BR0115671B1 - construção de telhado/teto, composta, duplamente protendida, com teto plano para prédios industriais de grandes vãos. - Google Patents

Description

"CONSTRUÇÃO DE TELHADO/TETO. COMPOSTA. DUPLAMENTE PROTENDIDA, COM TETO PLANO PARA PRÉDIOS INDUSTRIAIS

DE GRANDES VÃOS" CAMPO DA INVENÇÃO

De acordo com a classificação internacional de patentes, a presente invenção está relacionada ao campo assinalado por E04B 1/00 que, geralmente, está relacionado com construções e elementos de construções E04C 3/00 ou mais particularmente ao grupo E04C 3/00 e 3/294.

PROBLEMA TÉCNICO

As construções compostas de telhado/teto, duplamente protendidas, com tetos planos, são espaços planos que suportam elementos pré-fabricados para construções de prédios industriais com grandes vãos, e que resolvem vários problemas técnicos parciais, conforme o seguinte: construir o teto plano em prédios com grandes vãos eliminando uma vista esteticamente desagradável da construção do telhado, a partir do interior do prédio; eliminar o espaço inútil entre as vigas mestras inclinadas do telhado e reduzir o volume desnecessariamente aquecido do interior; formar um espaço naturalmente ventilado entre o teto e o telhado que economiza a energia de aquecimento e permite que instalações sejam conduzidas de maneira invisível pelo espaço raso do ático; resolver a questão da segurança do trabalho nas alturas; e aumentar a velocidade de construção de teto e telhado com grandes vãos pelo uso de grandes painéis, mas com elementos relativamente leves.

A solução dos problemas técnicos acima mencionados, está focada na solução do problema técnico construtivo para assegurar a capacidade de suporte, as características adequadas de funcionalidade e durabilidade da construção, prevenindo grandes deflexões e grandes rachaduras na placa de concreto leve do teto.

A utilização de placas comuns de teto, feitas de concreto reforçado comum, reduziria o vão dessas construções leves e faria com que as características de longa vida útil da construção se tornassem não confiáveis.

Deflexões muito grandes da placa de teto de concreto reforçado poderiam ser diminuídas pela aplicação de uma construção superior mais rígida ou pela compensação da contra- deflexão da estrutura, mas isto seria somente uma maneira pouco econômica e pouco confiável de reduzir as deflexões, pela qual o problema das rachaduras iria permanecer sem solução.

Uma placa de teto de concreto reforçado, aplicada a um grande vão, sofre uma grande quantidade de tensão, que causa rachaduras e seu aumento progressivo, devido à deformação e à contração do concreto, onde a magnitude da deflexão aumenta interativamente enquanto as larguras das rachaduras aumentam. As rachaduras iniciais na placa de teto ficam mais largas com o tempo, devido à combinação de uma grande força de tensão axial e momentos de flexão local em pequena quantidade, concentrados localmente em pontos onde a construção superior é conectada à placa de teto, ao invés de ser distribuída por todo o comprimento da placa de teto, o que seria mais desejável para o comportamento do concreto reforçado.

O problema é assim focado no método de pretensão adequado que pode agir contra a grande deflexão, de maneira confiável e durável, e eliminar ou reduzir as rachaduras na placa de teto altamente tensionada, é o método de protensão que causa a deflexão para cima da placa de teto de concreto e introduz a força de compressão nela.

Este problema não pode ser resolvido pelo método comum de protensão de concreto, por causa da especificidade destas construções, onde a força central de protensão aplicada ao centro de gravidade da placa de teto, por causa de sua pequena excentricidade para o centro de gravidade de toda seção transversal, pode apenas influir nas rachaduras da placa de teto e praticamente não influi nas deflexões.

As técnicas conhecidas de protensão introduzem uma força compressiva numa construção de uma viga ou de uma armação de concreto abaixo do centro de gravidade da seção transversal do concreto, que devido a uma geometria específica, causa a deflexão para cima do elemento, resolvendo, simultaneamente, o problema das deflexões e o problema das rachaduras do concreto.

A construção específica, de telhado/teto, composta, com teto plano, pelo fato do centro de gravidade da seção transversal estar localizado numa pequena excentricidade desprezível da placa de teto, não pode ser protendida pelo método de protensão comum, introduzindo a força compressiva no corpo do concreto, para se obter a contra deflexão para cima da placa de teto e fechar suas rachaduras simultaneamente.

A introdução de tal força de protensão, na excentricidade abaixo do centro de gravidade da seção transversal, iria requerer o posicionamento do centro de gravidade do tendão, abaixo do nível da placa de teto, o que iria arruinar o teto plano.

A aplicação de protensão central introduziria força compressiva no centro de gravidade da placa de teto, pelo fato de que a pequena excentricidade influi somente nas rachaduras mas não influi, de maneira alguma, nas deflexões. O problema técnico adicional, em grandes vãos, é estabilizar a construção superior leve contra o empenamento lateral por todo seu comprimento, que pode causar sua instabilidade e o desmoronamento de toda a construção.

ESTADO DA TÉCNICA

A presente invenção está relacionada às construções específicas, de telhado/teto, compostas, que não possuem soluções similares conhecidas. Todas as vantagens advindas da presente invenção, são possibilitadas devido a solução do método de protensão, que as torna aplicáveis a grandes vãos adequados para a construção de prédios industriais.

Todos os métodos comuns de execução de concreto protendido são adaptados às especificidades do concreto com fôrmas de seção transversal adaptadas, onde a introdução da força de protensão na porção inferior das vigas, armações ou placas, devido à força de compressão atuante na excentricidade abaixo do centro de gravidade da seção transversal, o problema das deflexões e das rachaduras é resolvido simultaneamente. Diversas maneiras de protensão são comuns às construções de edificações de aço, onde alguns elementos da estrutura são forçados, mecânica ou termicamente, para que sejam introduzidos os efeitos de protensão.

Os métodos de protensão acima mencionados são bem conhecidos e são aplicados à construções de um só material, adaptados para suas características específicas. Estas construções, por causa das especificidades que possuem como compostos feitos de concreto e partes de aço, não podem ser comparadas, sob o critério dos efeitos de protensão, aos métodos comuns, onde diversas soluções técnicas são aplicadas, no mesmo sentido, para introduzir a força de protensão abaixo do centro de gravidade da seção transversal.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

A presente invenção soluciona o problema da protensão de construções específicas, de telhado/teto, compostas, com teto plano, para a construção de prédios industriais de grandes vãos, com algumas vantagens, tais como:

A presença do teto plano, em prédios de grandes vãos, elimina, geralmente, a vista desagradável da construção do telhado a partir do interior do prédio. Estas construções, exceto as geralmente utilizadas para indústrias pesadas e armazéns, se tornam adequadas para os demais prédios industriais, lojas e similares.

Os tetos pré-fabricados já possuem acabamento e não necessitam ser trabalhados adicionalmente, no local da construção.

O espaço inútil eliminado entre as vigas mestras inclinadas do telhado, reduz o volume aquecido do interior e economiza energia de aquecimento.

O ático naturalmente ventilado e isolado termicamente, melhora o isolamento do telhado, onde são possibilitadas todas as instalações a serem conduzidas de maneira invisível através do espaço raso do ático, com acesso assegurado para sua manutenção, ao invés de serem normalmente conduzidas de maneira visível pelas paredes e outras partes internas.

A segurança do trabalho em lugares altos, durante a montagem do telhado, é aprimorada porque todos os trabalhados são executados na superfície das placas de teto, onde o trabalho em posição natural e em pé é possibilitado.

O uso de elementos grandes em forma de painel e similares a placas, que cobrem uma grande porção do telhado de uma só vez, possui muitas vantagens comparado a muitos métodos tradicionais de construção, onde vigas mestras primárias e secundárias são utilizadas.

Para atingir as vantagens, acima mencionadas, destas construções em grandes vãos, o problema é focado na solução técnica construtiva de como assegurar a capacidade de suporte e as características adequadas de utilidade e durabilidade da construção. O problema é solucionado pela dupla protensão através da combinação de dois métodos de protensão independentes, onde um reduz as deflexões da placa de teto de concreto da construção e o outro elimina ou reduz suas rachaduras, devido à alta tensão.

Para uma melhor compreensão do problema técnico resolvido pela presente invenção, no modelo simplificado mostrado na Figura 1 e na Figura 2, o método tradicional de protensão é comparado ao método de protensão aplicado às construções de telhado/teto, compostas, com teto plano.

Pelos métodos tradicionais de protensão de vigas e armações, como representado na Figura 1, a força de compressão (Po) é introduzida abaixo do centro de gravidade do centro de gravidade do concreto (T), na excentricidade (e), na zona de tensão ou fora dela, comprimindo as extremidades da viga em direção ao seu meio, onde se produz um momento negativo de curvatura (M=e x Po) que causa a deflexão para cima (u) da viga. Por meio de tal protensão, a deflexão para cima (u) reduz a deflexão para baixo da carga externa aplicada, onde, simultaneamente, a força compressiva (Nt) aplicada, fecha as rachaduras na zona de tensão da viga.

Este método não é aplicável para construções específicas, de telhado/teto, compostas, que compreendem uma larga placa de teto com o centro de gravidade da seção transversal posicionado baixo. A aplicação de uma placa de teto de concreto pesada para a porção inferior da construção com uma porção superior de aço leve parece ser ilógico, porque o aço, que freqüentemente possui problemas de estabilidade, sofre uma alta compressão e, o concreto, que pode suportar somente uma pequena quantidade de tensão, é exposto a uma tensão considerável. Não obstante, esta escolha é o preço que deve ser pago para se obter o teto plano e suas vantagens. Por causa da escolha ilógica de tal suporte de carga, esta protensão irá requerer mais despesas que a protensão tradicional de concreto. A introdução da força de protensão (Po), abaixo do centro de gravidade da seção transversal, iria requerer o rebaixamento do tendão abaixo da placa de teto, o que iria arruinar o efeito do teto plano.

O princípio de protensão da presente invenção, ilustrado pela Figura 2, apresenta uma espécie de inversão do princípio tradicional.

O efeito da deflexão para cima (u) é obtido pela compressão da construção superior separada na metade, a partir do meio para suas extremidades, onde a força compressiva de protensão (Po) atua na excentricidade (e) sobre o centro de gravidade do concreto da seção transversal (T).

Em ambos os métodos comparados, o momento negativo de curvatura (M=e χ Po) foi obtido, o qual produz a deflexão para cima (u) da placa de teto. Mas já que pela protensão tradicional, a força compressiva (Nt), desejável e aplicada, é introduzida na placa de teto, num outro caso, por compressão da construção superior em direção às suas extremidades. A força de tensão (Nv), indesejável e introduzida, deve ser reduzida ou eliminada por uma protensão adicional e este é o preço a ser pago para se obter o teto plano.

A Figura 3 mostra, através do mesmo modelo, esta segunda protensão adicional que introduz a força de compressão (Nt1) na placa de teto, pela qual se elimina a tensão, devido à carga externa e à primeira protensão mostradas na Figura 2. Esta segunda protensão não produz momentos de curvatura, porque atua na excentricidade desprezível do centro de gravidade do concreto e não se iguala às deflexões obtidas pela protensão anterior,

Deste modo, o problema técnico do controle das rachaduras e deflexões na construção é resolvido por dois métodos de protensão independentes.

No modelo real, representado pela Figura 4, a execução prática de ambos os métodos de protensão é ilustrada.

A construção superior (2) de aço compreende duas metades separadas, simétricas e no meio do vão, e elementos de conexão vertical (3). No ponto de interrupção, no meio do vão, há um detalhe com uma cunha vertical pela qual a construção superior é protendida e depois interligada. Ambas as metades da construção superior são primeiro posicionadas no molde (6) para lançar a placa de teto.

Os tendões de aço são protendidos no molde (4), sendo previamente providos de furos passantes (5), nas extremidades das barras (3), para conectar as partes de aço (3) na placa de teto de concreto (1), e a placa (1) é então concretada. Após o endurecimento do concreto, os tendões protendidos são liberados do molde (6). Desta maneira, a placa de teto ficará sujeita à força compressiva. A construção está agora protendida pela primeira etapa. A construção superior (2) é agora incorporada à placa de teto de concreto (1). A placa de concreto está agora sob fadigas compressivas, como mostrado na Figura 1, porém a placa de teto não sofre deflexão para cima.

Agora, a protensão adicional deve ser aplicada pelo princípio mostrado na Figura 2. Na interrupção da construção superior (2), uma cunha de aço (7) é posicionada dentro dos canais de conexão, incorporados em ambas as extremidades das partes separadas, e o mecanismo motriz (8) que empurra a cunha é preparado.

Mover a cunha de aço para dentro do detalhe (7), ocasiona que ambas as partes separadas da construção superior (2) empurrem em direção às extremidades da placa de teto (1), de maneira a introduzir a força de tensão nela, porém, a placa de teto já está sujeita a uma compressão prévia devido a primeira protensão.

A força compressiva introduzida pela primeira protensão dever ser de tal valor que, após a subtração da tensão devido à segunda protensão, ainda remanesça uma reserva de compressão suficiente, onde, após a subtração da tensão devido à aplicação da carga externa na placa de teto de concreto, remanesça uma tensão abaixo do limite permitido ou seja esta eliminada a zero.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

A Figura 1 ilustra, num modelo simplificado, o princípio do método tradicional de protensão pela introdução de força compressiva de protensão abaixo do centro de gravidade da seção transversal, e ilustra as forças internas desenvolvidas.

A Figura 2 ilustra, num modelo simplificado, o princípio do método de protensão por introdução de força compressiva de protensão pelo afastamento da construção superior, acima do centro de gravidade da seção transversal, e ilustra as forças internas desenvolvidas.

A Figura 3 ilustra, num modelo simplificado, uma protensão central adicional na construção da placa de teto, e ilustra as forças internas desenvolvidas.

A Figura 4 representa uma vista lateral de um modelo real, mostrando o necessário para ilustrar os métodos de protensão e as partes essenciais.

A Figura 5 é uma vista em seção transversal da construção com suas partes constitutivas.

A Figura 6 é uma vista em detalhe da construção superior desconectada, onde a força de protensão é aplicada.

A Figura 7 ilustra a maneira de como a construção superior é prevenida contra empenamento.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

A construção superior (2) de aço, separada no meio do vão, simetricamente, em duas partes iguais, é colocada no molde (6) para concretar a placa de teto (1) para ser fixada no elemento vertical (3). Os tendões de aço são pretendidos no molde (4), possuindo furos passantes (5), previamente conduzidos nas extremidades das barras (3), e placa de teto (1) é então concretada. Após o endurecimento do concreto, acelerado pelo processo de cura a vapor, os tendões (4) são liberados do molde (6). Desta maneira, a primeira etapa de protensão termina.

Na interrupção da construção superior (2) de aço, dentro do detalhe preparado, que diminui a concentração da fadiga, a cunha de aço (7) é posicionada e o mecanismo motriz (8) que empurra a cunha é preparado. Movendo a cunha dentro do detalhe (7), ambas as partes separadas da construção superior (2) são protendidas, onde a força introduzida é controlada pela medida da deflexão para cima da placa de teto (1) no meio do vão, e medindo a força motriz da cunha por um manômetro de pressão no mecanismo motriz (8). A partir do resultado destas duas medidas, a força introduzida pode ser calculada de maneira confiável.

As construções de telhado/teto, compostas, duplamente protendidas, com teto plano para prédios industriais de grandes vãos são planejadas para a construção de prédios industriais com grandes vãos e edificações similares com grandes vãos. Devido às suas soluções específicas, existem diversas vantagens quando comparadas com alguns dos sistemas de construção tradicionais, tal como os grandes elementos em forma de placa para resolver de uma só vez o telhado e o teto com o teto acabado. Um teto estético encerra o espaço inútil entre as vigas mestras inclinadas do telhado e reduz o volume aquecido do interior, o que economiza a energia de aquecimento.

O espaço naturalmente ventilado, entre o teto e o telhado, é formado de maneira a possibilitar todos os tipos de instalações a serem conduzidas de maneira invisível, através do espaço raso do ático, ao invés de serem conduzidas através de interferências no interior da edificação, o que é mais dispendioso.

O uso de elementos de painéis grandes e em forma de placas, que cobrem uma grande porção do telhado de uma só vez, possui diversas vantagens quando comparado a muitos métodos tradicionais de construção, onde vigas mestras primárias e secundárias são utilizadas. Um teto estético encerra um espaço inútil entre as vigas mestras inclinadas do telhado e reduz o volume aquecido do interior, o que economiza a energia de aquecimento. A segurança dos trabalhos realizados nas alturas, durante a construção, é assegurada após a montagem placas de teto, onde a isolação térmica pode ser colocada na superfície plana larga, possibilitando trabalhar-se em pé sem a necessidade de subir nas vigas mestas. O baixo custo dessas construções é devido ao fato que as placas de telhado/teto, que compreendem um teto já acabado, são, simultaneamente, construções de suporte com baixo dispêndio de material. O método de protensão por afastamento é barato, a construção dos grandes painéis de telhado/teto, que é rapidamente montada, cobre a grande parte do telhado de uma só vez e a medida do volume superficial desses elementos é adequada para um rápido endurecimento do concreto por vapor, o que possibilita uma produção rápida.

Devido às vantagens acima mencionadas do teto plano, no qual um isolamento térmico de espessura pré estabelecida pode ser posicionado próximo ao espaço do ático naturalmente ventilado. Estas construções são adequadas para prédios com interiores agradáveis e climatizados, tais como os de certas indústrias, supermercados, ginásios esportivos e similares.

Claims (5)

1. - "CONSTRUÇÃO DE TELHADO/TETO, COMPOSTA, DUPLAMENTE PROTENDIDA, COM TETO PLANO PARA PRÉDIOS INDUSTRIAIS DE GRANDES VÃOS" caracterizada pelo fato de compreender uma placa de concreto (1) acabada, distinta, larga e fina, e uma construção superior (2) de aço, em duas partes, inclinada ou em forma de arco, conectada ao teto plano (1) por meio de elementos verticais (3), que é centralmente protentido, por protensão de aderência no molde (6), onde a construção superior (2) de aço é prontendida por afastamento com a cunha (7) no meio do vão, e as partes de aço separadas são, então, conectadas.

2. - "CONSTRUÇÃO DE TELHADO/TETO, COMPOSTA, DUPLAMENTE PROTENDIDA, COM TETO PLANO PARA PRÉDIOS INDUSTRIAIS DE GRANDES VÃOS", de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato da conexão entre a placa de concreto (1) e a construção de aço ser realizada pela incorporação dos elementos verticais (3) de concreto, onde através de furos passantes (5) nas extremidades inferiores dos elementos verticais (3), tendões (4) são conduzidos servindo, ao mesmo tempo, para suportar as estruturas entrelaçadas, soldadas e reforçadas na distância do molde durante a concretagem.

3. - "CONSTRUÇÃO DE TELHADO/TETO, COMPOSTA, DUPLAMENTE PROTENDIDA, COM TETO PLANO PARA PRÉDIOS INDUSTRIAIS DE GRANDES VÃOS", de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de ser protendida por dois métodos independentes, onde a deflexão da placa de teto de concreto (1) é controlada pela protensão da viga superior (2) e a largura das rachaduras na placa de teto de concreto (1) é controlada pela protensão central.

4. "CONSTRUÇÃO DE TELHADO/TETO, COMPOSTA, DUPLAMENTE PROTEND1DA, COM TETO PLANO PARA PRÉDIOS INDUSTRIAIS DE GRANDES VÃOS", de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato da viga superior (2) ser prevenida contra o empenamento por elementos laterais (9) ancorados na placa de teto de concreto (1).

5. "CONSTRUÇÃO DE TELHADO/TETO, COMPOSTA, DUPLAMENTE PROTENDIDA, COM TETO PLANO PARA PRÉDIOS INDUSTRIAIS DE GRANDES VÃOS", de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato da força de protensão (Po) que é introduzida na construção por afastamento, de acordo com a Figura 2, age sobre o centro de gravidade de toda a seção transversal (T) da construção composta, em sua excentricidade (e).