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Confinamento do concreto em edifícios altos

Devido ao efeito do confinamento proporcionado pelas lajes que envolvem os pilares há um ganho de resistência do conjunto, mas seria esse confinamento suficiente para o aumento de resistência necessário?

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A economia na construção de edifícios altos frequentemente leva ao uso de concreto de resistência maior em pilares do que aquele usado em lajes e vigas, pois, sendo um edifício de altura elevada, os esforços solicitantes de compressão nos pilares tornam-se cada vez maiores. O aumento da resistência do concreto do pilar está diretamente relacionado com a sua capacidade de suportar este tipo de esforço. Como o concreto com resistência maior tem um custo mais elevado que o de resistência menor, adota-se o concreto de resistência maior apenas aonde necessário, ou seja, nos pilares, e o de resistência menor em todo o restante da estrutura, porém essa solução gera algumas complicações construtivas.

Uma maneira de se realizar tal feito é preencher-se a área correspondente aos pilares nas lajes ou vigas com o concreto de resistência maior, o que para o caso de lajes planas apoiadas em pilares, apresenta uma grande vantagem, pois se formam capitéis embutidos que contribuem para o aumento da resistência à punção. Essa solução é apresentada no item 10.13 do ACI 318, 2002, denominada de puddling, que ainda sugere que se estenda essa massa de concreto de resistência maior por 60 cm além da área do pilar. Por outro lado, sua realização efetiva é um tanto quanto dificultosa e resulta em uma solução de qualidade questionável por causa da junta e da má vibração na borda do puddling, ver figura 1, além de consumir um tempo considerável para sua execução.

Figura 1 Puddling

Sabe-se que devido ao efeito do confinamento proporcionado pelas lajes que envolvem os pilares há um ganho de resistência do conjunto, mas seria esse confinamento suficiente para o aumento de resistência necessário? Na verdade, deve-se levar em conta as variáveis que influenciam esta questão, dentre as quais pode-se destacar como sendo mais relevantes: a posição do pilar com relação à laje e/ou viga, a altura dos elementos que interferem com o pilar, lajes e/ou vigas, a largura das vigas interferentes em relação à dimensão do pilar, a diferença de resistência do concreto pilar-piso, a armadura de lajes e vigas, entre outras. A interdependência entre esses parâmetros é um assunto ainda não completamente esclarecido.

Figura 2 – Elevação

Em alguns casos pode-se recorrer a um aumento de armaduras na região de interseção do pilar com o piso, como, por exemplo, em pilares de canto onde duas faces da intersecção não têm a colaboração do efeito de confinamento.

Figura 3 Posições de pilares

O confinamento pode ser entendido como a restrição da deformação lateral de elementos submetidos a forças axiais por efeito de Poisson. Em decorrência do confinamento ocorrem tensões de compressão triaxial. Ele gera uma compressão transversal que pode ser obtida com a aplicação de pressão ativa, ou de forma passiva, por meio de armaduras transversais e camisas envolventes. Como um material friccional, o concreto é sensível a pressões hidrostáticas. Quando submetido a tensões confinantes, apresenta um ganho de resistência e ductilidade. Segundo Fedération Internationale du Béton-FIB, 1999, concretos de uso corrente possuem cerca de 75% em volume de agregados. Os agregados são os componentes mais rígidos do concreto e as forças de compressão caminham preferencialmente por meio deles, figura 4-a. Para o equilíbrio são necessárias componentes laterais, que são provenientes da coesão da pasta de cimento, figura 4-b. Quando se supera esta coesão, surgem as primeiras microfissuras entre agregados e a pasta de cimento, figura 4-c. As microfissuras crescem com o aumento da carga e o concreto rompe com fissuração paralela à aplicação da carga. O confinamento atua aumentando o efeito da coesão, possibilitando um aumento de resistência, figura 4-d. Quando o confinamento é obtido por meio de armaduras transversais, são necessárias grandes deformações laterais para mobilizá-lo e, consequentemente, ocorre um grande aumento da ductilidade.

Figura 4 – Efeito do confinamento sobre o concreto

Pilares com diferentes resistências de concreto ao longo da altura ocorrem, entre outros casos, na interface pilar-laje, por exemplo.

O confinamento na região de concreto menos resistente é proporcionado pela laje que o rodeia, pela armadura da mesma e pelo concreto do próprio pilar localizado acima e abaixo da camada da laje, Bianchini, 1960.

Destacam-se como principais parâmetros que influenciam o comportamento do pilar como sendo: resistência do concreto à compressão, posição relativa do pilar, relação entre a espessura da laje ou viga e a dimensão da seção do pilar, forma da seção do pilar, carga na laje, armadura da laje e finalmente armadura do pilar.

Um pilar pode ser considerado central, de borda ou de canto conforme sua posição com relação à laje de piso, como ilustrado na figura 3.

O confinamento oferecido pela laje é diferente para cada um dos três tipos de pilares: de canto, de borda e central. O efeito do confinamento é mais representativo no caso de pilares centrais onde a região de intersecção do pilar com a laje encontra-se cercada pela laje continuamente ao longo das quatro faces. Pode-se afirmar que este é o caso mais favorável de confinamento. Quando se analisam vigas que cruzam o pilar, não mais existe essa continuidade de material ao redor do pilar. Entende-se que, na realidade, a existência de vigas conduz a espessuras menores de lajes, algo em torno de 12 a 15 cm e, assim sendo, essas proporcionarão um confinamento bem menor daquele proveniente de lajes planas com espessuras em torno de 20 a 30 cm em proporções reais.

Este tema é amplo e será mais abordado em outros artigos.

Bibliografia

AMERICAN CONCRETE INSTITUTE – Building Code Requirements for Reinforced Concrete (ACI 318-02) and Commentary. American Concrete Institute, Farmington Hills, Mich., 2002.

Associação Brasileira de Normas Técnicas – Projeto de estruturas de concreto – Procedimento – NBR-6118. Rio de Janeiro, 2014.

BIANCHINI, A C.; WOODS, R, E.;E. KESLER, C. E., Effect of floor Concrete Strength on Column Strength, ACI Journal, Proceedings V. 31, Nº 11, 1960, pp. 1149-1169.

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Cristiana Furlan Caporrino é Engenheira Civil pelo Instituto Mauá de Tecnologia, Mestre em Engenharia de Estruturas pela Universidade de São Paulo (USP) e atualmente doutoranda na mesma área e instituição. Sócia-diretora da Furlan Engenharia e Arquitetura, empresa especializada em projetos e obras. Professora de pós-graduação no Instituto Mauá de Tecnologia, nas disciplinas Gerência de Projetos de Engenharia e Logística de Canteiros de Obras, e, na Fundação Armando Álvares Penteado (FAAP), das disciplinas de graduação Concreto Armado II, Concreto Protendido e Alvenaria Estrutural e da disciplina de pós-graduação Patologias em Alvenarias e Revestimentos Argamassados. Na pós-graduação da Funorte, ministra as disciplinas Estruturas Metálicas I e II e Análise de Estruturas de Concreto por meio de Software. Autora do Livro Patologia em Alvenarias, 2ª Edição, Editora Oficina de Textos. Administra um blog acadêmico no qual divulga novas tecnologias, além de discutir temas teóricos de várias áreas da engenharia. Ministra palestras e cursos, perita judicial e possui vasta experiência em projetos estruturais, tendo participado de projetos de barragens, indústrias, refinarias de petróleo, hospitais e empreendimentos corporativos, além de projetos em mineração, aviação civil, comércio e infraestrutura.

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