Manual Gerdau de Pisos Industriais

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agradecimentos Os autores agradecem a todos amigos e clientes que de maneira direta ou indireta deram sua importante contribuição para viabilização deste trabalho. Nossos agradecimentos também aos colaboradores da LPE Engenharia e Consultoria, em especial, a Rosana Pini pela contribuição na montagem e organização do texto e ao Engº Antonio Carlos Corsi Laperutta Filho pela contribuição na revisão do Capítulo 10.

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prefácio

A

introdução de novas tecnologias na indústria da construção civil nacional nos últimos 15 anos reserva capítulos especiais em determinados segmentos. Poucos avançaram tanto e com tamanha velocidade quanto o mercado de pisos industriais. Por conta do maior intercâmbio tecnológico com outros países, da capacitação crescente dos escritórios de projeto e do empenho dos fornecedores nacionais de componentes e serviços, o meio técnico nacional conseguiu atender, com rapidez e a qualidade, às novas exigências dos contratantes. Assim, o boom  industrial, vivido principalmente após a estabilização econômica na década de 1990, não encontrou barreira técnica na área de pisos. O resultado de tal avanço é um mercado estimado hoje em 27 milhões de m2 anuais. A PINI tem acompanhado atentamente essa evolução, em especial a partir da publicação de artigos e reportagens nas revistas Téchne e Construção Mercado. Sente-se honrada por ter recebido dos autores – Públio Penna Firme Rodrigues, Silvia Maria Botacini e Wagner Edson Gasparetto – e do Grupo Gerdau a missão de editar este Manual Gerdau de Pisos Industriais. Classificação dos pisos, mecânica dos solos aplicada, dimensionamento estrutural, drenagem, propriedades do concreto, materiais para juntas, endurecedores superficiais, acessórios para posicionamento das armaduras, barras de transferência, técnicas de execução, prevenção e tratamento de patologias constam entre os temas abordados pelo livro. Em tempos desafiadores para a construção civil, nos quais impera a corrida (nem sempre saudável) pela redução de custos, temos a oportunidade de lançar uma publicação tecnicamente responsável, redigida pelos diretores da LPE Engenharia e avalizada pelo Grupo Gerdau, conglomerado industrial brasileiro de atuação multinacional e fortemente comprometido com o desenvolvimento da área de pisos industriais de concreto. Se considerarmos a atual lacuna na literatura técnica sobre o tema, constatamos que o livro  já nasce como referência para profissionais da área de projeto e construção, além de estudantes e contratantes de obras. À PINI caberá, portanto, o desafio ao qual se propõe desde 1948: trabalhar pela difusão da boa informação técnica ao maior número possível de profissionais da indústria da construção civil. Um objetivo facilitado pela qualidade de publicações como este Manual Gerdau de Pisos Industriais. Eric Cozza Diretor de Redação PINI

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Índice 1

Introdução ............................................................................................................................ 9

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Classificação dos Pisos ........................................................................................................11 2.1 De acordo com a escola ...............................................................................................11 2.2 De acordo com o reforço estrutural .............................................................................11 2.3 De acordo com o tipo da fundação ..............................................................................13

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Solos e suas Características .................................................................................................15 3.1 Introdução ....................................................................................................................15 3.2 Solo .............................................................................................................................. 15 3.3 Ensaios de caracterização do solo ................................................................................ 16

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Aspectos de Drenagem ....................................................................................................... 21 4.1 Introdução ................................................................................................................. ... 21 4.2 Fase de execução .......................................................................................................... 21 4.3 Pós execução ................................................................................................................ 21

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 Tipos e Aplicações das Sub-bases........................................................................................ 23 5.1 Introdução ................................................................................................................. ... 23 5.2 Funções da sub-base..................................................................................................... 23 5.3 Tipos de sub-bases ........................................................................................................ 26

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 Tecnologia do Concreto...................................................................................................... 33 6.1 Introdução ................................................................................................................. ... 33 6.2 Resistência mecânica do concreto................................................................................ 34 6.3 Resistência ao desgaste .................................................................................................35 6.4 Retração do concreto ...................................................................................................37 6.5 Recomendações para escolha do concreto ..................................................................41

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Materiais Básicos................................................................................................................. 43 7.1 Cimento ........................................................................................................................43 7.2 Agregados .....................................................................................................................44 7.3 Fibra sintética ...............................................................................................................48 7.4 Selantes e materiais de preenchimento de juntas .........................................................50 7.5 Barra de transferência ...................................................................................................52 7.6 Distanciadores ..............................................................................................................53 7.7 Tela soldada ..................................................................................................................55 7.8 Líquido endurecedor de superfície ...............................................................................57 7.9 Agregado mineral .........................................................................................................57

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Índice 8

Dimensionamento e Detalhamento ....................................................................................59 8.1 Introdução ....................................................................................................................59 8.2 Tipos de carregamento ..................................................................................................62 8.3 Esforços atuantes...........................................................................................................66 8.4 Pavimento industrial com armadura distribuída ........................................................... 68 8.5 Pavimento estruturalmente armado ..............................................................................73

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 Juntas .................................................................................................................................. 79 9.1 Introdução ................................................................................................................. ... 79 9.2 Função das juntas ......................................................................................................... 79 9.3 Tipos de juntas .............................................................................................................. 80 9.4 Mecanismos de transferência de carga ......................................................................... 82 9.5 Dimensionamento das barras de transferência ............................................................. 83 9.6 Selantes para juntas ...................................................................................................... 86

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Execução............................................................................................................................. 89 10.1 Introdução ................................................................................................................ .. 89 10.2 Execução da fundação do piso ................................................................................... 89 10.3 Condições ambientais na concretagem ...................................................................... 90 10.4 Fôrmas........................................................................................................................ 90 10.5 Posicionamento da armadura ..................................................................................... 91 10.6 Seqüência da concretagem......................................................................................... 91 10.7 Lançamento do concreto ............................................................................................ 91 10.8 Adensamento .............................................................................................................. 92 10.9 Acabamento superficial .............................................................................................. 92 10.10 Cura do concreto...................................................................................................... 93 10.11 Corte das juntas ........................................................................................................ 95

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Controle da Qualidade dos Pavimentos Industriais............................................................. 97 11.1 Introdução ................................................................................................................ .. 97 11.2 Controle do subleito e sub-base ................................................................................. 99 11.3 Concretagem da placa de concreto............................................................................ 99 11.4 Juntas........................................................................................................................ 100 11.5 Tolerâncias superficiais ............................................................................................. 100

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Referências Bibliográficas................................................................................................. 103

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Introdução

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Os pisos e pavimentos de concreto têm experimentado no Brasil, principalmente na década passada, importante evolução tecnológica nos processos de dimensionamento e execução das obras, que foi impulsionada pelas novas exigências do mercado de construção civil, pelas necessidades das empresas de sistema logístico e armazenagem, incluindo armazenagem frigorificada, de distribuição e produção, empreendimentos industriais ou comerciais, além das pavimentações urbanas e rodoviárias. Neste cenário, uma mudança conceitual das especificações técnicas, minimamente exigidas para o desenvolvimento responsável de uma obra de pavimentação de concreto, tem evoluído e, para isso, uma maior formalização técnica desta documentação tem ocorrido em nosso meio, através da elaboração de projetos específicos que contemplem todas as necessidades executivas da obra, atendendo às exigências operacionais, seja do ponto de vista das tensões oriundas do carregamento, seja do ponto de vista do desgaste dos pavimentos decorrente dos ataques mecânicos ou químicos. O trabalho tem como objetivo atender a uma lacuna existente hoje no mercado editorial e à necessidade imperativa da valorização e evolução da arte de projetar e construir os pavimentos de concreto, cuja disciplina vem sendo tratada de forma secundária entre as relacionadas com as estruturas de concreto. Esta publicação abrange especificamente o mercado de pisos industriais e comerciais brasileiro, que hoje pode ser estimado em torno de 26 milhões de metros quadrados anuais, valor expressivo e importante para o mercado da construção civil. Este Manual tem como público-alvo os profissionais das áreas de projeto, construção e estudantes, e, dentro das diversas opções de dimensionamento existentes, trata especificamente dos pisos reforçados com telas soldadas. No capítulo 2 é feita uma explanação da classificação dos pisos com relação a sua condição de apoio, escola de dimensionamento e tipos de reforços possíveis. O capítulo 3 procura fazer uma breve explicação do solo como elemento de fundação dos pisos e, por ser matéria muito específica da disciplina de Mecânica dos Solos, buscamos destacar alguns pontos importantes que devem ser considerados, mas sem esquecer que, devido à complexidade do comportamento do solo, cada caso exige uma abordagem específica. O capítulo 4, bastante breve, foi colocado para ilustrar que o tema drenagem não pode ser simplesmente desconsiderado em todos os projetos, pois há casos onde deve ser abordado de forma cuidadosa. Muitas vezes a própria Sub-base, matéria do capítulo 5, indiretamente leva-a em consideração, notadamente nas granulares; este capítulo abrange também as funções primárias da sub-base e seus diversos tipos. O capítulo 6 é totalmente dedicado ao concreto, por ser um material de elevada importância para o sucesso dos pisos industriais. Trata das principais propriedades de sua aplicação, que freqüentemente são negligenciadas, trazendo posteriormente uma série de patologias.  Já o capítulo 7 apresenta outros diferentes materiais que estão à disposição dos projetistas e executores, como os materiais para juntas, endurecedores superficiais, acessórios diversos para posicionamento das armaduras, etc. Manual Gerdau de Pisos Industriais

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O capítulo 8 trata do dimensionamento estrutural, dedicando-se aos modelos mais recentes que estão sendo empregados mundialmente, separando os carregamentos em cargas distribuídas, pontuais e móveis. O capítulo 9 é uma extensão do anterior, abordando o tema de juntas e aspectos importantes como o dimensionamento de barras de transferência. O capítulo 10 é dedicado à execução do piso, mostrando técnicas executivas, enquanto o capítulo 11 é voltado aos aspectos de controle da qualidade. Por fim, no capítulo 12, é apresentada extensa bibliografia dedicada ao tema principal deste manual: os pisos industriais.

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Classificação dos Pisos

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A história da pavimentação industrial no Brasil é bastante recente, com pouco mais de 20 anos, sendo que, antes disso, havia pouca preocupação com critérios de projeto (Rodrigues, 2003). No início, costumava-se dimensionar os pavimentos industriais – geralmente de concreto simples – com base nos critérios da PCA. A grande popularidade desse método deve-se à ênfase que a ABCP (Carvalho e Pitta, 1989) deu a ele, que se popularizou com os trabalhos divulgados em simpósios e cursos promovidos por aquela entidade. A partir de 1995 começam a surgir novas tendências de dimensionamento, agora vindas da Europa, com o ressurgimento dos trabalhos de Lösberg (Lösberg, 1961), e Meyerhof (Meyerhof, 1962), em contraponto aos preceitos dos americanos Westergard (Westergard, 1927) Picket, Ray (Picket e Ray, 1950) e Packard (Packard, 1976), este com contribuições mais afeitas ao pavimento industrial.

2.1 De acordo com a escola O fator que difere as duas escolas – a européia e a norte-americana – reside fundamentalmente no fato de a primeira focar pavimentos reforçados, empregando telas soldadas, fibras de alto módulo ou protensão, enquanto a americana trabalha essencialmente com concreto simples. A diferença entre as estruturas dos dois pavimentos é acentuada: enquanto os critérios americanos produzem estruturas de elevada rigidez e placas de pequenas dimensões, os procedimentos europeus conduzem a pavimentos esbeltos e placas de grandes dimensões. Nota-se que nos últimos dez anos o Brasil vem trilhando o caminho inequívoco da escola européia, e o grande avanço das técnicas de dimensionamento dos pavimentos estruturalmente armados contribuíram para selar essa tendência. O emprego deste tipo de abordagem leva a pisos economicamente mais atraentes, tanto sob o ponto de custo inicial como de manutenção, mas, em contrapartida, exigem execução mais esmerada. Como prova incontestável deste fenômeno é que a quase totalidade dos pisos industriais emprega algum tipo de reforço, que tem como objetivo a construção de placas de dimensões superiores ao concreto simples. O grande precursor dessa metodologia no Brasil foi o IBTS – Instituto Brasileiro de Telas Soldadas –, advogando o emprego de menores espessuras em pisos reforçados com telas de aço, mas curiosamente empregando uma metodologia de cálculo do exército americano.

2.2 De acordo com o reforço estrutural Ao contrário da década passada, no Brasil encontramos hoje uma larga gama de opções para os pavimentos industriais e, o alto grau de especialização que os profissionais das áreas de projeto e execução atingiram, faz do Brasil um dos países líderes no dimensionamento de pavimentos, tirando todo potencial disponível dos diversos materiais de reforço e produzindo notáveis exemplos de pisos do tipo jointless  (que emprega placas de grandes dimensões, geralmente superiores a 250 m²) com estruturas delgadas e funcionais. Manual Gerdau de Pisos Industriais

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Pisos com armadura distribuída

É com certeza o mais popular dos pavimentos industriais, sendo constituído por uma estrutura em que a armadura – geralmente uma tela soldada – é posicionada no terço superior da placa de concreto, conforme mostra a figura 2.1. Espaçador

H

< 1/3 H

Tela soldada

Lona plástica

Sub-base

Figura 2.1: Pavimento com armadura distribuída

Secundariamente, essa armadura tem também uma resposta estrutural, como demonstram ensaios de verdadeira grandeza efetuados com placas de concreto simples e com armadura distribuída, mas que serão objeto de análise futura. Pavimento estruturalmente armado 

Embora o Brasil tenha uma longa tradição no emprego do concreto armado, a conceituação formal do pavimento estruturalmente armado no nosso país tem menos de 10 anos, enquanto, por exemplo, na Europa, é empregado há mais de 50 anos. Este tipo de pavimento distingue-se daquele com armadura distribuída, por possuir uma armadura positiva (posicionada na parte inferior da placa de concreto) destinada a absorver os esforços gerados pelos carregamentos (figura 2.2). Espaçador

H

Tela soldada

<  1/3 H

Lona plástica

Sub-base Espaçador plástico

Figura 2.2: Pavimento estruturalmente armado

São pavimentos empregados em áreas de carregamentos elevados e têm oferecido grandes possibilidades no campo do  jointless . Reforço com fibras 

Na primeira metade da década de 1990, o Brasil passou a contar com as fibras de aço produzidas a partir de fios trefilados de alta resistência, que são adequadas à execução dos pavimentos industriais (figura 2.3). 12

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Fibra

H

Lona plástica

Sub-base

Figura 2.3: Piso reforçado com fibra

Com essas fibras vieram também critérios de dimensionamento que permitiram extrair deste material toda a sua potencialidade estrutural. Podemos até dizer que a chegada das fibras de aço promoveu uma verdadeira revolução na engenharia de pavimentação industrial, pois abriu para nós toda a metodologia de dimensionamento empregada na Europa, o que possibilitou o aperfeiçoamento das técnicas de pro jeto de outros tipos de pavimento, notadamente o armado. Hoje temos também outros tipos de fibras de alto módulo disponíveis, como a fibra de vidro, e também devem chegar em futuro próximo outras fibras plásticas de alto módulo. Piso protendido 

O pavimento protendido (figura 2.4), que é utilizado na área aeroportuária, tem como um dos mais notáveis exemplos a pista do aeroporto Tom Jobim (antigo Galeão) no Rio de Janeiro, construído há cerca de 30 anos. Recentemente esse tipo de pavimento ganhou impulso com a chegada da cordoalha engraxada e tem como grande atrativo a possibilidade de execução de pisos praticamente sem juntas. Espaçador

Cabos de protensão

H

Sub-base

Lona plástica

Figura 2.4: Piso protendido

2.3 De acordo com o tipo da fundação Os pisos podem ser classificados, de acordo com a fundação, em: Fundação direta

Corresponde à maioria dos pisos industriais, e são aqueles que se apóiam diretamente sobre o terreno (subleito), podendo ou não haver o emprego de sub-bases, embora estas sejam sempre recomendadas. Manual Gerdau de Pisos Industriais

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Nesta solução está implícito que a taxa admissível do terreno de fundação é compatível com as cargas previstas no piso. Para cargas pontuais e móveis, a estrutura do piso é capaz de transmitir ao solo uma tensão geralmente inferior a 50 kPa (0,5 kgf/cm²), mas para cargas uniformemente distribuídas, a capacidade de redistribuição dos esforços é pequena. Fundação profunda

São os pisos executados sobre terrenos sem capacidade de suporte compatível com as cargas solicitantes ou quando da presença de horizonte contendo solos adensáveis ou em processo de adensamento. Neste caso, a solução passa a ser de uma estrutura de concreto armado com características de piso. Dentre as soluções disponíveis, há as lajes apoiadas em vigas, armadas em duas direções e em uma direção, ou as lajes planas – sem vigas – comumente designadas lajes cogumelo; estas se têm demonstrado bastante competitivas ante os outros sistemas. Como os carregamentos esperados em pisos industriais são bastante elevados diante dos observados em construções comerciais e residenciais, é comum a ocorrência de lajes com espessuras elevadas e modulação de estacas bem estreita (cerca de 3 a 4 m). Estes pisos não serão objeto deste manual.

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