LAJES;BUBBLEDE; X LAJES LISAS

LAJES;BUBBLEDE; X LAJES LISAS

(Parte 1 de 3)

Yuri Mariano de Oliveira Silva

Projeto de Graduação apresentado ao Curso de Engenharia Civil da Escola Politécnica, Universidade Federal do Rio de Janeiro, como parte dos requisitos necessários à obtenção do título de Engenheiro.

Orientador: Henrique Innecco Longo

Rio de Janeiro – RJ - Brasil Setembro de 2011

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO ESCOLA POLITÉCNICA Curso de Engenharia Civil Departamento de Mecânica Aplicada e Estruturas

Yuri Mariano de Oliveira Silva

Examinado por:

Henrique Innecco Longo
Prof. Associado, D.Sc., EP/UFRJ
(Orientador)
Fernando Celso Uchôa Cavalcanti
Prof. Adjunto, M.Sc., EP/UFRJ
Francisco José Costa Reis
Prof. Assistente, M.Sc., EP/UFRJ

Rio de Janeiro – RJ - Brasil Setembro de 2011

Estudo comparativo entre lajes “bubbledeck” e lajes
VIII, 54 p.: il.; 29,7 cm.
Orientador: Henrique Innecco Longo.

Silva, Yuri Mariano de Oliveira lisas / Yuri Mariano de Oliveira Silva. – Rio de Janeiro: UFRJ/ Escola Politécnica, 2011.

Projeto de Graduação – UFRJ/ Escola Politécnica/

Referencias Bibliográficas: p. 53.
1. Laje bubbledeck. 2. Laje lisa. 3. Concreto Armado.

Curso de Engenharia Civil, 2011. I. Longo, Henrique Innecco. I. Universidade Federal do Rio de Janeiro, Escola Politécnica, Curso de Engenharia Civil. I. Título.

iv

Resumo do Projeto de Graduação apresentado à Escola Politécnica/UFRJ como parte dos requisitos necessários à obtenção do grau de Engenheiro Civil.

Estudo comparativo entre lajes “bubbledeck” e lajes lisas.

Yuri Mariano de Oliveira Silva

Setembro/2011

Orientador: Henrique Inecco Longo. Curso: Engenharia Civil

A tecnologia bubbledeck ainda se faz pouco presente em obras no Brasil, mas seu estudo está em desenvolvimento, e empreendedores têm mostrado interesse no emprego da mesma.

Tal tipo de laje inovadora promete consumir um menor volume de concreto armado, economizar fôrma e ainda assim apresentar comportamento estrutural, acústico e térmico superior, ou pelo menos igual, quando comparado à laje lisa tradicional. Porém, ainda não existem normas associadas à tecnologia bubbledeck. Por isso, um estudo mais profundo é necessário para a consolidação de seus critérios de dimensionamento e detalhamento.

Este projeto de graduação foi desenvolvido com o âmbito de servir como material didático de apoio para estudos futuros e tem por finalidade comparar a laje tipo bubbledeck com a tradicional laje lisa, com o propósito de avaliar as qualidades anteriormente citadas quanto à sua notoriedade.

Inicialmente são apresentadas as características físicas e os conceitos a respeito da nova solução apresentada, que servem como base para o seu dimensionamento. Em seguida é demonstrado o método construtivo da laje bubbledeck e sua sequência de execução. Por fim, o dimensionamento dos dois tipos de laje estudados e as taxas de consumo de material. Palavras-chave: Laje bubbledeck, Laje lisa, Concreto armado.

Abstract of Undergraduate Project presented to POLI/UFRJ as a partial fulfillment of the requirements for degree of Engineer.

Comparative study between “bubbledeck” slabs and flat slabs.

Yuri Mariano de Oliveira Silva

September/2011

Advisor: Henrique Inecco Longo. Course: Civil Engineering

The bubbleck technology still remains little present in contructions in Brazil, but his study is in development, and entrepreneurs have interest in use it.

This innovative type of slab promisses to consume smalle volume of concrete, save molds and still provide structural behavior, acoustic and termic better, or at least equal, when compared to the traditional flat slab. However, there no forms related to bubbledeck technology, so further study are necessary for the consolidation of design criteria and detailing.

This graduation project was developed with the purpose to serve as didatic material support to future studies and aims to compare the bubbledeck slab type with the tradicional flat slab, for the purpose of assessing the qualities previously mentioned above as to its veracity.

Initially physical characteristics are shown and concepts regarding the new solution presented, wich serve as basis for his design. Then the constructive method of bubbledeck slab is demonstrated and his execution sequence. Lastly, the design of two types of slab in study and the material consumed rates. Key words: Bubbledeck slab, Flat slab, Reinforced concrete. .

vi

Agradeço a todos que contribuíram de alguma forma para a conclusão do curso de Engenharia Civil e para a realização deste projeto final.

Em especial: Em primeiro lugar a Deus, por ser sempre meu companheiro fiel e Pai;

A meus pais, meu exemplo a seguir e meu porto seguro;

A meus irmãos Geraldo e Nícollas, pela amizade e auxílio nos momentos em que mais precisei;

Aos meus tios Renato e Andrea, por me ajudarem de forma tão importante na conclusão de minha faculdade;

Ao Professor Henrique Inecco Longo e ao engenheiro Augusto César Freire, pela ajuda, pelo conhecimento transmitido e colaboração neste trabalho;

À minha namorada Mirella, pela confiança, paciência e compreensão.

A todos os meus amigos, dentro e fora da faculdade, pelo apoio que me foi dado e pela importância que representam em minha vida.

ÍNDICE
1.  Introdução
2. Bubbledeck e sua história10 
3. Principais Conceitos da laje bubbledeck12 
3.1  Benefícios primordiais12 
3.2  Método construtivo13 
3.3  Especificações para dimensionamento17 
3.4 Testes de avaliação e relatório resumo18 
4. Projeto de um pavimento20 
4.1  Laje bubbledeck BD23021 
4.1.1 Carregamentos e Combinações23 
4.1.2 Combinação de Carregamentos24 
4.1.3  Esforços encontrados25 
4.1.4  Flecha máxima27 
4.1.5 Armadura inferior do painel28 
4.1.6 Armadura superior do painel29 
4.1.7 Armadura superior de ligação entre painéis29 
4.1.8 Armadura superior sobre os pilares29 
4.1.9 Verificação ao puncionamento30 
4.2 Laje lisa de 18 cm33 
4.2.1 Carregamentos e Combinações33 
4.2.2  Esforços encontrados33 
4.2.3  Flecha máxima35 
4.2.4 Armadura inferior do painel36 
4.2.5 Armadura superior do painel37 
4.2.6 Armadura superior de ligação entre painéis37 
4.2.7 Armadura superior sobre os pilares37 
4.2.8  Verificação à punção38 
4.3 Laje lisa de 23 cm41 
4.3.1 Carregamentos e Combinações41 
4.3.2  Esforços encontrados41 
4.3.3  Flecha máxima43 
4.3.4 Armadura inferior do painel44 

vii 4.3.5 Armadura superior do painel .................................................................................. 45

4.3.6 Armadura superior de ligação entre painéis45 
4.3.7 Armadura superior sobre os pilares45 
4.3.8  Verificação à punção46 
5.  Taxas e Comparativos49 
6. Conclusões e sugestões para trabalhos futuros51 
7.  Referências Bibliográficas53 
8.  Anexos54 
8.1 Reações de apoio da laje bubbledeck54 
8.2 Reações de apoio da laje lisa de 18cm57 

viii 8.3 Reações de apoio da laje lisa de 23cm .............................................................................. 60

Este projeto de graduação tem por objetivo estudar a viabilidade do emprego da laje com tecnologia bubbledeck, ainda recente no Brasil, em uma edificação típica. Com intenção também de divulgá-lo como alternativa para soluções em lajes maciças.

Os objetivos do projeto são: dimensionar a laje bubbledeck e a laje maciça, com auxílio do programa de análise por elementos finitos SAP2000 [1]; obter e comparar taxas de concreto armado entre as lajes; explicitar os métodos construtivos e apresentar casos reais de obras em lajes bubbledeck; escolher qualitativamente a solução mais adequada para o projeto apresentado.

A primeira etapa do projeto consiste na apresentação dos conceitos básicos inerentes às lajes lisas, bem como os da laje bubbledeck, seus aspectos e métodos construtivos, principais benefícios e as especificações para o dimensionamento. A segunda parte compreende a modelagem e o dimensionamento estrutural das lajes em questão. Já a terceira parte desenvolve-se em um comparativo quantitativo e qualitativo entre os tipos de laje.

O Capítulo 2 apresenta um breve histórico da laje bubbledeck desde a sua criação até os tempos atuais no Brasil e no mundo.

O Capítulo 3 mostra os conceitos básicos de lajes cogumelo, os principais benefícios do emprego de lajes bubbledeck, seu método construtivo e um guia para seu dimensionamento.

O Capítulo 4 apresenta o dimensionamento da laje bubbledeck, laje lisa de 18cm e laje lisa de 23cm, apresentando o modelo numérico, carregamentos, flechas obtidas, os esforços e o dimensionamento das armaduras principais para cada um dos tipos de laje.

O Capítulo 5 apresenta a taxa de armadura obtida para cada tipo de laje avaliada e as compara juntamente com os esforços máximos, volume de concreto e flecha máxima.

O Capítulo 6 apresenta as conclusões e sugestões para o desenvolvimento de trabalhos futuros.

2. Bubbledeck e sua história

A idéia de se otimizar o uso do concreto, utilizando-o onde efetivamente ele possui função estrutural, não é um conceito novo. Há muito vem sido utilizado o conceito de lajes ocas, empregando o concreto somente em regiões comprimidas, já que o mesmo somente trabalha com baixas tensões à tração e, portanto, usá-lo nessas regiões só resultaria em perdas de material e aumento do peso próprio da estrutura.

Utilizando este conceito, na década de 80, o engenheiro dinamarquês Jorgen

Breuning começou a desenvolver as lajes com tecnologia bubbledeck durante um concurso nacional criado pelo governo dinamarquês que buscava desenvolver as melhores idéias para uma construção diferenciada para lajes flexíveis que deveriam ser uma melhor solução ecológica, econômica, e aplicáveis em larga escala. Sua idéia foi criar uma laje de concreto com vazios, utilizando-se de esferas plásticas.

A figura 1 apresenta um esquema do posicionamento das bolas no interior da laje caracterizando a bubbledeck.

Figura 1 – Esquema da laje bubbleck. wikipedia [2]

O Millennium Tower, na cidade de Rotterdam na Holanda, foi a primeira obra a ser construída com lajes bubbuledeck. Inicialmente, o projeto previa a utilização de lajes ocas tubadas. Porém, antes que fosse iniciada a construção decidiu-se utilizar o conceito de lajes bubbledeck, o que resultou em uma aceleração dos ciclos dos andares de 10 para 4 dias. Além disso, significou também uma redução em 50% dos pilares utilizados na obra, e uma economia de quinhentas viagens de caminhão. Foi possível adicionar dois andares a mais devido à diminuição do pé direito, já que a tecnologia não utiliza vigas. Em 2000, quando concluída, a Millennium Tower com 149m e 35 andares era a segunda maior construção da Holanda. A figura 2 mostra a Millenuim Tower em Rotterdam.

Figura 2 – Millenium Tower de Rotterdam. wikipedia [3]

A primeira obra a ser executada utilizando o conceito de lajes bubbledeck no

receberão lajes bubbledeck

Brasil foi a nova sede da empresa Odebrecht na cidade de Salvador, Bahia. Como em Rotterdam, somente após a execução do projeto inicial, a solução em laje bubbledeck foi escolhida, quando a empresa resolveu utilizar a tecnologia então recente no Brasil com a finalidade de testá-la. Outros projetos, como o novo Centro Administrativo de Brasília, estão sendo estudados durante a realização deste trabalho e possivelmente

Um estudo comparativo entre as lajes bubbledeck e lajes nervuradas foi feito no projeto final de curso de Tamara C. Freire. [4]

3. Principais Conceitos da laje bubbledeck

BubbleDeck é usualmente dimensionada com métodos convencionais para lajes maciças, de acordo com a norma alemã DIN 1045 (2001) [9] para construções em concreto armado. Além disso, a solução com lajes bubbledeck também se encontra em normas de padronização como a norma britânica EN 13747 (2005) [10].

Segundo LEONHARDT [5], as lajes lisas são lajes armadas em duas direções que se apóiam diretamente sobre pilares, podendo ou não existir um aumento de espessura nas regiões em torno dos pilares, formando os capitéis que dão a forma de “cogumelo” a estas estruturas. Tais lajes devem ter espessura mínima de 15cm e devem ser dimensionadas para momentos no vão e nos apoios (positivos e negativos) em duas direções e também à punção.

A incorporação de esferas de plástico no interior das lajes, substituindo o concreto que não exerce qualquer função estrutural, resulta na diminuição do volume de concreto na laje e por conseqüência do peso próprio e proporciona mais leveza na estrutura sem perda de função estrutural. Além disso, implica na redução em cerca de 35% do peso próprio das lajes, permitindo a construção de maiores vãos e diminuindo a restrição de sobrecargas.

De acordo com os representantes da tecnologia no Brasil [6], muitos efeitos benéficos podem ser citados para a tecnologia bubbledeck, tais como:

• Eliminação de vigas – economia de fôrmas, execução mais barata e rápida de alvenarias e instalações;

• Redução do volume de concreto – 3,5kg do plástico reciclável das esferas substituem 14,31kg de concreto;

• Redução de energia e emissão de carbono – devido a utilização de plástico reciclável, diminuindo o do consumo de matérias primas;

• Liberdade nos projetos – layouts flexíveis que facilmente se adaptam a layouts curvos e irregulares.

• Aumento dos vãos nas duas direções – conexão da laje diretamente aos pilares sem nenhuma viga através de concreto in-situ;

• Redução do peso próprio – 35% menor, permitindo redução nas fundações;

• Aumento dos intereixos dos pilares – até 50% a mais do que estruturas tradicionais;

3.2 Método construtivo

As lajes bubbledeck podem ser feitas com o uso de módulos, pré-lajes, ou em painéis acabados.

O primeiro método construtivo citado consiste em posicionar as esferas em gaiolas metálicas, formando módulos sobre fôrmas convencionais de madeira, e então inserir as armaduras adicionais. Neste caso, a concretagem é executada em dois estágios, sendo o primeiro estagio feito com uma espessura de 60mm para evitar a flutuação das bolas no segundo estágio, que preenche a laje por completo . Esse tipo de laje é ideal para obras de reforma, pisos térreos, ou em casos de acesso complicado, pois os módulos podem ser transportados e posicionados manualmente. A figura 3 apresenta o esquema de um módulo bubbledeck.

Figura 3 – Módulo bubbledeck. bubbledeck Brasil [6]

A figura 4 apresenta o primeiro estágio de concretagem e a figura 5 apresenta o segundo estágio de concretagem.

Figura 4 – Primeiro estágio de concretagem da laje bubbledeck. Freire, T.C. [4]

Figura 5 – Segundo estágio de concretagem da laje bubbledeck. Freire, T.C. [4]

Já o método com pré-laje consiste em utilizar as lajes de 60mm de espessura préfabricadas já incorporando os módulos reforçados com as esferas plásticas, de maneira que o assoalho de madeira é eliminado. É o tipo mais comum e necessita de um guindaste móvel para o posicionamento dos elementos pré-moldados devido ao seu peso. A flexibilidade resultante desse método garante aos módulos uma adaptação fácil para qualquer tipo de piso e podem acomodar tubos e partes de instalações. Além disso, podem ser incluídas aberturas, mesmo após a conclusão da laje. A figura 6 apresenta o esquema de uma pré-laje com os módulos bubbledeck incorporados.

Figura 6 – Pré-laje acoplada ao módulo bubbledeck. bubbledeck Brasil [6]

Por fim, os painéis acabados são lajes prontas concretadas em fábrica e entregues no local da construção restando fazer apenas o içamento e o posicionamento, não necessitando de concreto de segundo estágio. O painel pronto é aplicável para apoios em uma só direção e necessita da inclusão de vigas suporte ou paredes, pois funcionam da mesma forma que a laje pré-moldada unidirecional. A figura 7 demonstra um painel acabado bubbledeck.

Figura 7 – Painel acabado bubbledeck. bubbledeck Brasil [6]

No local final de posicionamento, armaduras em malha são acopladas às malhas superiores e barras de ligações simplesmente posicionadas nas juntas entre os elementos exercem a função de criar a perfeita ligação entre os elementos individuais. Após a colocação das armaduras complementares, a camada final de concreto é despejada e curada, gerando a continuidade estrutural dos diversos elementos e garantindo o projeto de uma laje lisa.

Todo o detalhamento das ligações e especificações pode seguir os critérios de projeto e execução das lajes maciças. A utilização conjunta de outras técnicas de construção também é possível, como por exemplo, o concreto protendido. Em suma, a seqüência de execução usual dos painéis é:

• Escoramento provisório - vigas paralelas espaçadas de 1,8 m a 2,5 m são posicionadas;

• Colocação dos painéis bubbledeck - elementos pré-moldados posicionados com o emprego de equipamentos mecânicos;

• Reforços nas juntas - armadura de ligação entre as peças pré-moldadas e armadura de ligação entre as malhas superiores;

• Capitéis - armadura adicional superior na região dos pilares e eventual armadura de reforço;

• Reforço periférico - colocação de armadura no perímetro da laje, caso necessário;

• Preparação - selagem de juntas, limpeza e saturação com água do módulo prémoldado;

• Concretagem - lançamento, adensamento do concreto de segundo estágio e remoção do escoramento;

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