onde as


juntas longitudinais dos painis sero solicitadas essencialmente aos esforos decisalhamento (ALBARRAN, 2008).

No caso das lajes alveolares, as juntas longitudinais devero possuir umasuperfcie rugosa ou dentada, conhecidas como chaves de cisalhamento, quetrabalham como barreiras mecnicas que previnem qualquer deslizamentosignificante ao longo da junta (VAN ACKER, 2002, pg. 40).

Figura 8 Detalhe de ligao de amarrao de lajes alveolares (VAN ACKER, 2002).

6. ESTUDO COMPARATIVIO ENTRE A LIGAO DE UMA ESTRUTURACONVENCIONAL E UMA ESTRUTURA PR-FABRICADA

Para desenvolvimento do estudo comparativo de uma ligao pr-fabricada em relao a uma estrutura convencional, foi considerado um prticosimples convencional e um prtico pr-fabricado. Ser realizado uma comparaoentre as ligaes viga-pilar. A estrutura em concreto pr-fabricado deste prtico composta por pilares, vigas e lajes alveolares. A estrutura possui um pavimento,uma rea de 20,00 m e uma altura total de 3,70 metros.

Nas figuras 9, 10, 11, 12 e 13 esto apresentadas as perspectivas,plantas baixas e vistas referentes a estrutura:


Figura 9 Perspectiva de um prtico de concreto pr-fabricado.

Figura 10: Perspectiva de um prtico de concreto armado convencional.

Figura 11: Planta baixa dos prticos a serem estudados.

Figura 12: Vista do prtico em concreto pr-fabricado.


Figura 13: Vista do prtico em concreto armado convencional.

7. METODOLOGIA DE CLCULO DO SISTEMA PROPOSTO

7.1. SISTEMA PR-FABRICADO

7.1.1. Dimensionamento do Dente Gerber

O dente Gerber uma salincia que se projeta na parte superior daextremidade de uma viga, com o objetivo de apoi-la em consolo criado na face deum pilar ou na regio inferior da extremidade de outra viga. Usualmente ambos,consolo e dente Gerber, tm altura um pouco menor que metade da altura da viga.Portanto:d = 2a, onde:d= altura til do consolo do pilara = distncia entre a face do pilar e o eixo do consolo

Figura 14: Detalhe de um consolo pr-fabricado.

As mesmas conceituaes e limitaes geomtricas criadas para osconsolos valem tambm para os dentes Gerber.


Os dentes Gerber tm um comportamento estrutural semelhante ao dosconsolos, podendo ser tambm descritos por um modelo biela-tirante. As diferenasmais importantes so:a) a biela usualmente mais inclinada, porque deve procurar apoio na armadura desuspenso, dentro da viga, na extremidade oposta ao ponto de aplicao da carga;b) a armadura principal deve penetrar na viga, procurando ancoragem nas bielasdevidas ao cisalhamento na viga;c) a armadura de suspenso deve ser calculada para a fora total Ntd.

Figura 15: Detalhe do modelo biela-tirante.

Mtodo da biela-tirante com d > 2a dNeste caso considerar a altura til d = 2a d

O momento a reao de apoio das vigas multiplicado pelaexcentricidade em relao ao eixo do pilar.

7.1.2. Clculo da armadura As (tirante)

N Pd a H 1 d ' fyd Astd 0,8d d 0,8d

Onde Pd ser o esforo vertical atuante no consolo.

7.1.3. Verificao da Biela comprimidaA largura b do consolo deve possuir no mnimo a seguinte dimenso:

b Pd a Hd d' 0,12fcdad2 a2 0,8d2


Onde Hd uma fora horizontal se houver.O consolo deve possuir estribos (costura) de 0,5 x As, nas duas direes (gaiola).Armadura mnima do tirante (0,003 x b x d).

7.2. SISTEMA CONVENCIONALSer utilizado o modelo clssico de viga contnua, simplesmente apoiada

nos pilares, para o estudo das cargas verticais.Considerado no pilar um momento fletor igual ao de engastamento

perfeito multiplicado pelos coeficientes:

rsuprvig rinf rsup

Sendo: r(i) I(i)L(i)Onde I(i) o momento de inrcia da seo na direo considerada e L(i)

o vo livre da pea, igual L para vigas e h/2 para pilares.No caso especfico do modelo acima o rsup igual zero, pois no h um

segundo pavimento. E o momento de engastamento perfeito dado pela equao:wL2/12

7.2.1. Clculo da Armadura de TraoOs esforos de trao junto aos apoios de vigas simples e contnuas

devem ser resistidos por armaduras longitudinais que satisfaam as mais diversascondies.

Para garantia de ancoragem em apoios extremos, o clculo da armadurase d pela frmula: a V d

As d fydOnde: al a decalagem do diagrama de momento fletor ( pode ser usado

0,5d), d a altura til da seo e Vd a cortante mxima no apoio.


8. ANLISE DOS MOMENTOS FLETORES TRANSMITIDOS AO PILAR ECOMPARAO DE ARMADURA TOTAL GASTA NOS DOIS MODELOSPROPOSTOS

Dados do Modelo:

a) Vigas: 20 cm x 50 cm;b) Pilares: 20 cm x 20 cm;c) Ao CA-50;d) Concreto Fck 30 Mpa;e) Sobrecarga do Projeto: 3 KN/m;f) Peso das Lajes: 2,5KN/m;g) Peso do Piso: 1KN/m;h) Peso do Revestimento: 0,5KN/m;i) Alvenaria na Viga: 5,25KN/m.j) Peso Especfico do Concreto Armado: 25 KN/m

8.1. VERIFICAO DO SISTEMA CONVENCIONAL

Reaes na Laje:7,00 KN/m

Clculo das Reaes na Laje:10,15 KN/m

Verificao das Reaes na Viga:Peso Prprio da Viga = 2,50 KN/mCargas na Viga = 17,90 KN/m

Determinao dos Esforos Cortantes:RA=RB = 61,76 KN


Determinao do Coeficiente de Clculor ( i ) pilar = 83,33r ( i ) viga = 301,93coef. = 0,216

Momento de Engastamento PerfeitoMd = 21,48 KN.m

Verificao da armadura (As)As = 0,99 cm

8.2. VERIFICAO DO SISTEMA PR-FABRICADO

Determinao da Largura Mnima do ConsoloSer considerado como padro o consolo com 30 cm de apoio.

Momento no PilarMd = 25,94 KN.m

Esforos na Armadura do ConsoloNtd = 90,05 KN

Verificao da Armadura (As)As = 2,5 cm

Verificao da Armadura Mnima (As;min)As;min = 2,16 cm

Largura Mnima do Consolo (b)b = 12,69 cm


8.3. ANLISE DO PROGRAMA DE ELEMENTOS FINITOS

Para realizao da simulao, foi utilizado o software SAP 2000.

8.3.1. Simulao para o Prtico em Concreto Armado Convencional

Figura 16: Deformao aps carregamento ampliao 100x.

Figura 17: Tenses aplicadas no pilar.

Figura 18: Detalhe da regio da ligao Valores da tenso em MPA


8.3.2. Simulao para o Prtico em Concreto Pr-Fabricado

Figura 19: Deformao aps carregamento ampliao 100x.

Figura 20: Tenses aplicadas no pilar.

Figura 21: Detalhe da regio da ligao Valores da tenso em MPA.


9. CONCLUSO

Nesse trabalho estudou-se as diversas formas de ligaes entre asestruturas pr-fabricadas e as suas formas de execuo durante os processos demontagem. Atravs de um programa computacional, foi possvel realizar umacomparao entre uma ligao viga-pilar de uma estrutura pr-fabricada emconcreto e um n de ligao entre viga-pilar em uma estrutura de concreto armadoconvencional. Com base nos resultados obtidos pelos modelos computacionais, foipossvel verificar que ambas as estruturas suportam as mesmas tenses aplicadasno pilar, com destaque para a estrutura pr-fabricada, onde fica a cargo do consoloabsorver todos os esforos solicitantes do prtico estudado.


10. REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS

ABNT ASSOCIAO BRASILEIRA DE NORMAS TCNICAS (2006). NBR 9062:Projeto e Execuo de Concreto Pr-Moldado. Rio de Janeiro

ALBARRAN, E.G. Construo com Elementos Pr-Fabricados em BetoArmado. Dissertao de Mestrado. Universidade Tcnica de Lisboa, Lisboa, 2008.

EBELLING, E.B. Anlise de Base de Pilares Pr-Moldados na Ligao comClice de Fundao. Dissertao de Mestrado. Escola de Engenharia de SoCarlos, So Carlos, 2006.

FERREIRA, M.A. Manual de sistemas pr-fabricados de concreto (traduo).Autor do texto original: Arnold Van Acker (FIP-2002). Associao Brasileira deConstruo Industrializada de Concreto ABCIC: So Paulo, 2003.

MELO, C.E.E. Manual Munte de Projetos Pr-Fabricados de Concreto. SoPaulo: ED. PINI, 2004.

MOTEIRO, T.P. Dimensionamento e Detalhamento de Clices de Fundao comInterface Lisa. Universidade Federal do Cear, Fortaleza, 2006.

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