TECNOLOGIA DAS CONSTRUÇÕES IV (PARTE 1)

ESTRUTURAS

 Edifício sendo estruturado por aço, material utilizado abundantemente em países desenvolvidos.

Introdução às estruturas

Classificação quanto à concepção estrutural

–reticuladas -atransmissão dos esforços ocorre através de elementos isolados tais como lajes, pilares e vigas ou pórticos;

–elementos planos – a transmissão de esforços faz-se através de um plano de carregamentos, como‚ o caso dos edifícios constituídos por paredes maciças de

concreto armado ou mesmo de alvenaria estrutural;

–  cascas;

–  treliças espaciais;

–  estaiadas.

Classificação quanto ao processo de produção dos elementos resistentes

– moldados no local – produzidos já no seu lugar definitivo no conjunto da estrutura;

– pré-fabricados (em usina) – moldados numa usina e transportados até o canteiro;

– pré-moldados (em canteiro) – são fabricados no canteiro; porém, longe do local em que serão instalados.

Classificação quanto aos materiais constituintes

– estruturas de madeira;
– estruturas de aço;
– alvenaria estrutural;
– estruturas de concreto (protendido ou armado).

Estruturas de madeira

Baixo uso devido à(ao)/às(aos)

– falta de tradição do uso;
– resolução do 307 CONAMA – limita o uso apenas de madeira de reflorestamento;

– problemas decorrentes do elevado potencial de queima;

– deficiências quanto à resistência mecânica e durabilidade.

Estruturas de aço

O aço, largamente empregado em países mais desenvolvidos e com elevado potencial de utilização devido às suas características mecânicas (elevada resistência à compressão e à tração), também vem sendo pouco utilizado no Brasil para a construção de estruturas de edifícios, principalmente nos de múltiplos pavimentos. Sua utilização vem se concentrando, sobretudo na produção da estrutura de edifícios industriais. Pode-se dizer que existem alguns fatores "responsáveis" pela pequena utilização do aço no Brasil, dentre os quais se destacam:

– custo elevado do aço quando comparado ao do concreto armado;
– falta de tradição construtiva e desconhecimento do processo construtivo;
– características da mão-de-obra nacional: de baixo custo e pouca qualificação – o baixo custo leva a poucos investimentos nos ganhos de produtividade, que seria uma das grandes vantagens oferecidas pela estrutura de aço;

– falta de perfis adequados à construção de edifícios, o que seria essencial para a
implantação de um mercado consumidor. No entanto, as indústrias produtoras
não assumem o investimento necessário;

– suscetibilidade a incêndio, exigindo tratamentos especiais nos elementos;

– utilização de equipamentos pesados para montagens (guindastes, máquinas de solda, etc.).

Não obstante essas dificuldades, a produção de um edifício em aço apresenta um elevado potencial de racionalização devido às características intrínsecas ao material, pois:

– permite grande flexibilidade construtiva;

– toda a estrutura é previamente preparada em uma fábrica ou indústria, ficando apenas a montagem para o canteiro;

– para o preparo de cada peça é necessário um detalhamento prévio, e sendo assim, as decisões são necessariamente tomadas durante a elaboração do projeto e não no canteiro
durante a execução do edifício; logo, não há decisões de canteiro, os detalhes construtivos vêm previamente definidos;

– é possível a modulação de componentes racionalizando-se as atividades de preparo e montagem da estrutura, bem como, possibilita o emprego de outros elementos construtivos modulados (vedações, caixilhos);

Vantagens de se utilizar o aço na construção civil

Na administração da obra:

• execução em fábrica, apenas montagem no canteiro;
• grande precisão dimensional;
• grande precisão quantitativa dos materiais;
• poucos itens de materiais (aço, parafusos, eletrodos, tintas);
• qualidade garantida das matérias primas (pelas usinas);
• uniformidade das matérias primas;
• pouca quantidade de homens na obra e mão-de-obra com maior qualificação.

Nas fundações:

• leveza estrutural – 40 a 80 kg/m² (vigas e colunas), até 80% menos (1/5 do peso do concreto);
• menores cargas nas bases;
• volumes menores nos blocos;
• sistemas mais econômicos.

Prazos:

• simultaneidade de execução da estrutura e fundações;
• avanços da montagem de 3 em 3 pavimentos;
• possibilidade de alvenarias acompanharem a montagem.

Custo financeiro:

• prazos finais reduzidos, antecipação de utilização;

• retorno mais rápidos e utilização antecipada.

Demais vantagens:

• aumento dos espaçamentos entre colunas, aumentando a área útil nas garagens;

• menores riscos de alterações de previsão e demanda graças à rapidez de entrega;

• maior valor residual (no caso de desmontagens) com reaproveitamento de todo material estrutural.

Alvenaria estrutural

A alvenaria, por sua vez, foi largamente utilizada no passado como material estrutural para a construção de edifícios com dois e até três pavimentos. No entanto, com o surgimento do concreto armado cedeu lugar ao novo material. Hoje, a alvenaria ressurge com grandes possibilidades de emprego para a produção de estruturas de edifícios de múltiplos pavimentos, sendo denominada alvenaria estrutural.

E assim como o aço, é um material estreitamente ligado à racionalização do processo de produção, pois além de constituir a estrutura do edifício, constitui ao mesmo tempo a sua vedação vertical, o que proporciona elevada produtividade para a execução do edifício. Além disso, a regularidade superficial dos componentes e a “precisão” construtiva exigida pelo processo possibilitam o emprego de revestimentos de pequena espessura reduzindo o
custo deste subsistema.

A utilização de equipamentos tradicionais e a ausência quase total de resíduo de construção são vantagens também apresentadas na utilização da alvenaria estrutural. Também as instalações podem ser racionalizadas ao se utilizar os componentes vazados de alvenaria (blocos) para a sua passagem, sem a necessidade de quebrar a parede e, consequentemente, sem a necessidade de se refazer o serviço.

A utilização da alvenaria estrutural gerou a necessidade de desenvolvimento do processo construtivo e de produção através do projeto para produção, no qual são
feitos a modulação das peças e o detalhamento construtivo, a partir da integração com outros subsistemas.

Como limitações podem ser citadas: a impossibilidade de construir edifícios de grande altura, a falta de flexibilidade arquitetônica e também a necessidade de componentes de alvenaria com características adequadas, restrições a modificações nos apartamentos.

Concreto protendido

Estruturas moldadas in loco – lajes de grandes vãos – O concreto protendido tem sido empregado no Brasil desde a década de 50 em obras de grande porte (em geral edifícios comerciais) e onde há necessidade de grandes vãos. Proporcionar grande flexibilidade de layout requer racionalização do sistema de fôrmas e possibilita maior
organização do processo construtivo. Além disso, necessita de mão de obra especializada, de equipamentos especiais (como macaco de protensão) e de grande diversidade de materiais a serem estocados e controlados.

Estruturas pré-moldadas – A utilização do concreto protendido pode se dar através de peças pré-fabricadas, o que traz a vantagem da utilização da mão-de-obra tradicional no
canteiro, confere maior limpeza e organização ao canteiro de obras e apresenta curto prazo de execução. Por outro lado, diminui a flexibilidade arquitetônica, tem alto custo, pequenas alturas (cerca de 25 m) e vãos médios (aproximadamente 10 m), uma vez que
o transporte passa a ser o limitante.

Concreto armado

Desde o seu surgimento ganhou espaço significativo na construção de edifícios, sejam edifícios baixos ou de múltiplos pavimentos. É, sem dúvida, o material estrutural mais utilizado hoje no Brasil, tanto moldado no local, como pré-fabricado. Principal tecnologia de produção de estruturas de edifício no Brasil, portanto, principal objeto de estudo nesta disciplina.

Vantagens de se utilizar o concreto armado na construção civil

– mão-de-obra tradicional da construção civil;

– equipamentos tradicionais;

– grande flexibilidade;

– amplo domínio da tecnologia.

A execução de elementos com concreto armado deve seguir um esquema básico de produção que possibilite a obtenção das peças previamente projetadas e com a qualidade especificada.

Conceituação de fôrmas

As fôrmas são uma estrutura provisória, construída para conter o concreto fresco, dando a ele a forma e as dimensões requeridas, e suportá-lo até que ele adquira a capacidade de autossuporte. A fôrma pode ser considerada como o conjunto de componentes cujas funções principais são:

• dar forma ao concreto – molde;

• conter o concreto fresco e sustentá-lo até que tenha resistência suficiente para se sustentar por si só;
• proporcionar à superfície do concreto a rugosidade requerida;
• servir de suporte para o posicionamento da armação, permitindo a colocação de espaçadores para garantir os cobrimentos;

• servir de suporte para o posicionamento de elementos das instalações e outros itens embutidos;

• servir de estrutura provisória para as atividades de armação e concretagem, devendo resistir às cargas provenientes do seu peso próprio, além das de serviço, tais como pessoas, equipamentos e materiais;

• proteger o concreto novo contra choques mecânicos;

• limitar a perda de água do concreto, facilitando a cura.

Elementos constituintes de um sistema de fôrmas

Molde é o elemento que entra em contato direto com o concreto, definindo o formato e a textura concebidos para a peça durante o projeto

Estrutura do molde é o que dá sustentação e travamento ao molde. É destinada a enrijecer o molde, garantindo que ele não se deforme quando submetido aos esforços originados pelas atividades de armação e concretagem. É constituído comumente por gravatas, sarrafos acoplados aos painéis e travessões.

Escoramento (cimbramento) é o que dá apoio à estrutura da fôrma. É o elemento
destinado a transmitir os esforços da estrutura do molde para algum ponto de suporte no solo ou na própria estrutura de concreto. É constituído genericamente por guias, pontaletes e pés-direitos.

Acessórios são componentes utilizados para nivelamento, prumo e locação das peças, sendo constituídos comumente por aprumadores, sarrafos de pé-de-pilar e cunhas.

Materiais

• madeira na forma de tábua;

• compensado;

• materiais metálicos - alumínio e aço;

• outros materiais como o concreto, a alvenaria, o plástico, o papelão, a fôrma
incorporada, por exemplo, o poliestireno expandido ou lajotas cerâmicas e materiais sintéticos.

Escoramentos

É comum o emprego de:

• madeira bruta ou aparelhada;

• aço na forma de perfis tubulares extensíveis e de torres.

Armaduras

Barras de aço para concretos

Os aços para concreto armado, fornecidos em rolos (fios) ou mais comumente em barras com aproximadamente 12 m de comprimento, são empregados como armadura ou armação de componentes estruturais. Nesses componentes estruturais, tais como blocos, sapatas, estacas, pilares, vigas, vergas e lajes, as armaduras têm como função principal absorver as tensões de tração e cisalhamento e aumentar a capacidade resistente das peças ou componentes comprimidos. O concreto armado é conseqüência de uma aliança racional de materiais com características mecânicas diferentes e complementares.

Segundo a norma NBR 7480, barras são produtos obtidos por laminação a quente, com diâmetro nominal de 5,0 mm ou superior. Por serem produzidos desta maneira, os aços CA25 e CA50 são denominados barras. Os fios são produtos de diâmetro nominal inferior a 10 mm obtidos por trefilação ou laminação a frio. Todo o CA60 é denominado fio.

Estocagem

As barras devem ser rigorosamente separadas segundo seu diâmetro, de maneira a evitar possíveis enganos.

• evitar as condições que podem propiciar o desenvolvimento da corrosão;

• evitar contato com o solo;

• dependendo das condições ambiente e do tempo em que o aço permanecer estocado, muitas vezes, em caso de grande agressividade do meio, deve-se evitar que o estoque de aço fique sujeito a intempéries.

Movimentação

– transporte manual moroso - o número de homens/hora que são gastos para a organização do aço dentro do canteiro é muito grande;

– a organização do canteiro e em especial o posicionamento do estoque de aço, são de fundamental importância para se conseguir a racionalização do trabalho e boa fluidez da
produção. Isto vale tanto para o desembarque do aço como para todo o trabalho relativo à sua utilização.

Importância do plano de corte

• os comprimentos das barras de aço requeridos nas vigas, pilares, lajes, caixas

d'água, etc., são variáveis;

• as barras têm uma dimensão aproximadamente constante, faz-se necessária uma programação do corte das barras de modo a evitar desperdícios

• se uma barra de 12 m é utilizada somente para pilares de 3,30 m de altura, poderão ser utilizadas 3 barras de 3,30 m e haverá uma sobra de 2,10 m sem uso. Dois metros de desperdício por barra representam uma enorme perda (18% ).

Dobramento da armadura

Após a liberação das peças cortadas dá-se o dobramento das barras, assim como seu
endireitamento (quando necessário), tais atividades são realizadas sobre uma bancada
de madeira grossa com espessura de 5 cm, que corresponde a duas tábuas sobrepostas. Sobre essa bancada usualmente são fixados diversos pinos. Os ganchos e cavaletes são
feitos com o auxílio de chaves
de dobrar.

Em algumas obras encontramos casos de quebra de barras de aço, quando do seu dobramento através de ferramentas manuais, este fato é observado na maioria das vezes em obras onde existe grande variabilidade de bitolas, para as quais, operários menos experientes não atentam para a necessidade de substituir o diâmetro do pino de
dobramento, pois, para algumas bitolas eles são finos levando a barra, a sofrerem um ensaio extremamente rigoroso de dobramento, chegando a romper por tração.

A recomendação para estes casos, que os diâmetros dos pinos sejam os mais próximos possíveis aos especificados.

Montagem das armaduras

A ligação das barras e entre barras e estribos é feita através da utilização de arame recozido. Possuem boa maleabilidade. O n.º 18 é de maior espessura e o n.º 20 é de menor espessura).

Deve-se definir as peças estruturais cujas armaduras serão montadas embaixo, no
próprio pátio de armação, (central de armação), e aquelas que serão montadas nas
próprias fôrmas. Para esta definição devem ser considerados diversos fatores:

• dimensões das peças;

• o sistema de transporte disponível na obra;

 •a espessura das barras para resistir aos esforços de transporte da peça montada, entre outros.

Posicionamento e cobrimento da armadura

Quando da colocação das armaduras nas fôrmas todo o cuidado deve ser tomado de modo a garantir o perfeito posicionamento da armadura no elemento final a ser concretado. Os dois problemas fundamentais a serem evitados são a falta do cobrimento de concreto especificado (normalmente da ordem de 25 mm para o concreto convencional) e o posicionamento incorreto da armadura negativa (tornada involuntariamente armadura positiva). Para evitar a ocorrência destas falhas é recomendável a utilização de dispositivos construtivos específicos para
cada caso.

O cobrimento mínimo será obtido de modo mais seguro com o auxílio dos espaçadores ou pastilhas fixados à armadura, sendo os mais comuns de concreto, argamassa, matéria plástica e metal. Estes espaçadores, porém, não devem provocar descontinuidades muito marcantes no concreto e, portanto, os aspectos de durabilidade e aparência devem ser verificados quando de sua utilização

O cobrimento de concreto na armadura é de vital importância na durabilidade, mas também pelos benefícios adicionais, como por exemplo, a resistência ao fogo. É preocupante ao constatar que esse ponto é freqüentemente negligenciado. Devemos em todos os casos garantir o total cobrimento das armaduras, lembrando que o aço para concreto armado estará apassivado e protegido da corrosão quando estiver em um meio fortemente alcalino propiciado pelas reações de hidratação do cimento.

Posicionamento da armadura negativa (lajes)

Com relação à armadura negativa utilizam-se os chamados "caranguejos". O espaçamento entre "caranguejos" é função do diâmetro do aço que constitui a armadura negativa, bem como, do diâmetro do aço do próprio "caranguejo".

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Proponho que assista a esse vídeo, bastante interessante, sobre o concreto armado, um assunto amplo na unidade de estruturas que vai se estender, mais profundamente, pela 2ª parte deste projeto.