FABRICADAS DE CONCRETO - · PDF filepilares, as vigas de concreto armado e em concreto protendido e as lajes alveolares protendidas. Revista Pensar Engenharia, v. 2, n. 1, jan. 2014

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

ESTUDO DAS LIGAÇÕES DE MONTAGEM EM ESTRUTURAS PRÉ-FABRICADAS DE CONCRETO1

Carlos Henrique dos Santos2

Rogério Eustáquio Cirilo3

Ronilson Flávio Souza4

RESUMO: Um dos fatores mais importantes durante o processo de criação de uma

estrutura pré-fabricada são os conceitos relativos às ligações entre os diversos

elementos pré-fabricados. Todos os detalhes possíveis devem ser levados em

consideração quando se projeta uma estrutura e suas ligações, para que seja

atingido o conceito da perfeita eficiência estrutural, atrelado ao sinônimo de rapidez

executiva que é inerente ao sistema pré-fabricado. Esse artigo tem por objetivo

realizar um estudo sobre as ligações entre estruturas pré-fabricadas de concreto

durante o processo de montagem, suas principais características técnicas e

executivas, além de fazer uma comparação com uma estrutura de concreto armado

convencional.

Palavras-chave: estrutura, pré-fabricado, ligações, montagem, concreto.

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


1 – INTRODUÇÃO

A construção civil é um dos ramos de atividade em que seus processos,

quase em sua totalidade, são executados de forma artesanal.

A industrialização da construção civil já é uma tendência irreversível

onde eficiência, racionalização e sustentabilidade andam atreladas ao maior

treinamento da mão de obra envolvida, facilidade do gerenciamento dos custos e ao

maior desempenho estrutural das construções.

Dentro desse contexto, pode-se afirmar que o que difere as estruturas

pré-moldadas das estruturas realizadas pelo método tradicional (moldado no local,

monolítico), com relação ao comportamento estrutural, é a presença de ligações

entre os elementos. Com isso, o estudo das ligações se torna muito importante,

estando ela proporcionalmente relacionada com o comportamento da estrutura,

sendo responsável pela transmissão e distribuição dos esforços na mesma .

.

2. ELEMENTOS ESTRUTURAIS PRÉ-FABRICADOS

As estruturas pré-fabricadas de concreto são peças executadas

industrialmente, com realização de inspeção em todos os processos de produção,

controle tecnológico e ensaios que atestam a qualidade da peça produzida.

Segundo a NBR 9062 – Projeto e Execução de Estruturas de Concreto

Pré-Moldado – a definição de estrutura pré-fabricada é a seguinte: “O elemento pré-

moldado executado industrialmente, em instalações permanentes de empresa

destinada para este fim, que se enquadram e atendem aos requisitos mínimos das

especificações” (NBR 9062, 2006, pg. 4).

Ebeling (2006) cita que uma característica importante das estruturas de

concreto pré-fabricado é a possibilidade de ser dividida em elementos. Essa divisão

se faz necessária para a realização das ligações, obtendo assim a configuração final

da estrutura. “Por estas razões, quando se fala em pré-fabricação, pensa-se nas

ligações entre os elementos pré-fabricados e na influência que estas têm no

comportamento da estrutura” (ALBARRAN, 2008, pg. 3).

Entre os principais elementos construtivos pré-fabricados se destacam os

pilares, as vigas de concreto armado e em concreto protendido e as lajes alveolares

protendidas.


3. O CONCEITO DAS LIGAÇÕES

As ligações entre estruturas pré-fabricadas de concreto são de grande

importância na fase de projeto, onde há toda concepção do sistema estrutural.

O tipo de ligação escolhido para a realização da vinculação entre os

elementos terá grande influência na fase de montagem. Essa influência pode vir a

interferir no cronograma da obra e no comportamento final da estrutura. Devido a

essas particularidades, as ligações constituem uma das principais dificuldades a

serem enfrentadas pelos projetistas (EBELING, 2006).

Segundo Van Acker (2002), o papel das ligações é a de garantir a

interligação estrutural entre as peças, com o intuito de realizar um sistema estrutural

capaz de resistir a todos os esforços solicitantes, incluindo as ações indiretas

provenientes de retração, fluência, movimentação térmica, ação do fogo, etc.

4. LIGAÇÕES DE MONTAGEM EM ESTRUTURAS PRÉ-FABRICADAS DECONCRETO

Tecnicamente todos os projetos de produção das peças pré-fabricadas,

projetos executivos de montagem e tolerâncias de produção e montagem,

dependem de uma análise criteriosa de como serão realizadas as ligações entre os

elementos na estrutura.

As ligações entre as peças pré-fabricadas estão diretamente ligadas ao

bom desempenho estrutural da construção. Quanto mais eficiente e bem executada

for a ligação, melhor desempenho estrutural é atingido.

Em alguns casos, as ligações projetadas colocam obstáculos executivos

na fase de montagem dos elementos na obra, que podem gerar atrasos devido à

incompatibilidade entre as peças. Essas incompatibilidades podem ser causadas por

erros de projeto ou de produção. Caso a ligação não seja realizada conforme o

projeto, a estrutura não possuirá a sua capacidade estrutural esperada.

Todos os mínimos detalhes precisam ser levados em consideração nos

projetos de ligação que serão executados na fase de montagem. E é a existência

das ligações entre as peças que diferencia as estruturas pré-fabricadas das

estruturas de concreto convencionais, pois do ponto de vista estrutural, ambos são

parecidos.


5. LIGAÇÕES DE MONTAGEM QUANTO A TIPOLOGIA

Segundo Albarran (1984, apud SANTOS, 2008), existem vários tipos de

ligações entre elementos pré-fabricados, que poderão ser utilizados de acordo com

a especificidade de cada obra. Os principais são:

Ligação pilar-fundação, entre a base do pilar e a fundação;

Ligação pilar-pilar, entre o topo do pilar e a base de outro, geralmente

realizado em elementos de grande altura;

Ligação pilar-laje, entre a seção do pilar e a face transversal da laje;

Ligação viga-pilar; entre as extremidades da viga e o apoio dos pilares,

geralmente na região dos consolos;

Ligação viga-viga, entre extremidades de vigas ou vigas principais e

secundárias;

Ligação laje-viga, entre as extremidades da laje e apoio das vigas que

recebem as lajes;

Ligação laje-laje, entre painéis pré-fabricados.

5.1. Ligação Pilar – Fundação

Existem essencialmente três tipos de ligação pilar-fundação:

a) Ligação por meio de cálice: Corresponde à colocação (embutimento) de

determinado trecho do pé do pilar dentro de um nicho executado em um bloco de

fundação, conforme ilustrado na figura 1. Esse nicho é conhecido como cálice.

Após o encaixe do pilar, é feito o preenchimento da região vazia com graute ou

concreto estrutural determinado pelo projetista da estrutura, unindo os elementos

(MONTEIRO, 2011).

Segundo Albarran (2008), uma das principais vantagens do cálice de

fundação é a de oferecer uma folga dimensional utilizada para garantir a distância

dos eixos de montagem, ao mesmo tempo em que permite um processo simples de

execução do bloco de fundação, não implicando em modificações no pilar para a

execução da ligação. O autor ainda cita que para aumentar o engastamento

mecânico entre o pilar e o bloco de fundação, a superfície de ligação do pilar e do

bloco deve ser o mais rugosa possível. As paredes do cálice devem ser projetadas


para resistir aos esforços normais que surgem devido aos momentos fletores

transmitidos pelo pilar.

Figura 1:– Ligação pilar-fundação por meio de cálice (CAMPOS, 2010).

b) Ligações por meio de chapas de base: Outro tipo de ligação pilar-fundação

é por meio de chapas metálicas na base do pilar. As chapas possuem furos que são

utilizados para fixação entre os elementos. A ligação do pilar é executada por meio

de esperas rosqueáveis que se encontram embutidas na fundação e são

posteriormente parafusadas após correto posicionamento do elemento.

As chapas de base deverão ter dimensões superiores à seção dos pilares

para permitir a transmissão dos esforços provocados pelos momentos fletores

através da ligação. Este tipo de ligação se torna mais complexa se comparada a

ligação executada por meio de cálice, por necessitar de mais técnica por parte de

quem executa a fundação, garantindo o correto posicionamento das esperas do

bloco, além de um maior cuidado no processo de execução dos pilares na fábrica,

devido ao posicionamento da chapa metálica na base do pilar (ALBARRAN, 2008).

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


ilar por meio de esper

c) Ligação por meio de bainhas: A ligação por bainhas é realizada por barras de

aço ou esperas rosqueáveis que ficam na fundação ou na base do pilar, nos

quais encaixam nas bainhas que são posteriormente preenchidos com graute

(ALBARRAN, 2008).

Do ponto de vista executivo, a ligação por meio de bainhas é semelhante

à ligação por meio das chapas de base. A diferença consiste na troca da espera

rosqueável pela barra de aço convencional no bloco de fundação e da ausência da

chapa de base, substituída por furos que receberão as esperas no fundo do pilar.

5.2. Ligação Pilar – Pilar

Segundo Albarran (2008), existem praticamente dois tipos de ligação pilar

– pilar a serem projetados e executados. O primeiro tipo de ligação acontece na

região das vigas ou a meia altura entre pisos, sendo que nesse caso, há a

possibilidade de diminuir o número de ligações a serem efetuadas no local de

montagem, embora o tipo de ligação a ser realizada seja mais complicado. No

segundo caso, a ligação é feita na região em que os momentos fletores no pilar são

baixos, sendo, portanto a sua solicitação menos crítica para o comportamento da

estrutura.

O autor afirma ainda que a execução das ligações pilar - pilar parafusadas

é muito semelhante às ligações realizadas entre pilar-fundação. A ligação entre

pilares é realizada através de bainhas, que se encaixam nas barras de espera que

estão posicionadas no pilar inferior, sendo posteriormente grauteadas para

preencher a ligação. A continuidade das armaduras é garantida através de esperas

rosqueáveis, que são parafusadas à armadura dos pilares sendo depois o espaço

preenchido com graute.

Figura 3: Detalhe de ligação pilar-p as rosqueáveis (ALBARRAN, 2008)


5.3. Ligação Viga-Pilar

Os tipos clássicos de ligações viga-pilar são as ligações parafusadas ou

por meio de chumbadores mecânicos. Esses elementos podem ser colocados nos

pilares durante o processo de produção ou fixados nos elementos durante o

processo de montagem.

As vigas são apoiadas em consolos de concreto ou em apoios de

cantoneira metálica. Albarran (1998, apud SILVA, 2008), relata que no caso de

consolos de concreto aramado, ao ser montados, deve-se garantir um apoio mínimo

da viga, a fim de evitar o risco de ruptura ou de queda da própria viga durante a sua

colocação. Após a montagem dos elementos, os nichos são preenchidos com

graute.

Segundo Van Acker (2002), Quando se projeta com a intenção de permitir

os movimentos horizontais na estrutura, este nicho não será preenchido com graute,

mas sim com material betuminoso ou plástico, parafusado ao chumbador no topo da

viga para fornecer estabilidade à ligação. Nos apoios dos consolos de concreto

armado são utilizados aparelhos, conhecidos como almofadas de neoprene ou uma

camada de argamassa, que terá a função de distribuir as tensões de contato na

região do apoio.

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

5.4. Ligação Pilar-Laje

O Manual Munte (2004) define que esse tipo de ligação é a mais difícil de ser

determinada pelos projetistas. Do ponto de vista executivo, não há o contato entre o

pilar e a laje devido à colocação de placas de isopor no alvéolo das lajes, onde se

cria uma junta entre a capa de consolidação (concreto de capeamento posterior) e o


pilar. Apenas em alguns casos específicos, para eliminar a junta de concretagem e

para permitir a ligação entre o pilar e a laje, é realizado a ligação com a introdução

de uma armadura entre os elementos.

Figura 5: Desenho de ligação pilar-fundação. Não há contato entre os elementos. (ALBARRAN,2008).

5.5. Ligação Viga-Viga

A solidarização entre vigas divide-se essencialmente em ligação entre

peças com o mesmo eixo e ligação entre vigas secundárias e vigas principais. “A

ligação entre vigas com o mesmo eixo ocorre, normalmente, quando se pretende

deslocar a ligação para fora da região crítica (nó entre a viga e o pilar), onde os

momentos fletores são mais baixos” (ALBARRAN 2008, pg. 18). O autor ainda cita

que a ligação entre viga secundária e viga principal é realizada com a continuidade

das armaduras superiores através de negativos deixados na viga principal e das

armaduras superiores, com a concretagem da parte superior da viga sendo realizada

“in loco”.

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


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

5.6. Ligação Laje-Viga

Segundo Albarran (2008), a ligação entre laje-viga deve ser analisada em

dois sentidos: do ponto de vista construtivo e da continuidade estrutural a ser

projetada na viga de apoio.“Nos modelos comuns, a laje alveolar pré-fabricada é considerada um

grande pano rígido e funciona como um diafragma na estrutura. O seu apoio

sobre a viga ocorre em grandes áreas e, em função do atrito, a aproximação

é aceitável” (MANUAL MUNTE, 2004, pg. 22).

A superfície de contato entre a laje, a viga e o concreto complementar

deve ser o mais rugosa possível, de modo a garantir uma melhor ligação entre os

elementos. As soluções típicas para a ligação entre laje e viga independem da

tipologia de laje a ser adotada. As vigas que possuem abas para apoio das lajes

alveolares, por exemplo, possuem estribos salientes ou esperas que se destinam

não só a resistir aos esforços cortantes, mas também a garantir a resistência ao

cisalhamento na junta entre a viga pré-fabricada e o concreto de complemento

(ALBARRAN, 2008).

).

5.7. Ligação Laje-Laje

Existem dois tipos de ligações de montagem laje – laje: ligações de topo

entre extremidades de duas peças de laje e ligações laterais entre dois painéis de

laje adjacentes.

A primeira ligação é normalmente utilizada em vigas ou abas de apoio de

lajes maciças onde é necessária a continuidade das lajes sobre os apoios. Já a

segunda ligação descrita está relacionada ao tipo de laje a ser adotada, onde as


juntas longitudinais dos painéis serão solicitadas essencialmente aos esforços de

cisalhamento (ALBARRAN, 2008).

No caso das lajes alveolares, as juntas longitudinais deverão possuir uma

superfície rugosa ou dentada, conhecidas como chaves de cisalhamento, que

“trabalham como barreiras mecânicas que previnem qualquer deslizamento

significante ao longo da junta” (VAN ACKER, 2002, pg. 40).

Figura 8 – Detalhe de ligação de amarração de lajes alveolares (VAN ACKER, 2002).

6. ESTUDO COMPARATIVIO ENTRE A LIGAÇÃO DE UMA ESTRUTURACONVENCIONAL E UMA ESTRUTURA PRÉ-FABRICADA

Para desenvolvimento do estudo comparativo de uma ligação pré-

fabricada em relação a uma estrutura convencional, foi considerado um pórtico

simples convencional e um pórtico pré-fabricado. Será realizado uma comparação

entre as ligações viga-pilar. A estrutura em concreto pré-fabricado deste pórtico é

composta por pilares, vigas e lajes alveolares. A estrutura possui um pavimento,

uma área de 20,00 m² e uma altura total de 3,70 metros.

Nas figuras 9, 10, 11, 12 e 13 estão apresentadas as perspectivas,

plantas baixas e vistas referentes a estrutura:


Figura 9 – Perspectiva de um pórtico de concreto pré-fabricado.

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

Figura 11: Planta baixa dos pórticos a serem estudados.

Figura 12: Vista do pórtico em concreto pré-fabricado.


Figura 13: Vista do pórtico em concreto armado convencional.

7. METODOLOGIA DE CÁLCULO DO SISTEMA PROPOSTO

7.1. SISTEMA PRÉ-FABRICADO

7.1.1. Dimensionamento do Dente Gerber

O dente Gerber é uma saliência que se projeta na parte superior da

extremidade de uma viga, com o objetivo de apoiá-la em consolo criado na face de

um pilar ou na região inferior da extremidade de outra viga. Usualmente ambos,

consolo e dente Gerber, têm altura um pouco menor que metade da altura da viga.

Portanto:

d = 2a, onde:d= altura útil do consolo do pilara = distância entre a face do pilar e o eixo do consolo

Figura 14: Detalhe de um consolo pré-fabricado.

As mesmas conceituações e limitações geométricas criadas para os

consolos valem também para os dentes Gerber.


Os dentes Gerber têm um comportamento estrutural semelhante ao dos

consolos, podendo ser também descritos por um modelo biela-tirante. As diferenças

mais importantes são:

a) a biela é usualmente mais inclinada, porque deve procurar apoio na armadura de

suspensão, dentro da viga, na extremidade oposta ao ponto de aplicação da carga;

b) a armadura principal deve penetrar na viga, procurando ancoragem nas bielas

devidas ao cisalhamento na viga;

c) a armadura de suspensão deve ser calculada para a força total Ntd.

Figura 15: Detalhe do modelo biela-tirante.

Método da biela-tirante com d > 2a – d’

Neste caso considerar a altura útil d = 2a – d’

O momento é a reação de apoio das vigas multiplicado pela

excentricidade em relação ao eixo do pilar.

7.1.2. Cálculo da armadura As (tirante)

N Pd a H 1

d '

fyd Astd 0,8d d 0,8d

Onde Pd será o esforço vertical atuante no consolo.

7.1.3. Verificação da Biela comprimida

A largura b do consolo deve possuir no mínimo a seguinte dimensão:

b Pd a Hd d' 0,12fcdad2

a 2 0,8d2


Onde Hd é uma força horizontal se houver.

O consolo deve possuir estribos (costura) de ± 0,5 x As, nas duas direções (gaiola).

Armadura mínima do tirante (0,003 x b x d).

7.2. SISTEMA CONVENCIONAL

Será utilizado o modelo clássico de viga contínua, simplesmente apoiada

nos pilares, para o estudo das cargas verticais.

Considerado no pilar um momento fletor igual ao de engastamento

perfeito multiplicado pelos coeficientes:

rsuprvig rinf rsup

Sendo: r(i) I(i)L(i)

Onde I(i) é o momento de inércia da seção na direção considerada e L(i) éo vão livre da peça, igual “L” para vigas e “h/2” para pilares.

No caso específico do modelo acima o rsup é igual à zero, pois não há umsegundo pavimento. E o momento de engastamento perfeito é dado pela equação:

wL2/12

7.2.1. Cálculo da Armadura de Tração

Os esforços de tração junto aos apoios de vigas simples e contínuas

devem ser resistidos por armaduras longitudinais que satisfaçam as mais diversas

condições.

Para garantia de ancoragem em apoios extremos, o cálculo da armadura

se dá pela fórmula:a V d

As d fyd

Onde: al é a decalagem do diagrama de momento fletor ( pode ser usado

0,5d), d é a altura útil da seção e Vd a cortante máxima no apoio.


8. ANÁLISE DOS MOMENTOS FLETORES TRANSMITIDOS AO PILAR ECOMPARAÇÃO DE ARMADURA TOTAL GASTA NOS DOIS MODELOSPROPOSTOS

Dados do Modelo:

a) Vigas: 20 cm x 50 cm;

b) Pilares: 20 cm x 20 cm;

c) Aço CA-50;

d) Concreto Fck 30 Mpa;

e) Sobrecarga do Projeto: 3 KN/m²;

f) Peso das Lajes: 2,5KN/m²;

g) Peso do Piso: 1KN/m²;

h) Peso do Revestimento: 0,5KN/m²;

i) Alvenaria na Viga: 5,25KN/m.

j) Peso Específico do Concreto Armado: 25 KN/m³

8.1. VERIFICAÇÃO DO SISTEMA CONVENCIONAL

Reações na Laje:7,00 KN/m²

Cálculo das Reações na Laje:10,15 KN/m

Verificação das Reações na Viga:Peso Próprio da Viga = 2,50 KN/m

Cargas na Viga = 17,90 KN/m

Determinação dos Esforços Cortantes:RA=RB = 61,76 KN


Determinação do Coeficiente de Cálculor ( i ) pilar = 83,33

r ( i ) viga = 301,93

coef. = 0,216

Momento de Engastamento PerfeitoMd = 21,48 KN.m

Verificação da armadura (As)As = 0,99 cm²

8.2. VERIFICAÇÃO DO SISTEMA PRÉ-FABRICADO

Determinação da Largura Mínima do ConsoloSerá considerado como padrão o consolo com 30 cm de apoio.

Momento no PilarMd = 25,94 KN.m

Esforços na Armadura do ConsoloNtd = 90,05 KN

Verificação da Armadura (As)As = 2,5 cm²

Verificação da Armadura Mínima (As;min)As;min = 2,16 cm²

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


8.3. ANÁLISE DO PROGRAMA DE ELEMENTOS FINITOS

Para realização da simulação, foi utilizado o software SAP 2000.

8.3.1. Simulação para o Pórtico em Concreto Armado Convencional

Figura 16: Deformação após carregamento ampliação 100x.

Figura 17: Tensões aplicadas no pilar.

Figura 18: Detalhe da região da ligação – Valores da tensão em MPA


8.3.2. Simulação para o Pórtico em Concreto Pré-Fabricado

Figura 19: Deformação após carregamento ampliação 100x.

Figura 20: Tensões aplicadas no pilar.

Figura 21: Detalhe da região da ligação – Valores da tensão em MPA.


9. CONCLUSÃO

Nesse trabalho estudou-se as diversas formas de ligações entre as

estruturas pré-fabricadas e as suas formas de execução durante os processos de

montagem. Através de um programa computacional, foi possível realizar uma

comparação entre uma ligação viga-pilar de uma estrutura pré-fabricada em

concreto e um nó de ligação entre viga-pilar em uma estrutura de concreto armado

convencional. Com base nos resultados obtidos pelos modelos computacionais, foi

possível verificar que ambas as estruturas suportam as mesmas tensões aplicadas

no pilar, com destaque para a estrutura pré-fabricada, onde fica a cargo do consolo

absorver todos os esforços solicitantes do pórtico estudado.


10. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

ABNT – ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (2006). NBR 9062:Projeto e Execução de Concreto Pré-Moldado. Rio de Janeiro

ALBARRAN, E.G. Construção com Elementos Pré-Fabricados em BetãoArmado. Dissertação de Mestrado. Universidade Técnica de Lisboa, Lisboa, 2008.

EBELLING, E.B. Análise de Base de Pilares Pré-Moldados na Ligação comCálice de Fundação. Dissertação de Mestrado. Escola de Engenharia de São

Carlos, São Carlos, 2006.

FERREIRA, M.A. Manual de sistemas pré-fabricados de concreto (tradução).Autor do texto original: Arnold Van Acker (FIP-2002). Associação Brasileira de

Construção Industrializada de Concreto – ABCIC: São Paulo, 2003.

MELO, C.E.E. Manual Munte de Projetos Pré-Fabricados de Concreto. São

Paulo: ED. PINI, 2004.

MOTEIRO, T.P. Dimensionamento e Detalhamento de Cálices de Fundação comInterface Lisa. Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2006.

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