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Modelos de cálculo para escoramento de edifícios

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Sabemos que é na fase de construção de uma estrutura que ocorrem alguns dos acidentes no setor, e é nesta fase que o controlo do escoramento é fundamental.

É importante realizar um estudo detalhado do escoramento de cada edifício, especialmente quando as estruturas começam a ser pesadas (lajes sólidas). A fim de evitar este estudo, é muitas vezes preferível sobre dimensionar o escoramento, sem garantir um melhor processo de construção.

O cálculo permite otimizar o escoramento, poupando custos importantes em termos de material, produção e tempo de execução. Assim, seria importante para qualquer empresa poder calcular o escoramento mais otimizado, escolhendo o modelo de cálculo mais adequado.

Fases de carregamento

O objetivo deste cálculo é determinar a carga real que irá ocorrer nos escoramentos e pisos da estrutura durante as várias fases de construção do edifício.

O escoramento é uma componente muito importante da cofragem utilizada para a construção de estruturas de betão. A cofragem é um equipamento auxiliar composto por uma pele de cofragem, suportada por uma forte estrutura de vigas e escoras. Na construção de um edifício com andares sucessivos em altura, o escoramento passa por três fases sucessivas de carga:

  1. Equipamento completo: Esta é a primeira fase e diz respeito ao escoramento necessário para se poder lançar uma laje: o número de escoras é o máximo e por isso chamamos a esta situação de carga uma “equipa completa”.
  2. Equipamento sustentado: As cofragens atualmente em uso são cofragens recuperáveis ao terceiro dia, onde após a recuperação existe uma redução no número de suportes remanescentes que suportam a laje (“desbaste”). Nesta segunda fase, a situação de carga é diferente porque a estrutura está parcialmente carregada e há menos suportes, e a equipa deve avaliar a carga real sobre a estrutura. Chamamos a esta segunda fase de carregamento “equipamento escorado”.
  3. Equipamento em altura: existe uma terceira fase de carga numa laje já construída, quando esta laje acima vai receber a carga de outras placas que são colocadas em cima dela. Sempre que uma nova laje é adicionada, existe uma transferência de cargas das novas lajes para as mais baixas através do escoramento e da estrutura que construímos. O que vamos fazer nesta terceira fase de carga é controlar a pior carga neste escoramento, qualquer que seja a situação de betonagem acima dele, e ao controlá-lo saberemos que a execução do edifício na vertical não terá quaisquer problemas. Chamamos a esta terceira fase de carregamento “equipamento em altura”.

A distribuição de carga que ocorre entre suportes e placas pode ter diferentes modelos de cálculo; de facto, ao longo da história foram produzidos e desenvolvidos oito modelos teóricos e 9 modelos experimentais. Vejamos os mais importantes.

Anos 60: o modelo Grundy e Kabaila

O modelo de cálculo teórico mais estabelecido e mais conhecido data de 1963 e é o método Grundy e Kabaila. O principal pressuposto de cálculo deste modelo é que as escoras são infinitamente rígidas.

Esta hipótese faz sentido porque estamos a falar do ano 63 nos Estados Unidos, onde os suportes foram feitos de madeira e foram pregados, adquirindo uma rigidez importante, longe dos suportes metálicos que são utilizados hoje em dia, que agem como “molas”. Além disso, as estruturas eram mais finas e menos rígidas do que as estruturas construídas atualmente.

Por conseguinte, este modelo de cálculo, muito operacional e fácil de aplicar, não representa a situação real do equipamento e das estruturas que são efetivamente implementadas.

Anos 90: modelos em mudança

A partir de 1990, apareceram outros modelos (EFM, Duan e Chen, Fang…) onde a hipótese varia, no sentido de considerar que os adereços têm rigidez finita, e por outro lado, uma compatibilidade de deformações entre lajes e suportes.

A partir destas hipóteses, é desenvolvida uma formulação baseada na relação entre a rigidez da laje e a rigidez dos suportes. É claro que isto aproxima os modelos de cálculo da realidade, mas ainda não de uma forma suficientemente significativa.

Em paralelo, estão a ser desenvolvidos modelos experimentais. Em 1992, Moragues, da Universidade Politécnica de Valência, fez uma medição real em dois edifícios em Alicante com cofragem recuperável e descobriu que as cargas que foram realmente produzidas tinham pouco a ver com as cargas teóricas que foram assumidas, e por isso o que foi determinado nesses primeiros testes foi que tinha de ser feito um estudo mais aprofundado para saber realmente qual era a carga que estava distribuída por toda a estrutura.

Ano 2005: Novo modelo de cálculo

Como uma evolução dos modelos anteriores e como continuação da investigação iniciada por Moragues, em 2005 a Universidade de Valência (UPV) e o seu instituto ICITECH iniciaram um projeto de investigação, juntamente com a empresa Encofrados Alsina, que durará vários anos e passará por diferentes fases.

Na primeira fase, um edifício real é construído experimentalmente, com toda a sua estrutura totalmente monitorizada, e é desenvolvida a tese de doutoramento de Yezid A. Alvarado Vargas.

O edifício a construir é um edifício de laje maciça de 25 cm, constituído por um vão com duas vigas laterais, com escoras totalmente instrumentadas, e com um processo de execução que tem a ver com as diferentes fases reais de construção da estrutura, com uma cofragem recuperável.

Primeiro a betonagem de uma primeira laje, o desbaste, depois a betonagem de uma segunda laje acima dela, o desbaste , e quando a terceira laje foi betonada, o escoramento da primeira laje foi libertado do solo, isolando-o do efeito sobre a fundação, que é infinitamente rígida. Finalmente, foi simulada a execução de um quarto forjado com bacias hidrográficas, reproduzindo uma construção padrão com 3 conjuntos de pisos falsificados.

O betão foi intensamente controlado e os testes foram realizados no edifício do laboratório adjacente ao local de construção.

Foram introduzidas galerias extensométricas para medir deformações, bem como sondas para medir temperaturas ambientes e sondas para medir temperaturas internas de betão. Desta forma, o tipo de betão e as suas características foram perfeitamente caracterizados.

É necessário notar que cada um dos prumos foi instrumentado com três calibres fixados a 120 graus, protegidos por conchas de Armaflex, para controlar a carga produzida por todo o conjunto de suporte.

Para aquisição e armazenamento de dados foram utilizados 40 módulos de aquisição de dados e mais de 3700 metros de cabo com 17 000 medições. De facto, as medições eram contínuas, e em cada uma das fases de trabalho de betonagem, de desbaste, ou desformação, as medições eram feitas de cinco em cinco segundos, e quando não havia nenhuma operação de construção, as medições eram feitas de cinco em cinco minutos.

No final da experiência, foram obtidos 4.500.000 registos de carga, o que permitiu que todo o processo de construção fosse muito bem controlado, muito para além de qualquer experimentação anterior.

O modelo NPS

Em paralelo ao estudo experimental e de acordo com este, é desenvolvido o novo método de cálculo NPS, que como hipótese de cálculo principal considera que os suportes têm uma rigidez finita. Para além da sua validação experimental, o método é validado com base em modelos numéricos de elementos finitos 3D, utilizando o programa Ansys.

A fim de validar ainda mais o método, foi desenvolvida, em 2008 uma segunda tese de doutoramento, por Isabel Gasch Molina, para verificar se as medições no local podiam ou não corresponder aos resultados do modelo.

Três obras diferentes foram medidas com os três tipos de placas bidirecionais aplicáveis: placa sólida, cassete perdido, cassete recuperável, e os resultados foram comparados com diferentes modelos de cálculo. O novo método de cálculo foi considerado o mais exato de todos, com uma coincidência nas cargas de 90-95% e um desvio padrão entre 0,14 e 0,16.

A prova de que este modelo de cálculo representa uma nova contribuição científica é fornecida pela sua publicação na revista Engineering Structures, (Vol 33, 2011- Pag. 1565 a 1575).

Um novo reconhecimento e validação foi obtido em 2014, com a sua inclusão no Guia de Aplicação EHE-08.

Conclusões

Em resumo, de tudo o que foi dito acima, podemos concluir que o método NPS é o que mais se aproxima da realidade, estando entre todos os modelos de cálculo, o que tem o nível mais elevado de validação numérica e experimental.

Porque é importante? Porque com a aplicação deste modelo (através da utilização do Software STC) as empresas poderão otimizar o equipamento de escoramento e os tempos de execução, com uma execução segura da estrutura. Desta forma, os custos e as perdas de produtividade serão minimizados durante a construção. Fatores de competitividade que são hoje essenciais.

Arquiteto do departamento técnico da Alsina, é membro do Grupo há 29 anos. A sua carreira profissional inclui 17 anos de experiência na realização de diferentes projetos e trabalhos em Gabinetes de Arquitetura e Engenharia.
Jordi García Leache
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