TECNOLOGIA DA CONSTRUÇÃO CIVIL Notas de Aula
Prof. Dr. José Bento Ferreira 2007
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1. Introdução Conceito de Linguagem dos Materiais Basicamente, as técnicas empregadas na construção civil se baseiam nos seguintes parâmetros básicos, que são: • • •
Características físico-químicas dos materiais a serem empregados Capacidade tecnológica de uso dos materiais Características sócio-culturais
Esse três parâmetros é que definem a forma como cada um dos materiais de construção foi e é utilizado. Assim, temos que o mesmo material pode ser utilizado de forma diversa em duas culturas diferentes, mesmo sendo iguais as suas características físico-químicas. físico-químicas . Isso pode ser exemplificado pelas figuras abaixo, onde vemos sempre dois momentos distintos da utilização dos materiais na construção civil. Nas figura 1 e 2 temos a utilização da pedra e madeira: Figura 1: Habitação celta de alto padrão, cerca de 50 A.C.. Notase a estrutura circular de pedra, espessa apesar da pequena altura final, coletada e parcialmente lavrada para distribuição em fiadas horizontais, sobre a qual se instalou uma estrutura de cobertura executada com varas roliças de madeira e recoberta com junco. Na mesma época, na República Romana, com uma estrutura urbana significativa, já era comum a utilização de arcos de pedra e alvenaria de tijolos. tijolos.
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1. Introdução Conceito de Linguagem dos Materiais Basicamente, as técnicas empregadas na construção civil se baseiam nos seguintes parâmetros básicos, que são: • • •
Características físico-químicas dos materiais a serem empregados Capacidade tecnológica de uso dos materiais Características sócio-culturais
Esse três parâmetros é que definem a forma como cada um dos materiais de construção foi e é utilizado. Assim, temos que o mesmo material pode ser utilizado de forma diversa em duas culturas diferentes, mesmo sendo iguais as suas características físico-químicas. físico-químicas . Isso pode ser exemplificado pelas figuras abaixo, onde vemos sempre dois momentos distintos da utilização dos materiais na construção civil. Nas figura 1 e 2 temos a utilização da pedra e madeira: Figura 1: Habitação celta de alto padrão, cerca de 50 A.C.. Notase a estrutura circular de pedra, espessa apesar da pequena altura final, coletada e parcialmente lavrada para distribuição em fiadas horizontais, sobre a qual se instalou uma estrutura de cobertura executada com varas roliças de madeira e recoberta com junco. Na mesma época, na República Romana, com uma estrutura urbana significativa, já era comum a utilização de arcos de pedra e alvenaria de tijolos. tijolos.
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3 Figura 2: Nave da igreja da Abadia de Fontenay, construída entre os anos de 1139 e 1147, com 66 m de comprimento, 8 m de largura na nave (19 m com as naves laterais) e altura de 16,7 m. Executada no estilo gótico inicial, em pedra calcárea, com uma mão de obra estimada em 100 pessoas. Abaixo, uma gravura com as ferramentas utilizadas no período, que não apresentavam grandes diferenças funcionais daquelas de 1000 anos antes.
Na verdade, o que permite tão grande diferença entre as obras não é o material em si, ou ferramentas inovadoras, mas a compreensão das possibilidades dos materiais. Neste caso específico, a compreensão das tensões atuantes sobre os materiais, ainda que empírica e obtida muitas vezes através de insucessos, permitiu a adoção de estruturas complexas, nas quais o material tem a sua utilização otimizada. Fatos importantes que possibilitaram isso foram os registros das experiências, cujo grande iniciador histórico foi Vitrúvio Polião, na época de Júlio César, e a organização dos trabalhadores especializados nas chamadas guildas, ou corporações de trabalho. Como registro histórico, deve-se notar que o arco gótico foi um elemento estrutural de grande importância na engenharia civil, pois permitiu pela primeira vez que realmente a estrutura fosse dissociada das paredes, pois forma uma estrutura independente. Como resultado direto, temos a adoção de grandes vitrais, criando assim um ambiente mais iluminado durante o dia. Isso pode ser visto nas figuras 3 e 4. Da mesma forma, só que em datas recentes, podemos ver a evolução das estruturas de aço, conforme existe um maior domínio do material e da técnica construtiva, sendo que neste caso também foi essencial no seu desenvolvimento, desenvolvimento, a pesquisa de novas ligas metálicas, com maior resistência mecânica e química, ao mesmo tempo que trabalhável.
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Como exemplos notáveis, temos o Empire Stade Building e o World Trade Center (figuras 5 a 8).
Figura 3: Corte transversal de uma catedral gótica em estilo tardio, em que é possível ver o arco central ogival ou quebrado, e os contra-fortes, denominados arcobotantes.
Figura 4: Corte longitudinal da mesma catedral, onde é possível se perceber a separação da estrutura e o aproveitamento dos vãos entre os elementos estruturais.
Figura 5: Desenho do Empire State, onde se pode Figura 6: Esquema estrutural adotado no prédio, em notar a fachada escalonada, que objetiva manter a pórticos contínuos executados em aço, que neste caso insolação das ruas ao seu redor. foram recobertos com aço e fechados com painéis de alvenaria.
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Figura 7: Vista das duas torres, com as sua fachadas estruturais modulares, e de um dos prédios menores que compunham o conjunto arquitetônico do World Trade Center.
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Figura 8: Modelo estruturas adotado no edifício, com dois tubos estruturais concêntricos. O fechamento adotado foi o vidro, interposto entre as colunas, propiciando grande área útil.
No concreto armado, a grande evolução se deve ao maior conhecimento acumulado nas últimas décadas, sobre o real comportamento estrutural e as possibilidades de aumento da resistência dos materiais que o compõem, o concreto de cimento portland e o aço específico para concreto armado. Nos últimos anos, criou-se uma designação especial para determinado tipo de concreto, que apresenta incremento notável na sua resistência mecânica e durabilidade, e que é então definido como Concreto de Alto Desempenho, ou simplesmente CAD. Isso é muito bem exemplificado pelo edifício do BANESPA (figura 9), localizado no centro de São Paulo/SP, e pelo Centro Empresarial Nações Unidas, também em São Paulo/SP (figura 10).
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Figura 9: Edifício do BANESPA, finalizado em 1947 e com 161 m de altura, foi durante muito tempo o edifício mais alto da cidade. Apesar de sua fachada remeter ao Empire State, sua estrutura é toda em concreto armado, material de pleno domínio pela engenharia nacional desde a década de 30.
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Figura 10: Centro Empresarial Nações Unidas, finalizado em 1999 e com 157 m de altura. Na sua execução, foi utilizado o Concreto de Alto Desempenho bombeado e com Fck 50 MPa. Nota-se a grande possibilidade estética do concreto, que se molda no local, adotando a forma do seu recipiente.
Quanto à forma, vemos que o concreto armado tem grandes possibilidades de moldagem, capacidade maior que outros materiais, o que o leva a ser adotado quando se pretende formas incomuns, como pode ser visto na figura 11. Figura 11: Prédio da Ópera de Sidney, onde podem ser vistas as “conchas” executadas em concreto armado, revestidas com placas cerâmicas. A peça mais alta se eleva a 60 m em relação ao nível da água.
Assim, podemos notar que todo o material tem a sua capacidade de uso, conforme suas próprias características físico-químicas e a tecnologia disponível para o seu emprego. Isso corresponde à linguagem dos materiais, e a sua escolha deve ser sempre objetivando o resultado final.
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2. Ações preparatórias 2.1. Investigação geotécnica Tendo-se um projeto em mente, e definido o terreno a ser ocupado, é necessário se proceder à investigação geotécnica, para se definir o tipo de fundação mais adequado ao terreno e às cargas que a ele serão transmitidas. Uma investigação geotécnica preliminar compreende o estudo da planta planialtimétrica do terreno e seu entorno, para verificar a sua topografia, definindo assim o tipo de fundação, a necessidade de obras de contenção ou ainda pontos críticos de inserção da obra, e uma visita preliminar, para se ter uma noção, através da observação direta e de métodos expeditos, de como se compõem as camadas superiores do solo. Esses métodos compreendem perfurações a trado e a classificação textural do solo. Na perfuração a trado, utilizamos um de pequeno diâmetro (até 4”) e com furos adequadamente espaçados (15 a 20 m ou em pontos significativos do terreno) procuramos identificar as camadas superficiais do solo. Nessa operação, utilizamos a Classificação Textural do Solo (quadro 1). Quadro 1 - Classificação Textural do Solo Esse procedimento se destina a uma prévia classificação do solo, utilizando as denominações da classificação HBR-AASHO, sem que seja necessária uma bateria completa de ensaios, a serem realizados posteriormente e que podem levar a uma reclassificação. O seu princípio é dar ao solo o nome a fração granulométrica predominante, adjetivado com o nome de outras frações que contribuam para o seu desempenho. Assim, podemos classificar um solo como argilo-arenoso, quando a fração predominante é a argila, mas a fração areia nele presente influencia de forma mais significativa que outras o seu desempenho. Nessa classificação se deve considerar que o porcentual em peso predominante, em alguns casos, não necessariamente é o que confere o comportamento predominante ao solo. Um caso típico é o das argilas, que muitas vezes, apesar de não serem predominantes em peso, definem o comportamento do material. De um modo geral temos a seguinte classificação, que será feita de forma aproximada em um primeiro momento no campo através de avaliação visual-táctil, e que posteriormente será confirmada ou ajustada pelos ensaios de laboratório: Pedregulhos ou areias – solo que apresentam menos de 35% em peso passando na peneira 200, sendo pedregulhos quando a fração predominante está acima de 4,8 mm e areias quando a fração predominante estiver abaixo dessa dimensão. Siltes – quando mais de 35% do peso do material passa na peneira 200 e o seu IP < 10. Argila – quando mais de 35% do peso do material passa na peneira 200 e o seu IP > 10
Para efeito prático, temos a observar em campo o seguinte: O solo encontrado, em uma observação visual, tem uma fração de material mais grosso e solto? Se a resposta for positiva, temos um solo arenoso ou pedregulhoso, conforme a fração predominante, o que também pode ser verificado visualmente. O solo encontrado, em uma observação visual, tem uma fração de material mais fino? Se a resposta for positiva, temos um solo siltoso ou argiloso. Para definir se temos silte ou argila, deve-se recorrer à análise táctil, que consiste nos seguintes procedimentos: Verifica-se se ao se esfregar o material entre os dedos, temos uma textura áspera, o que corresponde a um silte, ou temos uma textura macia, o que corresponde a uma argila. Podemos também moldar uma bolinha com o material. Se com uma pequena umidade conseguimos moldar o material, temos uma argila. Também ao pressionarmos um torrão do material seco, se a resistência é significativa, temos uma argila. Se o material esfarela facilmente temos um silte. Esses procedimentos também servem para identificar as frações secundárias do solo, que podem alterar o seu comportamento.
Ainda nessa fase deve-se fazer uma verificação do nível do lençol freático e de sua variação ao longo do ano.
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Um procedimento comum, que economiza tempo, é se informar sobre outras obras já executadas próximas ao local, quanto ao tipo de fundação, possíveis recalques, etc.. No entanto, devemos ter sempre em mente que os solos podem apresentar grandes mudanças na composição e espessura das camadas em virtude do relevo, portanto esse tipo de informação é sempre complementar. Feito o reconhecimento prévio, pode-se partir para o projeto, utilizando-se valores de referência a serem confirmados posteriormente, ou então se procede à investigação geotécnica definitiva, que pode ser feita através dos seguintes métodos:
SPT – Standard Penetration Test – Sondagem de simples reconhecimento a percussão Este ensaio, o mais utilizado, permite a análise de resistência do solo, através da contagem do número de golpes necessários para promover a penetração de 15 cm de um amostrador padrão, cravado com uma energia padrão (martelo de 65 kg com queda de 75 cm). Além disso, permite a definição do tipo de solo, através da retirada de uma amostra deformada, a cada metro de cravação; e a posição do nível ou níveis de água. A disposição dos furos de sondagem deve considerar o carregamento da estrutura e a presença de camadas que necessariamente devem ser identificadas, tanto em composição como em espessura, como aterros, por exemplo. A execução da sondagem, e o espaçamento dos furos devem obedecer ao disposto nas normas NBR 8036 – Programação de sondagens de simples reconhecimento dos solos para fundações de edifícios e NBR 6484 – Execução de sondagens de simples reconhecimento dos solos. Como referência, consideramos a tabela 1:
Tabela 1- Relação entre área de terreno e nº de furos de sondagem Quantidade de furos Área do terreno Número de furos A < 200 m² 3 200 < A < 400 m² 3 400 < A < 600 m² 3 600 < A < 800 m² 4 800 < A < 1.000 m² 5 1.000 < A < 1.200 m² 6 1.200 < A < 1.600 m² 7 1.600 < A < 2.000 m² 8 2.000 < A < 2.400 m² 9 A > 2.400 m² A critério do projetista Abaixo, na figura 12, podemos ver o conjunto de sondagem, composto por “tripé”, barrilete amostrador e martelo, mais bomba de água e guincho. Pode-se notar que por ser um equipamento simples, esse método está sujeito a erros grosseiros se o equipamento for mal operado ou se encontrar fora de especificação, por manutenção deficiente.
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Figura 12: Momento do ensaio de SPT em que se faz a perfuração com lavagem do material, para se atingir a cota de cravação.
SPT - T – Sondagem de simples reconhecimento a percussão com medição de torque Ensaio em que, após a execução da cravação, adapta-se uma cabeça na qual é acoplado um torquímetro, através do qual se obtém um dado complementar, a resistência ao torque oferecida pelo solo. Esse ensaio, mais completo que o anterior, é utilizado principalmente quando: • • •
Existem pedregulhos no interior da massa de solo arenoso Existem fragmentos de rocha em solos saprolíticos. Identificação de solos colapsíveis. Apresenta as mesmas deficiências operacionais do SPT.
Perfuração rotativa Método utilizado para investigar rochas sãs ou decompostas, ou seja, quando existem camadas impenetráveis para o SPT ou em obras de grande porte, associado a este, quando então temos a sondagem mista. Utiliza-se uma perfuratriz rotativa com coroa diamantada ou de metal duro para retirar amostras da rocha, caracterizando assim a sua estratificação. Essa identificação é feita normalmente por um geólogo.
Ensaios de penetração Medem a resistência à penetração de um cone através das camadas do solo. Como o SPT, permitem estabelecer correlações entre a resistência medida e a capacidade resistente do solo, mas ao contrário deste, o ensaio em si não retira amostras. Pela
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metodologia adotada, estabelecida na NBR 12069, mede-se a resistência ao avanço da ponta e resistência ao avanço do fuste (atrito lateral). O ensaio consiste na cravação estática (lenta) de um aparato cone com 10 cm² de área e ponta cônica de 60° de diâmetro e luva de atrito de 36 mm de diâmetro e área de 150 cm², sendo os dados armazenados para cada 20 cm de avanço. A sua grande vantagem em relação ao SPT é a precisão inerente ao equipamento, no entanto, isso é obtido em troca de um maior custo. Na figura 13, vemos um equipamento para ensaio de penetração de cone. Figura 13: Equipamento para CPT (Cone Penetration Test). Comparando-se este equipamento com o apresentado na figura 12, vemos que este, pela sua própria construção, apresenta maior precisão nos seus resultados.
Exploração com poço Uma técnica trabalhosa, que consiste em escavar poços onde possa entrar uma pessoa, para a identificação das camadas do solo e retirar amostras indeformadas do material. Somente é adotado esse método quando há a real necessidade de se coletar essas amostras ou para uma identificação mais específica da disposição e composição das camadas de solo.
2.2. Verificação de documentação e projetos Antes de se iniciar uma obra, deve-se verificar se toda a documentação e os projetos necessários para a sua execução já estão disponíveis. Como documentos básicos , podemos citar: Licenças da prefeitura Licenças ambientais ART fiscalização.
Essa documentação é mantida no local da obra para consulta em uma eventual Como projetos, consideramos que os essenciais para o início da obra são:
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Plantas arquitetônicas, inclusive de eixos para locação Plantas estruturais Planta de telhado ou cobertura Plantas de instalações hidráulicas, elétricas, telefonia, gases.
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Todas essas plantas devem ter um nível adequado de detalhamento para permitir a especificação dos materiais e das técnicas necessárias para a execução da obra. Neste momento, é necessário verificar se o projeto é compatível com as técnicas construtivas que se pretende empregar, e também permite definir as tolerâncias a serem adotadas. Estas devem ser definidas pelo engenheiro não apenas para atender as normas, pois estas visam à estabilidade estrutural da construção, mas também para criar facilidades de ajuste inerentes ao processo construtivo. É fácil compreender isso se considerarmos uma comparação entre duas estruturas executadas em concreto armado, uma moldada “in loco” e outra pré-fabricada. Na primeira, o limite aceitável de desalinhamento é aquele definido pela NBR 6118, enquanto que na segunda, também temos as especificações dadas pela NBR 9062, cujo não atendimento pode inviabilizar a conclusão da obra ou um retrabalho excessivo. Deve-se considerar que as tolerâncias praticáveis dependem da capacitação geral da mão de obra, do equipamento e do material, e a precisão a ser praticada é aquela definida como necessária.
2.3. Terraplenagem Obra em terra que consiste em executar um terrapleno, ou seja, uma plataforma de terra aonde a obra irá se assentar. Pode ser feita inicialmente uma terraplenagem parcial, para permitir a implantação da obra civil, ou pode ser feita, quando possível, toda a terraplenagem prevista, o que barateia o custo do serviço, por exigir apenas uma mobilização de equipamento. A determinação das cotas de corte ou aterro deverão sempre ser definidas por levantamentos topográficos, a não ser em terrenos de pequena área (abaixo de 300 m²) . Para executar um terrapleno, podemos ter serviços de corte ou aterro de solos. Para definir os equipamentos que devem ser mobilizados para a sua execução, o engenheiro deve classificar os solos a serem cortados, transportados e compactados de acordo com o grau de dificuldade encontrado na operação de corte. Basicamente os solos, aqui definidos como materiais, são classificados da seguinte forma: •
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Materiais de 1ª categoria: compreendem os solos em geral, residuais ou sedimentares e os seixos com diâmetro máximo inferior a 0,15 m, qualquer que seja o teor de umidade, desde que inferior ao limite de liquidez. Os equipamentos normalmente utilizados são: trator equipado com lâmina de corte, pá carregadeira e caminhão basculante. Podem ainda ser utilizados moto-scrapers. Materiais de 2ª categoria: Compreendem os materiais com resistência ao desmonte mecânico inferior a da rocha não alterada, cuja extração se processe por combinação de métodos que obriguem à utilização constante do maior equipamento de escarificação mobilizado. A extração eventualmente poderá envolver o uso de explosivos ou processos manuais adequados. Estão incluídos nesta classificação os blocos de rocha com volume inferior a 2 m³ e os matacões ou pedras de diâmetro médio compreendido entre 0,15 m e 1,00 m. Os equipamentos normalmente utilizados são: trator equipado com escarificador, trator equipado com lâmina de corte, pá carregadeira e caminhão basculante. Podem ainda ser necessárias perfuratrizes e rompedoras pneumáticas. Materiais de 3ª categoria: Compreendem os materiais com resistência ao desmonte mecânico equivalente a da rocha não alterada e blocos de rocha com diâmetro médio superior a 1,00 m ou de volume igual ou superior a 2 m³, cuja extração e redução, a fim de possibilitar o carregamento, se processem somente com o emprego contínuo de
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explosivos. Os equipamentos normalmente utilizados são: perfuratrizes pneumáticas, pá carregadeira e caminhão basculante. Materiais moles ou Solos brejosos: Compreendem os solos em geral que apresentam umidade superior ao seu limite de liquidez ou que exijam a utilização de dragas ou similares para a sua remoção. Eles podem apresentar ou não grande índice de contaminação por matéria orgânica. Podem ser utilizadas escavadeiras hidráulicas ou dragas, associadas a equipamentos de remoção do material, como caminhões dumper ou linhas de recalque. Nas figuras 14, 15 e 16 temos alguns exemplos de equipamentos utilizados
nesta etapa.
Figura 14: Trator de esteira equipado com lâmina de corte de solo. Neste caso, equipamento de pequeno porte (40 Hp) mais utilizado em áreas de movimentação restrita.
Figura 16: Pá-carregadeira, utilizada para carregamento e movimentação de material na obra. Não deve ser utilizada para escavação, sob risco de quebra do equipamento. Figura 15: Escavadeira hidráulica, utilizada para escavação de valas e remoção de material brejoso.
Na execução dos aterros são utilizados materiais de 1ª e 2ª categoria, descartando-se os materiais brejosos ou com alto índice de contaminação por matéria orgânica, materiais friáveis ou instáveis quimicamente. Devido a suas características, os materiais de 3ª categoria somente são utilizados na falta absoluta dos outros. Materiais que apresentam expansibilidade quando expostos à água, como os siltes, podem ser utilizados como núcleos de aterros envelopados. Nesta etapa, são utilizados caminhões basculantes, moto-niveladoras, compactadores, e equipamentos para correção da umidade, como caminhões-pipa com barra espargidora e grades de disco. Nas figuras 17 e 18 temos alguns exemplos de equipamentos utilizados nesta etapa.
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Figura 17: Motoniveladora, utilizada para conformar com precisão uma plataforma de terra ou espalhar camadas definidas de material granular. Figura 18: Unidade compactadora mista, com rolo de pneus à frente e rolo de aço liso atrás, para compactação de pavimentos ou camadas granulares.
Para fins de pagamento, consideramos que os serviços de corte obedecem a seguinte seqüência de execução: escavação, carga e transporte do material, enquanto que os serviços de aterro compreendem: descarga, espalhamento, correção de umidade e compactação do material. As medições dos serviços de terraplenagem devem ser feitas sempre através de levantamentos topográficos, admitindo-se medição por número de caminhões apenas em obras de pequeno porte (volume estimado de até 50 m³) Também em obras de pequeno porte, podem ser utilizados equipamentos multi-funcionais, como tratores agrícolas equipados com retro-escavadeira e pá-carregadeira (figura 19), ou então equipamentos como carregadeiras de pequeno porte (figura 20).
Figura 19: Trator agrícola equipado com pá frontal e retro-escavadeira na parte posterior. Equipamento Figura 20: Pá-carregadeira de pequeno porte, versátil, mas de baixo rendimento, se comparada com utilizada em locais com espaço de operação limitado, máquinas especializadas. por executar curvas sobre o próprio eixo.
2.4. Locação da obra civil A locação de uma obra é essencial para que o projeto seja cumprido corretamente, e exige uma seqüência lógica de execução, devendo ser adotada a seguinte: •
Verifica-se se os limites do terreno já estão definidos de forma nítida e inquestionável. Em caso de dúvida, é essencial a execução do levantamento topográfico para esse fim.
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Definem-se os pontos, já determinados na planta de locação, que servirão para definir o alinhamento de uma das paredes. É de uso corrente se utilizar o logradouro público para esse fim, já que este apresenta limites definidos. A partir dos pontos, define-se por triangulação o alinhamento da parede, conforme figura 21. Figura 21: Esquema de locação de uma obra, extraído da planta de locação. Note-se que a partir de pontos definidos no alinhamento da rua (pontos 1, 2 e 3), por triangulação definindo o alinhamento frontal da construção (pontos 4 e 5). Para evitar erros, todos os triângulos devem ter todos os seus lados com medidas conhecidas (A, B, C, D, E, F, G,), sendo estas definidas a partir de cálculos matemáticos, não extraídos do desenho. Em plantas geradas em programas de computador, todas essas medidas já devem ser definidas na confecção da planta.
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Definido esse alinhamento, monta-se um gabarito de madeira que envolva toda a obra, com esquadro correto, a uma distância que permita o trabalho dos operários e máquinas sem que esse elemento de locação seja danificado. Normalmente é adotada a distância de 1,20 m do alinhamento das paredes, mas deve também se considerar o espaço disponível no local. O conceito do gabarito é apresentado na figura 22. A sua execução é com suportes verticais feitos com caibros 6x6 cm, cravados no solo, nos quais é pregado um sarrafo 3”x1” perfeitamente na horizontal, a uma altura que pode estar entre 1,00 m e 1,20 m, conforme figura 23. A partir do primeiro alinhamento, o qual é definido para a montagem do gabarito, locamos todas as outras paredes, internas e externas, com o auxílio de trena, linha, esquadro de obra (60, 80, 100 cm) e prumo. São locados os eixos de fundação e eixos e bordas de paredes, sendo a sua marcação no gabarito executada com pregos cravados em cada um desses alinhamentos, de forma a que uma linha neles amarrada descreva corretamente o alinhamento de cada um desses elementos, conforme apresentado na figura 23.
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15 Figura 22: Conceituação básica de um gabarito de obra, onde vemos que a planta é projetada no terreno inscrita á moldura de madeira. No caso de terrenos acidentados, pode ser necessária a implantação de gabaritos segmentados, para permitir que o sarrafo superior seja sempre instalado no plano, evitando erros grosseiros de medida. Ao contrário do que é mostrado, o gabarito não executa o fechamento integral da obra, pois deve ter passagens para os trabalhadores, materiais e equipamentos, evitando assim que a todo momento ele tenha que ser pulado ou desmontado, o que prejudica o seu alinhamento.
Figura 23: croquis de um gabarito, no qual podemos ver a disposição do suporte, executado com caibros e sarrafos, e a marcação dos pontos, com definição de eixo e bordas. As medidas marcadas são sempre definidas como medidas acumuladas, marcadas com trena, de modo a evitar erros acumulados que geram o desalinhamento final da obra. Preferencialmente o gabarito deve ser pintado de branco para facilitar a visualização das marcas e para maior conservação da estrutura. Da mesma forma, os suportes do gabarito devem ser cravados em terreno firme, e, sempre que possível, bem drenado.
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Marcados todos os pontos, no sarrafo do gabarito é feita a identificação de cada conjunto de pregos e a sua pintura por código de cor, evitando confusão de elementos. A partir do gabarito, escolhemos alguns alinhamentos principais e locamos marcos permanentes de concreto ou fazemos marcas de referência em paredes de alvenaria, para evitar que no caso de danos ao gabarito toda a locação de obra recomece do ponto de partida. Também é necessário lembrar que como o gabarito fica exposto às
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intempéries, é necessário periodicamente corrigir quaisquer desalinhamentos gerados por empenamento das peças de madeira, o que torna esses marcos sempre necessários. Executado o gabarito e os marcos permanentes, definimos um ponto como referência de nível para a obra, considerando o indicado no projeto como cota final do piso em relação à rua e as características das instalações definitivas, principalmente no que se refere ao esgoto e escoamento de águas pluviais.
Em obras de maior porte, a locação geral é feita através de serviços de topografia, mas para todos os elementos estruturais será montado um gabarito, parcial ou integral, para facilitar os serviços de construção, seguindo os mesmos princípios descritos acima, e também são instalados marcos de referência permanentes, para agilizar o processo de locação e verificação de medidas.
2.5. Canteiro de obras Por definição, o canteiro de obras abrange toda a área de trabalho necessária à implantação da obra pretendida, e eventualmente pode extrapolar, em área, o terreno onde se executa a construção. A sua organização, regulamentada pela NR-18, é essencial para o bom andamento do trabalho, afetando de forma direta a produtividade das equipes envolvidas em todas as etapas da construção. Para evitar remanejamentos excessivos das instalações e depósitos de materiais, é necessário o estudo das instalações e áreas necessárias em todas as etapas da obra. Como instalações, temos como básico: •
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Água: necessária em todas as etapas da obra, quando indisponível no local é pedida a instalação provisória do cavalete e registro para a concessionária municipal. O seu local de instalação, dentro do lote, deve ser de fácil acesso , mas fora da circulação da obra, e a tubulação dele derivada deve ser instalada de forma protegida e de modo a não exigir remanejamentos durante o desenvolvimento dos serviços. No caso de não ser possível a instalação por parte da concessionária, pode se optar por um poço, o que exige a verificação da potabilidade da água e a isenção de contaminantes para concretos e argamassas, como pode se optar por um reservatório abastecido com água potável por carro pipa ou então por uma solução mista, com a água de poço, imprópria para o consumo, sendo usada para descarga sanitária e lavagem de equipamentos, e a água potável do reservatório sendo utilizada para consumo humano e em argamassas e concretos. Esgoto: pode ser feita a conexão a rede local, ou então pode ser escavada uma fossa. Neste caso, é essencial verificar se essa escavação não afetará em nenhum momento a obra, mesmo após a sua conclusão. Ao término da obra, a não ser em casos específicos, esta será esgotada e aterrada. Temos também a alternativa de banheiros químicos, como pode ser visto na figura 24. Luz: solicitado à concessionária local a instalação provisória, exige a determinação da potência dos equipamentos elétricos instalados, como serra, betoneira, elevador, gruas, etc. que serão utilizados no canteiro. Barracão: sob essa denominação temos um conjunto composto por escritório de obra, local de trabalho do engenheiro e do mestre de obra, com local para guarda e análise de projetos e documentação de obra; depósito de ferramentas e equipamentos ou almoxarifado, destinado à guarda tanto de ferramentas manuais como de materiais frágeis ou de alto valor, como louças sanitárias, material hidráulico e elétrico;
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sanitários, que servem a toda a equipe de obra, dotados inclusive de chuveiros; refeitório e área de descanso, local de alimentação para a equipe; dormitório, que são instalados no caso de equipes deslocadas da cidade-sede. Na figura 25 temos um esquema básico de um barracão de obra, e nas figuras 26 e 27 temos modelos instalados em container padrão. Em todos os casos as instalações são dimensionadas conforme a NR-18.
Figura 24: Banheiro químico portátil utilizado em obras que exigem rápida mobilização em locais sem de infraestrutura básica, como água e esgoto.
Figura 25: Disposição básica de um barracão de obra, onde vemos as diversas áreas que devem ser previstas. Não necessariamente todas elas são mantidas juntas, pois a instalação sempre deve ser adequada ao local em que se insere.
Figura 26: Escritório de obra instalado em container, Figura 27: Disposições que podem ser adotadas uma solução rápida e eficiente, mas que só se justifica a em containeres padrão, demonstrando a partir de um determinado porte de obra. facilidade de mobilização do equipamento. •
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Depósitos cobertos fechados: destinados a materiais que devem ser resguardados das intempéries, como cimento, cal, portas, janelas, azulejos e pisos. Todos esses materiais devem ser colocados sobre estrados de madeira, para evitar a umidade do solo, e no caso específico do cimento e cal, afastados das paredes. O cimento só pode ser armazenado por 90 dias a partir da data de fabricação, e o seu empilhamento não pode exceder 10 sacos. Considera-se necessária uma área de 1 m² para 30 sacos de cimento. Depósitos cobertos abertos: destinados à guarda de madeira bruta, aço para concreto armado e protendido. Para a madeira é adequada a previsão de um comprimento de peças de até 6 m, e para as barras de aço, um comprimento de 15 m, sendo para alguns casos necessária a previsão de separação por bitola e tipo. Depósitos abertos: destinados à armazenagem de blocos de alvenaria, telhas e outros materiais que possam ficar ao tempo. Para prevenir encharcamento pela água de
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chuva, é necessária a previsão de uma lona plástica para proteção, ao menos superior, das pilhas de materiais. Baias: executadas com paredes laterais e traseiras de alvenaria ou tábuas de madeira, se destinam a receber o material a granel de forma separada, como areia e pedra, evitando assim o seu desperdício e mistura. Devem ser dimensionadas de acordo com o consumo e previsão de reabastecimento. Em época de chuva, os materiais devem ser protegidos por lonas plásticas para evitar variações no fator A/C dos concretos e argamassas. O seu dimensionamento se baseia na freqüência possível de abastecimento e consumo da obra. Pátios de armazenagem: locais para estocagem de peças de grandes dimensões como pré-moldados. Devem ser dimensionados considerando-se a movimentação desses elementos por equipamentos próprios, como guindastes ou gruas. Circulação: toda obra deve ter sua circulação programada, de forma a evitar remanejamento de áreas e principalmente perda de tempo na movimentação de operários e insumos. Dependendo do equipamento de movimentação adotado, os caminhos de serviço podem receber um revestimento primário para garantir o seu uso.
Além das instalações, é necessária a previsão, no canteiro de obras, dos equipamentos de movimentação de materiais que serão utilizados. Eles podem ser de pequeno porte, e tração humana, como jericas (figura 28), carrinhos plataforma e carrinhos carga rápida (figura 29), até equipamentos de grande porte, como guindastes (figura 30) e gruas (figura 31), que exigem bases de apoio para a adequada operação.
Figura 28: Jericão multiuso, útil para transporte de concreto e material a granel. Exige piso relativamente bom para a operação adequada.
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Figura 29: Carrinho plataforma hidráulico, para transporte de materiais paletizados. Exige piso muito plano. Ao fundo, vemos um carrinho carga rápida, assim conhecido pela velocidade de deslocamento e facilidade de carregamento.
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Figura 30: Guindaste de lança telescópica, utilizado quando há a necessidade de muita movimentação do equipamento para atender uma área extensa. Exige muito cuidado no seu apoio sobre o solo durante sua operação, principalmente quando operam com a lança toda alongada.
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Figura 31: Grua de torre fixa e lança móvel, com maior produtividade que os guindastes, também apresenta maior versatilidade dos modelos com lança fixa (pivotante na horizontal), pois apresenta capacidade de manobra na vertical, ajustando-se a operações em lugares mais restritos. A sua implantação exige planejamento prévio, integrado ao projeto do canteiro e da estrutura.
Também é necessária na organização de um canteiro de obra a previsão de remoção e disposição dos resíduos. A remoção local pode se utilizar de dispositivos como os apresentados na figura 32. Em compensação, podemos ver na figura 33 uma disposição incorreta e perigosa de resíduos Já a disposição final dos resíduos gerados pela construção atualmente é regulamentada pela Resolução CONAMA nº 307/2002,. Por ela, os resíduos devem ser agrupados e receberem posterior disposição adequada ás suas características. Os grupos de resíduos são: resíduos recicláveis como agregados resíduos recicláveis para outras destinações resíduos para os quais não foram ainda desenvolvidas tecnologias de reciclagem economicamente viáveis • resíduos perigosos • • •
Sendo uma obrigação legal, seu descumprimento pode levar a aplicação de multas ou até o embargo administrativo ou judicial da obra.
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Figura 32: sistema de remoção de resíduos, onde vemos uma tubulação vertical com bocais dispostos em cada andar, descarregando em uma caçamba, para posterior remoção. A utilização correta desse dispositivo exige que os operários sejam instruídos sobre o que deve ser lançado pela calha a cada vez, evitando assim que seja necessária uma separação posterior
Figura 33: armazenamento de madeira inservível. Apesar de estar separada, a forma como ela está acumulada é perigosa, pois se nota que existem ainda madeiras pregadas, e portanto as pontas de prego representam um risco adicional. Além disso, tanto material combustível acumulado é um risco real de incêndio, principalmente se houver instalação elétrica próxima
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3. FUNDAÇÕES O objetivo de uma obra de fundação é receber as cargas da estrutura e as transmitir de forma adequada ao solo, de forma a garantir, segundo Velloso e Lopes: Deformações aceitáveis sob as condições de trabalho (figura 34) (estado limite de utilização – NBR 8681) • Segurança adequada ao colapso do solo de fundação (figura 35) (estado limite último – NBR 8681) • Segurança adequada ao colapso dos elementos estruturais (figura 36) (estado limite último – NBR 8681) •
Figura 34: Deformação excessiva Figura 35: Colapso do solo. da estrutura.
Figura 36: Colapso dos elementos estruturais da fundação.
Ainda segundo eles, em casos específicos, devem ser considerados: Segurança adequada ao tombamento e deslizamento (estabilidade externa), quando forças horizontais elevadas atuam em elementos de fundação superficial. • Níveis de vibração compatíveis com o uso da obra, quando nela ocorrem cargas dinâmicas. •
Para atender a esses requisitos, temos diversos tipos de fundação, descritos a seguir.
3.1. Tipos de fundações Tradicionalmente, as fundações são divididas em dois grupos, as superficiais, ou diretas, definidas como aquelas em que os mecanismos de ruptura de base atingem a superfície do terreno, e as profundas, cujos mecanismos de base não atingem a superfície do terreno, ou, como estabelece a NBR 6122, são aquelas cujas bases estão implantadas a uma profundidade superior a 2 vezes sua menor dimensão, ou a mais de 3 m de profundidade.
3.1.1. Fundações superficiais São utilizadas quando a resistência das camadas superficiais do solo têm capacidade de suporte compatível com as cargas a serem lançadas e/ou, as camadas abaixo da camada portante apresentam grandes espessuras de solo mole (solo compressível), que inviabilizam técnica e economicamente o emprego de fundações profundas, como é o caso de algumas regiões litorâneas, onde a camada de vasa têm espessuras que ultrapassam dezenas de metros. Por essas características, a não ser quando temos uma camada superficial de rocha sã, as fundações rasas se restringem à carregamentos individuais pequenos e moderados, da ordem de poucas toneladas.
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Para verificar a possibilidade de emprego desse tipo de fundação, através dos Métodos de Estimativa de Tensões Admissíveis, tanto podem ser utilizados os métodos de investigação geotécnicos já descritos, que permitem a adoção de Método Teórico de Dimensionamento, como podemos adotar o Ensaio de Prova de Carga Sobre Placa (NBR6489), para um Método Semi-Empírico, como pode ser adotada uma tabela (tabela 2) que relaciona tensões básicas com o tipo de solo, como a apresentada na NBR 6122, caracterizando um Método Empírico de dimensionamento, sendo que essa tabela, segundo a própria norma, deve ser utilizada para uma orientação básica de projeto, nunca como elemento de cálculo definitivo. No dimensionamento de fundações rasas avaliamos a distribuição de tensões (cargas puntiforme, cargas distribuídas em placas flexíveis e placas rígidas) e os recalques, sejam imediatos, ou elásticos, sejam recalques totais. Tabela 2 – Tensões básicas segundo NBR 6122 Classe 1
Descrição (segundo definição da NBR 6502) Rocha sã, maciça, sem laminações ou sinais de decomposição
Valores (MPa) 3,0 (ver nota 1) 1,5 (ver nota 2) 1,0 0,6 0,3 0,5 0,4 0,2 0,3 0,2 0,1 0,3 0,2 0,1
2 Rochas laminadas, com pequenas fissuras, estratificadas 3 Rochas alteradas ou em decomposição 4 Solos granulares concrecionados, conglomerados 5 Solos pedregulhosos compactados a muito compactados 6 Solos pedregulhosos fofos 7 Areias muito compactas 8 Areias compactas 9 Areias medianamente compactas 10 Argilas duras 11 Argilas rijas 12 Argilas médias 13 Siltes duros (muito compactos) 14 Siltes rijos (compactos) 15 Siltes médios (medianamente compactos) Notas: 1. No caso de calcário ou outra rocha cárstica, devem ser feitos estudos especiais. 2. Para rochas alteradas ou decompostas, deve ser considerado o estado de decomposição e a natureza da rocha matriz.
Os tipos usuais de fundações rasas são:
Fundação em Alvenaria: muito utilizada em edificações com pequenas cargas previstas (até dois pavimentos, com pequenos vãos), vantajosa por dispensar formas e ferragem, a não ser na cinta de amarração, utilizada para uniformizar as tensões e absorver esforços acidentais. Executadas de tal forma que nela só ocorrem esforços de compressão (figura 37), as camadas de alvenaria são assentadas com argamassas com hidrofugantes e recebem exteriormente uma pintura com emulsão asfáltica, para evitar ascensão capilar da água. É comum, mas não essencial, que se execute uma camada de apoio em concreto magro, que tem a vantagem de nivelar o apoio para a execução da alvenaria. Sobre essa base as cargas devem ser aplicadas de forma distribuída, motivo pelo qual ela é sempre associada a paredes executadas em alvenaria auto-portante, nunca a pilares, devido a suas cargas concentradas.
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23 Figura 37: Fundação em alvenaria, onde vemos as suas características próprias, como o lastro de concreto magro, destinado ao nivelamento da estrutura; as camadas de blocos de alvenaria, intertravadas, atingindo uma altura total que configure, a partir do centro superior da cinta de equiparação de tensões, um ângulo de abertura não superior a 45°. Um cuidado importante é a escolha da argamassa de assentamento, que deve ter resistência à umidade, o que obriga a um controle de impurezas como materiais pulverulentos, na sua composição.
Sapata isolada: executada em concreto armado,é utilizada quando temos um pilar isolado aplicando a carga (figura 38). Neste caso, é a fundação mais barata, por otimizar o consumo de concreto e forma, motivo pelo qual geralmente é tronco-cônica, podendo ser adotados outros formatos quando as condições locais assim o exigirem. Sempre é armada (quando não é armada, recebe o nome de bloco de fundação, e apresenta maior altura para trabalhar apenas a compressão), por trabalhar à flexão. Para garantir a estabilidade do conjunto estrutural e a transmissão de carga ao solo, mesmo em caso de pilares não retangulares o seu centro de cargas sempre coincidirá com o centro de gravidade da sapata (figura 39). No caso de solos agressivos, devem ser adotados cuidados especiais quanto ao recobrimento e tipo de cimento adotado para a composição do concreto. Figura 38: Foto de duas sapatas isoladas, executadas próximas, onde se vê, pela variação dimensional da base que as cargas aplicadas são diferentes, apesar da aparente igualdade de dimensão dos pilares. Note-se ainda a estrutura da cofragem, destinada a garantir a concretagem sem deformações.
Figura 39: Exemplos de coincidência do CG da sapata com o centro de carga de pilares assimétricos, condição necessária para garantir a estabilidade da fundação executada com sapatas isoladas.
Sapatas corridas: adotadas em substituição à fundação em alvenaria, quando as cargas a serem aplicadas de forma distribuída são mais elevadas, ou o solo apresenta menor resistência, o que geraria consumo muito elevado de material e aumento significativo do peso da própria fundação (figura 40). Apenas nesse caso, de cargas distribuídas, elas apresentam eficiência superior às sapatas isoladas ou associadas. Considerando esse tipo de carregamento, a armadura normalmente utilizada nesse tipo de estrutura é a tela de aço, por sua configuração favorável, o que facilita o serviço, dispensado mão de obra especializada de armador. José Bento Ferreira
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Figura 40: Sapata corrida, utilizada sempre como apoio para uma carga distribuída, sendo comum a sua utilização para suportar paredes de alvenaria estrutural, que não apresenta carregamentos pontuais.
Sapatas associadas: utilizadas quando a proximidade dos pilares levaria a uma superposição de áreas da base ou quando as cargas estruturais são elevadas, para o tipo de solo sobre a qual se apóiam (figura 41). Para homogeneizar as tensões, possuem uma viga de rigidez incorporada na sua secção transversal e para garantir a estabilidade da fundação e a correta aplicação de cargas no solo, é essencial que o centro de gravidade da sapata seja coincidente com o centro de cargas dos pilares, motivo pelo qual ela atende sempre a pilares que possam ser alinhados sobre a viga de rigidez, não sendo aplicada a outros casos. Figura 41: Utilizadas apenas quando não é possível o emprego das sapatas isoladas, seu projeto exige uma escolha de dimensões criteriosa, para se obter um equilíbrio entre as proporções da viga de rigidez e os balanços das lajes de apoio.
Sapatas alavancadas: utilizadas quando um obstáculo ou a divisa do terreno impede o alinhamento do centro de carga de um pilar com o centro de gravidade de uma sapata. Para compensar o momento gerado, essa sapata é associada a outra através de uma viga alavanca, projetada de forma a transmitir os esforços, assegurando a estabilidade do conjunto, como visto na figura 42. Figura 42: Associação de duas sapatas através de uma viga alavanca, para compensar o carregamento excêntrico gerado pela dissociação entre centro de carga do pilar e centro de gravidade da sapata. O conjunto assim obtido deve apresentar um equilíbrio de pressão sobre o solo, o que obriga essa viga a ter grande rigidez, daí a sua secção transversal significativa.
Radier: denominação de uma laje totalmente apoiada sobre o solo, na qual se aplicam todas as cargas oriundas da estrutura, e esta se encarrega de transmiti-las de forma adequada ao solo. Sendo calculada como laje em base elástica, é adotada em dois casos muito distintos. No primeiro, temos cargas elevadas e concentradas, o que exige o emprego de José Bento Ferreira
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grandes espessuras de concreto para suportar os esforços de flexão e punção nela atuantes. O consumo de concreto pode ser diminuído, neste caso, com uma estrutura em grelha ou com o emprego de protensão (figura 43). No segundo caso, o radier é utilizado em casas populares, pois, ao mesmo tempo que compõe a fundação, serve como contra-piso ou mesmo piso da edificação (figura 44). Aqui, é necessário um projeto completo de instalações, pois a posterior execução de furos nessa estrutura para a passagem de instalações torna-se inviável para o porte da obra. Cada radier deve servir no máximo como fundação para duas casas, preferencialmente geminadas, e no caso de maciços sujeitos a deformação, ou em terrenos desnivelados, as fundações desse tipo devem servir a apenas uma casa. Figura 43: Esquema de radier para grandes estruturas, onde se pretende o seu aproveitamento para áreas subterrâneas de armazenagem ou estacionamento, conforme o caso. Note-se a grande espessura da laje necessária para atender as necessidades de carregamento e distribuição de tensões sobre o solo. Neste tipo de estrutura sempre é feita a verificação do efeito de punção sobre a laje.
Figura 44: Fase de concretagem de um radier de casa popular, sendo adotado esse tipo de fundação por ser, neste caso, um elemento facilitador da execução da alvenaria estrutural adotada nessa obra. A ausência de cargas pontuais permite a adoção de uma pequena espessura de laje (9 cm), sendo utilizados apenas reforços com telas metálicas em pontos com carregamento mais elevado (bordas).
Cuidados a serem tomados em fundações rasas Como cuidados de projeto, nas fundações rasas, deve se considerar que estas exigem uma aplicação de cargas sobre o solo o mais uniforme possível, obrigando que as cargas sejam encaminhadas aos pontos de carregamento do solo de forma compatível com a sua capacidade de carga, para que as dimensões das sapatas não apresentem muitas variações. Da mesma forma, as variações de capacidade de carga do solo, detectadas através das sondagens e das escavações executadas para a fundação devem ser consideradas, não se recomendando a adoção de valores médios, não representativos da realidade sob cada uma dessas estruturas. Tomados esse cuidados, podem se utilizar tamanhos padrão para as sapatas, sem risco de gerar posteriormente recalques lentos que induzam carregamentos excessivos na estrutura Como cuidados executivos, deve-se considerar que as sapatas, por sua geometria e dimensões e tipo de formas, podem se caracterizar como concreto-massa, ou seja, estruturas com grande concentração de concreto para uma pequena área de dissipação de calor, durante as primeiras idades. Isso exige cuidados com o concreto, sendo muitas vezes necessária a adoção de escamas de gelo em substituição a água de amassamento, para evitar dilatação e conseqüente fissuração da estrutura, e uma posterior ação de cura controlada, para garantir uma superfície não fissurada por desidratação. Outra forma de evitar o aquecimento excessivo, principalmente nos períodos mais quentes do ano, é a concretagem noturna.
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Outros cuidados a serem tomados é quanto à limpeza da forma, a execução de camada de proteção do fundo e a sua sujeição, pois, por se tratar de obra executada normalmente abaixo do nível da superfície do solo, o risco de contaminação é superior ao de outras peças de concreto armado, e esta é muito difícil de ser detectada nesse tipo de peça, a não ser quando uma manifestação patológica significativa a assinala. Quando a sujeição, a forma adotada para as sapatas, apoiada no solo, normalmente sugere que a cofragem sempre é estável, quando na verdade, devido às suas dimensões, a ruptura de uma parede da forma é muito provável se esta não estiver solidamente fixada. Na figura 45 temos exemplos de como não proceder a uma concretagem de fundação rasa. Figura 45: Exemplo de concretagem incorreta. Podem ser apontados os seguintes erros: 1. Ausência de formas laterais e provavelmente lastro no fundo da vala. Ao se utilizar as paredes de terra como contenção do concreto, principalmente o solo mostrado, facilmente desagregável, existe uma grande probabilidade de contaminação do concreto por torrões, criando falhas virtuais na estrutura que caracterizarão posteriormente linhas de ruptura ou de contacto da umidade com a armadura, o que pode provocar posterior corrosão. Nota-se também que pela ausência de formas, a cota de acabamento do concreto não é definida, o que prejudica posteriormente a execução da alvenaria. 2. Execução da armadura de forma amadorística, onde vemos a disposição irregular da armadura, sem alinhamento vertical adequado, e ausência de pontos de referência. 3. Armadura mal posicionada pela ausência de formas e de elementos de sujeição, como cavaletes, que assegurem o correto posicionamento estrutural e de recobrimento, o que é necessário para garantir a durabilidade e o correto desempenho estrutural. 4. Inviabilidade de se executar a impermeabilização da fundação, devido ao seu contacto direto com o solo, o que compromete posteriormente a proteção das paredes contra a umidade do solo. 5. Uso de carrinho de mão (peruzinho) para transportar concreto, o que aumenta a perda no transporte e segrega o material. 6. Ausência de caminhos para o transporte do concreto, o que aumenta o nível de contaminação das “formas”. 7. Ausência de EPIs (Equipamento de Proteção Individual)
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3.1.2. Fundações profundas São utilizadas quando a resistência das camadas superficiais do solo não é compatível com as cargas a serem lançadas ou então as cargas a serem transmitidas ao solo são muito elevadas, da ordem de dezenas ou centenas de toneladas por elemento de fundação. As fundações profundas se dividem em três tipos: •
•
•
Estacas, cujo elemento estrutural, dotado de ponta e fuste, pode ser pré-fabricado ou moldado “in loco”, podem ser executadas por cravação à percussão, por prensagem, por vibração, ou podem ser escavadas com o auxílio de ferramentas manuais ou equipamentos mecânicos. Tubulões, elemento de fundação de secção cilíndrica, que, ao menos na sua fase final, envolve a descida de operário para escavar o fuste e/ou conformar a base. Deve-se notar que a característica de entrada de funcionários para executar uma etapa da fundação é que caracteriza o tubulão, e não o seu diâmetro. Caixão, cuja estrutura prismática, executada na superfície, é abaixada até a cota final por escavação interna.
3.1.2.1. Estacas As estacas são normalmente divididas em duas categorias: •
•
Estacas de deslocamento, que são aquelas introduzidas no terreno sem escavação prévia ou apenas com escavação inicial executada para transpor camada superficial muito rígida. Estão nessa categoria as estacas pré-moldadas de concreto, de aço, madeira, e as estacas de concreto apiloado, com ou sem revestimento metálico, como as estacas Strauss e Franki. Estacas escavadas, executadas com a perfuração prévia do terreno, com ou sem revestimento, para posterior preenchimento de concreto. São desse tipo as brocas, trados, estacões, estacas barretes, hélices contínuas monitoradas e estacas tipo ômega.
A escolha do tipo de estaca está diretamente ligada à carga a ser aplicada e as camadas de solo a serem ultrapassadas, e também às condicionantes operacionais de cada local, considerando-se que cada tipo tem níveis de ruído, vibração e emissão de gases, além do posicionamento do equipamento de execução, que devem ser considerados na escolha. Quanto à sua capacidade resistente, deve-se considerar que podemos ter, em relação ao solo, resistência de ponta, de fuste ou a associação entre as duas, e a determinação do tipo de estaca está ligada à sua secção resistente, resistência do solo à execução e estabilidade lateral proporcionada pelo solo ao fuste.
Estacas pré-fabricadas: os elementos estruturais são executados fora do canteiro de obras e cravados no local por percussão (figura 46), vibração ou prensagem (figura 47). As estacas podem ser constituídas por perfis metálicos (figura 48), peças de concreto armado (figura 49) ou protendido ou então por madeira (figura 50). As vantagens e desvantagens de cada um dos tipos são apresentadas no quadro 2 e as suas capacidades de carga no quadro 3.
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28 Figura 46: Cravação de estaca metálica por percussão. Nesta foto podemos notar os principais elementos do sistema, que são: • Conjunto de guincho, que ergue e libera o martelo, e ergue e posiciona a estaca. Neste caso, o martelo tem uma montagem denominada capelinha, onde ele corre entre as guias de queda e a estaca também é posicionada entre as guias. Isso diminui a possibilidade de golpes excêntricos, aumentando a efetividade do equipamento. O seu posicionamento é feito com guincho ou alavanca, a partir dos cilindros de apoio. Martelo, que golpeia a estaca, transmitindo a ela o efeito • cinético da queda da sua massa. É dimensionado conforme a carga que a estaca deverá suportar e a dimensão da sua secção. • Capacete, peça de proteção da cabeça da estaca, que evita a deformação da superfície, em uma estaca metálica, ou a quebra, em uma estaca de concreto. Normalmente sobre o capacete é utilizado um cepo de madeira dura para que a aplicação do golpe não apresente picos característicos, melhorando as características de transferência das forças de impacto. Coxim, peça de madeira utilizada para uniformizar as • tensões dos golpes sobre toda a superfície de aplicação, motivo pelo qual são utilizadas madeiras macias na sua confecção, sendo descartado a cada estaca. Figura 47: Muito utilizadas para reforço de fundação, as estacas cravadas por prensagem são executadas forçando-se pequenos segmentos de estaca, conhecidos comumente como tubos, contra o solo, com a utilização de um macaco hidráulico. Ao final da cravação, os tubos podem receber armação e concreto de enchimento, visando a solidarização do fuste, aumentando a estabilidade lateral do conjunto, e então é executado o encunhamento e a concretagem do nicho de macaqueamento. Como elemento de reação para essa cravação, utiliza-se a própria estrutura que se pretende reforçar, sendo que nesse caso o coeficiente de carregamento equivale a 1, como podem ser executadas cravações com elementos de reação sobrecarregados, denominados cargueiras, quando o coeficiente de carregamento pode chegar a 2. Quando a reação é contra a estrutura pré-existente, muitas vezes é necessário o seu reforço local, para que a interação da carga de reação com a estrutura se dê de forma adequada, não gerando tensões pontuais. A vantagem desse tipo de execução é a ausência de vibração ou impacto a ser transmitido às construções lindeiras e a possibilidade de se trabalhar em espaços restritos, uma condição normal em obras de reforço, onde escavações extensas podem desestabilizar a estrutura que se pretende reforçar.
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29 Figura 48: Composições de perfis metálicos que podem ser utilizados como estacas metálicas. Temos perfis I, H, Tubos metálicos de secção quadrada e circular, e composição de estacas a partir de trilhos, sejam simples seja a partir da combinação de 2 a 4 trilhos soldados entre si. No cálculo da capacidade de carga desse tipo de estaca, a NBR 6122 exige que seja descontada uma espessura de 1,5 mm em toda a secção, então, podemos ver que nas estacas compostas por tubos, existe uma diferença entre aquelas de ponta aberta e as de ponta fechada, porque nestas não existe contacto direto do solo com a parede interna. São as estacas mais fáceis de emendar, através de solda, mas exigem proteção contra corrosão em alguns tipos de solos.
Figura 49: Detalhe da cravação de uma estaca de concreto de secção octogonal, quase no momento do impacto do martelo com o capacete de proteção da cabeça da estaca. Pode-se notar, pela idade do equipamento, que o capacete apresenta uma folga excessiva nos trilhos, o que compromete o seu alinhamento no momento do impacto. Isso dissipa energia que não é então aproveitada na cravação (capacidade real inferior à nominal), e pode levar à ruptura da cabeça da estaca, por concentração de tensões de forma assimétrica. Também prejudica a verificação na nega, que é a medição da penetração que indica que a capacidade de carga desejada foi alcançada.
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30 Figura 50: Fundação antiga executada com estacas de madeira, como as da cidade de Veneza. Neste caso em especial, devido ao solo mole encontrado no estuário, foi adotado um tipo de fundação flutuante, composta por estacas de madeira de pequeno comprimento (2 a 5 m), encimado por um bloco de fundação de alvenaria de pedra lavrada argamassada que, além de solidarizar o conjunto, protege a cabeça das estacas do apodrecimento que pode ser gerado pela faixa de variação das marés. Sobre essa base se executa a construção. Como a capacidade de carga individual de cada estaca é pequena, por apresentar resistência de fuste e não de ponta, estima-se que sob a cidade de Veneza existam 12.000.000 de estacas de madeira sustentando todas as construções da cidade.
Quadro 2. Vantagens, desvantagens e indicações de uso de estacas pré-fabricadas Tipo
Indicação e características Execução de obras provisórias em pontes e obras marítimas, onde trabalharão submersas, submetidas a cargas entre 10 e 30 t, normalmente por resistência de fuste.
Vantagens
Desvantagens
Baixa durabilidade Leves e de fácil transporte Custo acessível
Baixa capacidade de penetração em solos mais duros, exigindo nesse caso ponta metálica.
Fácil disponibilidade Madeira A carga admissível depende do diâmetro médio e do tipo de Fáceis de confeccionar a partir Exigem cuidados especiais nas madeira. de material bruto. emendas, que podem ser Trabalham normalmente por executadas por sambladura, atrito lateral, mas também talas ou anéis metálicos. apresentam resistência de ponta. Apresentam grande capacidade de carga Metálicas
Trabalham bem à tração e compressão Podem ser utilizadas em obras definitivas ou provisórias
Fácil cravação Baixa vibração Podem ser cravadas em quase qualquer tipo de terreno Facilidade de corte e emenda
Custo superior aos outros tipos de estacas pré-moldadas e às estacas tipo Franki e Strauss. Necessitam de proteção contra corrosão Têm limitação quanto ao comprimento total
Concreto
Utilizadas em obras de pequeno e médio porte São utilizadas em obras definitivas
Possuem diversas secções transversais, o que as torna muito adaptáveis às condições de cargas e terrenos Podem ser cravadas abaixo do nível da água
Cortes e emendas exigem maiores cuidados, dificultando o aproveitamento de sobras curtas Processo de cravação com alto nível de vibração Apresentam restrições à cravação em terrenos muito resistentes
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Quadro 3. Tipos e capacidades de carga de estacas de aço e concreto Material
Tipo
Vibrada quadrada
Dimensão
Carga usual
(cm)
(tf)
20x20 a 35x35
25 a 80
Carga máxima
Observações
((tf) 35 a 100
Comprimento de até 8 m Podem ser emendadas Comprimento de até 10 m
Vibrada circular
22 ≤ Ø ≤ 33
30 a 70
40 a 80
Podem ser emendadas Possuem furo central Comprimento de até 12 m
Concreto
Protendida
22 ≤ Ø ≤ 33
25 a 70
35 a 80
Podem ser emendadas Possuem furo central Comprimento de até 8 m Podem ser emendadas
Centrifugada
22 ≤ Ø ≤ 60
25 a 170
30 a 230
Possuem furo central Espessura da parede varia de 6 a 12 cm
Trilhos
Metálicas
Perfis I
Perfil H
Madeira
TR 25
20
Peso de 24,6 Kgf/m
TR 32
25
Peso de 32,0 Kgf/m
TR 37
30
Peso de 37,1 Kgf/m
TR 45
35
Peso de 44,6Kgf/m
TR 50
40
Peso de 50,3 Kgf/m
2 TR 32
50
Peso de 64,0 Kgf/m
2 TR 37
60
Peso de 74,2 Kgf/m
3 TR 32
75
Peso de 96,0 Kgf/m
3 TR 37
90
Peso de 11,3 Kgf/m
I 8”
30
Peso de 27,3 Kgf/m
I 10”
40
Peso de 37,7 Kgf/m
I 12”
60
Peso de 60,6 Kgf/m
2 I 10”
80
Peso de 75,4 Kgf/m
2 I 12”
120
Peso de 21,2 Kgf/m
H 6”
40
Peso de 37,1 Kgf/m
Ø 20 cm
15
Ø 25 cm
20
Ø 30 cm
30
Ø 40 cm
40
Ø 50 cm
50
Observação: as cargas discriminadas correspondem à capacidade de carga estrutural da estaca, sendo que esses valores podem não ser atingidos devido à capacidade de carga do solo.
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Estacas Franki: estaca executada por deslocamento, através da cravação de um tubo de aço que possui a sua ponta fechada por uma bucha de concreto. Essa cravação é feita com o uso de um pilão, que ao incidir sobre a bucha, arrasta consigo o tubo, o que impede a contaminação do fuste. Ao se atingir a cota desejada, o tubo é travado e a bucha é socada até se desprender do tubo. Na continuidade do trabalho, concreto é lançado e apiloado, formando a base alargada. Coloca-se então a armadura e se prossegue a concretagem com o apiloamento do concreto e remoção do tubo, sendo esta controlada para evitar estrangulamento ou contaminação do fuste (figura 51). Estacas desse tipo, por serem cravadas coma ponta fechada, não apresentam problemas com lençol freático ou solos de resistência variável, também sendo fácil o ajuste do seu comprimento. O apiloamento da base e do fuste aumentam tanto a resistência de ponta como de fuste, o que permite a previsão de cargas de até 170 tf, não sendo recomendável a sua adoção para cargas inferiores a 50 tf, devido à sua mobilização e aos inconvenientes de vibração e dimensão da área de trabalho.
Figura 51: Seqüência executiva de uma estaca Franki, na qual vemos a cravação do tubo com a bucha, a expulsão da bucha e formação da base alargada, e a concretagem do fuste com apiloamento do concerto, dando a forma característica dessa estaca.
Brocas: Estacas executadas por escavação manual, com o auxílio de um trado manual, ao qual vão sendo adicionadas hastes conforme se aprofunda a perfuração. Executadas apenas em solos mais consistentes, têm uma capacidade de carga estimada de até 6 tf, comumente atingindo uma profundidade de até 6 m, sendo rotineiro se alcançar a camada de cascalho, ultrapassando a camada superficial de solo mais fraco, deformável ou colapsível. Não é recomendável a sua execução abaixo do lençol freático, devido ao possível estrangulamento de fuste. Caso seja necessário, isso só será possível em solos resistentes, com baixa velocidade de percolação, sendo a concretagem executada sem o auxílio de bomba de esgotamento e com o uso de tubo para concretagem submersa. José Bento Ferreira
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Trados: estacas executadas como as brocas, mas com o emprego de trados mecânicos. Apesar de atingir maiores profundidades e cargas, apresenta as mesmas restrições das brocas. Estacas Strauss: estaca executada por escavação, com o auxílio de água, em concreto simples ou armado, com revestimento metálico recuperável. A sua capacidade de carga varia de 20 a 40 tf, com o diâmetro variando entre 25 e 38 cm. Na sua execução utilizamos uma sonda ou piteira, dotada de válvula mecânica na borda cortante inferior e janelas de descarga laterais. Ao penetrar no solo, o material, já amolecido pela água, entra na piteira, e, ao esta ser levantada, o descarrega lateralmente pelas janelas. Ao se aprofundar a escavação, a camisa metálica é abaixada com o auxílio da piteira e novo segmento é rosqueado. Atingida a profundidade desejada, é introduzida água limpa na tubulação, para sua limpeza, e esta é esgotada com o uso da piteira ou de bomba. O concreto, com SLUMP de 80 mm é lançado e apiloado, formando a base da estaca, e então, conforme o tubo é retirado lentamente, mais concreto é lançado e apiloado, formando o fuste. Devido às características construtivas, a armação do fuste não é uma operação simples, sendo mais recomendado que se utilizem apenas barras de aço de espera. Caso seja necessário, utiliza-se um soquete com diâmetro menor que o da armação, e o saque do tubo deve ser feito com atenção para não a deslocar. Esse tipo de estaca apresenta restrições quanto a solos moles ou areias fofas e quanto a lençóis freáticos. Em compensação, a sua execução transmite pouca ou nenhuma vibração para edificações vizinhas, e o equipamento para a sua execução ocupa pouco espaço. Estacões: estacas escavadas mecanicamente, utilizadas para grandes cargas, com diâmetro entre 0,60 e 2,00 m, são executadas até 45 m de profundidade, com equipamento rotativo de grande porte e o auxílio de lama bentonítica, que preenche totalmente o furo conforme a broca avança, estabilizando as suas paredes até sua concretagem. Exige uma grande área de trabalho, para permitir a movimentação da perfuratriz e a instalação dos tanques de lama e depósito de material escavado. Apresenta ainda restrições quando existem camadas de areia fina e fofa ou lençol freático com velocidade de percolação, fatores que podem contaminar e desestabilizar a lama. Estacas barrete e paredes diafragma: executadas da mesma forma que os estacões, as estacas barrete dela diferem por terem secção retangular ao invés de secção circular. A associação de estacas barrete compõe uma parede diafragma. A seqüência de execução pode ser vista na figura 52.
Figura 52: Seqüência de execução de uma estaca barrete, onde temos a escavação com clamshell, já com a utilização da lama como estabilizante (a) a colocação da armadura, imersa na lama bentonítica (b) e a concretagem, executada com tubulação (tremonha), a partir do fundo da escavação (c).
Hélice contínua monitorada: estaca moldada “in loco”, executada por meio de um trado contínuo mecânico e injeção de concreto pela haste central do trado, durante a sua operação de retirada do furo. É denominada monitorada porquê durante a penetração no José Bento Ferreira
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solo, o torque aplicado é controlado e na operação de bombeamento de concreto, que apresenta SLUMP entre 200 e 240 mm temos o monitoramento da pressão e controle da saída da hélice (figura 51). A armadura é colocada após a concretagem. As suas grandes vantagens são a velocidade de execução, a ausência de vibração e a capacidade de ser executada em locais que apresentam lençóis freáticos e/ou camadas resistentes, podendo ser atingidas profundidades de até 32 m e inclinação de 1:4 (H/V), com diâmetros que variam de 275 a 1000 mm, com cargas estruturais admissíveis entre 35 e 500 tf. Devido à dimensão do equipamento, são necessárias uma grande área de trabalho plana e central de concreto próxima, e a sua mobilização só é justificada economicamente quando existe um número mínimo de estacas de mesmo diâmetro a serem executadas. Figura 53: Execução de uma estaca através do método da hélice contínua monitorada. A primeira etapa é a escavação, com controle de torque, utilizando-se um trado em hélice contínua, montado em uma haste tubular. Esse trado, ao mesmo tempo em que escava, remove o solo do furo. Atingida a cota desejada, inicia-se a retirada do trado com o bombeamento simultâneo do concreto, de forma a evitar vazios na coluna. Isso é controlado pelo computador de bordo do equipamento. Ao se terminar a concretagem, imediatamente a armadura é inserida no concreto, com o auxílio de um guindaste, conforme figura abaixo.
Estacas tipo ômega: semelhante ao procedimento das hélices contínuas monitoradas, dela difere pelo formato do trado, que ao invés de retirar o material o comprime lateralmente, gerando uma tensão no solo que permite a diminuição do diâmetro e da profundidade da estaca, e a introdução da armadura antes da concretagem, pela estabilização da parede do furo. Também tem como vantagem a ausência de material escavado, diminuindo o espaço de trabalho necessário. 3.1.2.2. Tubulões São fundações que correspondem a poços com bases alargadas (figura 54) que, em seu todo ou em parte, são executadas por meio de escavação manual.
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Figura 54: Geometria de um tubulão, onde vemos a sua base alargada, a partir de um fuste que deve ter diâmetro compatível com a área de trabalho de pelo menos 1 operário (0,70 m). É comum se adotar para α um valor quer permita ao concreto da base trabalhar apenas por compressão, dispensando a armadura destinada a combater a flexão. No caso de ausência de esforços laterais, a armação metálica pode se restringir ao topo dessa base, sendo destinada à vinculação com a mesoestrutura.
Quanto às suas características construtivas, temos dois tipos de tubulões, a céu aberto e a ar comprimido.
Tubulão a céu aberto: método utilizado quando não se prevê escavação abaixo do lençol freático ou a pouca profundidade deste (figura 55). Consiste em um poço escavado sem revestimento até a cota onde se encontra a camada resistente que se pretende atingir, e ao ser atingida essa cota, é executada a conformada base, colocada a armadura e a concretagem com tremonha. Executada em solo firme, apresenta as vantagens de permitir uma verificação das camadas do solo conforme avança a escavação, e não necessitar que quase nenhuma mobilização de equipamento, equipamento, apesar um sarilho, pás, picaretas e baldes, o que permite que ela seja executada em obras remotas. Figura 55: Execução de um tubulão a céu aberto, onde vemos a escavação do poço, neste caso com diâmetro suficiente para o trabalho de apenas um operário, e a sua etapa de lançamento do concreto, onde se constata um erro executivo, a queda do concreto de uma altura superior a 2 m, o que exige o uso da tremonha ou tubo de queda, destinado a evitar a segregação dos componentes do concreto e a erosão das paredes de solo.
Tubulão a ar comprimido: procedimento adotado quando é necessário se ultrapassar o lençol freático na execução do tubulão, para se atingir a camada resistente desejada. Neste caso, o poço escavado é revestido com uma camisa de concreto ou aço, sendo a primeira mais comum no Brasil, e ao se alcançar a cota do lençol freático, é instalada uma campânula de aço (figura 56), que, ao manter a pressão dentro do tubo superior à pressão José Bento Ferreira
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gerada pelo lençol d’água, com a utilização de um sistema de compressores e válvulas, permite o trabalho a seco no seu interior (figura 57).
Figura 56: Colocação de uma campânula de tubulação a ar comprimido em um fuste de concreto. É possível se notar o local de fixação da campânula no tubulão, normalmente um anel metálico dotado de parafusos, e a existência de ferragem de espera para a concretagem de novos anéis nesse tubulão, conforme progride a sua escavação.
Figura 57: Esquema geral de um tubulão a ar comprimido, onde se podem ver as válvulas de saída de material e entrada de concreto, chamadas de cachimbo, que impedem a perda de pressão interior, bem como o final do tubo de parede afilada, proporcionando um pequeno ganho na área de trabalho. Na operação de descida do tubulão cuidados adicionais devem ser tomados para garantir a sua verticalidade.
Esse tipo de fundação permite cargas sobre o solo de centenas de toneladas, motivo pelo qual é muito adotado em obras como pontes e viadutos, que apresentam carregamentos dessa ordem. A sua execução é lenta, motivo pelo qual se estudam muitas vezes alternativas mais caras, caras , mas que apresentam maior velocidade de execução, como estacões ou o equipamento Bade-Wirth. Quando tempo não é um impedimento, costuma-se adotar o tubulão a ar comprimido por ser a alternativa mais econômica para fundações de grande carregamento.
3.1.2.3. Caixões Estruturas retangulares de fundo aberto, executadas em concreto armado ou aço, que funcionam dentro do mesmo princípio do tubulão a ar comprimido, como pode ser visto na figura 58.
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Figura 58: Modelo de caixão a ar comprimido para a execução de fundações submersas ou abaixo do lençol freático. É adotada quando é necessário se obter uma grande superfície de apoio sobre um solo que demanda pouca profundidade de escavação para ser atingido. Ao ser atingida a cota desejada, é colocada a armadura de aço e feito o seu preenchimento de concreto. Atualmente não é uma solução muito usual, tanto pelos riscos como pela lentidão com que os trabalhos de escavação se desenvolvem.
Assentes sobre leitos de rios, permitem a sua escavação manual até a camada resistente, quando então são preenchidos de concreto para funcionar como base de grande dimensão para pontes ou obras portuárias. Sua execução execução é lenta e não é isenta de riscos, como nos tubulões, por envolver a colocação de operários diretamente no local da escavação.
3.2. Vinculação das fundações às estruturas superiores Uma fundação pode ser vinculada a uma estrutura pelos seguintes métodos: • • •
Assentamento direto de alvenaria Ferragem de arranque Blocos de fundação
Assentamento direto da alvenaria: é o método adotado em fundações de alvenaria e em sapatas corridas, que já proporcionam uma base de apoio para a alvenaria sobrejacente (figuras 37 e 40). Apenas pode ser usada quando não são previstos esforços laterais na estrutura, pois a forma de ligação entre as estruturas, com argamassa, não suporta forças cortantes ou flexão. Ferragem de arranque: utilizada quando a cada elemento de fundação está associado apenas um elemento de descarga concentrada, como conjuntos sapata/pilar (figura 38), ou tubulão/pilar (figura 61), não sendo comum a ligação estaca/pilar. Blocos de fundação: elementos de solidarização executados em concreto armado, utilizados quando é necessário mais de um elemento de fundação para suportar a carga aplicada sobre ele pela estrutura. A sua aplicação mais comum é em conjuntos de estacas (figura 60), sendo também muito utilizado em obras com cargas da ordem de milhares de toneladas, para conjuntos de tubulões. A função do bloco de fundação é garantir que o conjunto de elementos trabalhe de forma uníssona, impedindo recalques excessivos ou torções, mesmo sob cargas laterais elevadas. Para que isso aconteça, a primeira operação a ser executada, no caso de estacas, é o arrasamento das cabeças, de forma a que todas elas apresentem a mesma cota, sendo o procedimento apresentado na figura 61.
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Figura 59: Esquema da fundação da ponte sobre o reservatório da hidroelétrica de Xavantes, constituída por pórticos-grelha ligados entre si por vigas pré-moldadas apoiadas em dentes Gerber. A fundação foi executada com tubulões a ar comprimido, ligados diretamente aos pilares, existindo apenas vigas de ligação entre eles para garantir estabilidade lateral, não distribuição de tensões verticais.
Figura 60: Fundação de ponte executada com estacas, verticais e inclinadas, solidarizadas por bloco de fundação.
Figura 61: Seqüência executiva de inserção de uma estaca em um bloco de fundação.
As formas e dimensionamento dos blocos, bem como a sua armadura, são definidos pela quantidade de elementos que se pretende associar para suportar as tensões previstas, sendo suas dimensões usuais apresentadas na tabela 3 e sua forma geométrica demonstrada na figura 62.
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Tabela 3 - Dimensões usual de blocos de fundação Diâmetro
Dimensões
(mm)
A
b
c
d
100
30
90
60
54
120
35
95
60
54
150
40
100
60
54
160
40
100
60
54
200
45
115
70
63
250
50
130
80
69
310
55
155
100
87
410
65
195
130
114
Um caso particular de bloco de fundação é a sua associação com estacas para gerar a “estapata”, onde sua superfície de contacto com o solo contribui para aumentar a capacidade resistente da fundação, considerando-se então para efeito de cálculo o bloco como sapata, descontando-se a área das estacas da superfície de apoio. Figura 62: Formas geométricas de blocos utilizados para solidarizar estacas ou tubulões. O afastamento entre os elementos é calculado para que a interação entre os bulbos de pressão gerados por cada um deles seja feita de forma favorável, e também para que durante a cravação dos elementos, no caso de estacas pré-moldadas, as tensões geradas durante essa operação não prejudique o desempenho das estacas já cravadas, levando a perda de capacidade de carga do conjunto. As dimensões verticais e armadura são definidas de acordo com o afastamento e as cargas aplicadas. O rasamento de todos os elementos de fundação que serão solidarizados em cada bloco deve ser feito de modo a que todos apresentem a mesma cota superior, e estrutura indene.
3.3 Impermeabilização de fundações Normalmente, as estruturas que têm contacto direto com o solo podem apresentar problemas relacionados com a umidade. Via de regra, quando a estrutura envolve apenas concreto em contacto direto, essa estrutura, se adequadamente projetada não apresenta problemas. No entanto, quando junto ao concreto temos alvenaria ou outros elementos que
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possam permitir a ascensão capilar, é necessário o tratamento dessa estrutura, interna e externamente. O problema é apresentado na figura 63 Figura 63: Esquema geral dos mecanismos geradores de umidade no ambiente interno de uma edificação a partir das suas fundações. Vemos, de baixo para cima as seguintes situações: •
•
Infiltração direta, normalmente causada pela existência de um lençol freático próximo à superfície do solo, gerando pressão direta sobre o paramento de alvenaria ou concreto de uma obra abaixo do nível do solo. Deve ser adotada uma película ou camada de bloqueio adequada ao substrato e à pressão da água. Umidade por ascensão capilar, que ocorre normalmente quando a parte inferior da construção, executada com elementos mais porosos, como elementos de alvenaria e argamassa, sem proteção adequada, têm contacto direto com o solo, absorvendo a sua umidade. Pode ser um problema sazonal, quando existe grande variação do nível do lençol freático, como permanente, quando este tem nível elevado permanentemente.
Outros fatores podem provocar a umidade nas edificações, mas não a partir das suas fundações, motivo pelos quais os outros casos são abordados no item impermeabilizações.
Pode-se depreender, do exposto acima, que a nossa preocupação direta é a proteção da alvenaria e da argamassa em contacto direto com o solo. Diversos fabricantes apresentam esquemas muito semelhantes, que apresentam funcionalidade em obras correntes. A operação consiste nas seguintes etapas: •
• •
•
•
Aplicar no respaldo do alicerce camada impermeável, executada com argamassa à qual se tenha associado um hiodrofugante, na proporção recomendada pelo fabricante. Essa camada deve descer ao menos 15 cm na lateral e apresentar uma espessura mínima de 1,5 cm, no podendo ser queimada. Sobre essa camada, aplicar uma pintura com emulsão asfáltica. Assentar sobre a fundação pelos menos 3 fiadas executadas com argamassa à qual se tenha associado um hidrofugante. Revestir as paredes internas e externas até uma altura de pelo menos 1 m acima do solo com argamassa à qual se tenha associado um hidrofugante. No caso de construções enterradas, a parede em contacto com o solo deve ser totalmente revestida com argamassa à qual se tenha associado um hidrofugante, até 1 m acima do solo. As figuras 64 e 65 apresentam as soluções padrão propostas.
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Figura 64: Esquema de impermeabilização proposto pela Otto Baumgart para paredes expostas e enterradas. Figura 65: Seqüência executiva da impermeabilização de uma fundação, onde temos: •
•
•
Impermeabilização do respaldo da fundação com argamassa a qual foi associado um hidrofugante. Aplicação de pintura hidrofugante, a base de emulsão asfáltica. Assentamento das 3 primeiras fiadas com argamassa a qual foi associado um hidrofugante.
Após essa operação, a parede também é revestida com massa com hidrofugante, até uma altura de pelo menos 1 m acima do solo.
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4. ESTRUTURAS DE CONCRETO DE CIMENTO PORTLAND A execução de estruturas de concreto simples, armado ou protendido envolve basicamente as seguintes operações, nem todas elas executadas em cada caso: • •
• • • •
Execução e posicionamento da armadura frouxa. Execução e posicionamento, e, no caso de pré-tensão, protensão da armadura protendida. Execução, posicionamento e sujeição das formas e escoramento. Mistura, transporte, lançamento, adensamento e cura do concreto de cimento portland. Execução da protensão, em estruturas de concreto protendido pós-tensionado . Remoção das formas e do escoramento.
4.1. Armaduras para concreto armado e protendido Estrutura composta por fios, barras ou cabos de aço, imersa no concreto, que trabalha em conjunto para resistir aos esforços atuantes sobre essa estrutura, sendo essencial a sua disposição correta, nas 3 dimensões da peça de concreto armado ou protendido para se obter a resistência desejada. Quando à estrutura de aço do concreto não é aplicada nenhuma tensão a não ser aquela oriunda do carregamento da peça, dizemos que ela é uma armadura frouxa, e essa é uma característica da armadura do concreto armado. Normalmente é composta por barras ou fios, dobrados, amarrados com arame ou soldados e dispostos na forma correta dentro da forma de concreto. Quando à estrutura de aço é aplicada uma tensão adicional, fazendo com que surjam tensões na peça de concreto, destinadas a se contrapor a outras tensões oriundas do carregamento da peça, dizemos que ela é uma armadura ativa, sendo esta uma das características do concreto protendido. Normalmente essa armadura é composta por cabos ou fios dispostos na forma correta dentro a forma de concreto, através de dispositivos de sujeição, não sendo dobrados ou soldados. Essa armadura pode ser tensionada antes da concretagem, o que é denominado pré-tensão, ou posteriormente à concretagem, o que é denominado pós-tensão.
4.1.1. Aços para concreto armado Identificados pela sigla CA (concreto armado), são barras, fios ou malhas de aço, destinadas especificamente a serem empregadas na execução de peças de concreto armado. São aços doces, laminados a quente (classe A) ou a frio (classe B). Os aços classe “A” são fornecidos em barras, com diâmetro nominal igual a 5 mm ou superior, e os aços classe “B” são fornecidos em fios, com diâmetro nominal igual ou inferior a 10 mm.
4.1.1.1. Barras Todas as barras nervuradas, obrigatoriamente, devem trazer marcas de laminação em relevo, identificando o fabricante, tipo de aço e diâmetro nominal. Além disso, considera-se que as barras e fios, quando fornecidos retos, devem apresentar um comprimento de 11,00 m, com tolerância de 9 %, sendo que outros comprimentos e tolerâncias devem ser acordados entre fornecidos e consumidor. Os aços para concreto armado, obrigatoriamente, devem apresentar as propriedades mecânicas estabelecidas na tabela 4:
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Tabela 4 – Propriedades mecânicas dos aços para uso em concreto armado Ensaio de tração (valores mínimos) Ensaio de dobramento a 180 ° Categoria Resistência Limite de Alongamento Diâmetro do característica resistência em 10 Φ pino de escoamento fy fst (MPa) (MPa) (%) (mm)
Aderência Coeficiente de conformação superficial mínimo para Φ ≥ 10 mm η
CA-25 CA-50 CA-60
250 500 600
1,20 fy 1,10 fy 1,05 fy
Φ<
Φ>
20 2Φ 4Φ 5Φ
20 4Φ 6Φ -
18 8 5
1,0 1,5 1,5
Extraído da NBR 7480
Considera-se que o diâmetro do pino descrito é aplicável ao ensaio, enquanto que nas condições de execução, a NBR 6118 considera os seguintes diâmetros internos mínimos para ganchos (tabela 5): Tabela 5 – Diâmetro interno mínimo para dobramento de aço CA - 25 CA – 50 Bitola mm 4Φ 5Φ Φ < 20 5Φ 8Φ Φ ≥ 20
dobramento:
CA - 60 6Φ -
Para estribos, adotam-se os valores da tabela 6 para definir os pinos de
Tabela 6 – Diâmetro interno mínimo para dobramento, em estribos Bitola (mm) CA-25 CA-50 3Φ 3Φ Φ ≤ 10 10 < Φ < 20 4Φ 5Φ 5Φ 8Φ Φ ≥ 20
CA-60 3Φ 6Φ -
4.1.1.2. Telas As telas de aço são especificadas de acordo com o seu material e secção de aço no sentido predominante. Os tipos previstos na NBR 7481/1990 são (tabela 7): Tabela 7: Tipos de telas para concreto armado Tipo `Q´ Secção por metro da armadura longitudinal igual á da secção por metro transversal, usualmente com malha quadrada; aço CA-60. Tipo `L´ Secção por metro da armadura longitudinal maior que a secção por metro transversal, usualmente com malha retangular; aço CA-60. Tipo `T´ Secção por metro da armadura longitudinal menor que a secção por metro transversal, usualmente com malha retangular; aço CA-60. Tipo `QA´ Secção por metro da armadura longitudinal igual á da secção por metro transversal, usualmente com malha quadrada; aço CA-50 B. Tipo `LA´ Secção por metro da armadura longitudinal maior que a secção por metro transversal, usualmente com malha retangular; aço CA-50 B. Tipo `TA´ Secção por metro da armadura longitudinal menor que a secção por metro transversal, usualmente com malha retangular; aço CA-50 B.
da armadura da armadura da armadura da armadura da armadura da armadura
Existem ainda os tipos destinados à fabricação de tubos de concreto, que são (tabela 8):
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Tabela 8 – Tipos de telas para tubos de concreto Tipo `PB´ Para tubos com encaixe tipo `ponta e bolsa´; aço CA60 Tipo `MF´ Para tubos com encaixe tipo `macho e fêmea´; aço CA-60 Tipo `PBA´ Para tubos com encaixe tipo `ponta e bolsa´; aço CA50 B Tipo `MFA´ Para tubos com encaixe tipo `macho e fêmea´; aço CA-50 B
As telas soldadas sempre devem ser executadas por eletrosoldagem, em um processo que gere a soldagem por caldeamento, não afetando a resistência do núcleo do aço classe `B´. São fornecidas em painéis ou rolos, com largura usual de 2,45 m, ficando o comprimento dos painéis entre 4,20 m e 6,00 m e dos rolos entre 60 m e 120 m.
4.1.1.3. Emendas de barras e telas As emendas sempre devem garantir uma continuidade estrutural, sendo executadas quando as barras ou telas não possuírem dimensões suficientes. Em barras, podem ser:
Traspasse: é quando uma barra se justapõe a outra, com um comprimento tal que a aderência do concreto garante uma continuidade no comportamento estrutural. Os seus comprimentos de justaposição são calculados de acordo com a NBR 6118, e deve-se considerar que várias emendas não devem ser coincidentes na mesma peça, para não gerar bloqueios na concretagem (figura 66).
Figura 66: Emenda por traspasse.
Luvas rosqueadas ou prensadas: são luvas de aço com resistência equivalente à das barras que deve unir, dotadas de roscas internas, o que exige o rosqueamento das extremidades das barras a serem unidas, ou ranhuras transversais aos esforços, quando forem prensadas, com um sistema hidráulico. São usadas somente em aços classe `A´, sendo adotadas quando o espaço entre barras é pequeno, o que inviabiliza o uso de emenda por traspasse. É permitido o engrossamento das barras nos segmentos rosqueados, contanto que a geratriz do cone de transição não apresente inclinação superior a 1:3. Solda: pode ser de topo, por caldeamento, para bitolas não inferiores a 10 mm, ou com eletrodo, para bitolas não inferiores a 20 mm. Pode ser por traspasse, com dois cordões de solda com comprimento não inferior a 5 Φ, ou com barras cobrejuntas, , para provocar a coincidência do eixo baricêntrico das barras, com cordões com comprimento não inferior a 5 Φ (figura 67).
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Figura 67: Tipos de emenda por soldagem.
Em telas soldadas, adota-se sempre a sobreposição ou a justaposição como elemento de emenda, e se usa como referência um número de malhas a serem sobrepostas ou justapostas. Assim, para efeito prático, se considera que para tensões baixas, a sobreposição necessária é de 1 malha, e para tensões médias e altas, ela é de 2 malhas (figura 68).
Figura 68: Emenda por superposição de telas soldadas.
4.1.2. Aços para concreto protendido Identificados pela sigla CP (concreto protendido), são fios ou cabo de aço, destinados especificamente a serem empregados na execução de peças de concreto protendido. São aços doces que sofrem um processo de tratamento térmico, destinado a aumentar a sua resistência. Eles são normalmente fornecidos em rolos, com o seu comprimento definido pela necessidade da obra, sendo identificado através de etiqueta metálica a ele fixada, comprovando a origem, partida e classe de resistência. Pode ser adquirido em fios, para bitolas iguais ou inferiores a 10 mm, ou em cabos de 7 fios, para bitolas iguais ou superiores a 12,5 mm. São classificados como de relaxação normal (RN) e como relaxação baixa (RB), sendo especificados conforme a necessidade da obra. Os aços para concreto protendido devem apresentar as propriedades mecânicas estabelecidas na tabela 9:
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Tabela 9 – Propriedades dos aços para concreto protendido Categoria Tensão mínima de ruptura Tensão mínima a 1% de FR (Mpa) alongamento (Mpa) CP – 150 RN 1500 1350 CP - 150 RB 1500 1350 CP - 175 RN 1750 1575 CP - 175 RB 1750 1575 CP - 190 RN 1900 1710 CP - 190 RB 1900 1710
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Relaxação a 20 °C, a 70 % de FR 7,0 % 2,5 % 7,0 % 2,5 % 7,0 % 2,5 %
Pode-se notar, pelo gráfico 1, abaixo, que o aço de protensão apresenta o mesmo módulo de elasticidade do aço utilizado no concreto armado.
Gráfico 1 – Módulo de elasticidade dos aços utilizados em concreto armado e concreto protendido.
4.1.2.1. Sistema de ancoragem e bainhas de protensão Esses conjuntos complementares, cujo exemplo é visto na figura 69, são executados em aço carbono, sendo fornecidos prontos pelos fabricantes, de acordo com os esforços e dimensões da obra. Normalmente são protegidos pelo próprio concreto que os envolve.
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Figura 69: Dimensões de macaco, ancoragem e disposição aceitável para as cabeças de protensão .
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4.1.3. Proteção de armaduras frouxas e protendidas Considera-se, no concreto armado e protendido, que a proteção da armadura é dada pelo cobrimento do concreto que, por ser um meio alcalino, garante a integridade do aço ao longo do tempo. Assim, a NBR 6118 classifica inicialmente a agressividade do ambiente e o risco de deterioração da estrutura, conforme as tabelas 10 e 11. Tabela 10 - Classes de agressividade ambiental Classe de agressividade Agressividade ambiental (CAA) Fraca I Moderada II Forte III muito forte IV
Risco de deterioração da estrutura Insignificante Pequeno Grande Elevado
Tabela 11 - Classes de agressividade ambiental em função das condições de exposição Micro-clima Macro-clima Ambientes internos Ambientes externos e obras em geral Seco1) Úmido ou ciclos2) de Seco3) Úmido ou ciclos4) de molhagem e secagem UR ≤ 65% molhagem e secagem UR ≤ 65% Rural I I I II Urbana I II I II Marinha II III ----III Industrial II III II III 5) Especial II III ou IV III III ou IV Respingos de maré ------------IV ------------I Submersa ≥ 3m Solo --------não úmido e agressivo II, agressivo III ou IV I ) Salas, dormitórios, banheiros, cozinhas e áreas de serviço de apartamentos residenciais e conjuntos comerciais ou ambientes com concreto revestido com argamassa e pintura. 2) Vestiários, banheiros, cozinhas, lavanderias industriais e garagens. 3) Obras em regiões de clima seco, e partes da estrutura protegidas de chuva em ambientes predominantemente secos. 4) Ambientes quimicamente agressivos, tanques industriais, galvanoplastia, branqueamento em indústrias de celulose e papel, armazéns de fertilizantes, indústrias químicas. 5) Macro clima especial significa ambiente com agressividade bem conhecida, que permite definir a classe de agressividade III ou IV nos ambientes úmidos. Se o ambiente for seco, deve ser considerada classe de agressividade II nos ambientes internos e classe de agressividade III nos ambientes externos. Observações: Quando o risco de contaminação por cloretos for alto, deve-se enquadrar esse trecho da estrutura na • classe IV. É o caso da zona de respingos de maré. • O responsável pelo projeto estrutural, de posse de dados relativos ao ambiente em que será construída a estrutura, pode considerar classificação mais agressiva que a estabelecida na tabela 5.
Com base nessa classificação, é definido o cobrimento nominal (C nom) apresentado na tabela 12, sendo este correspondente ao cobrimento mínimo (Cmin), acrescido da tolerância de execução (∆c), considerando-se ainda que o cobrimento nominal de uma barra de aço deve sempre respeitar as seguintes relações: • •
Cnom ≥ φ barra Cnom ≥ φ feixe
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Cnom ≥ 0,5 φ bainha
Tabela 12 - Correspondência entre classe de agressividade ambiental e cobrimento nominal para ∆c=10mm Classe de agressividade ambiental (tabela 1) Tipo de estrutura Componente ou IV ) I II III elemento Cobrimento nominal Mm ) Laje 20 25 35 45 Concreto armado Viga/Pilar 25 30 40 50 1) Todos 30 35 45 55 Concreto protendido 1) Cobrimento nominal da armadura passiva que envolve a bainha ou os fios, cabos e cordoalhas, sempre superior ao especificado para o elemento de concreto armado, devido aos riscos de corrosão fragilizante sob tensão. 2) Para a face superior de lajes e vigas que serão revestidas com argamassa de contrapiso, com revestimentos finais secos tipo carpete e madeira, com argamassa de revestimento e acabamento tais como pisos de elevado desempenho, pisos cerâmicos, pisos asfálticos, e outros tantos, as exigências desta tabela podem ser substituídas pelo item 4 respeitado um cobrimento nominal ≥ 15 mm. 3) Nas faces inferiores de lajes e vigas de reservatórios, estações de tratamento de água e esgoto, condutos de esgoto, canaletas de efluentes e outras obras em ambientes química e intensamente agressivos a armadura deve ter cobrimento nominal ≥ 45mm. Observações gerais: 1. Os valores apresentados são válidos para concretos executados com aglomerantes hidráulicos que atendam às especificações das normas brasileiras em cada caso, de acordo com a NBR 12654. 2. Não é permitido o uso de aditivos contendo cloreto na sua composição em estruturas de concreto armado ou protendido. 3. A proteção das armaduras ativas externas deve ser garantida pela bainha, completada por graute, calda de cimento Portland sem adições, ou graxa especialmente formulada para esse fim. 4. Atenção especial deve ser dedicada à proteção contra a corrosão das ancoragens das armaduras ativas.
Durante o período de armazenagem os aços de protensão, por terem grande predisposição à corrosão, devem ser mantidos afastados do chão e cobertos, não podendo ser utilizados se apresentarem o mínimo sinal de corrosão profunda. Já nos aços para concreto armado é permitida a sua estocagem a céu aberto, desde que as barras, fios ou telas não estejam em contacto com o solo e não apresentem corrosão profunda, que comprometa a sua secção resistente.
4.1.3. Confecção e disposição das armaduras Tanto as armaduras frouxas como as ativas necessitam, para a sua confecção, de um projeto específico, normalmente apresentado da forma mostrada nas figuras 70 e 71, o que possibilita a sua execução no canteiro de obra (figuras 72, 73, 74 e 75 e 76) ou na indústria contratada para o corte e dobramento das barras que comporão a armadura. Note-se que, enquanto na armadura frouxa, do concreto armado, temos a preocupação com as dimensões e dobras das barras de aço, sendo sua forma e posicionamento na forma ditada pela montagem do conjunto, na armadura ativa temos a maior preocupação com a disposição dos cabos diretamente em relação à forma, o que exige verificação de posicionamento após a sua colocação.
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Figura 70: Projeto de execução de armadura de concreto armado, onde vemos o comprimento das barras de aço, dobras projetadas e espaçamento dos estribos. Note-se que, por ser um projeto antigo, ele ainda apresenta os chamados cavaletes para suportar os esforços cortantes atuantes sobre a peça, prática atualmente em desuso com a adoção do cálculo de espaçamento dos estribos para suportar esses esforços, em conjunto com o concreto (bielas comprimidas).
Figura 71: Projeto de disposição de cabos de protensão em uma viga, onde vemos a disposição espacial dos cabos em diversas secções transversais, o que permite a sua correta disposição. Normalmente as bainhas que contêm os cabos ou fios são fixadas à armadura frouxa, com o auxílio de barras transversais adicionais (caranguejo) sendo que, no caso de conflito de posição, a armadura frouxa sempre é deslocada.
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51 Figura 72: Dobragem a frio de barras de aço para construção, executada no canteiro de obras. Note-se que a área necessária para a execução da armadura na obra, que envolve corte e dobramento e em alguns casos, pré-montagem, exige uma área que facilmente ultrapassa 100 m², considerando-se a necessidade de estocagem das barras inteiras e das peças já dobradas, devidamente separadas e identificadas. Quando não existe essa disponibilidade de área, é necessário se utilizar a dobragem executada industrialmente, com entrega “just in time”. Figura 73: Dispositivo de dobragem de aço CA no canteiro de obra, composto pela bancada e pela chave de dobramento. Atualmente não é permitida a dobragem a quente, motivo pelo qual é necessário o devido cuidado na escolha do pino de dobramento, definidos nas tabelas X1 e X2, bem como o uso do pino de oposição para evitar curvaturas indesejáveis na peça dobrada. A abertura da chave de dobramento também é definida conforme a bitola da barra, para evitar acidentes graves devido ao escape da peça. Permite-se, para bitolas maiores, o uso de canos prolongadores nas chaves, conforme pode ser visto na figura 70. Figura 73: Estocagem de peças já dobradas. Note-se que todas as peças estão reunidas em conjuntos, amarrados e devidamente identificados com etiquetas ou chapas, informando o número correspondente ao projeto. Essa identificação é essencial para evitar atrasos ou erros na montagem que podem vir a comprometer o resultado final, bem como a correta estocagem também evita esses tipos de problemas.
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52 Figura 74: Posicionamento da armadura frouxa de uma viga, onde vemos a disposição das barras longitudinais, espaçamento dos estribos e o uso de espaçadores plásticos, que permitem o adequado posicionamento geométrico da armadura em relação à secção de concreto.
Figura 75: Disposição das bainhas plásticas azuis de um sistema de protensão leve. Esse tipo, que se utiliza de cordoalha engraxada, neste caso foi adotado por permitir que uma laje em balanço com cargas significativas na sua extremidade, apresente pequena espessura. Neste caso utilizam-se também formas plásticas para compor a grelha da estrutura.
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53 Figura 76: Operação de protensão de cordoalha engraxada. Para cabos de 12,7 mm, adota-se uma força de protensão de até 15 tf, o que exige cuidados especiais nas cabeças de protensão, placas de apoio de transmite a tensão do cabo para a estrutura de concreto.
No caso de armadura frouxa, temos a opção de utilizar barras ou fios para compor armaduras em que o comprimento predomina sobre as outras dimensões, como pilares e vigas, como podemos utilizar telas quando temos duas dimensões predominando sobre uma terceira, com no caso de lajes e paredes armadas. Existe ainda a opção de se encomendar o corte e dobragem em uma indústria especializada. Abaixo, no quadro 4, temos um resumo das vantagens e desvantagens desse procedimento sobre o sistema tradicional. Quadro 4 – Vantagens e desvantagens na adoção nos sistemas de corte e dobragem do aço Vantagens Desvantagens Gerenciamento das barras é mais Gera maior perda de material. simples. Mais viável se o canteiro estiver Serviço executado no Exige muita mão de obra e área de distante de indústrias de corte e canteiro. trabalho no canteiro. dobragem.
Serviço executado na indústria.
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Recomendável quando as medidas das Menor controle de qualidade, peças são definidas no momento da principalmente nas dimensões finais execução. das peças. Vantagens Desvantagens Não gera perdas de material para o Gerenciamento das peças fornecidas é cliente. mais complexo Quando não é adotado um planejamento de entrega, o local de Diminui a mão de obra no canteiro. estocagem das barras dobradas tende a ser muito grande. No caso de projeto incorreto (erros de Produto com dimensões mais precisas dimensão ou quantidade), a substituição das peças é demorada. Necessidade de equipamento de maior porte (guindastes ou gruas) para movimentação das armações.
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4.2. Formas e escoramentos para concreto de cimento portland As formas e os seus escoramentos, destinados às obras executadas com concreto de cimento portland, devem ser considerados como estruturas provisórias, ou em alguns casos muito específicos, definitivas, sendo as formas destinadas a conter e dar a forma final adequada à estrutura de concreto armado ou protendido, tendo o escoramento a função de garantir a geometria final da peça. Para atender a essas necessidades, é necessário que o conjunto apresente as seguintes características: •
•
•
•
• • •
Capacidade de reproduzir, com a exatidão necessária, as medidas e formas estabelecidas em projeto. Estanqueidade de superfície e juntas, considerando a consistência do concreto ser contido. Impermeabilidade ou ausência de porosidade de superfície e juntas, em relação à água e argamassa do concreto. Estabilidade estrutural sob as cargas de trabalho, que ocorrem entre a fase de montagem das formas até a total retirada do escoramento. Capacidade de desforma sem transmissão de choque mecânico à estrutura de concreto . Características de retirada e reescoramento compatíveis com as necessidades da obra . Viabilidade econômica.
Para compreender essas necessidades, devemos lembrar que o concreto de cimento portland apresenta características físicas muito distintas nas diversas fases de execução de uma estrutura de concreto armado ou protendido. Assim, é necessário se lembrar que após executadas as formas e posicionada a armadura, o concreto é vertido nelas sob a forma de uma pasta, que deve preencher toda a forma e envolver a armadura, sendo considerado que apenas após o seu período de cura, normalmente estabelecido em 28 dias, a estrutura apresenta a sua resistência final, obtida através da cristalização por hidratação dos compostos químicos do cimento, e da associação por aderência ou por outros dispositivos de ancoragem, do concreto de cimento portland ao aço. Dessa forma, considera-se que, durante a operação de concretagem, a estrutura provisória constituída por formas e escoramentos deverá suportar uma carga de trabalho caracterizada pelo peso do concreto fresco, as ações decorrentes do seu lançamento (transporte, descarga, espalhamento e adensamento) e que esse material, nas primeiras horas, antes do início de pega, estando ainda na sua forma pastosa, apresenta a necessidade de ser contido de maneira a se garantir as dimensões e formas previstas em projeto, e que após um período de endurecimento, as formas e posteriormente as escoras devem ser removidas de tal modo que não sejam gerados esforços anômalos nessa estrutura. Nas figuras 77, 78, 79, 80, 81, 82 e 83 temos o exemplo de formas devidamente projetadas para atender a essas situações, com toda a sua estrutura executada em madeira, ainda muito usada por seu menor custo de aquisição e maior facilidade de ajuste na obra. Temos dois exemplos, o primeiro com a utilização apenas de madeira bruta, e o segundo com uma estrutura mista de madeira bruta e compensado especial para a construção civil. Nas figuras 84, 85, 86 e 87 temos a utilização de formas dotadas de estrutura e revestimento metálico, destinadas à produção de pré-moldados, neste caso de grandes dimensões. O seu reaproveitamento está na casa das centenas, e exige equipamento de grande porte para movimentação e montagem das formas, concretagem e para deslocamento das peças já concretadas
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Figura 77: Vista frontal e lateral da forma de uma viga de borda, onde é possível se visualizar a forma propriamente dita, executada com tábua, sustentada na sua lateral e fundo por uma estrutura executada com sarrafos de madeira bruta (conjunto de gravatas e mão-francesas) e laços de aço liso, suportada na altura correta por um conjunto de pontaletes, que também dispõe de mão-francesas para garantir a estabilidade da forma durante a operação de concretagem. No seu pé, é possível se notar a existência de um conjunto de cunhas, que permitem tanto o ajuste fino de altura, durante a operação de montagem, como facilitam a desforma posterior. Também se nota no desenho que o apoio está sobre concreto. Não está detalhado neste desenho o sistema de contraventamento dos pontaletes, que assegura a sua estabilidade durante o processo de concretagem. O uso de madeira bruta para compor a caixa da forma dificulta tanto a desforma como o reaproveitamento do material, motivo pelo qual atualmente está caindo em desuso.
Figura 78: Detalhe de uma forma de viga e laje, executada com compensado plastificado (madeirit), destinado a concreto aparente. Isso pode ser verificado pela existência de mata-juntas, que evitam quebra durante a desforma, garantindo um melhor acabamento final. Da mesma forma, o uso do compensado plastificado exige o uso de sarrafos longitudinais (costelas), para garantir a estabilidade dimensional durante a operação de concretagem. Esse tipo de forma permite reaproveitamento mais fácil, conforme for projetado o processo de desforma, sendo o mais utilizado atualmente.
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56 Figura 79: Esquema de escoramento da forma apresentada na figura 78, onde vemos os suportes laterais da forma sendo compostos pelos pontaletes do escoramento, do tipo comumente chamado torre, por ser composto por dois ou mais suportes agrupados próximos, que trabalham em conjunto para garantir a estabilidade lateral, e neste caso específico, são projetadas para dispensar o uso das mão-francesas destinadas a estabilizar as laterais das formas. São características notáveis desse projeto de escoramento a disposição dos sarrafos de travamento, que, devido à sua largura e forma de fixação, dispensam contraventamento interno da torre, a existência de cunha para ajuste de altura e desforma sem choque mecânico, e a especificação do contraventamento entre torres, que assegura a estabilidade longitudinal das linhas de escoras. Temos um exemplo desse sistema na figura 82.
Figura 80: Foto de uma forma composta por compensado resinado estruturado com madeira bruta. O fechamento por pressão, destinado a garantir a estanqueidade, é obtido com tirantes metálicos associados à longarinas duplas de madeira, espaçadas de forma a garantir a indeformabilidade da placa lateral.
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Figura 81: Detalhe de uma forma de pilar composta por compensado plastificado estruturado com sarrafos de madeira bruta e travada lateralmente também com madeira. O detalhe importante neste caso é o escoramento lateral, executado com escoras metálicas com grande precisão de ajuste, fator importante na saída do pilar a partir da fundação.
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57 Figura 82: Montagem de forma de pilar e viga para concretagem simultânea, onde é possível se notar a utilização de escoramento vertical tipo torre, composto por caibros estruturados com sarrafos largos que dispensam contraventamento, sendo que os caibros já estruturam e estabilizam as paredes laterais das formas das vigas. É possível se notar a utilização de cunhas no pé das torres para facilitar o nivelamento e a posterior desforma da estrutura, e a adoção de ripas de compensado, estruturadas com sarrafos de madeira, para compor a secção circular do pilar. O travamento das formas é uma associação de tirantes metálicos com longarinas duplas de madeira. madeira . Figura 83: Vista panorâmica do conjunto de formas completo de um pavimento, para concretagem simultânea de toda a estrutura. Nesse tipo de operação, é necessário se verificar todo o alinhamento da caixaria e a estabilidade do escoramento, pois uma falha em um dos elementos de sustentação ou contraventamento pode comprometer todo o resultado final. Para se verificar o alinhamento podem ser usados prumos pesados de concreto, níveis de mangueira e linhas, ou então equipamento topográfico, ótico ou laser. laser.
Figura 84: Desenho da forma metálica utilizada na execução das aduelas de concreto protendido da ponte Rio-Niterói. É possível se notar, pelas fotos a seguir, que em alguns casos a forma externa foi substituída por uma estrutura de concreto. Note-se ainda que existe o estudo de desmonte da forma, e o escoramento, neste caso, está inserido na estrutura interna da forma, devido às suas grandes dimensões.
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Figura 85: Execução da armadura das aduelas, que apresenta baixa densidade por se tratar de uma estrutura eminentemente protendida, sendo utilizada a armadura frouxa para resistir a esforços localizados e aos próprios esforços de transporte e protensão as peça. Nessa foto é visível a estrutura que compõe a lateral externa da forma.
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Figura 86: Montagem de uma forma totalmente Figura 87: Peça já concretada e deslocada para o metálica. pátio de armazenagem.
Nas formas consideradas convencionais, compostas por compensados e madeira bruta, o aspecto econômico é essencial para viabilizar uma obra, pois esse sistema apresenta grande consumo de material e mão de obra para sua execução. Assim, é cada vez mais comum o conceito de reutilização de conjuntos de formas para uma mesma obra, sendo que, em projetos bem elaborados, pode-se atingir um índice de 30 reusos. Para que isso aconteça, são essenciais os seguintes fatores: Invariabilidade da geometria das peças, em todos os andares. Identificação de todas as peças. Procedimentos de montagem e desmontagem não agressivos. Uso de desmoldantes em toda a superfície em contacto com o concreto. Limpeza da superfície interna das formas com desmoldantes de forma a não agredir a película plástica. • Manuseio e estocagem cuidadosos das peças . • • • • •
Quando não é possível o atendimento dessas condições, sendo necessária a utilização de uma forma para cada concretagem é normal a adoção de compensados resinados ou crus para compor as peças, que apresentam menos custo de aquisição. Outra possibilidade é o emprego de métodos alternativos, como formas incorporadas às estruturas, como as pré-lajes treliçadas (figura 88) e stell-deck, como formas removíveis de aço, como visto nas figuras 84 a 87 ou de plástico, estas muito usadas em lajes nervuradas, como visto na figura 75. Figura 88: Placa de pré-laje sendo deslocada para a sua posição, antes da concretagem. Possuindo todo o fechamento inferior da laje, é dotada de armaduras de ligação (sinuzóides) e superior, que, após a concretagem, garantirão o comportamento monolítico da peça. Apesar de dispensar a forma, não necessariamente o escoramento é dispensado, pois esse tipo de peça não apresenta resistência suficiente para suportar toda a carga de serviço a ela imposta.
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Quanto à decisão de se executar a forma na obra ou adquirir um sistema industrializado, deve-se considerar os quadros 5 e 6 abaixo: Quadro 5 - Comparativo entre formas executadas em canteiro ou industrializadas Vantagens Desvantagens Executada no canteiro se tem maior controle sobre os materiais empregados, Necessidade de previsão de área de podendo ser obtida maior qualidade final e trabalho para carpintaria e estoque de Forma feita da obra durabilidade. matéria-prima. Facilidade de modificação, no caso de Geração de resíduos e desperdício de pavimentos fora de padrão ou mudanças de materiais projeto Facilidade de aquisição Forma Entrega de produto personalizado para cada Custo de transporte fora dos grandes industrializada obra centros Melhor aproveitamento da matéria-prima Quadro 6 - Tipos de formas industrializadas e semi-indutrializadas e suas principais aplicações Tipo Aplicações Vantagens Desvantagens Exige projeto padronizado e Precisão geométrica Pilares e lajes detalhado Metálica Ausência de resíduos planas Alto custo de aquisição ou reposição Bom controle dimensional Dificuldade de ajuste na obra Permite reaproveitamento do Maior geração de resíduos Pilares, vigas e material sem grande volume de Madeira Perdas significativas no lajes trabalho reaproveitamento Adaptável a diferentes “layouts” Transporte apenas por grua Lajes Mesa voadora Alta produtividade Dificuldade na introdução de (protendidas) contraflechas Diminuição do consumo de Cabaça concreto Alto custo de aquisição ou aluguel Lajes alveolares plástica Rapidez na execução Dificuldade de ajuste de medidas
Painéis treliçados
Trepantes deslizantes
Lajes prémoldadas
Pilares e paredes
Facilidade de desforma Velocidade na execução Controle tecnológico do prémoldado Redução no consumo de madeira de formas e escoramento Alta produtividade
Restrição de vãos Dificuldade de aderência do revestimento quando se utiliza EPS Necessita de equipamento de movimentação e área livre Executa peças com pouca variação geométrica no seu desenvolvimento vertical
Complementarmente ao tipo de forma utilizado, é utilizado um produto desmoldante para garantir a adequada remoção da forma, sem que essa operação cause danos ao concreto ou à forma. Aplicados por aspersão, rolo ou pincel, formam uma película antiaderente na superfície da forma. Sob a forma de soluções, são mais adequados para compensados plastificados ou formas metálicas, enquanto as emulsões são mais adequadas para as madeiras brutas. Os principais tipos são descritos no quadro 7, apresentado a seguir: Quadro 7 – Tipos de desmoldantes utilizados em formas para concreto Tipo Características Inorgânicos Óleos minerais (ácidos graxos) dissolvidos ou emulsificados Orgânicos Ceras ou parafinas dissolvidas ou emulsificadas Soluções Silicone com solventes Pinturas Pintura a base epóxi ou poliuretânica
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As tolerâncias dimensionais são estabelecidas pela NBR 14931, e são as constantes nas tabelas 8 e 9, apresentadas a seguir: Tabela 13 - Tolerâncias dimensionais para as secções transversais de elementos estruturais lineares e para a espessura de elementos estruturais de superfície Dimensão (a) Tolerância (t) (cm) (mm) a ≤ 60 ±5 60< a ≤ 120 ±7 120< a ≤ 250 ± 10 a > 250 ± 0,4 % da dimensão Tabela 14 – Tolerâncias dimensionais para o comprimento de elementos estruturais lineares Dimensão (λ ) Tolerância (t) (m) (mm) ±5 λ ≤ 3 3< λ ≤ 5 ± 10 5< λ ≤ 15 ± 14 ± 20 λ > 15 Obs.: a tolerância dimensional de elementos lineares justapostos deve ser considerada sobre a dimensão total.
Para pilares a tolerância dos eixos em relação ao projeto é de ± 5 mm. Para os mesmos elementos estruturais é permitido um desaprumo igual ou menor que λ / 500 ou 5 mm, sendo a sua tolerância acumulativa definida pela fórmula:
tTot ≤ 8 H Tot ½ Sendo: tTot – tolerância acumulativa, em mm H Tot – altura da edificação, em m Quanto ao nivelamento, adotamos a seguinte fórmula:
5 mm ≤ t ≤ λ ≤ 10 mm Sendo: t - tolerância de nivelamento, em mm λ – maior dimensão da forma, em m 4.3. Dosagem de concreto de cimento portland Sendo utilizado como elemento estrutural, o concreto apresenta três necessidades básicas: Trabalhabilidade - Necessária para se atingir a forma desejada, propiciando um correto preenchimento das formas utilizadas. • Resistência mecânica - Necessária para o correto desempenho estrutural, considerando a previsão de carga feita pelo engenheiro calculista. • Durabilidade - Necessária devido à inversão de capital, considerando toda a estrutura como um investimento de longo prazo. •
Só se atinge a qualidade no concreto com o atendimento desses três pontos, e eles são atendidos quando:
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1. Os materiais constituintes são utilizados corretamente. Para isso são feitos os ensaios de caracterização e qualificação dos materiais. 2. A mistura é determinada para atender os parâmetros desejados, considerando as características dos materiais disponíveis. (Determinação do traço) 3. Ocorre a mistura correta na obra. Um fator preponderante é o esclarecimento da turma envolvida sobre as ações envolvidas. 4. Ocorre a aplicação correta no concreto nas formas. Aqui também o treinamento do pessoal é importante, bem como a sua correta montagem, disposição das ferragens e limpeza. 5. A cura e a desforma são feitas de modo correto.
4.3.1. Informações Básicas para a Dosagem de um Concreto Resistência característica do concreto a compressão (Fck) - Consultar projeto. - Considerar idade j = 28 dias, desde que não haja ressalvas no projeto. Espaçamento entre barras de aço da armadura - Consultar projeto para definir: - Regiões críticas (menores espaçamentos). - Regiões predominantes.
Escolha da dimensão máxima característica do agregado graúdo φ Máx < 1/3 da espessura da laje φ Máx < 1/4 da distância entre faces da forma φ Máx < 0,8 do espaçamento entre armaduras horizontais φ Máx < 1,2 do espaçamento entre armaduras verticais φ Máx < 1/4 do diâmetro da tubulação de bombeamento de concreto
Obs.: Adotar os menores diâmetros ou espaçamentos.
Definição das peças a serem concretadas Ex.: Laje, pilar, viga, etc..
Escolha da consistência do concreto - SLUMP Tabela 15 – Valores recomendados para o ensaio de abatimento do tronco de cone Elemento estrutural Abatimento SLUMP (mm) Peça pouco armada Peça muito armada Laje 60 ± 10 70 ± 10 Viga e parede armada 60 ± 10 80 ± 10 Pilar de edifício 60 ± 10 80 ± 10 Paredes de fundação, sapatas, 60 ± 10 70 ± 10 tubulões. Obs.: Para concreto bombeado, considerar o SLUMP entre 70 e 100, no máximo, considerando que para alturas de bombeamento superiores a 30 m, determinar o SLUMP na saída da linha de recalque.
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Durabilidade - Definir as condições ambientais para o concreto, e adotar as seguintes relações água/cimento (a/c) mínimas: Tabela 16 - Correspondência entre classe de agressividade e qualidade do con creto Concreto Tipo Classe de agressividade (tabelas 10 e 11) I II III Relação CA ≤ 0,65 ≤ 0,60 ≤ 0,55 água/aglom erante em CP ≤ 0,60 ≤ 0,55 ≤ 0,50 massa Classe de CA ≥ C20 ≥ C25 ≥ C30 concreto CP ≥ C25 ≥ C30 ≥ C35 (NBR 8953) NOTAS: CA Componentes e elementos estruturais de concreto armado. CP Componentes e elementos estruturais de concreto protendido .
IV ≤ 0,45 ≤
0,45
≥
C40
≥
C40
Uso de aditivos, devido a condições especiais. - Plastificantes, para reduzir o consumo de cimento e água, ou aumentar a trabalhabilidade. - Retardadores, utilizados quando o tempo de transporte e/ou lançamento for prolongado, e/ou quando a temperatura ambiente for elevada. - Aceleradores, para diminuir o prazo de solicitação da peça. - Superfluidificantes, quando se pretende um comportamento do concreto igual ao da água, ou com características de autoadensamento.
Estimativa de perda de argamassa do concreto, no transporte ou lançamento. - Material aderido às formas, armaduras, bicas, etc.. Variação normal de 2% a 4 %.
Cálculo da Resistência de Dosagem (Fcd) Cálculo do Fcd j Fcd j = Fck j + 1,65. Sd j Onde:
Fcd j = Resistência à compressão de dosagem, a "j" dias de idade (normal 28 dias), em MPa. Sd j = Desvio padrão de dosagem, a "j" dias de idade, em MPa.
Determinação do Sd Quando não dispusermos de pelo menos 30 resultados da obra em questão, adotaremos os seguintes valores: a) Sd j = 4 MPa - Sempre que a produção tiver os materiais controlados em massa, a umidade dos agregados for controlada rigorosamente e a equipe for bem treinada, com o acompanhamento de um técnico especializado.
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b) Sd j = 5,5 MPa - Sempre que a produção for em volume de materiais, a umidade dos agregados for controlada rigorosamente e a equipe for bem treinada, com o acompanhamento de um técnico especializado. c) Sd j = 7 MPa - Sempre que a produção for em volume de materiais, com equipe nova e pouco treinada. Quando tivermos mais de 30 exemplares que puderem ser analisados, utilizamos a fórmula:
Sd² = Sd 1². (n1-1) + Sd2². (n2-1) + ...............................+ Sd p². (np-1) (n1-1) + (n2-1) + ...........+ (n p-1) Onde:
Sdi = Desvio padrão obtido de amostras com ni > 6 exemplares. ni = Numero de exemplares de cada amostra em questão. Σni > 30 exemplares.
4.3.2. Dosagem pelo Método do ACI – American Concrete Institute Este método se baseia em inúmeras dosagens executadas, as quais permitiram estabelecer os valores apresentados nas tabelas apresentadas a seguir, extraídas do trabalho Dosagem dos Concretos pelo Método do American Concrete Institute, Aplicação e Comentários, de Francisco de Assis Basílio. Na tabela 17 é apresentado o consumo de água para cada SLUMP e Ø Máx do agregado graúdo, e na tabela 18 é apresentado o consumo de agregado graúdo para Módulo de Finura do agregado miúdo e Ø Máx do agregado graúdo. No ábaco 1 é apresentada a relação entre fc k e Fator água/cimento. É apresentada apenas a dosagem pelo método volumétrico. TABELA 17 - CONSUMO DE ÁGUA SLUMP Consumo de água, expresso em Kg/m³ de concreto, para agregados graúdos com Máx expresso em mm. 9,5
12,5
19,0
25,0
38,0
50,0
76,0
152,0
Concreto sem Ar Incorporado 3a5 8 a 10 15 a 18
205 225 240
200 215 230
185 200 210
180 195 205
160 175 185
155 170 180
145 160 170
125 140 -
% de Vazios
3,0
2,5
2,0
1,5
1,0
0,5
0,3
0,2
175 190 205
165 180 190
160 175 185
145 160 170
140 155 165
135 150 160
120 135 -
Concreto com Ar Incorporado 3a5 8 a 10 15 a 18
180 200 215
8,0 7,0 6,0 5,0 4,5 4,0 3,5 3,0 % de Ar Incorporado Obs. Valores estimados, considerando-se o agregado graúdo com forma do grão adequada e o agregado miúdo com granulometria adequada.
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TABELA 18 - CONSUMO DE AGREGADO GRAÚDO Diâmetro Máximo Volume de agreg. graúdo compactado a seco, por m³ de concreto, para do Agreg. Graúdo diferentes Módulos de Finura do agregado miúdo a ser utilizado. (mm)
9,50 12,50 19,0 25,0 38,0 50,0 76,0 152,0
2,40
2,60
2,80
3,00
0,50 0,59 0,66 0,71 0,76 0,78 0,81 0,87
0,48 0,57 0,64 0,69 0,74 0,76 0,79 0,85
0,46 0,55 0,62 0,67 0,72 0,74 0,77 0,83
0,44 0,53 0,60 0,65 0,70 0,72 0,75 0,81
Observações: 1. A quantidade de agregado graúdo pode ser variada em até 10%, conforme as necessidades específicas da obra e do agregado graúdo. 2. A determinação do excesso de argamassa, em relação ao índice de vazios apresentado pelo agregado graúdo compactado é um dos fatores básicos, junto com a consistência da argamassa, para se obter a adequada trabalhabilidade do concreto, devido ao afastamento necessário entre os grãos pétreos. 3. A quantidade de agregado graúdo deve ser sempre a maior possível para garantir o adequado desempenho do concreto.
ÁBACO 1 - DETERMINAÇÃO DO FATOR A/C
Fonte: Dosagem dos Concretos (1ª parte) S. E. Giammusso. Observações: 1. Na dosagem experimental executada em laboratório, pode ser necessário o ajuste da quantidade de água para se obter o SLUMP adequado. Esse ajuste é feito variando-se o
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peso de água em 2 kg por m³ de concreto, para cada 10 mm a ser corrigido do valor obtido do SLUMP. 2. O ábaco apresentado representa o desempenho mínimo esperado para cada classe de cimento. Para cada tipo e marca de cimento pode ser executado um ábaco próprio visando racionalizar a dosagem.
4.4. Concretagem A operação de concretagem de uma estrutura de concreto armado ou protendido compreende, de uma forma ampla, as seguintes etapas, executadas em seqüência: • • • • • •
Mistura do concreto Transporte do concreto Lançamento do concreto Adensamento Cura Desforma
4.4.1. Mistura Mistura Manual Permitida somente para pequenos volumes e valores baixos de resistência do concreto (fck ≤ 15 MPa). Deve-se executar a mistura de todos os materiais a seco, sobre uma superfície plana, nivelada, resistente e impermeável, e somente após a sua completa homogeneização procede-se à sua mistura com a água, de forma gradual, até a sua completa incorporação. As tolerâncias definidas no item 5.1 devem ser atendidas.
Mistura Mecânica Ela é efetuada por duas classes de misturadores, descritos a seguir: Misturadores intermitentes: são aqueles que apresentam um ciclo de carregamento, mistura e descarga, podendo ser de queda livre (figura 88), na qual a força gravitacional executa o amassamento (betoneiras de eixo inclinado e horizontal) ou forçados (figura 89), nos quais a força de um motor executa o amassamento (misturadores de cuba fixa ou contra-corrente). O tempo de mistura das misturadoras intermitentes é o seguinte: • • •
Betoneiras de queda livre de eixo inclinado: t= 120 D½ (em segundos) Betoneira de queda livre de eixo horizontal: t= 60 D½ (em segundos) Misturadores forçados: t definido em projeto, conforme a combinação de capacidade de carga e potência instalada.
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66 Figura 88: Betoneira de eixo basculante com capacidade volumétrica do tambor de 400 l, o que permite normalmente a mistura de concreto correspondente a 1 saco de cimento (200 l). Seu número de ciclos, em um trabalho otimizado, é de 20 por hora de trabalho, produzindo aproximadamente 4 m³ de concreto nesse período. No seu ciclo de trabalho, o carregamento é feito com o eixo inclinado em e 45°, aproximadamente, e após a operação de carga o eixo é mantido o mais próximo da horizontal possível, para gerar uma maior energia de queda e conseqüentemente uma mistura mais rápida. A potência do motor é de 2 CV, 220/380 V. É comum se utilizar betoneiras de eixo basculante de 320/400 l e de 750 l, sendo estas sempre auto-carregáveis.
A seqüência de colocação dos materiais nas betoneiras, visando uma mistura adequada no menor tempo possível, é a seguinte: 1. 2. 3. 4.
Água Agregado graúdo Cimento portland Agregado miúdo
Figura 89: Misturador forçado da marca BHS-Sonthonfen, com capacidade volumétrica que varia de 0,75 m³ a 9 m³ de concreto conforme o modelo. Sua capacidade produtiva horária varia de 46 m³ a 387 m³. Nas figuras a direita pode ser visto o princípio de funcionamento desse equipamento, que apresenta descarga inferior, adequada à centrais de produção.
Hoje, é muito comum se utilizar concreto produzido em usinas, como a vista na figura 90, onde existe um maior controle tecnológico do produto final.
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67 Figura 90: Central horizontal dosadora de concreto modelo BR 80/200 da SCHWING, com capacidade de 80 m³/h. Pode-se ver a esquerda os silos de agregados, sob os quais está o seu sistema de pesagem, compostos por pequenos silos dosadores e células de carga. Após essa operação, os agregados são transportados por correia transportadora ao sistema de descarga, onde, junto com o cimento, que é armazenado nos dois silos vistos a direita e pesado no dispositivo abaixo destes, e a água, cujo controle é feito por dosador específico, são descarregados nas autobetoneiras. Esse tipo de usina não executa a mistura, ficando essa operação a cargo do caminhão auto-betoneira, que a executa durante o trajeto até o ponto de descarga.
Atualmente os misturadores contínuos, que são aqueles em que a carga, mistura e descarga de material de faz de forma contínua, caíram em desuso pelo aumento da eficiência dos misturadores contínuos forçados. Os poucos modelos encontrados são os misturadores forçados.
4.4.2 Transporte O transporte do concreto deve ser feito em equipamentos que não permitam perda significativa de parcelas de material ou a sua segregação. Esse transporte pode ser feito por apenas um equipamento ou pela sua conjugação, unindo equipamentos de alcance limitado, como esteiras, bombas (figura 91), guinchos de coluna (figura 92) ou gruas, com equipamentos de longo alcance, como caminhões betoneira (figura 93) ou basculantes meiacana (figura 94). Nesse caso, deve ser verificada a possível perda de argamassa nos diferentes meios utilizados, para que se proceda à sua correção na dosagem.
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68 Figura 91: Auto-bomba para concreto, modelo KVM 32 XL, com alcance vertical de 31,9 m, alcance horizontal de 28,35 m e rendimento teórico de 105 m³/h. Para facilitar a operação de e lançamento e espalhamento, a sua extremidade é dotada de mangote flexível com 125 mm de diâmetro e 4 m de comprimento. Alguns modelos de bombas recalcam concreto a alturas superiores a 250 m ou a distâncias horizontais superiores a 550 m. A sua utilização exige a previsão de local adequado para estacionamento e apoio das patolas, e posição para descarga dos caminhões betoneira.
Figura 92: Guincho de coluna, muito utilizado no transporte vertical de concreto na obra. O concreto pode ser vertido em caçambas específicas para içamento, ou pode ser feita a adaptação de alças em jericas, para evitar a operação de transbordo. Esse equipamento não apresenta grande produtividade, normalmente seu uso é restrito a uma altura de 3 ou 4 pavimentos, acima disso tornam-se necessários elevadores ou gruas para o transporte vertical de cargas. A sua capacidade de içamento varia entre 200 e 400 kg. Figura 93: Auto betoneira de 4 eixos, com 8 m³ de capacidade de concreto. A sua rotação máxima de tambor é de 12 rpm, o que permite um tempo de transporte e lançamento de até 150 m após a introdução da água de amassamento e impede a segregação do material. O equipamento é dotado de dosador de água para proceder a correção do SLUMP, antes da operação de descarga.
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69 Figura 94: Caminhão equipado com caçamba meia-cana, que pode ser utilizado para transporte de concreto plástico, desde que este não apresente SLUMP elevado e as vias utilizadas tenham superfície regular, para evitar que a excessiva trepidação segregue o concreto. O tempo de transporte deve obedecer ao previsto normalmente, de 1 hora, e durante o transporte o concreto deve ser coberto com lona para evitar evaporação excessiva da água de amassamento. Se possível, devese executar uma remistura, mesmo manual, no local de aplicação, para evitar grandes variações no fator água/ cimento, o que pode provocar retração heterogênea, gerando tensões ou fissuração anômala da peça.
4.4.3. Lançamento O lançamento do concreto nas formas deverá ser precedido da sua verificação geométrica (alinhamento, nivelamento e dimensões), estanqueidade, escoramento e sujeição, verificação da armadura (bitolas, comprimentos, posição e sujeição), limpeza e caminhos de acesso para pessoal e material, incluindo janelas para a concretagem. Durante essa operação, cujo tempo não poderá ser superior a 1 hora a partir do final da mistura ou agitação, a não ser no caso de utilização de caminhões-betoneira, como citado acima, o lançamento do concreto deverá ser o mais próximo possível da sua posição final, sempre contra o concreto já lançado, evitando assim perda de argamassa e segregação (figura 95). Quando o lançamento do material implicar em quedas livres superiores a 2,00 m deverá ser previsto o uso de equipamentos como trombas flexíveis ou tubos, ou então a abertura de janelas nas formas, de forma a diminuir essa altura de queda. A operação de concretagem a céu aberto deve ser interrompida sempre que a temperatura do concreto cair abaixo de 5°C ou existir uma previsão de temperaturas abaixo de 0°C até 48 h após a concretagem. Da mesma forma, a concretagem será suspensa se a temperatura ambiente exceder 40°C ou ocorrerem ventos com velocidade superior a 60 m/s.
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70 Figura 95: Lançamento de concreto destinado à camada complementar em uma laje pré-fabricada, onde pode ser visto o espalhamento inicial sendo executado com a movimentação da lança da bomba de concreto. Após essa operação, o concreto é conformado com o auxílio de enxadas ou rodos e madeira, para só então sofrer o processo de adensamento. Não é considerado admissível o espalhamento com a utilização de vibradores de imersão ou régua vibratórias, pois esse tipo de operação segrega o concreto e retarda o serviço. Teve-se considerar também que a concentração de concreto em um ponto da laje pode sobrecarregar o escoramento e levar ao seu colapso. Para evitar isso, deve-se considerar a velocidade de lançamento do concreto proporcionado pela bomba e compatibilizar a movimentação da equipe com essa característica. Isso é muito facilitado com a utilização de um mangote flexível na extremidade da tubulação de recalque.
No caso de lançamento dentro d’água, o concreto terá características de autoadensamento e coesão, com um consumo de cimento não inferior a 400 kg por m³ de concreto, e a sua deposição na forma será através de uma tubulação, cuja ponta deverá estar imersa dentro do concreto já lançado (figura 96). Após o seu lançamento, esse concreto não poderá sofrer nenhuma espécie de manuseio ou adensamento. Esse tipo de concretagem não poderá ser realizado em locais onde a velocidade da água seja superior a 2 m/s, ou a temperatura da água seja inferior a 5°C. Figura 96: Desenho esquemático de uma operação de concretagem submersa, onde vemos os principais elementos a serem considerados: É possível notar que a forma é posicionada e fixada, de forma a não se deslocar sob o efeito da correnteza ou da operação de lançamento do concreto. O concreto está sendo lançado através de uma tubulação, que pode ser rígida ou flexível, e que está sendo inserida no concreto já lançado, de forma a impedir a sua contaminação. O concreto não sofre adensamento mecânico, para evitar também a contaminação nessa etapa, motivo pelo qual deve apresentar características auto-adensáveis. A movimentação da tubulação é feita com o auxílio de guindastes ou gruas, ou ainda, no caso de concreto bombeado, com a movimentação da lança da bomba, sendo que o posicionamento final, quando necessário, pode ser feito por mergulhador com equipamento de respiração autônomo ou cativo.
Em nenhuma hipótese se permite o lançamento do concreto após o início de pega do concreto, seja para formas secas ou submersas, sendo esse material descartado como inservível. 4.4.4. Adensamento
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Imediatamente após o lançamento o concreto deverá ser adensado por meios adequados, visando se atingir a compacidade prevista e evitando superfícies preferenciais de ruptura pela existência de vazios. Esse adensamento pode ser efetuado pelos seguintes modos. •
•
•
•
Socamento: pode ser feito de forma manual, com soquetes ou barras de ferro, ou podem ser empregados compactadores mecânicos mecânicos portáteis, como os sapos (figura 97), sendo que estes só podem ser empregados em concretos não plásticos e com espessuras de camadas que não excedam 20 cm. Vibração: executado com vibradores mecânicos de imersão (figura 98) ou de superfície (figura 99). Deve ser verificada a capacidade de cada equipamento, quanto ao seu raio de ação, evitando super-vibração, o que provocaria segregação, ou subvibração, o que permitiria a permanência de vazios dentro do concreto. Rolagem ou compactação: sistema adotado para concretos não plásticos, utiliza equipamentos de compactação rodoviária (rolos compressores) para promover o seu adensamento adensamento (figura 100). Centrifugação: Sistema utilizado na fabricação de peças de revolução, como postes, estacas e tubos. Figura 97: Compactador mecânico portátil, com motor a gasolina e capacidade de compactar até 200 m²/h. Mais utilizado como equipamento complementar na operação de rolagem do concreto, sendo utilizado para compactar bordas ou cantos irregulares. Não podem ser utilizados no adensamento de concretos plásticos.
Figura 98: Vibrador de imersão de alta freqüência, o tipo mais comum atualmente, podendo ter acionamento elétrico ou a gasolina. A sua profundidade de atuação corresponde a ¾ do comprimento da agulha, que deve se inserida da forma mais vertical possível no concreto, mergulhando 10 cm da camada anteriormente lançada. O seu raio de alcance varia de 10 cm para agulhas com diâmetro de 1” a até 60 cm para agulhas com diâmetro de 6”. A sua introdução no concreto deve ser rápida, retirando-se lentamente após se constatar que não ocorre mais a ascensão de bolhas de ar. Deve-se evitar ao máximo o contacto do vibrador com a armadura, para que não sejam gerados vazios junto a esta.
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72 Figura 99: Régua vibratória, utilizada para executar o adensamento de superfícies, como lajes e pavimentos de concreto. A sua capacidade de atuação é superior a 20 cm de profundidade. Pode ser de régua fixa, como a apresentada, com largura definida, como pode ser modular, o que permite uma adaptação a diversas larguras, tendo uma estrutura treliçada para garantir o nivelamento. Pode ser ainda dotada de uma ou duas réguas paralelas.
Figura 100: Execução de concreto rolado em uma barragem, método muito utilizado para amplos espaços. Para sua execução, é utilizado um concreto com baixo consumo de água, e se procede ao espalhamento e adensamento com equipamentos rodoviários, como motoniveladoras e rolos compressores lisos vibratórios.
4.4.5. Acabamento de superfície Em pisos industriais ou em concretagens de grandes dimensões, pode ser necessário o acabamento superficial do concreto, o que é normalmente denominado desempenamento de superfície ou alisamento. Hoje o procedimento mais habitual é a utilização de acabadoras de superfície, como a apresentada na figura 101. Figura 101: Alisadora mecânica de superfície, modelo duplo com assento, utilizada para acabamento de pisos industriais. Recomenda-se que a primeira passada (acabamento rugoso) do equipamento seja dada tão logo o concreto suporte o peso do equipamento, enquanto a segunda passada seja dada quando o concreto, ao ser tocado, não apresente aderência de material à mão. Esse equipamento deve ser utilizado apenas até se obter o efeito de superfície desejado, pois o uso além do necessário provoca migração de finos para a superfície, o que enfraquece a camada superficial, predispondo-a a um desgaste prematuro.
4.4.6. Juntas de concretagem e de movimentação José Bento Ferreira
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As juntas de concretagem devem ser previstas no plano de concretagem, sempre que elas forem necessárias. Na sua previsão, sempre deverão ser considerados os esforços atuantes nas peças, e se necessário, poderá ser prevista uma armadura complementar para a absorção desses esforços. Para garantir a adequada transmissão de esforços, as superfícies de contacto entre o concreto velho e o concreto novo deverão ser convenientemente tratadas e, se for necessário, principalmente devido a esforços acentuados ou ambientes agressivos, deverão receber uma ponte de adesão. Mesmo juntas executadas de forma emergencial, devido a imprevistos surgidos na obra, deverão seguir esses princípios de análise estrutural. As juntas de movimentação são projetadas previamente, dentro do projeto estrutural, e deverão ser executadas exatamente conforme esse projeto, pois elas estabelecem o caminhamento correto das cargas na estrutura, conforme previsto pelo calculista.
4.4.7. Cura e desforma Cura É considerado o período durante o qual o concreto desenvolve a quase totalidade das suas reações de hidratação, o que, no concreto de cimento portland, corresponde a um período de 28 dias. Durante o período inicial da cura, considerado de 7 dias, ele deverá ser protegido da alterações bruscas de temperatura, vibrações ou choques mecânicos, ataques químicos de qualquer natureza e ação direta de chuva forte e água em regime torrencial. Deve ainda ter as suas superfícies mantidas úmidas, evitando que a velocidade superficial de evaporação seja superior à velocidade de exudação da água. Esses cuidados evitarão fissuração, alterações na superfície ou perda de durabilidade. Através de processos térmicos adequados, podemos abreviar esse tempo de cura, nos quais sempre se considere o fenômeno de secagem do concreto. O método mais difundido é o de cura a vapor, que pode ser executado em autoclave ou com a proteção de lonas impermeáveis.
Desforma Salvo condições específicas, como o uso de aditivos ou concretos de alta resistência inicial, a desforma e retirada do escoramento deve seguir o seguinte cronograma: •
• •
•
Faces laterais: 3 dias (1 dia se forem tomados cuidados extremos quanto a choques mecânicos) Faces inferiores: remoção de 50% das escoras – 7 dias Face inferior: remoção total das escoras e formas – 15 dias se não houver carregamento superior ao do peso próprio da peça Face inferior: remoção total das escoras e formas – 21 dias se houver carregamento superior ao do peso próprio da peça
Toda a desforma deve ser feita de forma gradual, de modo a não gerar efeitos cinéticos na estrutura, devendo sempre se considerar a forma de carregamento final e condição de trabalho da estrutura.
4.4.8. Aceitação da estrutura de concreto de cimento portland José Bento Ferreira
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Atualmente a aceitação de uma estrutura de concreto, seja de concreto armado ou concreto protendido é estabelecido pela NBR 12.655 –2006. Inicialmente se estabelece a dimensão do lote a ser verificado, conforme tabela 19: Tabela 19 - Formação do lote Limites superiores
Solicitação principal dos elementos da estrutura Compressão ou compressão e Flexão simples flexão Volume de concreto 50 m³ 100 m³ N° de andares 1 1 Tempo de concretagem* 3 dias 3 dias * Este período deve estar compreendido no prazo máximo de7 dias, que inclui eventuais interrupções para tratamento de juntas.
Deve-se considerar que cada exemplar é composto por 2 corpos de prova, adotando-se sempre o maior valor de ruptura entre os dois. Admite-se 1 corpo de prova por exemplar quando moldados por técnico especializado e com cuidados especiais na cura e transporte.
Controle estatístico por amostragem parcial Grupo I – 6 exemplares por lote (< C 50) Grupo II – 12 exemplares por lote ( ≥ C50 )
Cálculo do Valor Estimado da Resistência Característica à Compressão Para 6 ≤ n ≤ 20 fckest = 2 . ( f1 + f2 + f3 + ............ + fm-1 ) - fm m-1 m = n / 2 (desprezando-se o valor mais alto se n for ímpar) f1≤f2≤f3≤..............≤fm≤.................≤fn Não será adotado valor de fckest < ψ6 . f1 Tabela 20 - Valor de ψ6 N 2 3 4 0,82 0,86 0,89 ψ6 0,75 0,80 0,84 ψ6
5 0,91 0,87
6 0,92 0,89
7 0,94 0,91
8 0,95 0,93
10 0,97 0,96
12 0,99 0,98
14 1,00 1,00
>16 1,02 1,02
Controle estatístico por amostragem total Empregado quando existe a retirada de pelo menos 1 exemplar de cada amassada, como por exemplo em concreto usinado, onde é retirado pelo menos 1 exemplar de cada caminhão betoneira. Para n ≤ 20, fckest = f1
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Para n ≤ 20, fckest = fi i = 0,05 n (quando i for fracionário,adota-se o inteiro imediatamente superior.
Aceitação da estrutura Satisfeitas as condições de projeto e de execução desta Norma, a estrutura será aceita automaticamente quando:
fckest>fck Quando tal situação não é atendida, os procedimentos a adotar são os seguintes, preferencialmente em seqüência: 1. Revisão de projeto, adotando-se fck = fckest. Este procedimento é aceitável quando o executor do cálculo reverso é o calculista da estrutura original. 2. Ensaios especiais do concreto, com a extração de corpos de prova da estrutura sob suspeita, para investigação direta da resistência. 3. Prova de carga da estrutura. O fator de carga a ser adotado estará relacionado com a utilização prevista.
Rejeição Quando, ao se adotar um ou mais dos procedimentos acima, for verificado que a estrutura atende as condições de segurança estabelecidas pela norma, a estrutura será aceita. Em caso contrário, deverá ser tomada uma das seguintes decisões: 1. A parte condenada da estrutura será demolida. 2. A estrutura será reforçada. 3. A estrutura será aproveitada com restrições quanto ao seu carregamento e/ou uso. Será elaborado um laudo por profissional habilitado, onde será apontada a solução que permitirá o atendimento ao disposto na norma, sendo feito todo o registro das ações em caderno próprio. Obs.: Não sendo feita a coleta e análise de resistência dos corpos de prova, a edificação não tem a sua estrutura tecnicamente aceita. Esse problema pode ser resolvido posteriormente com uma perícia que envolve a verificação da resistência do concreto através de métodos destrutivos e não destrutivos.
5. ALVENARIA Conjunto de pedras, tijolos ou blocos, empilhados (figura 102) ou então ligados por argamassa (figura 103), encaixes, pinos, etc, com geometria definida, dispostos e ligados de forma a compor uma estrutura, como uma parede, um muro, um arco.
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76 Figura 102: Alvenaria de pedra arrumada, em um aparelho ciclópico, da fortaleza inca de Sacsahuamán, no Peru, construída por volta de 1500 DC, onde as grandes pedras irregulares são talhadas e engastadas sem argamassa. Esse tipo de estrutura em alvenaria deve sua estabilidade lateral principalmente à dimensão das pedras, que devido ao próprio peso não são facilmente deslocadas por pequenas forças laterais. Outro aspecto interessante é que devido à inexistência de argamassa de assentamento, a drenagem se dá pelas juntas, que por serem muito finas, não permitem o carregamento do solo.
Figura 103: Cornija do Convento de la Concepción, na Espanha, construído no final do século XIX, no estilo neomourisco, onde vemos a utilização dos elementos de alvenaria para compor um elemento arquitetônico, respeitando-s os limites estruturais dos materiais. Assim, vemos um plano de transição entre o plano da parede e o plano do ressalto, executado de forma a manter todo o conjunto trabalhando à compressão. Também digno de nota, sendo característico desse estilo, o arco de inspiração árabe.
Pelas características de seus componentes, apresenta resistência significativa à compressão, sendo que a outros tipos de esforços, como tração ou flexão, sua resistência é apenas residual, o que exige um projeto adequado para que seus limites de trabalho não sejam ultrapassados. A alvenaria basicamente se constitui de dois elementos, os blocos e argamassa ou os dispositivos de fixação, e as suas resistências, individuais e de conjunto, seja às cargas como às intempéries, definem as suas possibilidades de aplicação.
5.1. Blocos para alvenaria Os blocos podem ser constituídos pelos seguintes materiais: Blocos de pedra irregulares • Blocos de pedra com 1 face lavrada • Blocos de pedra lavrados • Tijolos maciços de argila cozida • Tijolos cerâmicos furados • Blocos vazados de concreto • Blocos de concreto leve • Blocos maciços sílico-calcáreos Existem ainda, sob o ponto de vista principalmente histórico o adobe, a taipa de mão ou de sopapo, e a taipa de pilão. Alguns tipos de blocos podem ser vistos nas figuras 104 e 105. •
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Figura 104: Blocos para alvenaria. Da esquerda para a direita: canaleta de concreto, tijolos maciços de argila cozida, bloco de concreto estrutural, bloco cerâmico não estrutural, tijolo maciço com forma especial para cantos não ortogonais, tijolo cerâmico não estrutural com parede corrugada e canaleta cerâmica. Figura 105: Blocos cerâmicos vazados, estruturais (parede celular dupla) e não estruturais (parede simples) e canaletas com abas iguais e desiguais. Cada um desses elementos tem função própria, e podem ser fornecidos com diversas dimensões, prédeterminadas pelas normas e pelos fabricantes para evitar o corte na obra, que é uma operação onerosa e que gera muito desperdício de material.
Estruturalmente, os blocos são classificados como de vedação, quando a resistência dos elementos é inferior a 4,5 MPa, e estruturais, quando a sua resistência é igual ou superior a esse valor. Seus padrões são apresentados a seguir: Tabela 21 - Dimensões padronizadas de blocos cerâmicos e de concreto (estruturais ou de vedação) Identificação comercial Dimensões nominais dos blocos do bloco (cm) Largura (mm) Altura (mm) Comprimento (mm) 10x20x10 90 190 90 10x20x20 90 190 190 10x20x30 90 190 290 10x20x40 90 190 390 15x20x10 140 190 90 15x20x20 140 190 190 15x20x30 140 190 290 15x20x40 140 190 390 20x20x10 190 190 90 20x20x20 190 190 190 20x20x30 190 190 290 20x20x40 190 190 390 Observações: 1. São admitidas variações dimensionais de até 3 mm nessas dimensões. 2. Outras dimensões são admitidas, desde que dentro de um sistema de modulação específico, proposto pelo fabricante, fornecedor ou construtor. Quadro 8 - Resistência à compressão mínima de blocos, considerando-se a área bruta Tipo Resistência (MPa) Vedação A 1,5 B 2,5 Portante C 4,0
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7,0 10,0
Observações: 1. Considera-se como área bruta a área total do bloco, sem que sejam descontadas as áreas vazadas. 2. Outras classes de resistência, superiores a estas, são admitidas, principalmente para blocos sílicocalcáreos, que podem chegar, na classe “J” a 35 MPa.
Quadro 9 - Especificações técnicas para blocos de vedação Requisitos de qualidade Exigências/tolerâncias Integridade dos blocos Sem cantos lascados, fissuras, etc. Desvio de esquadro ≤ 3 mm Empenamento ≤ 3 mm Absorção de água 5 % a 20 % Expansão higroscópica de seca a saturado ≤ 0,08 %
O não atendimento dessas especificações deve levar à rejeição do lote.
5.2. Argamassas As argamassas têm por função, na alvenaria, a solidarização dos blocos, conferindo estabilidade ao conjunto, durante e após o seu assentamento. Assim, devem apresentar, no seu estado fresco, trabalhabilidade e aderência, e no seu estado endurecido, resistência mecânica, durabilidade e capacidade de vedação. Usada como revestimento ou como base para esse, deve apresentar resistência ao arrancamento, baixa fissuração e baixa permeabilidade. Para atingir essas qualidades, podemos nos utilizar de argamassas industrializadas, que são argamassas de base cimentícia, aditivadas, como podemos nos utilizar das argamassas tradicionais, que se utilizam normalmente de associações de cimento portland, que confere resistência mecânica e hidráulica à massa, o cal hidratado, que lhe confere plasticidade e controle de retração, e areia, que dá estabilidade dimensional durante a cura, inibe a retração, compondo a estrutura física da argamassa. Os traços mais usuais de argamassa são os seguintes: Quadro 10 - Traços indicativos de argamassa, conforme a aplicação, em volume Uso da argamassa Cimento(3) cal hidratado Saibro (4) Areia (5) pedrisco Chapisco 1 3 Argamassa de assentamento(1) 1 2 6a8 Argamassa de assentamento(2) 1 2 7a9 Argamassa de assentamento 1 2 9 a 12 Argamassa de assentamento 1 2 4a6 Argamassa de encunhamento 1 3 12 a 15 Graute (microconcreto) 1 0,1 2,5 2 Obs.: 1. No caso de alvenaria aparente. 2. No caso de argamassa a ser aplicada com bisnaga. 3. Recomenda-se evitar o uso, em condições normais, de CP III ou CP IV nas argamassas. 4. Argila arenosa apresenta propriedades plastificantes, mas degrada a resistência mecânica, durabilidade e hidraulicidade da argamassa. 5. Considera-se areia isenta de impurezas e bem graduada, com MF superior a 2,5. No caso de argamassa a ser aplicada com bisnaga, utiliza-se areia com MF entre 2 e 2,5. 6. No caso de utilização de “substitutos de cal”, a sua substituição só deve ser de 50 %.
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O tempo de utilização das argamassas é muito importante para evitar o surgimento de patologias nas paredes. Considera-se que um tempo de utilização adequado, após a adição de água à massa, não deve exceder 2 h para argamassas tradicionais, sendo que para argamassas industrializadas deve ser respeitada a recomendação do fabricante. Tempos superiores acentuam a retração, pela adição de água que ocorre no meio-tempo, e diminuem significativamente a resistência e aderência do material. O reaproveitamento de argamassa, decorrente da eliminação dos excessos, só é permitido dentro de tempo de utilização adequado, e desde que haja um paramento sobre o piso que permita a captação dessa argamassa sem que ela sofra contaminação. A espessura dos cordões de argamassa não deve ser superior a 15 mm, para evitar uma perda de resistência ao cisalhamento, ou inferiores a 10 mm, pois medidas inferiores a essa dificultam a acomodação de pequenas variações dimensionais entre os blocos. Assim, adota-se como padrão 10 mm de espessura, para essa medida ser compatível com a modulação proposta para os blocos.
5.3. Paginação, encontros e dispositivos construtivos Define-se como paginação a distribuição dos blocos de alvenaria em cada fiada, com a definição de todas as interferências no plano, como aberturas de janelas, portas e instalações. Seja para alvenaria estrutural como para a de vedação, esse procedimento é considerado essencial, dentro de um princípio de racionalização da construção, já que a etapa de alvenaria é a que mais contribui individualmente para o volume de desperdício em uma obra, quando mal planejada. A paginação gira em torno de um bloco de referência, como o 10x20x40 cm, e se vale dos seus elementos complementares, que apresentam variações de 10 cm no comprimento. A distribuição básica dos blocos pode ser qualquer uma das apresentadas na figura 106. Isso é necessário pelas interferências e medidas dos ambientes que se pretende construir.
Figura 106: Disposições básicas de blocos de alvenaria. A disposição mais comum adotada é a junta amarrada, que resiste de forma mais adequada a esforços laterais. A junta a prumo suporta maior esforço de compressão vertical, mas a menores valores de esforços laterais. Note-se que blocos menores apresentam a maior resistência de todos os conjuntos. A modulação apresentada considera o bloco de alvenaria e uma junta de argamassa de 10 mm.
No caso de junta amarrada, se considera que, apesar da superposição desejável ser de 50 %, é admissível a superposição de apenas 25 %. Hoje é considerada uma boa prática o projeto de estruturas convencionais ou de alvenaria estrutural em que já se utilizem as medidas das peças de alvenaria como referência para o dimensionamento da obra, porque com pequenos ajustes o desperdício pode ser minimizado e o ganho de tempo majorado.
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Na alvenaria, principalmente a estrutural, é importante definir como será executada a amarração entre paredes, por serem pontos de concentração e de transferência de tensões. Os métodos mais utilizados são apresentados nas figuras 107 e 108.
Figura 107: Métodos de amarração e distribuição de tensões em paredes estruturais. Os blocos especiais apresentam medidas específicas, variando de fabricante para fabricante.
Figura 108: Modelos de blocos especiais para encontros de paredes, facilitando a paginação dos panos de alvenaria.
Para alvenarias não armadas, recomenda-se ainda um controle nas medidas entre elementos contraventantes, para evitar fissuração ou destacamento por tensões de retração da argamassa ou por esforços de compressão ou tração surgidos pelo trabalho normal do plano. As dimensões recomendadas são apresentadas no quadro 11. Quadro 11 – Dimensões máximas recomendadas para alvenarias não armadas, entre elementos contraventantes Largura do bloco Paredes internas Paredes de fachada (cm) Altura máxima Comprimento Altura máxima Comprimento (m) máximo (m) (m) máximo (m) 9 3,20 6,50 2,70 5,00 14 4,20 8,50 3,70 7,00
Podem ser utilizadas ainda juntas verticais de controle para evitar a ocorrência desses fenômenos deletérios. Juntas de controle podem ser executadas com ganchos de aço, com Ø 5 mm a cada 40 cm de espaçamento vertical, com preenchimento por material deformável, como poliestireno expandido ou espuma de poliuretano. O espaçamento recomendado é dado no quadro 12. Quadro 12 – Valores indicativos de espaçamento entre juntas de controle Comprimento máximo das paredes ou distância máxima entre juntas de controle (m) Paredes internas Paredes externas Blocos Sem aberturas Com aberturas Sem aberturas Com aberturas b ≥ 14 b < 14 b ≥ 14 b < 14 b ≥ 14 b < 14 b ≥ 14 b < 14 Barro 15 12 12 10 11 9 9 8 cozido Cerâmica 12 10 10 8 9 8 8 7
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Concreto, sílica-cal Concreto celular Solocimento
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Feito isso, são definidos nos panos de alvenaria a disposição dos blocos, com as suas várias medidas, e a marcação de todas as interferências, sejam vãos ou instalações, conforme apresentado na figura 109. O projeto de alvenaria resultante permite a contabilização de todos os blocos por suas medidas específicas e a sua disposição correta fiada por fiada.
Figura 109: Projeto de alvenaria de uma parede, onde vemos a distribuição dos blocos identificados com números que definem o seu comprimento, a chegada das paredes interferentes e o encunhamento junto à viga. Também temos medidas consideradas importantes para a definição dessas posições. É importante a adoção de um código de cores para permitir a diferenciação dos diversos elementos assinalados, visto que ocorre uma poluição visual da planta.
Com esse projeto, que passa a ser um roteiro, é possível se apresentar uma obra como a da figura 110.
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82 Figura 110: Obra executada em alvenaria armada, onde é possível se notar, no primeiro plano, como as instalações embutidas sobem junto com as paredes, os encontros apresentam regularidade na distribuição dos blocos e como o prumo pode ser facilmente verificado com uma régua de alumínio. Mais ao fundo pode-se ver uma coluna grauteada e um vão de porta já executado, com grande regularidade dimensional. Pode-se notar ainda como, com a paginação, é possível se distribuir previamente os blocos pela obra e eliminar quase que totalmente o entulho tradicionalmente associado às obras de alvenaria. A velocidade de avanço desse tipo de obra é definida pela velocidade de avanço da alvenaria, o que pode ser vantajoso em diversas situações.
Como elementos complementares de grande importância temos ainda, no projeto de alvenaria, e que devem ser considerados na paginação: • • • • •
Ligações com pilares Encunhamentos Ligações com estruturas metálicas Vergas e contravergas Cintas de amarração
As ligações com pilares, considerando-se hoje a esbeltez normal dessas estruturas, em comparação com o que ocorria no passado, tornaram-se uma importante causa de patologias nas edificações, o que exige cuidado redobrado na sua execução. O conceito sempre é de distribuir as tensões transmitidas pela estrutura de concreto ou entre a estrutura de alvenaria, de forma a não ultrapassara capacidade de carga individual dos elementos de alvenaria. Hoje podem ser adotados diversos modos, sendo os mais comuns os apresentados nas figuras 111 e 112. Figura 111: Utilização do ferro cabelo para promover a ligação estrutura/alvenaria. Neste caso, ao invés de se utilizar a massa de assentamento como berço para a armadura de ligação, utiliza-se um bloco canaleta, devido ao maior diâmetro da barra de aço. A inserção dessa barra pode ser durante a concretagem, com a sua disposição nas formas, em furos laterais, ou então após a concretagem, com a execução de furação e fixação na estrutura de concreto com adesivo epóxi. No primeiro método temos os inconvenientes de prejudicar a desforma, levando muitas vezes à perda dos painéis laterais da cofragem, e à necessidade de um cuidado no posicionamento dos furos, que resultam algumas vezes de não serem coincidentes com a disposição da alvenaria. O segundo método tem os inconvenientes de ser mais trabalhoso na furação e mais caro na colagem, mas não leva a perda de painéis deforma ou de problemas de espaçamento. De um modo geral, o método mais adotado hoje é a inserção de tela.
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83 Figura 112: Ligação alvenaria/estrutura com a adoção de tela metálica. Nesse sistema, uma tela soldada galvanizada, fio 1,65 mm e abertura de malha 15 mm é fixada pela metade, por pinagem, na estrutura de concreto, a cada espaçamento de 2 ou 3 fiadas, ou de 40 a 60 cm, e então, com uma dobra de 90°, a outra metade é mergulhada na argamassa de assentamento dos blocos de alvenaria. Note-se que o correto posicionamento da tela é importante para a sua inserção na estrutura de alvenaria, não sendo, no entanto, necessária uma extrema precisão, pois a tela não deve ser fixada com pino muito junto da dobra, para permitir o seu ajuste e evitar o desnivelamento dos blocos. Complementarmente, a face do pilar deve receber um chapisco rolado ou um revestimento frisado de argamassa colante para aumentar a aderência superficial á lateral da estrutura.
Os encunhamentos são as ligações entre a parte superior da alvenaria com a estrutura, que pode ser uma viga ou uma laje. É adotado em alvenarias não estruturais, que são projetadas para suportar pequenas cargas. No caso de parede sob viga, quando esta tem pequena amplitude de deformação, podemos executar um arremate com peças de alvenaria (figura 113), deixando uma junta de no máximo 20 mm e nesta aplicar uma argamassa com expansor ou então espuma de poliuretano de baixa expansão, para promover uma ligação com pequena capacidade resiliente. Aplica-se normalmente a argamassa quando a viga já se apresenta ao menos parcialmente carregada, enquanto que a espumas é mais utilizada quando a viga está descarregada, o que significa que apresentará maior amplitude de movimento vertical até a sua condição normal de trabalho.
Figura 113: Assentamento de peças especiais de alvenaria para encunhamento de paredes. Isso sempre ocorre quando a modulação da estrutura não acompanha adequadamente a modulação dos blocos. O objetivo dessa camada é criar uma junta com não mais de 20 mm, o que permite a introdução de argamassa ou espuma nesse vão, sem que a abertura excessiva comprometa a estabilidade da parede. Como pode ser visto na figura 116, quando utilizamos um material flexível e não aderente nas juntas, como neoprene ou poliestireno expandido, pode ser necessário a utilização de um arremate arquitetônico para ocultar a junta, e principalmente do lado externo, impedir a passagem de umidade.
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No caso de vigas ou lajes com maior deformação vertical, utilizamos os dispositivos apresentados na figura 114. Note-se que em alvenaria auto-portante pode ser adotado um dispositivo similar, no topo da estrutura, para apoio da laje de cobertura. Figura 114: Detalhe construtivo do encontro alvenaria/laje ou alvenaria/viga, onde vemos a utilização de um elemento de grande resiliência, como EPU de baixa expansão ou EPS para preencher o vão. Havendo a necessidade de ligação estrutural, com a finalidade de contraventar a parede na sua parte superior, podem ser utilizados fios de aço para essa ligação. Em alvenaria estrutural utiliza-se o dispositivo mostrado à esquerda, com a adoção de tiras de neoprene como material deformável, no espaço entre a alvenaria e a laje.
As ligações alvenaria-estrutura metálica exigem cuidados maiores, devido à movimentação prevista, que é muito superior à aceitável para a alvenaria. Os procedimentos para se resolver esse problema normalmente é resolvido pela vinculação entre os elementos com a utilização de dispositivos que evitem concentrações de tensão. Isso pode ser feito através da adoção de sistemas de encaixe, com a utilização de perfis metálicos de contenção, como apresentado na figura 115, juntas elásticas, cujos tipos são apresentados na figura 116, utilizadas também em estruturas de concreto mais delgadas, ou conectores de cizalhamento associados a colunas grauteadas, como pode ser visto na figura 119.
Figura 115: Ligação alvenaria – estrutura metálica com perfis envolventes. É necessário um elemento de arremate ou de vedação associado a essa solução.
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Figura 116: Tipos de ligações flexíveis que podem ser utilizadas entre alvenaria e estruturas flexíveis, tanto de concreto como de aço. O caso específico na figura 117 é apresentado nos detalhes E e F.
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Figura 117: Dispositivo de ligação mais complexo, adotado para vãos maiores ou com paredes sujeitas a maiores esforços laterais (ventos ou dilatação térmica). Baseia-se na dissipação de esforços com a utilização de pilaretes grauteados executados nas extremidades da alvenaria, associados a conectores metálicos que permitem movimentações relativamente grandes sem a transferência dos carregamentos correspondentes. Exige a utilização de dispositivos bem específicos e de mão de obra treinada.
As vergas e contra-vergas são reforços colocados acima dos vão de portas e janelas (vergas), ou abaixo do vão de janelas (contra-verga) para evitar que uma concentração de esforços, causada pela descontinuidade estrutural gerada por esses vãos, provoque a ruptura da alvenaria. Segundo a NBR 8545, elas devem exceder o vão em pelo menos 20 cm de cada lado, e ter uma altura mínima de 10 cm. O procedimento mais comum na sua execução é apresentado na figura 120. Quando o vão for superior a 2,40 m, a norma exige que esses elementos sejam calculados como vigas.
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Figura 118: Disposição de vergas em uma obra de alvenaria, sendo demonstrada a sua execução com a utilização de blocos-canaleta. A grande vantagem nesse tipo de execução é a utilização de peças de alvenaria com a mesma modulação e a velocidade do serviço.
As cintas de amarração são executadas como respaldo, sobre a alvenaria quando esta receberá uma carga distribuída que não corresponde apenas ao seu peso próprio, como por exemplo, uma laje (figura 119). Esse procedimento é mais comum em alvenaria estrutural. Figura 119: execução de cinta de amarração com a utilização de blocos-canaleta com a mesma modulação utilizada na execução das paredes. Além de respaldo, em algumas estruturas de alvenaria, chamadas de alvenaria armada, as cintas de amarração intermediárias, colocadas normalmente nas alturas de vergas e contra-vergas e associadas à pilaretes grauteados, compõem uma estrutura mais resistente a esforços laterais.
Além dessas etapas obrigatórias, devem ser considerados dispositivos de fixação de batentes de portas e janelas, caixas de passagem para instalações elétricas, instalações hidráulicas e outros elementos que exijam uma interferência com o plano de alvenaria. Os reforços normais são executados com telas metálicas ou sintéticas, inseridas na argamassa de revestimento.
5.4. Execução de paredes de alvenaria As etapas executivas da alvenaria são: • • • • • • • •
Limpeza Locação Preparo da superfície de apoio Verificação do nível e execução da camada de regularização Execução da primeira fiada e elevação das extremidades Fechamento Arremate Revestimento
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Partindo-se do princípio que toda parede será apoiada sobre uma superfície resistente, apta a suportar as cargas a ela transmitidas pela parede, a primeira operação a ser executada é a limpeza do local de trabalho, essencial para o início correto do serviço. Assim, em toda a superfície deve ser removido o entulho, material aderido e pó. Isso pode ser feito com vassouras de cerdas duras (vassourão de prefeitura), enxada ou espátula (material aderido), jato de água de alta pressão (uso geral). A locação das paredes, sobre a superfície limpa, deve ser sempre feita com trena de aço ou de fibra de vidro, com comprimento tal que permita a marcação de todas as medidas a partir da origem, de forma a evitar o erro acumulado. Com o auxílio dos próprios blocos de alvenaria, utilização de linha de giz e esquadro de obra, locam-se os cantos e faces da parede, como pode ser visto na figura 120. Figura 120: Locação de paredes a partir da estrutura de concreto. Neste caso, utilizam-se como referências os próprios elementos estruturais. Pode ser utilizado também o gabarito externo, como já descrito na locação da obra, figuras 22 e 23. A utilização dos blocos permite exatidão devido ao seu peso próprio. Neste caso específico, também podem ser utilizados pregos de aço inseridos na estrutura.
Para simplificar o serviço e se obter precisão, é feita a verificação do nível da superfície de assentamento, já que nenhuma parede de alvenaria de blocos regulares é assentada em fiadas com nível irregular, o que exige a verificação prévia do nivelamento da superfície, e se necessário, a execução de uma camada de regularização, o que pode ser feito apenas com argamassa, quando o desnível é inferior a 4 cm, ou então se utilizando de blocos de alvenaria (tijolos maciços) ou mesmo pedaços destes (figura 121).
Figura 121: Disposição da 1ª fiada de alvenaria sobre a camada de regularização.
O nível pode ser verificado com régua de alumínio e nível de bolha (figura 124), ou então com mangueira de nível e régua, se utilizando do princípio dos vasos comunicantes, sendo este método mais empregado para distâncias superiores a 2,00 m.
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88 Figura 122: Utilização de nível de bolha para verificar a superfície de assentamento. Método que apresenta grande precisão, mas pequeno alcance, limitado a 2,00 m. Habitualmente o nível é utilizado acoplado a uma régua de alumínio, que para a dimensão máxima utilizada não apresenta flecha significativa. Tanto a régua como o nível devem sempre ser mantidos em boas condições de uso, para garantir a precisão necessária.
Executada a camada de regularização, quando necessária, assenta-se a primeira fiada e a partir desta elevam-se as extremidades da parede (figura 123), para que estes sirvam de referência para o fechamento do plano da parede (figura 124). Figura 123: Ao se assentar a 1ª fiada, como visto na figura anterior, elevamos as extremidades, as prumadas-guia, de forma a permitir a utilização da linha-de-pedreiro para assentamento da parte interna. Esse procedimento garante precisão e rapidez no serviço. Figura 124: Assentamento das extremidades e execução do fechamento com o auxílio de dois escantilhões, que são réguas, nas quais marcamos com ranhuras executadas a serrote a altura das fiadas, considerando o topo de cada bloco. Para sua utilização, devem estar perfeitamente a prumo e presas, de forma a permitir a fixação da linha de pedreiro nas ranhuras.
A técnica de assentamento de blocos de alvenaria sempre é com refluxo de massa (figura 125), onde o esmagamento do cordão de argamassa, até que este atinja a espessura desejada, garante adesão, resistência e facilidade no nivelamento e a cada fiada, é verificado prumo e nível (figura 126).
Figura 125: Assentamento de blocos de alvenaria com refluxo de argamassa. Essa técnica permite corrigir pequenas incorreções dimensionais, garantindo adesão, resistência e estanqueidade para a parede. Ao se retirar o excesso, deve-se tomar cuidado para não deslocar o bloco recém assentado. A argamassa retirada é devolvida ao caixote de massa para reaproveitamento imediato.
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89 Figura 126: Verificação de nível e prumo em cada fiada assentada. Um maior cuidado deve ser tomado na verificação de paredes curtas, que sobem muito rapidamente sem que a argamassa de assentamento apresente rigidez adequada.
Atualmente, apesar de se assentar blocos e principalmente tijolos maciços com a aplicação de argamassa com a colher de pedreiro, as técnicas mais comuns envolvem o uso de uma palheta, desempenadeira longa e estreita destinada a gerar um cordão de argamassa em blocos vazados (figura 127) ou então um cartucho ou bisnaga (figura 128).
Figura 127: Utilização da palheta para compor o cordão de esmagamento de argamassa. A ferramenta possui o comprimento igual ao bloco a ser assentado, e uma largura não superior a 10 cm, de forma a evitar a utilização de excesso de argamassa. A aplicação é feita com um movimento rotativo, como pode ser visto na seqüência das fotos, e então é aplicado o bloco sobre esse cordão. Com pequenas pancadas, habitualmente dadas com a colher de pedreiro ou um pequeno martelo (figura129), o bloco é colocado em posição, o que é verificado com o auxílio de linha, prumo e nível. Figura 128: Aplicação de cordão de argamassa com a utilização de cartucho de lona com bico metálico. Técnica muito utilizada para blocos com invariabilidade dimensional, permitindo a adoção de cordões com apenas 5 mm de espessura. Mesmo neste caso, a primeira fiada é assentada com massa comum, para permitir a correção de imperfeições da base de assentamento. Pode ser utilizada argamassa pronta ou então a apresentada no quadro 10.
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90 Figura 129: A juste do bloco com a utilização de martelo. O seu ajuste final é feito com auxílio de linha, prumo e nível, como já descrito anteriormente.
O arremate das paredes envolve a execução do encunhamento (figura 130) ou da cinta de amarração, o arremate dos cordões de argamassa (figura 131) e eventuais rasgos executados na parede para passagem de instalações. Figura 130: Como já descrito, após executarmos as paredes, estas devem ser encunhadas na sua parte superior. Quando executado o preenchimento com argamassa, esta deverá ser contida em um dos lados por uma tábua, enquanto que do lado oposto, a argamassa com consistência seca (farofa) é apiloada com soquete de madeira, de forma a preencher totalmente o vão.
Figura 131: Arremate dos cordões de argamassa de assentamento antes do revestimento, para garantir uma superfície adequada para a aplicação da argamassa sob as suas diversas formas, ou então para a aplicação direta da pintura sobre os blocos. O objetivo dessa operação e tornar a parede a mais plana possível.
O método executivo do revestimento da alvenaria é executado considerando-se a planicidade do substrato e o acabamento final. Tradicionalmente, o revestimento aplicado em uma superfície, que receberá posteriormente pintura, é executado com argamassa, em 3 camadas, como apresentado na figura 132. A aplicação das sucessivas camadas se dá com um espaço de tempo de pelo menos 1 dia, para permitir que haja o desenvolvimento de uma resistência parcial, o que evita danos à camada já aplicada ou mesmo o descolamento precoce. Excetuando-se o chapisco (figura 133), toda camada é sarrafeada (figura 134) e tem o seu acabamento superficial executado com desempenadeira de madeira ou plástico (figura 135). Na massa fina o
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acabamento pode ser complementado com uma esponja umedecida ou desempenadeira com feltro (figura 136). Figura 132: Execução de revestimento em três camadas. A primeira camada aplicada, o chapisco se destina a garantir a aderência do revestimento à parede. É executado se projetando contra a parede, com o auxílio da colher de pedreiro ou com equipamento de projeção, uma argamassa feita com cimento e areia, nas proporções apresentadas no quadro 10. O emboço, ou massa grossa, é a camada de regularização, cuja espessura varia entre 1,0 e 2,5 cm, sendo essa espessura estabelecida conforme a amplitude das irregularidades a serem corrigidas, sendo sempre a mais fina possível. A sua proporção corresponde a da massa de assentamento, e se utiliza na sua composição areia de granulometria média, para diminuir a sua fissuração por retração. O reboco, ou massa fina, tem a menor espessura possível, sendo executada com areia fina, com proporções semelhantes à da massa grossa. O seu acabamento final normalmente se dá por lixamento.
Figura 133: Execução de chapisco. Na foto à esquerda vemos a sua execução com a utilização de colher de pedreiro, enquanto à direita vemos a sua execução com argamassa específica, sobre superfície muito plana, mas de baixa aderência. Note-se que o objetivo é produzir uma superfície rugosa, mas sem espessura excessiva. No caso de argamassa tradicional, ela deve ter plasticidade suficiente, pois uma massa muito rígida aumenta o efeito de reflexão.
Figura 134: Sarrafeamento de camada de massa recém aplicada com régua de alumínio. Devido à aderência do material, a régua deve ser sempre limpa imediatamente após o seu uso.
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Figura 135: Desempeno de uma superfície, executada após a massa aplicada “puxar”, ou seja, perder as suas características plásticas.
Figura 136: Acabamento de massa fina com o uso de desempenadeira de espuma. A desempenadeira é mantida umedecida, bem como a parede deve estar ainda úmida, mas sem excesso.
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Em paredes com planicidade adequada (desvio inferior a 3 mm), e rugosidade adequada, pode ser utilizado o revestimento monocamada, em que uma camada de massa aplicada com a técnica do chapisco (figura 137), mas com maior espessura e rigidez, faz o papel de camada aderente, regularizadora e de acabamento, simultaneamente. Figura 137: Execução de revestimento monocamada, onde vemos a aplicação de uma camada mais grossa de massa sobre a superfície da parede, com a técnica do chapisco ou massa chapada. Esse método só é aplicável quando a superfície a ser revestida obedece a padrões rígidos de planicidade e aderência. Por outro lado, acelera significativamente o acabamento de uma obra. O seu acabamento se dá por sarrafeamento e desempeno, como ilustrado nas figuras 134 e 135.
Em revestimentos externos (fachadas), onde é possível se executar grandes planos de revestimento, sem a sua interrupção por elementos estruturais ou de vedação, devese executar juntas (figura 138), para evitar a fissuração ou desplacamento por retração ou variações hidrotérmicas. Além disso, as juntas externas quebram a película de água formada sobre a superfície durante a chuva, evitando o seu encharcamento. Figura 138: Forte presença de juntas no revestimento em argamassa do edifício West Side Alphaville. Elas se tornam mais importantes nos prédios mais altos, devido aos esforços aplicados ao revestimento externo pela movimentação e pressão negativa do vento, que pode levar a sérios desplacamentos. Neste caso, com 150 m de altura, o edifício teve projetos específicos para a alvenaria de fechamento, que devido aos frisos de acabamento tem características de alvenaria armada, e para o seu revestimento. Também no processo executivo foi feito o controle dos materiais e técnicas de aplicação dos materiais, para evitar deterioração precoce do revestimento.
São utilizados dois tipos de juntas, as preenchidas (figura 139) e as falsas não preenchidas (figura 140). Por ser de execução mais cara e demorada, a junta preenchida, por ser selada, só é utilizada em edificações mais sujeitas a pressão de vento. O seu posicionamento deve coincidir com a transição entre elementos estruturais e alvenaria.
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93 Figura 139: Junta preenchida, onde vemos que ela é aberta com o frisador em toda a sua profundidade, e então na abertura formada é inserido uma fita de separação (argamassa de pequena espessura) ou corpo de apoio, o que permite a correta conformação do selante, que deve necessariamente ter características tixotrópicas. Para garantir a aderência do selante, é necessário que o substrato esteja isento de pó ou umidade, o que significa que é desejável proceder à aplicação do selante após um período de pelo menos 2 semanas após a execução da argamassa. Pelo mesmo motivo deve ser utilizado um primer melhorador de adesividade de superfície.
Figura 140: Junta falsa, executada apenas por frisamento, e que apresenta características de junta enfraquecida. Neste caso, a geometria é essencial para garantir a estanqueidade da fachada. A secção apresentada é considerada a mais adequada.
Sua execução é feita após o sarrafeamento da camada final de argamassa, como auxílio de réguas de alumínio adequadamente posicionadas e fixadas, com o auxílio de um instrumento metálico com forma adequada, chamado frisador (figura 141). Figura 141: Execução de junta selada, onde é possível se verificar que após a execução de um pano de alvenaria é executada a junta. Para que ela fique corretamente posicionada é necessária a utilização de elementos de referência. Para a utilização do frisador é necessário que a superfície seja previamente umedecida. Isso evita a quebra das bordas, o que deteriora o acabamento e torna irregular o escoamento da água pela superfície.
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6. Madeiras 6.1. Origem Matéria básica – Tronco da árvore, apresentando constituição em camadas concêntricas, conforme apresentado na figura 142. Figura 142: Camadas constituintes de um tronco: • Medula: parte mole e esponjosa do centro do tronco. • Lenho ou corpo lenhoso: parte compreendida entre a medula e a casca. Constituído por camadas concêntricas, sendo a divisão mais importante entre o cerne e o alburno. • Casca ou córtex: Compreende o líber e a epiderme, sendo a camada externa do tronco, sem aplicação direta na construção civil.
O cerne, parte mais interna do corpo lenhoso e de maior interesse comercial, por apresentar estrutura resistente e compacta, pouco atacável por organismos xilófagos. O alburno, parte externa do corpo lenhoso, é mais claro que o cerne, sendo menos resistente e compacto.
6.2. Aproveitamento comercial Para que um tronco seja transformado em madeira de utilização comercial, são seguidas as seguintes etapas: •
•
•
•
Corte: executado antes da decrepitude da árvore ou da relação comercial com capital empatado. A época de corte é um assunto discutível, mas se considera que para maior durabilidade, deve ser feito em época em que a arvore apresente menor volume de seiva. Desdobramento: corte do tronco para aproveitamento comercial. Podem ser executados de várias formas para o melhor aproveitamento (figura 143). As peças mais comuns obtidas do desdobramento são apresentadas, por ordem decrescente de dimensões transversais, no quadro 13: Aparelhamento: operação executada por máquina própria (plaina de bancada), que corrige imperfeições da serragem bruta. Leva a uma pequena perda das dimensões finais da peça. Secagem: operação destinada a estabilizar a umidade da madeira, e necessária para evitar variações dimensionais da estrutura já executada. Pode ser feita naturalmente, em local coberto, com a madeira disposta em fogueira. Neste caso, pode-se levar de um a dois anos para se atingir o objetivo. A secagem artificial é executada em estufas, com ar aquecido, gerando uma temperatura ambiente que varia de 30 a 50 °C. Toda secagem exige a movimentação das peças para garantir um efeito uniforme, limitando as tensões decorrentes da secagem.
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95 Figura 143: Tipos de cortes de troncos. À esquerda temos a disposição para se obter pranchas e vigas, enquanto que a direita os cortes são otimizados para se obter tábuas e outros elementos de menor espessura.
Quadro 13 - Dimensões comerciais de peças de madeira para construção civil Denominação corrente Dimensões (cm) Pranchão 6,0 x 30,0; 8,0 x 30,0; 10,0 x 30,0 Viga 6,0 x 12,0; 6,0 x 16,0 Tábua 2,5 x 30,0 Pontalete 7,5 x 7,5 Caibro 6,0 x 6,0 Sarrafo 2,5 x 5,0 Ripa 1,5 x 5,0
Existem cortes especiais e juntas específicas, como, por exemplo, para forros e pisos, com juntas de encaixe.
6.3. Tipos de madeiras mais utilizadas • •
Madeiras duras: angico, ipê, cabreúva, eucalipto. Madeiras médias: Pinho, pinus, peroba rosa, cedro, cedrinho, eucalipto.
Não são utilizadas madeiras macias na construção civil .
6.4. Requisitos necessários da madeira Para o seu adequado aproveitamento, a madeira deve apresentar as seguintes características: • • • • • • • • •
Estar seca Ser isenta de nós Não apresentar manchamento por fermentação Se apresentar em peças retas, sem empenamento excessivo Não ter extremidades rachadas Não apresentar veios abertos e torcidos Não apresentar variações de coloração que denuncie o aproveitamento do alburno Não apresentar galerias provocadas por organismos xilófagos Não apresentar bolor superficial nos veios
Essas exigências podem ser mais ou menos rígidas conforme a utilização a que se destina o material. Assim, madeiras para uso em estruturas permanentes, como telhados e pisos apresentam um grau de sanidade superior ao exigido para aquelas a serem utilizadas em estruturas provisórias, como cimbramentos.
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6.5. Proteção Podemos proteger a madeira contra: • • •
Ataque de organismos xilófagos Apodrecimento Fogo
Os organismos xilófagos podem ser de dois tipos: • •
Insetos Fungos
Na madeira, o seu combate se dá pela aplicação de venenos específicos ou pela adoção de barreiras de proteção, especificamente no caso de insetos. As proteções com veneno devem ser refeitas com periodicidade certa para garantir a sua efetividade. O apodrecimento pode se dar por uma combinação de fatores ambientais, principalmente variação excessiva de umidade na superfície da peça associada à proliferação de fungos, e pode ser evitada com o uso de madeiras adequadas, associado a um projeto construtivo detalhado. O fogo pode ter a sua ação minimizada por barreiras químicas ou físicas, mas normalmente esse tipo de proteção não é tão eficiente quanto sistemas ativos de proteção.
6.6. Madeiras industrializadas Essas madeiras, que passam por um intenso processo industrial antes da sua aplicação, são empregadas tanto pelo barateamento da matéria prima, por permitir o uso de madeiras mais macias ou de menor comprimento, como pré-determinadas características não encontráveis no produto na sua forma natural. São os principais tipos de madeiras industrializadas utilizadas na construção civil: •
•
•
Madeiras laminadas: peças composta por lâminas com espessura normal de 2,5 cm, coladas de forma a compor tábuas, vigas ou arcos. Têm como vantagens o maior aproveitamento das peças de madeira e a composição de estruturas curvas sem a necessidade de pré-tensão. Madeiras compensadas: chapas compostas por lâminas finas de madeira coladas entre si. A disposição das lâminas pode ser com todas orientadas em um só sentido, quando se quer maior flexibilidade no sentido ortogonal ou flexibilidade no sentido longitudinal, como as lâminas podem ser dispostas ortogonalmente, de forma alternada, quando se pretende um comportamento bidimensional, sem ênfase em um dos eixos. Na construção civil o seu uso mais comum é como painel de formas para concreto, sendo que neste caso a sua superfície pode ser pintada, resinada ou plastificada. OSB (oriented strand board): chapa composta por 95% de cavacos de madeira de dimensões de até 15 cm, e 5% de ceras e colas, prensada em uma proporção 1:10. Sem apresentar a mesma capacidade de resistência orientada que a madeira natural, madeira laminada ou o compensado orientado em um eixo, têm de qualquer forma maior resistência que outras madeiras de partículas, como o aglomerado e o MDF. Sua superfície apresenta resistência significativa à umidade, o que a torna uma boa opção para formas de madeira e vedações provisórias.
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Aglomerado ou MDP: chapa composta por flocos de madeira e cola, prensados a uma pressão de 2 a 3 MPa a temperaturas entre 140 e 220°C. Não apresenta resistência mecânica orientada ou à umidade. Apresenta densidade entre 0,2 e 0,5. Utilizado em industrial moveleira. MDF: chapa composta por fibras de madeira e cola, prensados a quente. Apresenta densidade entre 0,6 a 0,8. Não apresenta resistência mecânica orientada ou com superfície resistente à umidade. Utilizado em industrial moveleira e como substrato em pisos.
6.7. Juntas ou elementos de ligação Nas estruturas em madeira, as juntas são elementos essenciais para o seu comportamento adequado. Tanto o projeto como a sua execução devem ser feitos de forma a não propiciar rupturas no sentido das fibras do material, o que levaria a falhas catastróficas. As ligações mais comuns hoje se utilizam de pregos, parafusos ou chapas metálicas para garantir a sua solidez. Hoje, podem também ser utilizadas colas nas conexões permanentes, mas neste caso deve se considerar que o formato da ligação deve privilegiar a superfície de adesão e considerar o comportamento da cola, se flexível ou rígida. Em casos específicos, podem ser utilizadas mantas ou tecidos de fibras naturais ou sintéticas como elementos de reforço, principalmente quando se prevê torção da ligação. As ligações mais comuns são apresentadas nas figuras 144 a 148:
Conexões simples: A ligação mais à esquerda é Conexões em chanfro ou espiga. A ligação mais à utilizada apenas com pequenos esforços de esquerda não apresenta grande resistência estrutural. torção.
Ligações em cruz, com e sem rebaixo.
Conexões de topo. A conexão com espiga apresenta melhor desempenho estrutural pela simetria com que distribui os esforços solicitantes.
Ligação de topo com reforço metálico no Ligações de topo para grandes esforços verticais e sentido do esforço predominante. pequenos esforços horizontais. Figura 144: Conexões ortogonais entre peças de madeira.
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Figura 145: Ligações angulares com estribo e/ou parafuso, à esquerda, e ligações de topo com lateral de viga, à direita. Figura 146: Ligações no mesmo sentido, pregadas, coladas ou aparafusadas, para suportar esforços longitudinais.
Figura 147: Ligações para peças flexionadas, com ou sem reforço de chapa metálica.
Figura 148: Ligações com grande resistência ao deslizamento.
6.8. Estruturas de madeira José Bento Ferreira
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Pilares: a sua estrutura, além de exigir proteção de base para evitar apodrecimento ou ataque de organismos xilófagos, deve prever a flambagem da estrutura e garantir a estabilidade do apoio, como pode ser visto nas figuras 149 a 153. Figura 149: Pilares apoiados em bases de concreto ou alvenaria. Método utilizado para prevenir processos de deterioração da madeira.
Figura 150: Estruturas compostas para pilares.
Figura 151: Conexões de topo pilar/viga.
Fi gura 152: Estruturas superiores de pilares, destinadas a suportar tensões elevadas, garantindo a estabilidade do conjunto.
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100 Figura 153: Estrutura de ligação viga-pilar, com dispositivos para evitar rotação ou deslizamento. Associação de “inserts” e parafusos e chapas.
Vigas Como estruturas destinadas a suportar flexão, podem ser compostas por um ou mais elementos, para se obter o momento de inércia desejado, quando então um cuidado especial deve ser tomado quanto ao deslizamento entre as peças. Podem ainda ter reforços metálicos, sob a forma de chapas aparafusadas ou cabos, para aumentar a sua capacidade de carga (figura 154 a 157). Figura 154: Vigas compostas aparafusadas, sendo que as peças denteadas ou com inserts, cujo detalhe é apresentado abaixo, se destinam a suportar grandes esforços de flexão.
Método de reforço com “insert” bipartido deslizante, adotado para máxima eliminação de folga.
Figura 155: Vigas aparafusadas justapostas ou com reforço diagonal.
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101 Figura 156: Estruturas simples reforçadas com cabos ou escoras inclinadas (mãofrancesa).
Figura 157: Estruturas reforçadas com diagonais de madeira, para suportar grandes esforços.
Exemplos de estruturas de madeira – Pontes
Figura 158: Ponte sobre o Rio Tarumã (Amazônia) .
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Figura 159: Modelo de ponte romana em estrutura mista de pedra e madeira, para travessia de grandes rios. Figura 160: Processo construtivo da ponte da figura 159: com as ensecadeiras cravadas (detalhe abaixo), e criada uma ponte provisória de barcos, para garantir o acesso dos operários à obra, procede-se ao esgotamento da água e montagem do bate-estacas. Cravadas as estacas, executam-se sobre elas os pilares de pedra, com paramento lavrado e enchimento com cascalho. Com os pilares montados, colocam-se peças prémontadas de madeira, com o auxílio de um guindaste.
Modelo de ensecadeira utilizado pelos romanos para trabalho a partir do fundo do rio. As estacas são cravadas no fundo do leito e cintadas externamente por correntes. Internamente, é montada uma estrutura para garantir a disposição das estacas.
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Figura 161: Ponte provisória sobre o rio Tamanduateí (São Paulo), executada com vigas de madeira e tirantes de aço, com reforço nos apoios.
Figura 162: Ponte executada em Iperó, com longarinas executadas com tábuas cruzadas.
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104 Figura 163: Ponte Evenstad – Noruega – Comprimento total de 180 m, composta por 5 arcos abatidos escorados de 36 m, executados em madeira laminada, tratada com creosoto.
Detalhe da fixação do tirante e sistema superior de contraventamento da ponte Evenstad
Figura 164: Ponte Gr ǿnsvebakken - Noruega, com estrutura em arco tri-articulado, dotada de tabuleiro inferior, executada em madeira laminada, com tirantes em aço. À direita, temos o detalhe da ponte, onde é possível se notar o característico tirante central executado em perfil I, diretamente sob a articulação central. Essa peça, com maior momento de inércia, foi adotada para proporcionar estabilidade lateral ao tabuleiro da ponte, que é fixado ao arco de sustentação em outros pontos por barras metálicas de pequeno diâmetro. Figura 165: Viaduto Knutshaug Noruega, executado em arco triarticulado com tabuleiro intermediário, em madeira laminada, com vão central de 18,8 m.
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105 Figura 166: Passarela Skovb ǿle – Noruega, onde é possível se notar a estrutura em arco treliçado, executada em madeira laminada com elementos de fixação das diagonais em aço, bem como os elementos de união entre os arcos e suporte do passadiço, inteiramente metálicos. Neste caso, foi utilizado o pínus, tratado com creosoto. A passarela possui um vão central de 20,6 m.
Figura 167: Passarela Mukkulankatu – Finlândia, executada em viga maciça de madeira laminada, em arco, com os maiores vão medindo 13,5 m. À direita, temos o detalhe da viga maciça, executada em pínus, onde é possível se notar o sistema de fixação do guarda corpo. Note-se que a estabilidade lateral é garantida a cada dois suportes, enquanto a estabilidade da forma e alinhamento da madeira é garantida também pelo suporte intermediário.
Figura 168: Passarela Sinettäjoki – Finlândia, executada em treliça simples, com vão de 13,8 m. Detalhe da fixação da diagonal principal junto ao tirante inferior, onde é possível se notar a utilização de uma peça justaposta aparafusada, para melhor distribuição das tensões, sem que se precise espessar a peça em todo o seu comprimento. Note-se também o detalhe do apoio, executado com uma chapa de neoprene, e estabilizado lateralmente por um parafuso.
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Figura 169: Ponte Vihantasalmi – Finlândia – Vãos centrais de 42,0 m, em treliça “Howe”, executados em madeira laminada colada e tirantes metálicos, com apoios em concreto. Essa estrutura apresenta ainda um complemento lateral em balanço, utilizado como passarela para pedestres e bicicletas, como pode ser visto no corte à direita.
Figura 170: Projeto da ponte Vihantasalmi, onde é possível se ver os três vãos centrais, executados em treliça com tirantes metálicos, sendo que no corte transversal é possível se notar a utilização de peças comprimidas de madeira e tirantes de aço, na estabilização lateral da estrutura.
Exemplos de estruturas de telhado em madeira Figura 171: Nomenclatura das peças de um telhado. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16.
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ripas caibros cumeeira terça contrafrechal frechal chapuz empena (asna) tirante (tensor) pendural escora pontalete (montante) ferragens (estribo) ferragens (cobrejunta) testeira mão francesa
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107 Figura 172: Esquema de telhado que utiliza consolo de apoio, devido à maior tensão na extremidade do tirante.
Figura 173: Telhado com platibanda e calha embutida, onde pode ser visto o detalhe do rufo e forro pendurado na tesoura.
Figura 174: Telhado com estrutura em lanternim, muito utilizada em galpões, quando a área de iluminação e ventilação são insuficientes.
Figura 175: Acabamentos adotados nas extremidades inferiores dos telhados, para evitar a quebra do plano inclinado na última fileira de telhas.
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Figura 176: Detalhes das ferragens e encontros. Figura 177: Disposição dos elementos estruturais de um telhado de duas águas. Note-se a necessidade de contraventamento dos elementos para garantir a estabilidade sob as cargas de vento previstas.
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Exemplo de telhado em estrutura mista Figura 178: Estrutura de telhado em que o tirante foi substituído por cabos de aço e, no caso da escora da empena, ela e foi substituída por um conjunto cabo-afastador. O objetivo foi tornar a estrutura visualmente mais leve, devido ao pé-direito reduzido do mezanino. Note-se a secção quadrada das vigas, com lado de 20 cm, adotada por motivos estéticos.
Figura 179: Detalhe da conexão metálica entre empenas e cumeeira. Note-se que, devido à ausência do pendural, é necessária uma conexão mais rígida entre empenas, o que é conseguido com a utilização de um conector metálico soldado, associado a uma trave de madeira. Esse expediente também foi adotado na cumeeira, devido à ausência de uma estrutura longitudinal de estabilização.
Figura 180: Detalhe dos tirantes horizontais e inclinados, dotados de esticadores e afastadores, estes com guias de deslizamento, para evitar a torção da estrutura durante a operação de tensionamento dos cabos.
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110 Figura 181: Junção empena-frechal, onde se vê o conjunto de fixação de cabos na extremidade da empena, e a junção aparafusada entre as duas peças.
Figura 182: Vista inferior da empena. Note-se a necessidade de se detalhar o aparafusamento entre as peças, para não criar uma secção enfraquecida nos pontos de fixação.
Figura 183: Afastador do cabo, executado em madeira, com chapas metálicas aparafusadas utilizadas para a sua estabilização, encabeçado por chapa com guia de deslizamento.
6. ESTRUTURAS METÁLICAS José Bento Ferreira
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São estruturas compostas principalmente por perfis metálicos de diversos tipos e secções, unidos por parafusos, rebites ou soldas. Apesar do ferro ser conhecido desde a antiguidade, foi apenas a partir do século XVIII que, como o desenvolvimento da fundição do coque (Abraham Darby I, em 1709) que peças estruturais de aço puderam ser desenvolvidas.Uma estrutura desse período inicial pode ser vista na figura 184. Figura 184: ponte com estrutura de ferro fundido em arco construída em 1744, no rio Severn, região oeste da Inglaterra, no local conhecido como garganta de Ironbridge. As pontes em estrutura metálica desse período guardam grande semelhança estrutural com aquelas executadas em madeira, no mesmo período.
Com a pressão tecnológica gerada pela revolução industrial, estruturas destinadas aos meios de transportes e às instalações industriais, inicialmente, e após o desenvolvimento do elevador (Elisha Otis, em 1853), edificações comerciais (figura 185) e residenciais levaram à necessidade de desenvolvimento de perfis metálicos adequados às estruturas que então começavam a ser projetadas e executadas. Figura 185: O Stock Exchange Building, construído na cidade de Chicago, região central dos Estados Unidos. Projetado e construído por Adler & Sullivan, no ano de 1894, se utiliza de uma estrutura metálica, revestida interna e externamente por alvenaria. É um dos exemplos clássicos da chamada Escola de Chicago. Foi desde o início dotado de elevadores para o transporte vertical dos usuários da edificação.
Atualmente, as estruturas metálicas são construídas com o emprego de chapas, perfis, tubos, fios cordoalhas ou cabos.
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Na fabricação desses elementos estruturais são utilizados dois tipos de aços, os aços carbono e os aços de baixa liga, que podem ainda sofrer um tratamento térmico para aumento da sua resistência. O aço carbono apresenta um teor de carbono que varia de menos de 0,15% até 1,7%, além de outros materiais, como manganês, silício, cobre e cromo, que, em menores quantidades, modificam o comportamento do material. A classificação desse aço é feita em quatro categorias, em função do teor de carbono: • • • •
Baixo carbono: C < 0,15% Moderado: 0,15% < C < 0,29% Médio carbono: 0,30% < C < 0,59% Alto carbono: 0,60% < C < 1,7%
Deve-se considerar que o aumento do teor de carbono aumenta a resistência mecânica, mas diminui a ductilidade e dificulta a soldagem, motivo pelo qual é normal o uso de aços com teor de carbono de baixo a moderado. Os tipos mais comuns de aço-carbono e suas características básicas são apresentados da tabela 22, abaixo: Tabela 22 - Características de aços-carbono utilizados na fabricação de elementos estruturais. Especificação Limite de escoamento Resistência de ruptura fy (Mpa) fu (Mpa) ASTM A7 240 370-500 ASTM A36 250 400-500 DIN St37 240 370-450
Os elementos metálicos estruturais também podem ser produzidos com os aços de baixa liga, que são aços carbono acrescidos de elementos de liga, como cromo, cobre, manganês, níquel, fósforo, etc. Esses elementos aumentam a resistência mecânica do aço pela modificação da sua microestrutura para grãos finos, melhorando a sua soldabilidade. Algumas dessas ligas geram os chamados aços patináveis, com elevada resistência atmosférica, como o tipo A242 da CSN comercializado sob a denominação NIOCOR, ao qual corresponde o SAC 50 da Usiminas. Os tipos mais comuns de aços de baixa liga são apresentados na tabela 23: Tabela 23 - Características dos aços de baixa liga utilizados na f abricação de elementos estruturais. Especificação Limite de escoamento Resistência de ruptura fy (Mpa) fu (Mpa) ASTM A242 290-350 500-600 DIN St52 360 520-620
São utilizados ainda aços-carbono com tratamento térmico, para execução de peças que necessitem de uma maior resistência, como parafusos conectores. No entanto, são elementos que apresentam elevada dificuldade para serem soldados.
6.1 Escolha e tipos de aços O tipo de aço que comporá a estrutura é escolhido normalmente a partir de dois parâmetros:
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• •
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Agressividade do ambiente Nível e tipo de esforços solicitantes
Ambientes agressivos, como regiões á beira do mar, plantas industriais, bem como a previsão de uma manutenção deficiente podem levar à adoção de aços com resistência à corrosão. Estruturas em que haja a previsão de flexão das peças metálicas levam à escolha de aços com média resistência mecânica, enquanto que peças em que não haja uma previsão de flexão significativa leva à escolha de aços de alta resistência mecânica. Temos assim para escolher, no mercado nacional, os seguintes tipos de aço:
Aços de média resistência para uso geral: • • • • •
Perfis, chapas e barras redondas acima de 50mm: ASTM A-36 Chapas finas: ASTM A-570 e SAE 1020 Barras redondas (6 a 50 mm): SAE1020 Tubos redondos sem costura: DIN 2448, ASTM A-53 grau B Tubos quadrados e retangulares, com e sem costura: DIN 17100
Aços estruturais, baixa liga, resistentes à corrosão atmosférica, média resistência mecânica: • •
Chapas: USI-SAC 41 (USIMINAS) Chapas: aço estrutural com limite de escoamento de 245 MPa (COSIPA)
Aços estruturais, baixa liga, resistentes à corrosão atmosférica, alta resistência mecânica: •
•
Chapas: ASTM A-242, ASTM A-588 COS-AR-COR (COSIPA), USI-SAC-50 (USIMINAS) e NIOCOR (CSN) Perfis: ASTM A-242, A-588 (COFAVI)
6.2 Tipos de elementos estruturais Os elementos estrutura são sempre definidos conforme a sua forma de carregamento. Temos como exemplos, o uso comum de perfis H em pilares que trabalham predominantemente à compressão, enquanto é comum o uso de perfis I na execução de vigas, por terem um momento de inércia otimizado para esse tipo de carregamento à flexão. Já na execução de tirantes barras ou cabos têm uso consagrado. Assim, o parque metalúrgico nacional oferece o aço sob diversas formas geométricas e com grande gama de dimensões, permitindo, dentro das chamadas bitolas comerciais, a otimização desse material. O aço pode ser encontrado sob as seguintes formas:
Chapas: produtos laminados em que duas dimensões (largura e comprimento) são muito superiores a terceira (espessura). São classificadas como grossas quando a sua espessura é igual ou superior a 3/16” ou 4,76 mm. Neste caso, a sua espessura é especificada em polegadas ou milímetros. As chapas são classificadas como finas quando apresentam espessuras inferiores à referida acima, e são especificadas José Bento Ferreira
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usualmente segundo bitolas constantes na tabela MSG (Manufacturer’s Standard Gauge), discriminada a seguir. nº MSG 9 10 11 12 13 14 15 16 espessura (mm) 3,80 3,42 3,04 2,66 2,28 1,90 1,71 1,52 Observação: As chapas podem ser fornecidas com os bordos originais da laminação, quando são chamadas universais, como podem ter esses bordos aparados, sendo assim denominadas.
A CSN fabrica chapas com qualidade estrutural que apresentam espessuras entre 2,00mm a 12,5 mm, com larguras de 1000 mm, 1100 mm, 1200 mm e 1500 mm e comprimentos de 2000 mm, 3000 mm e 6000 mm.
Barras: produtos laminados em que uma dimensão, o comprimento, é muito superior aos outros dois, largura e espessura. Podem ter secção circular, quadrada ou retangular, sendo que essas últimas são denominadas barras chatas. A sua especificação é pelo diâmetro, no caso de barras circulares, ou pelas medidas do perímetro, no caso de barras quadradas ou chatas, podendo essa medida ser expressa em polegadas ou mm (figura 186). Perfis laminados: utilizados em obras que sofrerão grandes cargas estruturais, devido a sua eficiência, podem ter a sua secção em forma de I, H, U ou L, sendo que eles são produzidos em grupos, em que a altura da peça é constante, e a largura da alma é variável, sendo essa variação decorrente do espaçamento dos rolos laminadores, o que gera, para a mesma altura, perfis mais leves, menos resistentes, e perfis mais pesados, mais resistentes. Os perfis L, mais conhecidos como cantoneiras, podem ter abas iguais ou desiguais, o que permite a sua adaptabilidade a uma extensa gama de serviços. Todos os perfis laminados produzidos são especificados em polegada e/ou mm, e espessura da alma, e as tabelas dos fabricantes costumam apresentar as características técnicas necessárias aos cálculos estruturais (figura 186). Figura 186: Foto de produtos metalúrgicos, onde é possível se identificar as barras de secção quadrada, retangular (chata) e redonda, e os perfis laminados U, L (cantoneira) e T. Abaixo, pode ser visto o detalhe das dimensões de um perfil I.
Perfis dobrados: executados a partir de chapas metálicas finas, manufaturados em equipamentos denominados dobradeiras, são utilizados em obras que sofrerão pequenas cargas estruturais, devido a sua pequena espessura de parede. Podem ter a sua secção em forma de U ou L, e não apresentam cantos vivos nas regiões de dobra, já que é necessário um pequeno raio para se evitar encruamento ou fissura do aço. Todos os perfis dobrados produzidos são especificados em polegada e/ou mm, e espessura das paredes. As tabelas dos fabricantes costumam apresentar as José Bento Ferreira
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características técnicas necessárias aos cálculos estruturais. Atualmente também é comum a utilização de perfis metálicos dobrados em secção W ou trapezoidais, elaborados a partir de chapas galvanizadas, como telhas metálicas autoportantes (figura 187). Figura 187: detalhe da estrutura de uma casa executada pelo método do “steel framing”, onde uma estrutura leve de aço é revestida por placas a ela fixadas. Neste caso a utilização mais comum é de perfis dobrados, que aliam a leveza ao desempenho estrutural esperado e à facilidade de montagem. Neste caso específico temos a utilização de um perfil U simples com um perfil U enrijecido, em uma ancoragem provisória.
Perfis fabricados e perfis compostos: também conhecidos como perfis soldados, são formados pela associação de chapas ou perfis laminados, através de soldas. Normalmente são utilizados quando existe a necessidade de secções de grandes dimensões, não atendidas pelos perfis simples. Podem já existir no catálogo do fabricante, como peças diferenciadas ou podem ser encomendadas. As suas especificações dimensionais seguem o padrão das outras peças (figura 188). Figura 188: Estacas executadas com perfis fabricados a partir de chapas cortadas e soldadas pelo processo do arco submerso. A vantagem, neste caso é a não necessidade de se utilizar bitolas comerciais, o que permite otimizar secção resistente e comprimento da peça. Em primeiro plano podemos ver uma viga com alma dupla.
Tubos: executados a partir de chapas metálicas finas ou por extrusão, quando então não apresentam costuras, podem possuir seção transversal quadrada ou circular com diversas espessuras de parede. São utilizados em obras que sofrerão cargas de compressão ou flexão, em que o peso da estrutura seja um fator significativo. Quando de secção quadrada ou retangular, não apresentam cantos vivos, e são conhecidos comumente como “metalon”. Não apresentam cantos vivos nas regiões de dobra, já que é necessário um pequeno raio para se evitar encruamento ou fissura do aço. Todos os perfis tubos são especificados em polegada e/ou mm, e espessura das paredes. As José Bento Ferreira
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tabelas dos fabricantes costumam apresentar as características técnicas necessárias aos cálculos estruturais (figura 189). Figura 189: Estrutura de cobertura executada em treliça, em que o banzo superior e o inferior são executados com tubos de secção circular, e cuja conexão com o pilar é executada através de flanges aparafusadas.
6.3 Tipos de estruturas A associação de perfis metálicos gera estruturas como a da figura 190, onde temos uma estrutura classificada como leve, composta por perfis dobrados soldados, cujas associações apresentam características estruturais adequadas aos esforços pretendidos. Figura 190: Estrutura metálica leve, que se utiliza de perfis de chapa dobrada como terças de cobertura e longarinas de fechamento lateral. Abaixo, temos o detalhe de apoio das terças.
Assim, vemos que a combinação de elementos estruturais geram estruturas metálicas com diversas configurações, sendo as mais comuns: • • • • • • •
Vigas de alma cheia em perfil I Vigas reforçadas em perfil I Vigas contínuas com inércia variável e em caixão Vigas armadas Treliças planas Treliças espaciais Vigas tipo Vierendeel
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Colunas em perfil C Pórticos e arcos Cascas As estruturas acima relacionadas apresentam as seguintes características:
Vigas de alma cheia em perfil I com secção transversal invariável Elemento linear de seção ativa, laminado ou soldado (figura 191), é a estrutura mais fácil de ser produzidas, e presta a vencer vãos pequenos e médios (até 10 m), porque a sua secção contínua, decorrente do processo de fabricação, não permite a otimização da área resistente em relação aos esforços.
Figura 191: Tipos de perfil I utilizados na execução de estrutura. Note-se que o perfil americano tem a geometria das abas diferente do perfil europeu, ou de abas paralelas. Essa característica muda os valores de cálculo e, portanto, é necessário se atentar para uma possível mudança de fornecedor de material, em relação ao que está especificado.
Conforme o fabricante, os perfis laminados podem apresentar variação da espessura da alma, permitindo uma escolha entre perfis de mesma altura, de acordo com a amplitude de carregamento. Os fabricantes fornecem ainda todas as características do perfil necessárias para o cálculo estrutural, como pode ser visto na figura 192, que no caso específico é um perfil de aço resistente a corrosão atmosférica.
Figura 192: Tabela de especificação das características estruturais do Gerdau Cor, aço de baixa liga do tipo conhecido como patinável, pois apresenta na superfície uma camada insolúvel e, portanto, estável de óxido (pátina), que protege o seu interior das agressões atmosféricas.
Vigas reforçadas em perfil I Esse tipo de perfil atende a vão ou cargas superiores ao dos perfis laminados simples, por apresentar a possibilidade de aumento da secção ou aumento da altura (figura 193). Por ainda
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apresentarem secção transversal contínua, não otimizam essa secção em relação aos esforços atuantes na peça.
Figura 193: Perfis I laminados reforçados com chapa, à esquerda, utilizados quando a secção resistente é insuficiente para resistir aos esforços atuantes. À direita, temos um perfil laminado cortado à maçarico e a seguir soldado, de forma a se obter uma altura final significativamente superior ao perfil original, aumentando seu momento de inércia sem acréscimo de peso, sendo muito utilizado para vencer vãos superiores à aqueles econômica e tecnicamente viáveis com perfis laminados maciços.
Vigas contínuas com inércia variável Esses tipos de vigas otimizam a relação peso/secção resistente, o que permite a execução de grandes vãos com vigas contínuas (figura 194).
Figura 194: Vigas contínuas com inércia variável. À esquerda, temos uma viga com espessamento da mesa, obtido pela soldagem de placas adicionais de aço na região de maior solicitação da estrutura. À direita, temos a variação da altura da alma, com o mesmo objetivo.
Ainda neste caso, quando é necessária uma grande resistência a torção, utilizam-se as vigas com secção em caixão, conforme pode ser visto na figura 195. O exemplo nacional mais conhecido desse uso é a Ponte Rio-Niterói, cujos vão centrais apresentam significativa variação na altura da alma, para se conseguir vencer um vão de 300 m (figura 196).
Figura 195: Viga com secção em caixão, com 1 ou 3 células, conforme a necessidade de se resistir a torção. Em muitos casos, é comum a sua associação com um contraventamento interno para aumentar a sua efetividade como pode ser visto na figura 196.
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Figura 196: À esquerda, temos uma vista dos vãos externos em aço da ponte Rio-Niterói, antes do seu içamento, onde é possível se notar a variação da altura da alma para otimizar a relação peso/capacidade resistente. À direita temos o desenho das suas secções, onde é possível se verificar a grande variação de altura da secção e sua estrutura em caixão com contraventamento interno.
Vigas Armadas Sistema estrutural de secção ativa, ou seja, aquele em que os elementos do sistema são principalmente submetidos à flexão, ou seja, devem resistir ao momento fletor compressão, tração e cizalhamento, na mesma secção considerada. Neste caso em específico, a secção é reforçada com tirantes, que associados a espaçadores, geram apoios que transformam uma viga bi-apoiada em uma viga internamente hiperestática (figura 197). Esse tipo de viga também é denominado viga-vagão.
Figura 197: Exemplos de vigas armadas, com o detalhe da fixação do cabo lateral. A estabilidade lateral dessa estrutura é importante, motivo pelo qual é normal se utilizar o corpo da viga em caixão.
Treliças planas Sistema estrutural bidimensional de vetor ativo, que se caracteriza por possuir componentes estruturais curtos e retos, no qual a redistribuição dos esforços atuantes é feito por decomposição vetorial, originando forças unidirecionais ou singulares em cada elemento (tração ou compressão), quando os esforços são aplicados apenas nos nós, que é como são conhecidos os pontos de encontro das barras componentes dos sistemas.
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Podem apresentar diversas formas, adequadas a cada objetivo. As suas configurações básicas são apresentadas na figura 198.
Figura 198: Classificação das treliças planas em função da configuração dos banzos.
Além dessa classificação, podemos aplicar uma nomenclatura que identifique o sinal das forças atuantes nos montantes e diagonais. Na figura 199 temos alguns exemplos dessa forma de classificação. Todos os tipos apresentados podem apresentar malha secundária, como a treliça Warren apresentada na figura 200. Figura 199: Treliças de banzos paralelos tipo Pratt, Howe e Warren. É importante nessa classificação se compreender que ela se baseia no carregamento das diagonais e montantes, e não simplesmente pela disposição geométrica das barras. Neste caso, notem-se os pontos de carregamento das treliças, apenas nos seus nós. No caso de barras comprimidas, o seu comprimento de flambagem é sempre considerado, motivo pelo qual, neste caso, é comum a adoção de tubos ou perfis de secção simétrica no lugar de barras maciças.
Figura 200: Treliça Warren com malha secundária, destinada a aumentar a estabilidade das barras e do conjunto estrutural.
As treliças parabólicas também são identificadas da mesma forma, como pode ser visto na figura 201, abaixo:
Figura 201: Identificação das treliças pelo sinal de carregamento das barras.
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Um caso particular são as treliças com banzo semi-parabólico, assim chamadas quando a altura no apoio é diferente de zero (figura 202). Figura 202: Treliça tipo Pratt de banzo semi-parabólico, assim chamada porque h0 ≠ 0.
As treliças de forma triangular são de grande interesse na construção civil, pelo seu uso em coberturas, sendo neste caso comumente chamadas de tesouras. Os tipos mais utilizados são apresentados na figura 203. Figura 203: Principais tipos de treliças utilizados em estruturas de cobertura.
Os vãos máximos considerados econômicos, em condições normais, são os seguintes: • • •
Tesouras: 30 m Treliças de banzos paralelos: 70 m Treliças de banzos parabólicos: 130 m
Já a altura máxima (hm) da treliça, em um dimensionamento viável economicamente, é uma relação que varia entre 1/15 e 1/8 do vão (figura 204).
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Figura 204: Relação altura/comprimento entre treliças.
Contraventamento em treliças planas Contraventamentos são utilizados na associação de duas ou mais treliças planas, em disposições horizontais e verticais, para garantir a estabilidade do conjunto. O tipo mais comum se utiliza de barras redondas ou cantoneiras em uma disposição em X, em que somente as barras tracionadas trabalham, conforme o sentido do esforço aplicado, não se considerando para efeito de cálculo as barras comprimidas, o que evita o aumento de secção transversal para resistir à flambagem e, portanto, o acréscimo de peso. Dessa forma, temos que o contraventamento trabalha como uma treliça Pratt. Na figura 205 temos o exemplo de um contraventamento horizontal, enquanto que na figura 206 temos dois exemplos de contraventamento vertical. Figura 205: Exemplo de contraventamento com barras em que só um elemento de cada X resiste, conforme a solicitação. No caso apresentado, devido ao carregamento apresentado, só as diagonais representadas com linha cheia trabalham à tração.
Figura 206: Tipos de contraventamentos verticais. No caso à esquerda, o X é montado em correspondência ao contraventamento horizontal, para melhor aproveitamento da estrutura, enquanto à direita temos um contraventamento que impede apenas parcialmente a passagem pelo vão.
A disposição geral do contraventamento de um galpão em estrutura metálica é apresentado na figura 207.
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123 Figura 207: Disposição geral do contraventamento de um galpão em estrutura metálica, executado nos planos vertical e inclinado, com diagonais tracionadas e escoras comprimidas (treliça Pratt).
No caso específico de edifícios de múltiplos andares, é comum a adoção, além dos sistemas já descritos, daqueles apresentados na figura 208.
Figura 208: Contraventamentos utilizados em edifícios de múltiplos andares. Da esquerda para a direita, temos a disposição em V, V invertido, K e Diamante.
Treliças espaciais Sistema estrutural tridimensional de vetor ativo, o que permite a obtenção de grandes áreas livres cobertas (figura 209) com pouco peso próprio. Uma treliça plana de malha dupla, como a apresentada na figura 210, pode ser decomposta em malha superior, malha inferior e diagonais de ligação. As outras disposições possíveis para as malhas podem ser triangulares, retangulares e hexagonais. As treliças espaciais não necessariamente são sempre em malha dupla, podendo ter malha simples quando a forma garante a resistência estrutural. No cálculo da treliça é essencial a definição do seu tipo de nó, para garantir o comportamento estrutural previsto em projeto, ou seja, não é possível a simples substituição de um tipo de nó por outro sem a necessária revisão estrutural do projeto.
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124 Figura 209: Sistema de treliças espaciais planas de dupla superfície, que se utiliza da disposição de semioctaedro sobre retícula quadrada, cujo elemento unitário pode ser visto abaixo. Várias outras disposições podem ser utilizadas com a mesma finalidade.
Figura 210: Disposição da malha superior, diagonais e malha inferior da treliça apresentada na figura 209. Podem ser adicionadas diagonais às malhas, criando estruturas mais complexas.
Por ser um dos elementos estruturais mais importantes, a ligação entre as barras, conhecidas como nós, apresentam várias formas possíveis. Os tipos mais comuns são os seguintes: Nó Sarton - obtido com o amassamento dos tubos nos pontos de ligação, sendo a sua fixação com parafuso-máquina passante (figura 211). Figura 211: Nesse nó, as barras, nas suas pontas ou posições intermediárias, são amassadas, criando uma região de união, que é feita com um parafuso passante. Um cuidado a ser tomado na operação de amassamento é evitar que a parede do tubo não seja rompida.
Nó Esférico – utiliza-se uma esfera metálica, preenchida com material inerte, como areia ou argamassa, à qual são soldadas as barras, na disposição prevista em projeto (figura 212). Apresenta maior dificuldade executiva que o nó Sarton.
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125 Figura 212: Feita a partir de uma esfera metálica, onde as barras são soldadas, apresenta maiores possibilidades de posicionamento. No entanto, a sua correta execução exige maior controle e demanda maior tempo.
Nó Mero – neste caso o nó é constituído por uma esfera cuja superfície é constituída por octógonos, nos quais as barras são rosqueadas (figura 213). Figura 213: Estrutura executada com nó Mero. Neste caso, as barras recebem um conector na sua extremidade, que é rosqueado a uma esfera que tem na sua superfície os berços de aparafusamento. Apresenta grande rapidez na sua montagem e desmontagem, sendo um sistema adequado para estruturas provisórias. Exige que se siga sempre a seqüência de montagem.
Nó Unistrut – nó executado com chapas moldadas e furadas, ás quais são solidarizadas as barras por aparafusamento. São mais usadas com barras de secção quadrada ou retangular (figura 214). Figura 214: Conexão Unistrut, feita a partir de uma chapa dobrada a frio, por prensagem. As características geométricas das chapas são definidas pelo posicionamento das malhas e diagonais.
As treliças espaciais permitem a obtenção de grandes coberturas com pouco peso, mas exigem projetos detalhados de fabricação e montagem dos componentes, e sua operação de montagem é sempre mais complexa que as de outros tipos de estruturas. Em diversos casos, é mais simples a montagem no chão, com o posterior içamento, como feito no pavilhão de exposições do Anhembi, em São Paulo/SP (figuras 215 e 216).
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Figura 215: Detalhe das peças e desenho da montagem da treliça do pavilhão de exposições do Anhembi, executado com tubos de alumínio, com nós tipo Sarton.
Figura 216: Seqüência do içamento manual e fixação dos suportes definitivos, em tubos de aço sobre pilares de concreto.
As treliças espaciais não necessariamente devem ser planas, podendo ser esféricas, cônicas ou circulares, sendo em muitos casos dispensável a face paralela, pois uma única face, dada a sua forma, já constitui uma estrutura resistente (figura 217).
Figura 217: Cúpula lamelar hexagonal, sendo que à esquerda temos destacada uma tira esférica com entrelaçamento hexagonal.
Vigas tipo Vierendeel
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Essas vigas são constituídas na verdade por uma associação de quadros. Assim, as ligações entre as barras dessa estrutura resistem também a momentos fletores, além de forças normais e cortantes, como visto na figura 218. Figura 218: Diversos tipos de vigas Vierendeel, onde vemos que mesmo sendo semelhantes a treliças, as barras não devem apresentar resistência apenas às forças normais, devido à rigidez dos nós.
Na figura 219 vemos a utilização de vigas Vierendeel na construção civil, constituindo ao mesmo tempo fachada e estrutura da sede da Associação Brasileira de Metais, construída em São Paulo no ano de 1981. Figura 219: Croquis da fachada da sede da ABM, onde vemos a utilização de vigas Vierendeel como elemento estrutural e arquitetônico. A sua solidarização é feita com o uso de vigas I vazadas ou de alma alveolada, o que garante a rigidez da ligação sem acréscimo de peso desnecessário. Esse detalhe pode ser visto na figura 220.
Figura 220: Corte da obra acima, onde vemos a solidarização executada com vigas vazadas, soldadas nos nós da estrutura de fachada.
Neste caso específico, a estrutura da fachada apresenta as barras com perfil em I, o que aumenta a resistência, mas que neste caso atendeu também a uma finalidade estética. O material predominante na estrutura metálica é o aço patinável CORTEN, sendo que o subsolo do edifício foi executado em concreto armado.
Colunas Colunas metálicas, se comparadas a colunas de concreto armado, não apresentam grandes vantagens para seu uso, quando atuam como estruturas de secção ativa,
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devido à necessidade de reforço para resistir à flambagem. No entanto, quando existe a necessidade de seu uso, é comum a adoção de perfis H ou C, utilizados diretamente ou associados através de solda, principalmente o perfil C, que não apresenta simetria adequada ao carregamento. As suas disposições mais comuns são apresentadas nas figuras 221 e 222:
Figura 221: Perfis e suas associações mais usuais para execução de colunas. No caso a esquerda, temos dois perfis em C unidos por um cordão de solda, que pode ser contínuo ou descontínuo. Ao seu lado, dois perfis L (cantoneiras) unidos por um cordão de solda. A seguir, um perfil H usinado e, na extrema direita, dois perfis H unidos por cordões de solda. Figura 222: Nesta figura, temos um caso em que a necessidade de um maior momento de inércia obrigou ao uso de barras de enrijecimento para afastar os perfis C.
Temos ainda casos em que a associação dos diversos perfis apresenta maior complexidade, necessária para se atingir o desempenho esperado à compressão, sem um incremento significativo de peso da estrutura. São os casos apresentados na figura 223, onde são apresentadas estruturas em que os perfis C são estabilizados por barras chatas ou chapas soldadas. Na execução de estruturas mais leves, são utilizados perfis dobrados no lugar dos laminados, o que exige maior atenção na soldagem das peças.
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Figura 223: Projetos de pilares metálicos, com as especificações de travamento e soldagem. Um aspecto importante nos pilares metálicos são as suas extremidades, onde é feita a conexão com os outros elementos estruturais, como fundações e coberturas.
Pórticos e arcos
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O quer diferencia o pórtico do arco é a equação do eixo, pois enquanto nos pórticos o eixo é poligonal, nos arcos o eixo é curvo. Isso traz grandes diferenças na distribuição dos esforços, sendo predominantes nos arcos as forças normais, o que lhes permite ultrapassar grandes vãos. Em compensação a execução dos pórticos é muito mais simples. Normalmente os pórticos e arcos metálicos são classificados pelas suas características estruturais. Assim, temos pórticos e arcos de alma cheia e treliçados, triarticulados, bi-articulados, bi-engastados, com ou sem tirantes. Nas figuras 224 a 231 temos vários exemplos de pórticos e arcos.
Figura 224: Pórticos tri-articulados, à esquerda de alma cheia e à direita com estrutura treliçada. Na extrema direita temos os detalhes das articulações nos pés e no ápice do pórtico.
Figura 225: Estrutura em pórticos treliçados tri-articulados com balanço lateral, destinada a cobrir grandes vãos. Neste caso, como no da figura 230, o contraventamento é essencial para a estabilidade da estrutura. Figura 226: Pórtico bi-articulado em alma cheia, onde no ápice temos uma chapa de ligação rígida, soldada ou aparafusada, enquanto que nos pés temos uma ligação como a mostrada na figura 224, garantindo a articulação.
Figura 227: Estrutura em pórticos treliçados biarticulados, que em sua parte superior se utiliza de uma treliça horizontal de banzos paralelos.
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Figura 228: Exemplos de pórticos bi-articulados, mostrando que eles podem ser totalmente treliçados (esquerda), com pilares de concreto (centro), ou atirantados com pilares de concreto ou em estrutura metálica. O tirante minimiza o esforço horizontal no suporte, evitando com isso o seu espessamento. Figura 229: pórticos bi-engastados. A diferença notável, sob o aspecto construtivo, é a forma de fixação rígida dos pés do pórtico á fundação da estrutura.
Figura 230: diversas formas de arcos metálicos. Normalmente a sua adoção se dá para vãos superiores aos pórticos, pela decomposição de forças mais favorável, nos elementos estruturais. Para pequenos vãos, a não ser que se trate de produção padronizada, não apresentam vantagens devido à dificuldade na sua execução.
Figura 231: Corte em croquis da Estação da Luz, em São Paulo/SP, onde vemos um dos 16 arcos bi-engastados utilizados na cobertura da área de embarque. Foram empregados perfis C, cantoneiras e chapas rebitadas a quente para compor os arcos .
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132 Figura 232: Detalhe do arco, executado em estrutura metálica pesada. Abaixo, vemos a característica do pé do arco, composto por chapas e perfis laminados, unidos por rebites.
Cascas São estruturas em que a espessura é muito menor que as outras dimensões, dependendo da sua forma para resistir aos esforços atuantes, sendo então definidas como estruturas de superfície ativa. Em estruturas metálicas o seu emprego mais comum é sob a forma de reservatórios e tubulações, que podem adotar formas esféricas, cilíndricas, cônicas ou de outros sólidos de revolução. Cada uma dessas formas é adotada conforme a atuação de cargas sobre a estrutura, de forma a gerar, de um modo geral, apenas forças normais em cada elemento de casca, sendo que em pontos específicos, como suportes ou escotilhas, em que ocorra a flexão, são adotados reforços estruturais. Assim, reservatórios para gases adotam a forma esférica ou a associação cilindro-esfera, enquanto que líquidos tendem a ser contidos em reservatórios cilíndricos. Já para túneis com estrutura e revestimento metálico, adota-se uma secção circular ou ovóide. Alguns exemplos podem ser vistos nas figuras 233 e 234.
Figura 233: Exemplos de reservatórios metálicos utilizados na indústria petroquímica. À esquerda, temos um reservatório esférico, destinado a conter gás liquefeito a grande pressão, o que obriga à adoção dessa forma, enquanto que à esquerda temos reservatórios cilíndrico destinados à petróleo cru e a seus derivados líquidos,o que permite a adoção dessa estrutura mais simples.
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133 Figura 234: Exemplo de estrutura em casca utilizada para execução de túneis, em que a placa metálica corrugada ou dobrada executa as funções de estrutura e revestimento ao mesmo tempo. Neste caso, temos uma estrutura de secção lenticular, adotada quando é necessária maior largura que altura no túnel. Montada com placas arqueadas aparafusadas, cada uma delas apresenta a secção ao lado.
Outros tipos de estruturas metálicas Além das estruturas descritas, ainda temos as estruturas mistas, que são associações concreto/aço, as estruturas suspensas, as grelhas, as placas ortótropas e as torres. Exemplos notáveis dessas aplicações são os Pavilhões Olímpicos de Tóquio, projetados pelo arquiteto Kenzo Tange para os Jogos Olímpicos de 1964 (figuras 235, 236 e 237), que associam concreto e aço em estruturas suspensas.
Figura 235: Foto do pavilhão principal, onde é possível se ver a arquitetura nitidamente japonesa, cuja forma foi alcançada com a utilização de cabos suspensos, longitudinais e transversais, e cobertura metálica.
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134 Figura 236: Vista interna do pavilhão principal das instalações olímpicas de Tóquio, com capacidade para 15.000 pessoas, onde é possível se visualizar a estrutura pênsil obtida com o emprego de dois cabos principais fixados a torres de concreto, cada um com 33 cm de diâmetro, a partir dos quais se desenvolvem os cabos transversais de sustentação direta das chapas metálicas que compões a cobertura. Esses cabos transversais são fixados, na outra extremidade, na estrutura lateral do prédio, executada em concreto e que, vista de cima, tem a forma de duas vírgulas. A adoção de dois cabos principais permitiu a instalação de um sistema de iluminação natural zenital. Segundo o arquiteto, um dos objetivos que o levaram a essa solução arquitetônica foi diminuir a sensação claustrofóbica que poderia ser induzida nos espectadores, caso fosse adotada uma cobertura plana ou em cúpula, sendo que esta também traria sérios problemas de acústica ao ambiente.
Figura 237: Perspectiva e corte do pavilhão principal, que apresenta os seguintes elementos notáveis: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11.
Torres de sustentação Maciços de ancoragem Cabos principais de sustentação Cobertura metálica e cabos transversais de sustentação Estrutura lateral Cobertura superior translúcida Entradas Circulação interna Arquibancadas Piscina para saltos Piscina olímpica (reversível para ringue de patinação)
6.4 Ligações em estruturas metálicas José Bento Ferreira
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Ligações, em estruturas metálicas, são os detalhes construtivos que unem entre si as partes de uma estrutura ou esta a elementos externos. Sendo esta uma definição ampla, cada ligação deve ser classificada dentro de 3 categorias:
Segundo a rigidez Define o comportamento final da estrutura, por representar a capacidade de cada ligação de permitir ou impedir a rotação relativa entre as peças de uma estrutura. Isso significa que cada ligação é projetada para atender ao comportamento a ela atribuído. Essa classificação admite 3 condições: Ligação rígida: é aquela em que o angulo entre os dois elementos estruturais, na sua ligação, é invariável, não importando o seu carregamento, a não ser quando este é excedido. Significa que, (figura 238) Figura 238: exemplo de ligação rígida entre dois perfis metálicos soldados, em que, considerando α o ângulo entre elementos, quando a estrutura está descarregada, e β o ângulo quando esta se encontra carregada, α = β. Na prática, considera-se uma ligação como rígida quando a restrição ao giro tiver um valor de 90% ou superior em relação à condição de rigidez absoluta.
Ligação flexível: é aquela que permite o maior grau de rotação possível para a estrutura, de forma a que, em uma estrutura flexionada, essa ligação transmita apenas esforços normais (figura 239). Figura 239: exemplo de ligação flexível entre dois perfis metálicos soldados, com uma cantoneira de ligação inserida de forma a garantir o giro entre as peças estruturais. Neste caso, considerando α o ângulo entre elementos, quando a estrutura está descarregada, e β o ângulo quando esta se encontra carregada, α ≠ β. Na prática, considera-se uma ligação como flexível quando a ligação tiver uma capacidade de giro de 80 % ou superior em relação à condição de giro livre.
Ligações semi-rígidas: são aquelas em que a restrição de giro está entre 20 e 90% da restrição absoluta. Por ser de difícil determinação, por ser uma relação entre momento resistente e a rotação, habitualmente não são utilizadas em projetos de estruturas metálicas.
Segundo os esforços solicitantes José Bento Ferreira
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São definidos considerando a posição relativa dos esforços em relação aos elementos de ligação (grupos de parafusos ou linhas de solda). Comumente são enquadrados em 4 grupos: • • • •
Cisalhamento centrado Cisalhamento excêntrico Tração ou compressão Tração ou compressão com cisalhamento As ocorrências mais comuns dos 4 casos são apresentados na figura 240.
Figura 240: Classificação das ligações segundo os esforços solicitantes.
Segundo os meios de ligação
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Atualmente considera-se que as ligações podem ser feitas através de grupos de parafusos ou de linhas de soldas. Para efeito de projeto, considera-se que os parafusos devem resistir a esforços de tração e/ou cisalhamento, enquanto que as linhas de solda devem resistir a esforços de tração, compressão e/ou cisalhamento (figura 241).
Figura 241: Exemplos de ligações e esforços atuantes sobre grupos de parafusos e sobre linhas de solda.
Soldas É um tipo de união em que o material das peças a serem unidas é fundido no ponto de contacto (união por coalescência), gerando uma junção permanente. A energia necessária para essa fusão parcial pode ser de origem elétrica, química, ótica ou mecânica, sendo a mais empregada na construção civil a de origem elétrica, com a utilização de arco voltaico e eletrodo, o que gera a deposição de material adicional, proveniente do eletrodo. Considerando que, durante a operação de solda, os gases atmosféricos são contaminantes indesejáveis, que prejudicam o desempenho posterior da união, são utilizados dois processos para evitar esse problema:
Eletrodo revestido: neste caso, o eletrodo, que é uma vareta metálica, recebe um revestimento, que, durante o processo, se transforma, parte em gases inertes que bloqueiam o acesso dos gases atmosféricos à solda, parte em escória superficial, que é posteriormente eliminada. É o procedimento preferido na soldagem de campo, por permitir o uso de equipamentos de menor porte (figura 242) e soldagem em qualquer posição, mas exige atenção ao estado de conservação dos eletrodos, principalmente no que tange ao revestimento, que têm procedimentos específicos. Os equipamentos de maior porte, principalmente os que usam arames de solda revestidos com cobre e gases de bloqueio, como as soldas MIG e TIG, José Bento Ferreira
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são mais utilizados em plantas industriais, onde o processo automatizado é empregado (figura 243). Figura 242: Soldagem com eletrodo revestido, sem gases de proteção. Equipamento preferido para as soldagens de campo, pela facilidade de instalação do equipamento. Apesar de ser de simples operação, exige soldador treinado para um acabamento estrutural. Os eletrodos também devem ter seu revestimento intacto, e em alguns casos, devem ser mantidos em estufa, após aberta a embalagem de fábrica, para evitar contaminação da solda. Deve-se considerar que para cada tipo de metal a ser soldado existe um eletrodo adequado. Apresenta maiores problemas na soldagem de chapas finas. Figura 243: Soldagem industrial MIG, que se utiliza de arame revestido com cobre e gases de bloqueio. Utilizado em linhas de produção industrial, permite a soldagem de chapas grossas ou finas, conforme a regulagem do equipamento. Apresenta alta qualidade estrutural, pela continuidade dos cordões de solda e pela inexistência de contaminação significativa. Apesar de existirem máquinas manuais, não apresenta boa aplicabilidade em campo pela dificuldade de se manter o bloqueio de gases.
Arco submerso em material granular: neste caso, utiliza-se um eletrodo não revestido, o qual, para evitar a contaminação por gases atmosféricos, é submerso em material granular fundente, que também cobre as superfícies a serem soldadas (figura 244). Processo tipicamente fabril, por produzir soldas planas de grande regularidade e desempenho industrial, mas que por suas características não pode ser aplicado em campo. Figura 244: Esquema de soldagem por arco submerso. Pelo eletrodo e a superfície serem protegidos por uma camada de material granular que também atua como fundente, não se corre o risco de contaminação pelos gases atmosféricos. Utilizado na fabricação industrial de estruturas metálicas, como perfis soldados e vigas vazadas.
As soldas ainda apresentam configurações características, necessárias para que o desempenho e as características geométricas, previstos no projeto sejam atingidos. As soldas são classificadas assim quanto á disposição do material de solda em relação aos perfis ou chapas a serem unidas (metal base) (figura 245), quanto à forma dos entalhes (figura 246),
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à posição das chapas a serem unidas (figura 247) e em relação ao plano horizontal (figura 248). Figura 245
Figura 246
Figura 247
Figura 248
Parafusos Nas construções metálicas, os parafusos de uso mais freqüente são os comuns (ASTM A-307) e os de alta resistência (ASTM A-325 e A-490).
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Os parafusos comuns, montados com simples aperto, são calculados pelos esforços transmitidos por apoio do fuste nas chapas a serem unidas (tração no conector) e por cisalhamento na secção transversal. Apesar de criarem uma tensão de aperto, esta não é considerada por apresentar comportamento variável, ou seja, não existe um desempenho garantido. Os parafusos de alta resistência, fabricados com aços tratados termicamente, são aplicados com controle de torque, o que assegura uma tensão de aperto que é então considerada no cálculo, controlando-se o deslizamento entre chapas (ligação tipo atrito). Na figura 249 vemos algumas aplicações mais usuais desses conectores. É notável a utilização associada de perfis I, H e L, bem como barras chatas ou chapas cortadas nessas conexões.
Figura 249: Extraída do livro Industrial Building Details.
Neste tipo de ligação é considerada a disposição dos parafusos, a distância entre eles e o afastamento da borda do perfil ou chapa de ligação (figura 250).
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141 Figura 250: Verificação do afastamento entre parafusos e entre estes e a borda da chapa, para evitar colapso da conexão por rasgamento ou esmagamento. Considera-se neste caso que a verificação da área de trabalho dos parafusos já foi efetuada.
6.5. Interfaces aço-concreto São ligações estruturais em que existe transmissão de esforços entre peças de aço e concreto, em uma estrutura. As interfaces mais comuns são descritas a seguir:
Chumbadores Peças destinadas a fixar as placas de base de pilares metálicos às fundações. Normalmente formados por barras metálicas (SAE 1020 ou ASTM A36) parcial ou totalmente rosqueadas, que devem suportar os esforços de (figura 251): • • •
Cisalhamento Tração Tração e cisalhamento Figura 251: chumbadores: a) b) c) d)
Esforços
atuantes
sobre
Cisalhamento Tração com cisalhamento Tração com cisalhamento Tração
Note-se, na figura “d”, que a existência de um pino de cisalhamento evita esse tipo de esforço no chumbador.
O comprimento e a forma de fixação dos chumbadores solicitados à tração têm as suas formas mais usuais apresentadas na figura 252:
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142 Figura 252: Tipos de chumbadores dimensionados para resistir a esforços de tração. Da esquerda para a direita: • • • •
Barra com extremidade dobrada a 90° Barra com porca inferior Barra com chapa ou barra inferior soldadas Barra com porca e arruela ou chapa
Quando se quer um maior grau de liberdade no ajuste da placa de apoio, podese utilizar um sistema como o apresentado na figura 253.
Figura 253: Chumbador executado por grauteamento, onde é deixada uma folga na furação para a execução do ajuste da placa de base. Essa técnica apresenta o inconveniente de exigir um escoramento para os pilares nas primeiras 24 horas, tempo suficiente para o graute apresentar resistência mecânica compatível com os esforços previstos. Após esse tempo, pode-se efetuar o aperto final das porcas de fixação.
Placas de base São os elementos de ligação entre os pilares e a fundação, sendo suas características determinadas pela forma como que se pretende a transmissão de esforços. Podemos ter os seguintes tipos de bases: • •
Bases rotuladas Bases engastadas
Bases rotuladas são aquelas destinadas a transmitir apenas esforços verticais e horizontais, e não momentos. Apesar de se poder utilizar realmente uma rótula metálica, como nos exemplos apresentados na figura 254, várias outras soluções mais simples podem ser adotadas, com o mesmo efeito, como apresentado na figura 255.
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Figura 254: Exemplos de bases rotuladas que realmente apresentam rótulas estruturais. Note-se nos dois casos a complexidade de execução, o que faz com que essas soluções só sejam adotadas quando a amplitude de movimentação o exija. Figura 255: Bases rotuladas executadas com dois chumbadores colocados o mais próximos possível do eixo de rotação. À esquerda vemos a solução adotada quando a dimensão do pilar, no eixo ortogonal ao de rotação, não interfere com a rotulação prevista, enquanto que à direita vemos a redução da secção do pilar no seu pé para permitir a amplitude desejada desse movimento de rotação.
Bases engastadas são empregadas quando é necessário que a base resista também a esforços de momento, além dos esforços horizontais e verticais. Também são empregados quando se pretende obter uma maior rigidez na estrutura metálica. De um modo geral esse tipo de ligação diminue o custo direto da estrutura metálica, mas aumenta o custo da sua fundação, que passa a ter que resistir aos esforços de momento. O engastamento normalmente é obtido com um conjunto de pelo menos 4 chumbadores, que fixam a placa de base, inibindo a rotação do pilar (figura 256). Em pilares treliçados, o engastamento é obtido pelo enrijecimento entre as placas de base (figura 257).
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Figura 256: Formas construtivas adotadas para bases engastadas. A solução “a” é adotada para cargas pequenas e médias, enquanto a solução “b” é adotada quando o cálculo demonstra a necessidade do emprego de uma chapa mais grossa, quando então podem ser utilizados enrijecedores para diminuir essa espessura. As soluções “c” e “d” são adotadas para cargas elevadas, pois o enrijecimento da placa de base é maior, sendo a solução “d” adotada quando o esforço de momento é o predominante. Figura 257: Base engastada de pilar treliçado, onde o engastamento é obtido com a associação entre barras, em um quadro hiperestático.
Barras de cisalhamento São dispositivos adotados quando as cargas horizontais são elevadas, o que exigiria uma secção exagerada dos chumbadores. Assim, soldam-se barras de secção circular ou retangular, para resistir a esses esforços. Um exemplo pode ser visto na figura 258. Figura 258: Placa de base dotada de pino de cisalhamento. A adoção desse dispositivo exige maiores cuidados construtivos, pois além de ser necessário um nicho para a sua inserção, o preenchimento posterior desse nicho exige cuidado, pois a existência de folgas não previstas pode levar ao cisalhamento dos chumbadores.
Pilares embutidos em estrutura de concreto José Bento Ferreira
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É uma solução adotada comumente na fixação de estruturas provisórias ou postes (figura 259), devido à dificuldade de se obter a precisão necessária para uma montagem metálica posterior. A sua adoção diminue os custos, por dispensar a execução de chumbadores e placas de base.
Figura 259: Seqüência executiva de uma fixação por pilar embutido. Note-se, no quadro 2, o cuidado necessário para se obter o alinhamento da estrutura nos três eixos, o que dificulta a adoção dessa solução em estruturas de maior porte.
Vigas de aço conectadas a estruturas de concreto Muitas vezes é feita a opção de se associar em uma estrutura pilares de concreto com vigas de aço, visando uma racionalização no uso desses materiais, que por apresentarem comportamentos diversos, têm suas qualidades assim melhor exploradas. Dessa forma, é normal a necessidade desse tipo de ligação. As mais usuais são: • • • • •
Chapas de apoio Chapas chumbadas Consoles Nichos Fixadores
As chapas de apoio normalmente utilizadas são de aço, quando não se pretende permitir movimentação no plano horizontal, apenas rotação, e chapas de neoprene associadas com chapas de aço, comumente conhecidos como aparelhos de apoio em neoprene fretado, que, por permitir movimentação no plano horizontal (figura 260), é atualmente o mais utilizado em grandes vãos (figura 261). Os apoios em chapa metálica comumente têm por finalidade distribuir as cargas verticais por uma maior área, evitando o esmagamento do concreto, ou, em alguns casos, da alvenaria de suporte. As chapas metálicas chumbadas, comumente fixadas á estrutura de concreto durante a sua execução, têm por objetivo criar uma superfície de fixação de alta capacidade de transferência de carga, e permitem a fixação por solda (não tão usual), ou por parafusos (figura 262), sendo que esta pode ter comportamento articulado ou engastado, conforme o grau de liberdade da viga junto à chapa.
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Figura 260: Apoio de viga metálica sobre estrutura de concreto, com chapa de apoio. Para que essa ligação funcione apenas na transmissão de cargas verticais, é necessário ou o controle da variação dimensional da peça, normalmente por variação de temperatura, ou a utilização de chapas de apoio que permitam essa movimentação no plano horizontal. Pela facilidade executiva e por dispensar a necessidade de controle permanente, a segunda solução é a mais utilizada, com a adoção de chapas de apoio que antigamente eram de chumbo e atualmente são de neoprene fretado, cuja altura é determinada pela amplitude do movimento horizontal.
Figura 261: Ponte rodo-ferroviária sobre o Rio Paraná, com comprimento total de 2.600m e vão máximo de 100m. A sua superestrutura foi executada em treliça metálica em aço patinável, e sua mesoestrutura em concreto armado. A ligação entre a super e a mesoestrutura é feita através de aparelhos de apoio de neoprene fretado, que apresentam grande resistência ao intemperismo e permitem grande amplitude de movimentação, qualidades necessárias em uma estrutura de aço desse porte.
Figura 262: Chapa de ligação chumbada na vertical, normalmente utilizada na ligação em planos intermediários. Os exemplos mostrados, de ligação com parafuso, demonstram que é possível, no caso à esquerda, executar uma ligação com transmissão de esforços de momento, enrijecendo a estrutura e diminuindo a secção do aço, como, à direita, é possível se executar uma ligação que transmite apenas cargas verticais e horizontais, sem transferência de esforços de momento.
Consoles são projeções dos pilares, normalmente executados em concreto armado (figura 263), mas também podendo ser executados em aço, que servem como apoio a vigas metálicas. Podem ser consideradas estruturalmente como combinações de placas de apoio com placas chumbadas, sendo usados para obter uma ligação intermediária com maior grau de liberdade.
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Figura 263: Exemplo de console executado em concreto para apoio de viga de aço. Neste caso, pode-se ver a existência de um parafuso de fixação, elemento utilizado quando se pretende restringir a movimentação no plano horizontal, sem transmissão de esforços de momento. Nos casos em que não é necessária essa restrição, a placa de apoio é executada em neoprene, o que evita a transferência dos esforços horizontais, permitindo a adoção de pilares com menor secção transversal.
Nichos são ligações por apoio direto, inseridas dentro da secção dos pilares (figura 264). Não é uma solução muito usual por dificultar a montagem da estrutura e exigir o espessamento da secção do pilar de concreto, sendo, portanto adotada quando qualquer projeção, como console ou placa chumbada, deve ser evitada. Figura 264: Exemplo de nicho de apoio direto. Note-se a necessidade de se aumentar a dimensão do pilar em todo o plano horizontal para a inserção da viga metálica. Como os outros tipos de apoio direto, a placa de apoio pode ser metálica ou polimérica, conforme o grau de liberdade proposto para a estrutura.
Os fixadores, que são parafusos ou pinos metálicos com sistema de fixação por expansão ou adesão (figura 265), são muito utilizados em adaptações de estruturas, por permitir, através da execução de furos de diâmetro comparativamente pequeno, ligação estruturalmente resistente. Os tipos mais comuns são os fixadores com bucha de expansão metálica e os fixadores com bucha de adesão química (figura 266). Figura 265: Exemplos de fixação de placas ou consoles metálicos a estruturas pré-existentes de concreto.
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148 Figura 266: tipos de chumbadores utilizados na fixação de estruturas metálicas em estruturas de concreto. Os três primeiros são dotados de camisa expansiva metálica, que assegura a fixação através do princípio do encunhamento, no qual a maior tração aplicada na peça, após o seu ajuste, cria uma força maior de fixação. Apresentam o inconveniente de gerar tensões internas que podem romper a parede se houver recobrimento lateral de concreto insuficiente ou deficiência de armadura. Nestes casos, pode-se optar pela bucha química,que fixa o pino metálico por adesão, sem gerar tensões laterais adicionais. Neste caso, é necessário o devido ajuste do furo, para que uma maior espessura de adesivo não permita a sua ruptura por cisalhamento.
6.6 Tolerância de montagem em estruturas metálicas Comparando-se o aço com outros materiais, verificamos que ele admite maior precisão executiva, sem que isso acarrete maiores custos, pelo contrário, a menor tolerância permite uma otimização do material e um comportamento estrutural mais próximo do modelo de cálculo. As tolerâncias, em qualquer tipo estrutura, devem atender às seguintes necessidades: • • • • • • • •
Segurança estrutural Requisitos de montagem Ajustes Interferências Gabaritos Divisas Limites de utilização Aparência
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Para ser adotada, uma tolerância deve estar dentro da capacidade produtiva do fabricante, podendo ser adotadas as seguintes classes: •
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•
Normais: são limites necessários para garantir a segurança estrutural e condições de montagem de todos os prédios que têm sua estrutura solicitada de forma habitual. Particulares: limites mais rigorosos que os normais, mas aplicáveis a apenas alguns componentes ou a determinadas dimensões, sendo adotados por necessidades específicas de ajustes, interferências, folgas ou limites. Especiais: limites mais rigorosos que os normais,aplicáveis a toda uma estrutura ou um projeto, devido a carregamentos não usuais ou a necessidades estéticas
Deve-se considerar que a menor tolerância necessariamente significa um maior custo produtivo e uma maior capacidade técnica do fabricante ou montador. Além da classificação apresentada acima, temos 3 tipos de tolerâncias a serem consideradas no projeto: •
•
•
Tolerâncias industriais, ou dos materiais, que está relacionada com a espessura e dimensão de cada elemento estrutural. Tolerâncias de fabricação, ou dos conjuntos estruturais, que está relacionada com a confecção dos conjuntos estruturais e seus sistemas de fixação. Tolerâncias de montagem, ou da estrutura, relacionada com a capacidade de montagem definitiva da estrutura e às suas dimensões finais.
As tolerâncias de montagem, ligadas ao posicionamento dos chumbadores, e que são aquelas que diretamente afetam o serviço do responsável pela montagem, são definidas pela NBR 8800, sendo apresentadas na tabela 24: Tabela 24: tolerâncias máximas admitidas para chumbadores, em condições normais de montagem Condição do elemento ou conjunto de elementos Limite máximo (mm) Afastamento entre chumbadores, dentro de um conjunto de chumbadores* 3 Entre centros de conjuntos de chumbadores 6 Valor máximo acumulado entre conjuntos de chumbadores, em um alinhamento 6 com 30 m de comprimento** Entre o centro do grupo de chumbadores e a linha estabelecida para os pilares 6 Para pilares não alinhados, em relação à linha mais próxima de alinhamento de 6 pilares*** Altura do chumbador em relação ao topo da fundação 13 *Conjunto de chumbadores se define como aquele que se destina a receber uma única peça da estrutura **Não pode ser ultrapassado um valor total de 25 mm ***Medida na paralela e perpendicular.
Quanto à conexão de elementos não estruturais, esta deve ser projetada de forma a atender as características da estrutura onde será fixada, e garantir o trabalho inerente a esse elemento, evitando-se sempre o surgimento de tensões não admissíveis. Muitas vezes pode-se trabalhar com um sistema associado de furos e rasgos, de forma a garantir o grau de liberdade necessário, sem criar instabilidade no conjunto.
7. PINTURA José Bento Ferreira
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O serviço de pintura tem duas funções a serem cumpridas: •
•
Estéticos: a pintura executada sobre uma superfície passa a ser o elemento mais aparente, e portanto pode ser utilizado para ressaltar volumes, criar ambientes mais agradáveis, criar uma personalidade própria para o ambiente, etc. Proteção: está comprovado que todas as estruturas, sejam de concreto, metal ou madeira, que recebem camadas de pintura com formulações adequadas, apresentam durabilidade muito superior à superfícies desprotegidas.
Para se atingir esses objetivos, é necessário que a tinta seja corretamente aplicada, e que não ocorra a deterioração superficial, de forma a não comprometer o efeito proposto. Para que isso ocorra, é necessário que a sua cor e película apresentem estabilidade sob as condições ambientais às quais a superfície ficará submetida, e que a película apresente aderência ao substrato. Considera-se que as tintas com acabamento brilhante são mais fáceis de serem mantidas com boa aparência e têm, por isso, uma maior durabilidade, e as tintas foscas são as mais difíceis de serem mantidas, apresentando portanto menor durabilidade.
7.1 Tintas Por definição, tinta é um produto aplicado sob a forma de líquido ou pó, que após um processo de secagem ou cura, forma sobre um substrato uma película opaca, com características protetoras, decorativas ou com outras características técnicas particulares (condutividade, proteção térmica, refletividade, entre outras). Os vernizes têm como característica de diferenciação das tintas o fato de que é formada uma película sólida transparente ao invés de opaca. Isso ocorre pela ausência da carga mineral, também podendo existir diferença nos pigmentos utilizados. A formulação das tintas é fator determinante da sua utilização. Basicamente as tintas são compostas por •
• •
•
Resinas: definem as propriedades de resistência ao ambiente exterior, condições de uso, aderência ao substrato e sua capacidade de o proteger. Definem ainda permeabilidade e flexibilidade; Solventes: são elementos de definem as características de aplicação da tinta ou verniz; Pigmentos: além de definir a cor da superfície da película, definem o seu grau de opacidade (carga), resistência à abrasão, refletividade da superfície e capacidade anticorrosiva; Aditivos: utilizados em pequenas porcentagens, modificam o comportamento das tintas, com o objetivo de melhorar a dispersão dos pigmentos, aumentam a sua estabilidade durante a estocagem, a adesão ao substrato. Também podem espessar a película, acelerar a secagem, evitar a formação de bolhas ou de nata.
Atualmente as tintas mais utilizadas na área da construção civil, denominadas conforme a sua resina de composição, são: •
Alquídicas: as tintas que se utilizam dessas resinas são conhecidas como esmaltes sintéticos, e apresentam restrições quanto à sua durabilidade. Para corrigir essas características, é introduzida uma resina fenólica, quando então temos uma resina alquídica fenolada. A formação da película das tintas compostas por essas resinas se dá por secagem ao ar, e depende do óleo que as compõe, e do tipo de álcool ou ácido utilizado na reação. Atualmente já são encontrados esmaltes cuja resina é emulsionada em água, dispensando o solvente, sendo seu mecanismo de formação de película
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idêntico ao dos esmaltes dissolvidos. Sua utilização normal é em superfícies metálicas ou de madeira. Vinílicas: conhecidas comercialmente como tintas látex, são resinas vinílicas emulsionadas em água. Apresentam restrições quanto à sua durabilidade. A formação da película se dá pela ruptura da emulsão, definida a grosso modo como secagem. Sua aplicação básica é na pintura de paredes e tetos de alvenaria ou concreto, existindo classificações para uso interior ou exterior. Acrílicas: muitas vezes definidas comercialmente como látex acrílica, quando em emulsão aquosa, também podem ser encontradas dissolvidas em solventes aromáticos, sendo que as duas formam película por secagem. Tem grande estabilidade, e durabilidade superior à vinílicas, sendo empregadas na pintura de alvenarias, concretos e paredes de drywall. Também apresentam classificação para uso em interiores e exteriores. Epoxídicas: são tintas bi-componentes, sendo o componente A a resina epóxi, normalmente associado ao pigmento, e o componente B o catalisador, que podem ser poliamidas, poliaminas ou isocianatos, sendo que cada catalisador confere características de resistência física e química específicas, motivo pelo qual deve ser verificada a destinação de cada uma delas, indicada pelo fabricante. Desenvolvem grande poder de aderência à maior parte dos substratos, De um modo geral, apresentam grande resistência á umidade, soluções salinas e a ação de produtos químicos e solventes. Por outro lado, são tintas que apresentam degradação sob a ação de raios ultravioleta, motivo pelo qual não são adequadas para pintura de exteriores. Em compensação, podem ser utilizadas para a proteção de pisos que possam sofrer a ação de produtos químicos agressivos. Poliuretânicas: são tintas bi-componentes, sendo o componente A a resina poliéster ou resina acrílica polihidroxilado, normalmente associado ao pigmento, e o componente B o catalisador, que podem ser isocianatos alifáticos ou isocianatos aromáticos, sendo que neste caso cada resina combinada ao catalisador confere características de resistência física e química específicas, motivo pelo qual deve ser verificada a destinação de cada uma delas, indicada pelo fabricante. Desenvolvem grande poder de aderência à maior parte dos substratos. De um modo geral, apresentam grande resistência á umidade, soluções salinas e a ação de produtos químicos e solventes e ao intemperismo, incluindo a ação de raios ultravioleta, ciclos de aquecimento e resfriamento e de molhagem, não apresentando portanto as restrições das tintas epoxídicas. Etil silicato de zinco: são tintas bi-componentes, sendo o componente A o hidrolizado de silicato de etila ou o silicato inorgânico de sódio, lítio ou potássio, sendo o componente B o pó de zinco, cujo teor, na película seca, varia de 81%, quando o solvente é orgânico, a 84 %, quando o solvente utilizado é a água. Devido a esse alto teor, essa tinta é utilizada basicamente como proteção de estruturas metálicas, em ambientes fortemente agressivos, ou que trabalhem a altas temperaturas. Silicones e silicatos: tintas mono ou bi-componentes indicadas para superfícies metálicas que serão submetidas a temperaturas que podem ir de 180ºC a 550ºC. Para as temperaturas mais altas, é necessário o seu jateamento e a aplicação de um primer a base de etil silicato de zinco. Para temperaturas acima de 240ºC, é necessária a précura da película, antes de serem submetidas às condições de trabalho.
7.2. Camadas de pintura Uma pintura pode ser composta por uma, duas ou três camadas de tinta, cada uma com uma função específica, devendo sempre ser analisada a necessidade de cada uma delas. São elas:
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1. Seladora, tinta de fundo ou primer: as seladoras são resinas, normalmente com cargas, utilizadas em paredes de alvenaria ou em madeira. Em paredes de alvenaria, tem a função de selar a superfície, impedindo uma excessiva absorção de tinta de acabamento, e proporcionar sua maior aderência. Normalmente tem a mesma resina de base da tinta que será aplicada posteriormente. Em madeiras, a seladora tem a função de fechar os poros da madeira, aumentando a sua estabilidade dimensional, e proporcionar um melhor acabamento de superfície, pois após a sua aplicação a madeira pode ser lixada com maior eficiência. Em superfícies metálicas, o primer deve ter características anticorrosivas, aliadas a capacidade de aderência ao substrato e compatibilidade com as camadas aplicadas sobre ele. 2. Tinta intermediária: camada muito utilizada na pintura de estruturas metálicas, com a finalidade e aumentar a espessura da camada pintada. Por não necessitar de pigmentos protetores ou coloridos, diminui o custo final do serviço de pintura. Em estruturas de alvenaria ou madeira, essa camada normalmente é substituída por uma aplicação da tinta de acabamento, no que normalmente é chamada de primeira mão, que em alguns casos é aplicada com maior diluição que a camada final. 3. Tinta de acabamento ou esmalte: tinta aplicada na camada final, e portanto exposta ás ações exteriores. Deve suportar essas ações e agressões, ao mesmo tempo que é compatível com as camadas subjacentes a ela. Essas camadas são de referência para superfícies novas ou com a tinta antiga completamente removida. Além dessas camadas, podem existir outras camadas, compostas por massas destiladas a corrigir imperfeições superficiais. Devem ser aplicadas sobre a camada de primer, e antes das camadas de tinta, devendo sofrer processo de nivelamento, por espátulas e/ou lixas, antes de se aplicar a tinta intermediária. A massa mais utilizada util izada em pinturas imobiliárias é a massa corrida, composta por resinas vinílicas ou acrílicas, destinada a proporcionar um acabamento superficial de alta qualidade.
7.3 Preparo da superfície Toda superfície tem necessariamente que ser preparada para receber as devidas camadas de pintura, pois se considera que apenas uma superfície estável, física e quimicamente, é adequada para garantir a durabilidade tanto da pintura como de seu substrato. As diversas técnicas de limpeza e preparo de superfície devem ser empregadas, isoladas ou associadas para potencializar seus efeitos, conforme as características do material a ser pintado e o que é necessário n ecessário ser removido. As mais comuns são relacionadas abaixo: •
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Escovação com escovas de cerdas macias: utilizada quando é necessária apenas a remoção de pó superficial. Deve ser utilizado apenas em áreas ventiladas, senão o pó tornará a se depositar na superfície a ser pintada. Lavagem com água: destina-se a limpar a superfície e a remover impurezas solúveis em água à pequena profundidade da superfície da estrutura. Quando se utiliza equipamento de jato de alta pressão, a frio, obtemos a remoção de materiais desagregados no concreto, com a característica de não encharcar o substrato. Quando são utilizados equipamentos de jato da água quente, obtemos a remoção superficial de gorduras. Quando é necessário substrato seco, deve ser verificado se o tempo de espera não levará a uma nova contaminação. Em caso de necessidade, podem ser
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utilizadas soluções ácidas ou alcalinas para a remoção de contaminações. Neste caso, o enxágüe da superfície para a remoção total dessas soluções é essencial para garantir a integridade e durabilidade da pintura. Lavagem à vapor: é adequado para o preparo de grandes áreas, onde houve contaminação por graxas, óleos ou sais. Não é adequado para operações posteriores que necessitem de substrato seco. Jato de ar: com pressão e vazão adequados, colaboram na remoção de pós e material desagregado de maior dimensão, sem encharcar a superfície da peça. É utilizado também para secar superficialmente uma área, quando então podemos utilizar uma pistola de ar quente, sendo que esta também serve para a remoção de tintas e vernizes antigos. Quando se utilizam compressores, deve-se verificar a contaminação do jato de ar por óleo, o que por sua vez contaminaria a superfície a ser tratada. t ratada. Aspiração à vácuo: utilizado na remoção de pó, não causa os transtornos que a lavagem ou o jato de ar provocam. Apesar de existirem equipamentos industriais mais potentes, mesmo estes não removem partículas maiores ou umidade com eficiência. Lixamento: destina-se à remover da superfície do concreto incrustações, eflorescências e impurezas. Em alvenarias, assegura uma superfície isenta de irregularidades. No aço, remove crostas de corrosão, e em chapas ou outros perfis não específicos para concreto armado, remove a carepa de laminação, bem como pontos de corrosão, uma necessidade em estruturas que utilizam pontes de adesão. Pode ser manual, aplicável em pequenas áreas, como mecânico, quando se dá preferência a lixadeiras rotativas industriais. É uma operação com alta emissão de pó. Escovação: uma ação mais enérgica que o lixamento, se destina a remover incrustações fortemente aderidas ou espessas. Pode ser manual, executada com escovas de cerdas metálicas, como por equipamentos elétricos dotados de escovas de aço rotativas, que apresentam rendimento muito mais elevado. Tem também melhor desempenho que o lixamento, em superfícies irregulares. Jato de areia: podendo ser a seco ou úmido, tem-se dado preferência a este último pela ausência de emissão de pó. Ë utilizado em substituição ao lixamento ou escovamento quando é necessária uma ação mais profunda, a área é grande ou de superfície angulosa, sendo muito eficiente na limpeza de perfis metálicos.
7.4 Aplicação de tintas Segue as seguintes etapas:
7.4.1 Homogeneização Como toda tinta é formada pela associação de mais de um componente (resina, pigmento, solvente e adições), ela está sujeita à sedimentação, principalmente da sua parte sólida. Assim, toda lata, ao ser aberta, deve sofrer um processo de homogeneização, se constatada essa sedimentação. Nesse procedimento, extrai-se a parte líquida para outro recipiente, e com uma espátula, mexe-se o sedimento e lentamente se retorna a parte líquida para a lata original, até se completar a lata com todo o material original homogeneizado. No caso de tintas bi-componentes, além da homogeneização individual dos componentes, após a mistura nas proporções adequadas, deve ser feita a homogeneização da mistura dos componentes, atentando-se ao pot-life, ou seja, o tempo em que a mistura final deve ser aplicada
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7.4.2 Diluição Depende das técnicas de aplicação, devendo-se sempre seguir a recomendação recomendação de cada fabricante quanto ao tipo de solvente e suas características. Um cuidado especial deve ser dado ao tipo de solvente, pois suas características evaporativas evaporativas podem alterar as condições de acabamento da película
7.4.3 Verificação das condições da superfície No caso de superfícies de alvenarias, argamassas de cimento portland e/ou cal, gesso ou concreto, é necessário preliminarmente verificar se a cura do substrato a ser pintado já ocorreu, pois durante esse processo ocorre a exudação de água, que compromete a integridade da película. A verificação mais simples é a aplicação de um filme plástico sobre a superfície a ser pintada. Se após algumas horas for verificada a presença de gotículas sob o plástico, a superfície ainda não está apta a receber qualquer camada de pintura. Em madeiras, pode ser feita a mesma verificação, enquanto que a superfície de aço ou de outros metais ferrosos deve estar limpa ao brilho, ou seja, sem sinais de carepa de laminação ou óxido. Já os alumínios devem ser pintados em instalações industriais, devido às suas características químicas de superfície. Dois aspectos a serem considerados são a temperatura e o ponto de orvalho. Considera-se que toda tinta deve ser aplicada sobre uma superfície que apresente temperatura entre 16ºC e 30ºC, podendo ser aplicada a no mínimo 10ºC e no máximo a 55ºC quando se utilizam técnicas especiais e aplicação e diluição. A verificação do ponto de orvalho é necessária para garantir que a umidade gerada por condensação na superfície não corrompa a integridade da película. Considerando-se a tabela 7.1, recomenda-se que a temperatura da superfície esteja pelo menos 3ºC acima da temperatura de ponto de orvalho. Essas recomendações são particularmente importantes quando as tintas se utilizam de solventes aromáticos ou então são bi-componentes. As tintas que utilizam água como solvente são pouco mais tolerantes, mas também têm alteradas as condições finais da película Tabela 25: relação entre temperatura ambiente, temperatura de superfície e umidade relativa do ar UR Temperatura ambiente ºC (%) 10 15 20 25 30 35 40 8,2 13.3 18,3 23,2 28,0 33,0 38,2 90 7,3 12,5 17,4 22,1 27,0 32,0 37,1 85 6,5 11,6 16,5 21,0 25,9 31,0 36,2 80 5,6 10,4 15,4 19,9 24,7 29,6 35,0 75 4,5 9,1 14,2 18,6 23,3 28,1 33,5 70 3,3 8,0 13,0 17,4 22,0 26,8 32,0 65 2,3 6,7 11,9 16,2 20,6 25,3 30,5 60 1,0 5,6 10,4 14,8 19,1 23,9 28,9 55 -0,3 4,1 8,6 13,3 17,5 22,2 27,1 50 -1,5 2,6 7,0 11.7 16,0 20,2 25,2 45 -3,1 0,9 5,4 9,5 14,0 18,2 23,0 40 -4,7 -0,8 3,4 7,4 12,0 16,1 20,6 35 -6,9 -2,9 1,3 5,2 9,2 13,7 18,0 30
7.4.4 Aplicação da tinta Inicialmente se define a sequência dos elementos a serem pintados. Em pinturas imobiliárias, normalmente é a seguinte:
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Teto Paredes Portas Janelas Rodapé
Define-se então o método mais adequado para a aplicação da tinta. Os mais comuns são:
Pintura a pincel É mais adequada para pequenas superfícies e detalhes. As cerdas dos pincéis determinam o acabamento da película. As cerdas mais resistentes a solventes são de pelo de porco ou de orelha de boi. As de pelos sintéticos, como nylon e polipropileno são mais adequadas para tintas à base de água. Os tipos mais comuns e suas aplicações são descritas na tabela 26. Também é comum a identificação de uso pela cor das cerdas, assim, consideramos qe os pincéis de cerdas escuras se destinas a tintas a base de solventes aromáticos, enquanto que os de cerdas grisalhas se destinam a tintas a base de água. Tabela 26: tipos de pincéis e suas aplicações Tipo de pincel Tipo de trabalho Trincha de 75 mm (3”) ou 100 Superfícies planas e grandes mm (4”) Trincha de 50 mm (2”) ou menor Superfícies planas e pequenas Pincel redondo Para superfícies irregulares Obs: trinchas são pincéis chatos
A aplicação de tinta com pincel deve seguir duas etapas: na primeira, as pinceladas são curtas, aplicando-se uma camada regular de tinta, garantindo assim a cobertura de toda a superfície, e se necessário se esfregando as cerdas para cobrir as irregularidades; na segunda etapa, as pinceladas são longas e cruzadas sobre as iniciais, para garantir o acabamento superficial. Em todas as etapas é dada uma pequena inclinação ao pincel, no sentido do deslocamento, para suavizar o deslizamento, evitando assim que a superfície fique marcada e o pincel se estrague rapidamente (figura 227). Também é importante não carregar com muita tinta o pincel, pois isso prejudica a operação de espalhamento.
Figura 227: técnica correta de uso de um pincel chato (trincha)
Pintura a rolo José Bento Ferreira
2007
Tecnologia da construção civil
156
Adequada para grandes superfícies. Os rolos podem ser fabricados com lã de carneiro, lá sintética ou de espuma. Os mais resistentes a solventes aromáticos são os de lã. Os de espuma são mais adequados para tintas à base de água, mas á existem rolos de espuma de poliuretano resistentes a solventes. Os tipos mais comuns e suas aplicações são descritas na tabela 27. Tabela 27: tipos de rolos e suas aplicações Tipo de rolo Tipo de trabalho Rolo de lã de pelo longo Superfícies planas e grandes
Rolo de lã de pelo curto
Rolo de espuma
Rolos de borracha ou espuma rígida
Características e deficiências Carrega bastante tinta e cobrem melhor irregularidades, mas deixam a superfície marcada, com a chamada casca de laranja. Superfícies planas Carrega menos tinta, cobrindo menos as irregularidades. Proporciona um melhor acabamento superficial, mas com uma camada de tinta menos espessa, o que pode obrigar a aplicação de mais uma demão. Superfícies planas Carrega menos tinta que o rolo de lã, cobrindo menos as irregularidades. Proporciona um melhor acabamento superficial, mas com uma camada de tinta menos espessa, o que pode obrigar a aplicação de mais uma demão. Superfícies onde se pretende obter Só devem ser utilizados por um efeito de textura pessoal treinado, para que se obtenha o efeito pretendido.
Na aplicação de tinta com rolo, deve ser utilizada uma bandeja própria, onde se retire o excesso de tinta, ou então uma caçamba com as mesmas caraterísticas, pois o excesso de tinta, em um rolo, só gera desperdício e um péssimo acabamento superficial. Isso também permite um melhor controle de pressão do rolo sobre a superfície a ser pintada. Como o início da passada o rolo está bem carregado com tinta, e ao final temos pouca tinta, deve ser seguida a sequência apresentada na figura 228, para garantir um acabamento uniforme da superfície. No caso de superfícies muito rugosas, o rolo deve ser passado em várias direções, em um movimento de vaivém, para garantir uma cobertura uniforme.
Figura 228: sequência correta de aplicação de tinta com rolo.
Na figura 229 vemos o equipamento básico de pintura a pincel e a rolo.
José Bento Ferreira
2007