UNIVERSIDADE FEDERAL DE GOIÁS
ESCOLA DE ENGENHARIA CIVIL E AMBIENTAL
REFERENCIAL TEÓRICO E ESTUDO
COMPARATIVO DO DIMENSIONAMENTO
DE LAJES BUBBLEDECK
Anna Elizabete Fonseca Palla
GOIÂNIA, 2017
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REFERENCIAL TEÓRICO E ESTUDO COMPARATIVO DO ..., Notas de estudo de Engenharia Civil
da Engenharia Civil é cada vez maior e as lajes Bubbledeck, um exemplo de ... De acordo com a Bubbledeck Brasil (2017), dentre os benefícios desse tipo de ...
Tipologia: Notas de estudo
2022
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UNIVERSIDADE FEDERAL DE GOIÁS
ESCOLA DE ENGENHARIA CIVIL E AMBIENTAL
REFERENCIAL TEÓRICO E ESTUDO
COMPARATIVO DO DIMENSIONAMENTO
DE LAJES BUBBLEDECK
Anna Elizabete Fonseca Palla
GOIÂNIA, 2017
Anna Elizabete Fonseca Palla
Referencial teórico e estudo comparativo do
dimensionamento de Lajes Bubbledeck
Monografia apresentada ao Curso de Engenharia Civil da Universidade Federal de Goiás para obtenção do título de Engenheiro Civil Orientador: Prof. Dr. Janes Cleiton Alves de Oliveira
GOIÂNIA, 2017
RESUMO
A busca incessante por alternativas estruturais mais econômicas e sustentáveis dentro do campo da Engenharia Civil é cada vez maior e as lajes Bubbledeck , um exemplo de lajes com vazios, é uma boa alternativa quando comparada com as lajes maciças pela redução do volume de concreto e ganho com pé direito por exemplo. Nesse trabalho foi feito um levantamento do referencial teórico sobre essas lajes e seu dimensionamento que é realizado a partir de uma laje maciça com parâmetros de redução. Sendo uma laje ainda recente, os parâmetros do seu dimensionamento ainda geram muitas dúvidas, principalmente no Brasil devido à falta de normas que tratem de tal assunto. Assim, esse trabalho apresentou a proposta de modelar em um software de elementos finitos SAP2000, algumas seções de lajes Bubbledeck e lajes maciças similares e posterior comparação com os parâmetros fornecidos pela Bubbledeck International através de seus manuais técnicos disponíveis. Foram obtidos valores de momentos fletores e deflexões menores para as lajes Bubbledeck quando comparadas às maciças, conforme estabelecido pela Bubbledeck International. Palavras-chave: Lajes Bubbledeck. Modelagem numérica. SAP2000. Bubbledeck International.
LISTA DE FIGURAS
Quadro 3.8 – Características a comparar das lajes ensaiadas por Ledo (2016) e Lima (2015)
LISTA DE SÍMBOLOS
𝑐 – Diâmetro do pilar; 𝑑 – Altura útil da laje na região de análise; ℎ − Altura total da laje; 𝑓′( – Resistência à compressão especificada do concreto, ACI 318 (2011). 𝑉*+,-– Carga estimada de ruptura por flexão 𝑉.– Carga última atingida durante o ensaio ∅ 0 – Diâmetro da armadura de cisalhamento r – Taxa de armadura de flexão adotada
Referencial teórico e estudo comparativo do dimensionamento de Lajes Bubbledeck 8 A.E.F.PALLA
1 INTRODUÇÃO
1.1 CONSIDERAÇÕES INICIAIS
O campo da Engenharia Civil no Brasil tem alcançado lugar de destaque devido às demandas dessa sociedade e das inovações que pesquisadores têm desenvolvido para contribuir com os projetistas em busca de soluções no contexto de tecnologias. Dentro de um projeto de construção civil a importância da escolha do tipo de laje a ser utilizado na edificação estrutural é extremamente importante em diferentes aspectos como: econômicos, construtivos, técnicos e de eficiência. O mercado da construção civil na sociedade capitalista interessa em buscar soluções e formas mais econômicas para atuar na área de construção civil. Portanto, compreender e analisar as possibilidades dos tipos de lajes que vem se destacando em nível mundial em países como, Holanda, Austrália, Estados Unidos, Canadá, Reino Unido e Dinamarca se faz importante, ainda que tenhamos que considerar as diferenças ambientais e por serem resultados de pesquisas que comprovam melhor durabilidade e mais economia. As lajes maciças, por exemplo, podem exigir espessuras elevadas que faça com que o peso próprio da estrutura solicite grande parte da capacidade da mesma. É interessante nesse contexto, pensar em uma alternativa de sistema estrutural que apresente comportamento semelhante e um peso próprio relativamente baixo em relação as lajes maciças. Uma das formas de reduzir o peso próprio de uma laje é suprimindo a zona tracionada de concreto, já que no dimensionamento estrutural despreza-se a capacidade resistente da mesma, devido a baixa resistência do concreto a tração. A partir desse conceito, algumas técnicas foram desenvolvidas para a utilização de lajes com vazios preenchidos por módulos de material inerte – sem função estrutural – que ocupam o lugar do concreto na zona tracionada da estrutura. O tipo de material, as especificações geométricas, quantidade e disposição dentro da laje são aspectos que serão definidos de acordo com os requisitos do projeto estrutural, tais como os carregamentos e vãos que serão vencidos pela laje em questão.
Referencial teórico e estudo comparativo do dimensionamento de Lajes Bubbledeck 9 A.E.F.PALLA Um dos sistemas construtivos de lajes com vazios desenvolvido na Dinamarca é o Bubbledeck , que consiste na utilização de esferas plásticas nas regiões onde o concreto não desempenha função estrutural. Um dos aspectos mais importantes que vale ser destacado nesse tipo de sistema é a redução de 30 a 35% do peso total da laje se comparada com uma laje maciça de mesma espessura, possibilitando por exemplo redução da área transversal dos pilares e fundações. De acordo com a Bubbledeck Brasil (2017), dentre os benefícios desse tipo de sistema, além de eliminar o volume de concreto de uma laje, proporcionando assim lajes mais leves e resistentes, esse tipo de sistema também possibilita o aumento dos inter-eixos das colunas – até 50% a mais do que estruturas tradicionais, eliminação de vigas o que gera maior rapidez e economia de alguns serviços e eliminação de paredes de apoio e é ambientalmente adequado. Outros aspectos positivos que podem ser citados são:
- Desempenho acústico em conformidade com a Norma de Desempenho 15.575/ABNT;
- Ganho de pé direito com o embutimento das instalações na laje;
- Permite utilização de cabos de protensão;
- Apresenta o “Selo verde” por reduzir a emissão de CO 2 na atmosfera já que reduz a quantidade de materiais e transportes empregados (concreto, madeira, água e energia) e por utilizar plástico reciclável na composição das esferas;
- Resistência ao fogo pode variar de 60 a 180 minutos (verificações realizadas de acordo com a ISSO 834) e as esferas carbonizam sem emitir gases tóxicos em caso de incêndio. Mas desvantagens também podem ser citadas sobre esse sistema de lajes, tais como:
- Não normatizado em alguns países;
- Necessidade de mão de obra especializada;
- Possibilidade de dificuldade na execução por ter requisitos de projeto já especificados como largura mínima e espaçamento;
- Cuidado especial no transporte;
- Surgimento de problemas na ligação laje-pilar devido a alta concentração de esforços cisalhantes nessa área crítica.
Referencial teórico e estudo comparativo do dimensionamento de Lajes Bubbledeck 11 A.E.F.PALLA
2 HISTÓRICO
O Sistema de lajes do tipo Bubbledeck foi inventado na década de 19 90 pelo engenheiro dinamarquês Jorgen Breuning com a intenção de criar uma laje com vazios, utilizando esferas plásticas na parte onde o concreto não exerce função estrutural. Geralmente é dimensionada como as lajes maciças de acordo com normas padronizadas em alguns países segundo a Bubbledeck UK (2006):
- Dinamarca: a laje Bubbledeck pode ser calculada por normas já existentes – Directorate of Building and Housing (Diretório de Construção e Habitação), Copenhagen, 1996.
- Alemanha: a laje Bubbledeck pode ser calculada com técnicas padronizadas já existentes de acordo com o Deutsches Institut für Bautechnik (Instituto Alemão de Construção),
- Holanda: tecnologia Bubbledeck incorporada desde 2001 nas normas holandesas pela CUR – Civieltechnisch Centrum Uitvoering Research en Regelgeving (Centro de pesquisas e regulamentos de Engenharia Civil) através da Recomendação 86.
- Reino Unido: a laje Bubbledeck pode ser calculada como uma laje maciça apoiada sobre pilares (BS 8110) de acordo com CRIC – Concrete Research & Innovation Centre (Centro de Inovação e Pesquisa do Concreto), 1997. O conceito de inserir as esferas plásticas uniformemente entre duas telas metálicas e ao adaptar a geometria da bola e a largura da malha cria-se uma região de concreto otimizado, onde é utilizado ao máximo as zonas de momento e cisalhamento. A malha de reforço distribui as esferas uniformemente na posição exata enquanto as esferas moldam o volume de ar, controlam o nível das malhas de reforço e estabilizam a rede espacial, Bubbledeck UK (2006). Dentre as obras construídas com utilização do sistema Bubbledeck , algumas de grande importância estão listadas a seguir. De acordo com Bubbledeck Brasil, o primeiro prédio alto que utilizou esse sistema de lajes foi o Millenium Tower , construído em Roterdã, Holanda entre 1998 e 2000. O edifício consta de 34 andares e 131 metros de altura, apesar de um sistema ainda novo na época, o sistema Bubbledeck foi escolhido por suas vantagens em custo, em questões ambientais, tempo de construção e flexibilidade. Houve a redução de 10 para 4 dias de tempo de construção por andar,
Referencial teórico e estudo comparativo do dimensionamento de Lajes Bubbledeck 12 A.E.F.PALLA 500 viagens de caminhão economizadas, redução de maquinário utilizado na obra, e ainda na metade da construção foram adicionados dois andares em relação ao projeto inicial devido as vantagens da utilização das lajes Bubbledeck. Figura 2. 1 – Millenium Tower, Roterdã – Holanda Fonte: Bubbledeck Brasil (2017) Outras obras também que foram construídas na Holanda recentemente com o sistema de lajes Bubbledeck : o Rabobank em 2008 e a sede oficial da Transavia e Martinair no Aeroporto Schiphol entre 2009 e 2010. Figura 2. 2 – Rabobank, Utrecht – Holanda Fonte: Bubbledeck Brasil (2017)
Referencial teórico e estudo comparativo do dimensionamento de Lajes Bubbledeck 14 A.E.F.PALLA Figura 2. 5 – Moradia Le Coie , Jersey – Grã-Bretanha Fonte: Bubbledeck Brasil (2017) No Brasil, a primeira obra que utilizou a solução de lajes Bubbledeck foi a da nova sede da Odebrecht em Salvador, BA. De acordo com Freire (2009), a utilização das lajes Bubbledeck de 23 cm com esferas de 18 cm eliminou as vigas internas e o engrosamento dos capitéis com a previsao de capitéis de laje maciça embutidos nas regiões próximas aos pilares. Figura 2. 6 – Etapa construtiva, nova sede da Odebrecht, Salvador (BA) – Brasil Fonte: Bubbledeck Brasil (2017) Devido ao conhecimento ainda limitado do comportamento estrutural das lajes Bubbledeck diante diversas condições, muitos estudos ainda estão sendo feitos para melhorar e acrescentar o entendimento dessa técnica e de sua aplicabilidade diante dos outros tipos de sistemas já conhecido para lajes.
Referencial teórico e estudo comparativo do dimensionamento de Lajes Bubbledeck 15 A.E.F.PALLA
3 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
Neste capítulo serão abordados alguns conceitos importantes, tipos e características das lajes Bubbledeck. Será feita uma abordagem sobre alguns trabalhos que envolvem o tema e estudos comparativos com as prescrições de cálculo propostas pela Bubbledeck International.
3.1 TIPOS E SISTEMAS DE EXECUÇÃO DAS LAJES BUBBLEDECK
O método construtivo da laje Bubbledeck pode ser realizado de três diferentes maneiras, com o uso de módulos, pré-lajes ou em painéis acabados.
3.1.1 Módulos
O método construtivo com o uso de módulos, consiste em posicionar as esferas em gaiolas metálicas e assim formar módulos sobre formas convencionais de madeira provocando a concretagem em dois estágios. No primeiro, realiza-se a cobertura com 60mm de espessura, para evitar que as esferas flutuem, e no segundo preenche-se a laje por completo. Esse tipo de laje é melhor utilizado em reformas, pisos térreos e em casos de difícil acesso, já que os módulos podem ser transportados e posicionados manualmente. Figura 3. 1 – Módulos Bubbledeck Fonte: Bubbledeck Brasil (2017)
3.1.2 Pré-lajes
Já o segundo método diz respeito a utilização de lajes de 60mm de espessura pré-fabricadas e que inserem os módulos reforçados conjuntamente às esferas plásticas. Neste método, há,
Referencial teórico e estudo comparativo do dimensionamento de Lajes Bubbledeck 17 A.E.F.PALLA
3.2 BUBBLEDECK INTERNATIONAL
Na década de 90, o engenheiro Jorgen Breuning desenvolveu então o sistema de lajes Bubbledeck através de um concurso do governo dinamarquês que incentivava a busca por novas maneiras de construir de forma flexível e aplicável em longa escala, se atendo a melhor solução ecológica e econômica. Ele inventou uma forma de ligar o vazio gerado pela inserção das esferas plásticas com a malha de aço dentro de uma laje de concreto armada em duas direções. Figura 3. 4 – Corte da seção de uma laje Bubbledeck Fonte: Bubbledeck UK (2 008 ) De acordo com o relatório de Testes e Estudos reproduzido pela sede da Bubbledeck no Reino Unido em 2006 , através de estudos e testes realizados na Dinamarca, na Holanda e na Alemanha as conclusões são inequívocas para o sistema de lajes em questão:
- Melhor distribuição das forças do que qualquer outra estrutura de lajes com vazios;
- Devido a estrutura tridimensional e ao suave fluxo de força graduado as esferas não terão influência negativa e não causarão perda de força;
- Comportamento como uma estrutura tridimensional;
- Resistência ao cisalhamento melhor que o esperado;
- Efeito positivo na concretagem: as esferas causam efeito semelhante aos aditivos plastificantes;
- Testes e experiências confirmam que a laje Bubbledeck age como uma laje maciça de concreto armado de massa reduzida.
Referencial teórico e estudo comparativo do dimensionamento de Lajes Bubbledeck 18 A.E.F.PALLA Sobre o dimensionamento das lajes do tipo Bubbledeck , de acordo com o site da Bubbledeck International , elas podem ser dimensionadas como uma laje maciça obedecendo os parâmetros de redução para a rigidez a flexão, peso próprio (volume de concreto) e resistência ao cisalhamento por exemplo. São apresentados parâmetros em relação a resistência a flexão por exemplo como mostrado no quadro 3. 1 , comparando a laje maciça e a laje do tipo Bubbledeck. Quadro 3. 1 – Relatório de testes comparativos entre laje maciça e do tipo Bubbledeck Fonte: BubbleDeck International (2017) Em relação as deflexões, a Bubbledeck International afirma que devido a inserção das esferas plásticas a laje Bubbledeck não é tão rígida como a laje maciça, mas esse efeito é pequeno e compensado pela diminuição de aproximadamente um terço do peso próprio da laje, o que faz a mesma apresentar deflexões menores quando comparada com a maciça. Em relação a força de cisalhamento e a capacidade de corte, o relatório da Bubbledeck UK (2006), diz que uma série de testes práticos confirma que a resistência ao cisalhamento depende da massa efetiva de concreto e que a capacidade de cisalhamento da laje Bubbledeck é da ordem de 72- 9 1% da capacidade de uma laje maciça de concreto armado. Para efeitos de cálculos, usa- se um fator de 0,6 para a capacidade de cisalhamento de uma laje maciça de mesma altura, garantindo uma boa margem de segurança. Devendo se atentar às áreas com altas cargas de cisalhamento como em torno de colunas para a possível omissão das esferas nessas áreas críticas deixando-as maciças e com a capacidade total de cisalhamento. No quadro a seguir mostra a comparação de dois tipos de lajes Bubbledeck de espessura 340 mm, uma com treliças soldadas e a outra com treliças amarradas. Mesma capacidade de carga Mesma rigidez a flexão Mesmo volume de concreto Capacidade de carga 100 105 150 * Rigidez a flexão 90 100 300 Volume de concreto 66 69 100
- Na condição da mesma quantidade de aço. Em % de uma laje maciça^ Laje BubbleDeck vs. Laje Maciça