PT116162B - Disposição construtiva para construção civil - Google Patents

Abstract

A PRESENTE INVENÇÃO REFERE-SE A UMA DISPOSIÇÃO CONSTRUTIVA PARA UTILIZAÇÃO NA INDÚSTRIA DA CONSTRUÇÃO CIVIL. MAIS PARTICULARMENTE, A REFERIDA DISPOSIÇÃO CONSTRUTIVA É CONSTITUÍDA POR UM MATERIAL DE MATRIZ CIMENTÍCIA REFORÇADO COM FIBRAS, BEM COMO POR PERFIS METÁLICOS RESULTANTES DA TRANSFORMAÇÃO POR MAGUINAÇÃO PARA OTIMIZAÇÃO DO COMPORTAMENTO STRUTURAL COM O MENOR CONSUMO DE MATERIAL. A DISPOSIÇÃO CONSTRUTIVA AQUI APRESENTADA PREVÊ A UTILIZAÇÃO DE UM BETÃO COM EXCELENTE QUALIDADE DE ACABAMENTO, RESISTÊNCIA E DURABILIDADE, ALÉM DE TER UM BAIXO CUSTO ASSOCIADO À SUA EXEQUIBILIDADE INDUSTRIAL. A REFERIDA DISPOSIÇÃO É UMA ALTERNATIVA SEGURA, ECONÓMICA, SUSTENTÁVEL E PRÁTICA PARA A INDÚSTRIA DA CONSTRUÇÃO CIVIL DEVIDO ÀS SUAS CARACTERÍSTICAS DE (I) OTIMIZAÇÃO DAS NERVURAS E DO ¿DECK¿ DE UMA LAJE; (II) ADOÇÃO DE UMA SOLUÇÃO MISTA - BRF (1) E PERFIS METÁLICOS E QUE PERMITE POTENCIAR AS PROPRIEDADES MECÂNICAS DOS MATERIAIS; E (III) ADOÇÃO DE UM COMPÓSITO DE MATERIAIS PARA OS BLOCOS DE ALIGEIRAMENTO QUE ASSEGURAM DIVERSAS FUNÇÕES SIMULTÂNEAS, NOMEADAMENTE DE MOLDE AO BRF (1), DE ISOLAMENTO TÉRMICO E PROTEÇÃO AO FOGO.

Description

DESCRIÇÃO

DISPOSIÇÃO CONSTRUTIVA PARA CONSTRUÇÃO CIVIL

Campo da Invenção

A presente invenção refere-se a uma disposição construtiva para utilização na indústria da construção civil. Mais particularmente, a referida disposição construtiva compreende a associação de diversos tipos de materiais para a criação de um sistema de lajes, de modo a otimizar o comportamento desta com o menor consumo de material.

Antecedentes da invenção

No âmbito das soluções de pavimentos pré-fabricados atualmente existentes no mercado, com maior representatividade de utilização, é possível destacar as seguintes: LI - lajes aligeiradas com abobadilhas cerâmicas, betão ou betão leve, com vigotas de betão armado pré-esforçado; L2 - lajes alveolares; L3 - pré-lajes maciças; L4 - pré-lajes aligeiradas; L5 - lajes mistas com chapa metálica colaborante.

Estas soluções construtivas, apesar de utilizarem elementos pré-fabricados, obrigam à realização de trabalhos significativos em fase de obra (para além do transporte e colocação) . As soluções denominadas como Ll, L4 e L5 apresentam a necessidade de montagem dos seus componentes em obra, bem como de elementos de escoramento temporário e cofragens.

Adicionalmente, todas as soluções preconizam a betonagem de uma camada de compressão/solidarização sobre as lajes (condição obrigatória para os pavimentos poderem assumir um comportamento de diafragma rígido), incluindo a disposição de armaduras sob a forma de malhas ou redes eletrossoldadas. A necessidade de execução de tais trabalhos in situ aumenta consideravelmente o prazo de execução dos pavimentos e coberturas dos edifícios, dado que é necessário aguardar pela execução das tarefas mencionadas, bem como pela cura do betão, até que este desenvolva resistência suficiente para sustentar o escoramento necessário à execução do pavimento do piso superior. Complementarmente, e de forma especial, no caso de obras em locais com escassos recursos de mão-de-obra ou equipamentos, estes trabalhos proporcionam, ainda, um aumento dos custos da construção, dado que requerem a presença de mãode-obra qualificada em quantidade significativa.

Outra das características que as soluções existentes possuem é que, apesar de algumas delas serem aligeiradas com blocos de cofragem (em material cerâmico, betão ou poliestireno expandido (EPS (2))), apresentam, ainda, valores significativos de peso próprio. Mesmo no caso das soluções com maior nível de pré-fabricação (L2 e L3) , o peso próprio dos elementos antes da betonagem é significativo (>2.0kN/m2), mesmo para as soluções mais esbeltas.

peso próprio das lajes é uma caracteristica com particular impacto, quer no custo do transporte e dos meios de colocação em obra, quer nos esforços transmitidos aos elementos de suporte (vigas (9), pilares (11), paredes e fundações), pois determinam a adoção de maior dimensão geométrica e/ou materiais mais caros para os referidos elementos resistentes de suporte.

A maioria das soluções (exceto as soluções denominadas como L3 e L5) preconizam a aplicação de armaduras pré-esforçadas, de forma a aumentar a capacidade resistente das lajes. No entanto, estas armaduras são mais suscetíveis a fenómenos de corrosão. Apesar da classe do betão utilizado na indústria de pré-fabricação ser, usualmente, de elevada resistência, este tipo de betão apresenta valores reduzidos da resistência à tração pós-fendilhação, não prevenindo a penetração de agentes nefastos à durabilidade das armaduras pré-esforçadas em fase pós-fendilhação.

Outra das lacunas das lajes com maior grau de pré-fabricação existentes (L2 e L4) passa pela sua comercialização se limitar a elementos com largura fixa (usualmente com 1.20 m) , o que dificulta a sua adaptação a plantas estruturais complexas.

De forma a resolver este problema, é necessário recorrer a betonagem de zonas maciças, o que implica um aumento de custos e do tempo de execução das soluções.

Face às lacunas ainda encontradas no estado da técnica relacionada com a produção de pavimentos estruturais para construções com a finalidade de abrigar atividades humanas, tais como edifícios, a presente invenção foi desenvolvida de forma a ser aplicada, preferencialmente, em construções total ou parcialmente pré-fabricadas, especialmente devido ao seu peso ser inferior ao das soluções que hoje se encontram disponíveis no mercado, possibilitando, portanto, maior facilidade de manuseamento e transporte e assegurando um bom desempenho estrutural, térmico, acústico e sob a ocorrência de fogo.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

A presente invenção refere-se a uma disposição construtiva para utilização na indústria da construção civil. Mais particularmente, a referida disposição construtiva compreende a utilização de uma solução mista composta por material de matriz cimenticia reforçado com fibras (BRF (1)) e perfis metálicos. Ά referida disposição é uma alternativa segura, económica, sustentável e prática para a indústria da construção civil devido às suas caracteristicas de (i) otimização das nervuras e do deck de uma laje; (ii) adoção de uma solução mista BRF (1)-perfis metálicos, que permite potenciar as propriedades mecânicas dos materiais; e (iii) adoção de um compósito de materiais para os blocos de aligeiramento que asseguram diversas funções simultâneas, nomeadamente de molde ao BRF (1), de isolamento térmico e de proteção ao fogo. A utilização do BRF (1) assegura a resistência à compressão e corte necessária aos elementos longitudinais que constituem a disposição construtiva aqui apresentada. Para além disto, a reconhecida elevada resistência pós fissuração do BRF (1) permite dotar a disposição construtiva de uma camada de compressão de espessura bastante reduzida (cerca de 40 mm) sem recurso a qualquer tipo de armadura convencional, capaz de controlar a normal fendilhação por retração transversal da laje. Esta disposição construtiva aqui apresentada prevê a utilização de um betão com excelente qualidade de acabamento, resistência e durabilidade, além de ter um baixo custo associado à sua exequibilidade industrial.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

Para uma mais fácil compreensão da técnica do novo conceito de laje apresentam-se, em anexo, as figuras, as quais representam realizações preferenciais que, contudo, não pretendem limitar o objeto do presente pedido.

A Figura 1 apresenta os ensaios experimentais preliminares efetuados no módulo de laje representativo do conceito material-estrutural da presente invenção: a) Configuração de um componente da laje após ensaio; b) Relação força-flecha evidenciando elevada capacidade de carga e de deformação com rotura por flexão, onde o eixo das ordenadas representa a força, expressa em kiloNewton (kN) , e o eixo das abcissas a flecha, expresso em milímetros (mm).

No que diz respeito à legenda do gráfico: a linha com quadrados corresponde à chapa lisa sem conectores; a linha com círculos corresponde à chapa lisa com conectores; a linha com triângulos corresponde à chapa oliveira sem conectores; e a linha com estrelas corresponde à chapa oliveira com conectores.

A Figura 2 apresenta e localiza a fendilhação por retração transversal do deck da laje caso se utilize betão sem qualquer reforço, mas sendo evitada utilizando-se o tipo de BRF (1) a aplicar nesta invenção.

A Figura 3 representa a geometria (normalizada em relação à altura da secção da longarina (3), H) das aberturas nas longarinas (3) . Dada a existência destas aberturas, o perfil em chapa metálica maquinada pode também ser designado por Perfil alveolar em aço.

A Figura 4 representa a localização e espessura da camada de BRF (1) que atravessa as aberturas das longarinas (3).

A Figura 5 representa a geometria da ligação das duas partes que formam o perfil das longarinas (3) , as quais podem ser ligadas por um cordão de solda (6).

A Figura 6 mostra um esquema com a inclusão de um bloco de aligeiramento/isolamento compósito com propriedades melhoradas de isolamento térmico, acústico e de proteção ao fogo (7).

A Figura 7 representa a relação das carlingas (4) com as longarinas (3) , ilustrando as possíveis geometrias de aberturas nas longarinas (3) e geometrias das carlingas (4).

A Figura 8 mostra um sistema para isolamento térmico, acústico e de proteção ao fogo (7), o qual inclui uma camada suplementar de material de isolamento.

A Figura 9 representa a secção transversal de um módulo préfabricado de uma concretização preferencial da presente invenção, onde o vão é de cerca de 5 m.

A Figura 10 representa a secção longitudinal de um módulo préfabricado de uma concretização preferencial da presente invenção, onde o vão é de cerca de 5 m.

A Figura 11 representa um detalhe estrutural de uma das extremidades (8) da disposição estrutural da presente invenção e do seu suporte por vigas (9) no sistema estrutural recorrendo a material elastomérico (5).

A Figura 12 é uma representação esquemática do processo de fabrico da disposição construtiva da presente invenção: a) Posicionamento dos perfis das longarinas (3) e carlingas (4); b) Colocação dos blocos de aligeiramento e isolamento; c) Betonagem do BRF (1).

A Figura 13 apresenta uma vista inferior da disposição construtiva da presente invenção e negativos das zonas dos pilares (11).

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

A disposição construtiva da presente invenção consiste numa alternativa estrutural para a indústria da construção civil.

Mais especificamente, a referida disposição refere-se a estruturas com finalidade de abrigar atividades humanas e que realizam a interface entre pavimentos de uma edificação, podendo dar suporte a contrapisos ou funcionar como teto.

Aqueles com conhecimento na técnica percebem que a disposição construtiva aqui apresentada também pode ser entendida e denominada como uma laje para pavimentos e/ou cobertura de edifícios, sejam esses de uso: habitacional, cultural, de serviços, industrial, entre outros.

No intuito de não limitar o escopo de proteção, o entendimento do conceito de edificação para a presente invenção abrange as construções de uma forma geral: edifícios unifamiliares e multifamiliares, armazéns, igrejas, ginásios de desporto, fortes, aeroportos, torres de comando, faróis, postos de combustíveis, centrais hidroelétricas, centrais nucleares, espaços para indústrias, estações de tratamento de água, ou qualquer outra construção destinada a abrigar atividades humanas.

A disposição construtiva da presente invenção compreende um sistema misto composto por material de matriz cimentícia reforçado com fibras, bem como, perfis metálicos resultantes da transformação por maquinação para otimizar o comportamento de lajes para aplicação em obra com o menor consumo de material associado.

A disposição construtiva aqui apresentada é constituída por um único elemento pré-fabricado ou produzido in situ para diferentes tipologias de edifícios, mais leve, rápida de executar, fácil de manusear e transportar e capaz de vencer vãos de até, aproximadamente, 12 metros, sem necessidade de auxilio de recursos adicionais e/ou qualquer sistema de escoramento (na sua opção em solução integramente préfabricada), e com niveis de desempenho estrutural, térmico, acústico e de resistência ao fogo superior ao dos sistemas existentes atualmente no mercado.

Além de agilizar a execução dos trabalhos durante a realização da obra, a sua utilização possibilita que o número de intervenções durante os trabalhos de construção seja mais reduzido, em especial tendo em conta: (i) a colocação com recurso a meios de elevação; (ii) a fixação às vigas (9) de suporte; (iii) a betonagem das juntas entre painéis de vãos adjacentes (10) e negativos das zonas dos pilares (11).

Adicionalmente, como o processo construtivo pode ser integramente realizado em ambiente controlado, a qualidade final do produto, quer em termos dos materiais, como em termos de funcionamento, pode ser superior a qualquer uma das soluções existentes no mercado, promovendo o aumento da qualidade e durabilidade da construção.

Outro aspeto relevante consiste no fato de que, recorrendo-se à disposição construtiva (isto é, à presente invenção), a quantidade de trabalho a ser executada em obra torna-se mais reduzida e a velocidade de construção dos pavimentos (por exemplo) é mais elevada comparativamente às soluções existentes no mercado. Para além disso, a presente invenção aplicada em obra já possui total capacidade de carga, não havendo necessidade de recorrer a quaisquer trabalhos auxiliares para garantir o escoramento e a aplicação de cofragens, bem como, necessidade de espera pelo tempo necessário para a cura e/ou endurecimento do betão. Além disso, a disposição construtiva da presente invenção apresenta uma enorme complementaridade com outras soluções de construção pré-fabricada como, por exemplo, vigas e pilares de betão préfabricados ou, ainda, estruturas metálicas, permitindo, desta forma, a construção da estrutura de um edifício num intervalo de tempo consideravelmente mais reduzido do que o verificado em soluções construtivas cujos componentes são construídos in situ.

Avaliando a presente invenção relativamente ao tempo de construção e custos associados, nomeadamente às atividades relativas ao manuseamento, transporte e montagem da presente disposição construtiva, um técnico no assunto irá reconhecer, facilmente, que estes são bastante inferiores aos das soluções tradicionais. De fato, a presente disposição construtiva permite o uso de meios de elevação de reduzida capacidade de carga, possibilitando uma maior velocidade de construção com menores custos indiretos associados (por exemplo, à capacidade de carga dos equipamentos de elevação comparativamente às lajes alveolares).

Outra vantagem associada à presente invenção aqui exposta consiste no fato desta apresentar uma excelente relação entre o seu peso próprio, o vão máximo permitido e o nível de carregamento aplicado. Este objetivo é conseguido através da otimização da geometria da disposição construtiva e dos seus componentes, bem como do desempenho dos materiais utilizados.

Os aligeiramentos entre as nervuras presentes nesta invenção, bem como a reduzida espessura da matriz cimentícia e a alveolização da alma dos perfis metálicos da estrutura, garantem a obtenção de um peso relativamente baixo sem prejuízo da sua rigidez, isto é, maximizando-se o fator rigidez/peso próprio.

Em virtude da inexistência de armaduras passivas ou préesforçadas suscetíveis a fenómenos de corrosão, e ainda pela aplicação de proteções anticorrosivas nos perfis metálicos, ou o uso de chapas galvanizadas, a durabilidade da disposição construtiva aqui proposta é superior à das soluções existentes no mercado pois conta, também com todas as vantagens ao nível de durabilidade decorrentes da utilização do BRF (1).

Apesar da solução apresentar um enorme potencial para ser comercializada pré-fabricada, o seu processo construtivo é adaptável, também, à construção in situ. Um técnico no assunto reconhece que esta característica não é descrita, nem tão pouco prevista em nenhuma das soluções correntemente disponíveis no mercado.

Adicionalmente, a disposição construtiva da presente invenção pode ser pré-fabricada com distintas dimensões e/ou geometrias, nomeadamente largura, comprimento e espessura, bastando a alteração da disposição dos seus constituintes. Esta vantagem torna-a especialmente capaz de ser adaptável a plantas estruturais com geometrias complexas.

A presente disposição construtiva minimiza o rácio entre o peso próprio e a sua rigidez à flexão, por disposição e utilização otimizada dos materiais com excelente comportamento em compressão (BRF (1)) e tração (perfil por maquinação de chapa de aço).

O perfil em chapa de aço tem aberturas em forma de hexágono para passagem de uma camada de BRF (1). Esta geometria assegura uma ligação mecânica entre o BRF (1) e o perfil metálico, mobilizando de forma efetiva o funcionamento compósito do BRF (1) e do perfil metálico na resistência ao corte do sistema construtivo. Além disso, esta abertura permite a passagem de perfis tubulares que asseguram a rigidez transversal e torsional pretendida para o sistema estrutural.

A disposição construtiva da presente invenção pode ser totalmente pré-fabricada e aplicada diretamente em obra ou parcialmente pré-fabricada (em que somente o BRF (1) é aplicado durante os trabalhos de construção). Contudo, em ambas as soluções, a referida disposição construtiva é extremamente leve, possibilitando ganhos relativos ao transporte. Este aspeto torna a disposição construtiva atrativa para exportação dado que, aliado ao superior desempenho técnico e competitividade económica, associa-se a sua leveza e robustez, atributos relevantes para todo e qualquer produto a ser transportado em longa distância.

Particularmente, a disposição construtiva da presente invenção compreende:

1) Elementos longitudinais de sustentação, tais como longarinas (3);

2) Matriz cimenticia reforçada com fibras para preenchimento do espaço interno dos elementos longitudinais e criação da camada de compressão;

3) Material de isolamento térmico e/ou acústico; e

4) Dois elementos transversais, pelo menos, tais como carlingas (4) para aumento da rigidez transversal e torsional necessária do sistema de laje.

perfil dos referidos elementos longitudinais compreende, pelo menos, uma chapa metálica. Quando o dito perfil compreende apenas uma chapa metálica, esta é maquinada de forma a se obter a geometria pretendida. Nas situações em que o perfil é formado por duas chapas metálicas maquinadas e de igual geometria, estas conectam-se por intermédio de soldadura acabamento da face interna da chapa metálica que forma o perfil dos elementos longitudinais é preferencialmente selecionado dentre as opções: (i) liso (sem qualquer acabamento); (ii) xadrez; e/ou (iii) gota.

As dimensões, altura, largura e espessura da chapa metálica dos elementos longitudinais, bem como a classe de resistência do aço irão ser dependentes das caracteristicas do vão a vencer e das solicitações a suportar. Um técnico no assunto entende que o conceito de vão da presente invenção é a distância entre os pontos de apoio da disposição construtiva aqui apresentada. Particularmente, para a presente invenção, os vãos a serem vencidos podem ser de, até, aproximadamente 12 metros.

Mais especificamente, para uma concretização preferencial da presente invenção, as dimensões aplicadas aos referidos elementos longitudinais são: largura entre cerca de 100 mm a cerca de 300 mm e altura entre cerca de 150 a cerca de 500 mm. Salienta-se que, uma vez que estes valores são variáveis a depender das caracteristicas do vão e das cargas solicitantes, as referidas dimensões não limitam o objeto da presente invenção.

Mais especificamente, as larguras dos elementos longitudinais variam conforme a razão entre W/10 a W/8, sendo W a largura da secção transversal do módulo da disposição construtiva da presente invenção.

Para uma concretização preferencial da presente invenção, a altura dos elementos longitudinais é de, aproximadamente, 150 mm (para casos com vãos de cerca de 3 metros) até, aproximadamente, 500 mm (para casos em que os vãos são de cerca de 12 metros), e/ou o número de elementos longitudinais (como referência, indicam-se 2 ou 3 para painéis de, aproximadamente, 2,5 m de largura), e/ou espessura da chapa metálica dos perfis dos elementos longitudinais (entre 2 a 5 mm) e/ou da classe de resistência dessa chapa metálica (S235 a S450) .

A matriz cimenticia incluída na presente invenção pode ser conseguida recorrendo a betão ou argamassa. Numa concretização preferencial foi utilizada uma matriz de betão reforçada com fibras (BRF (1)) discretas e distribuídas de forma homogénea. Particularmente, as fibras selecionadas foram as fibras de polipropileno e fibras de aço.

Assim como os elementos longitudinais, a espessura da matriz cimenticia varia de acordo com as características do vão e das cargas solicitantes. Para uma concretização preferencial da presente invenção, a referida matriz apresenta uma espessura de cerca de 40 mm a cerca de 60 mm. A classe de resistência do BRF (1) pode variar entre C30 a C60, a classe tenacidade/ductilidade (de acordo com o fib Model Code 2010) de 3c a 5d e classe de trabalhabilidade superior a S3, de forma a não ser necessária a aplicação de qualquer vibração. Quanto à classe de durabilidade não será necessário impor qualquer restrição desde que no dimensionamento se limite a abertura de fissura a 0,3 mm.

A opção por se utilizar o BRF (1) em detrimento de betão armado (BA) permite eliminar a utilização de armaduras convencionais e, com isso, os aspetos nefastos relacionados com a sua suscetibilidade a fenómenos de corrosão e, principalmente, permitem diminuir significativamente a espessura da camada de compressão, que em BA nunca poderia ser inferior a 100 mm (30 mm de recobrimento nas armaduras superior e inferiores, mais 30 mm para camada de betão entre estas armaduras). Para uma concretização preferida da presente invenção, a espessura da camada de compressão de BRF (1) varia de, aproximadamente, 4 0 mm até vãos de, aproximadamente, 5 m, aumentando linearmente entre cerca de 4 0 mm a 60 mm com o aumento do vão de cerca de 5 m a cerca de 12 m.

Entre os elementos longitudinais e sob a camada de compressão em BRF (1), encontra-se disposto um material de isolamento térmico que serve também de cofragem ao BRF (1) da camada de compressão garantindo que esta assuma a forma necessária da secção estrutural aquando da aplicação desta na fase de fabrico da laje.

A espessura do referido material de isolamento será igual à distância entre a face inferior da camada de compressão em BRF (1) e a face inferior dos elementos longitudinais. O material de isolamento é selecionado de entre os seguintes compostos: espumas, lã de rocha, lã de vidro, fibras celulósicas, poliestireno extrudido (XPS) e expandido (EPS (2)), poliuretano, cortiça, entre outros. Para a presente invenção, o composto preferencial para uso como material de isolamento foi o poliestireno (EPS (2), XPS, ou material afim).

Os elementos longitudinais são providos com aberturas de geometria preferencial hexagonal que permitem a passagem de uma camada de BRF (1) pelo seu interior. Entretanto, outras geometrias, por exemplo, circular, retangular, elíptica e/ou sinusoidal podem ser aplicáveis desde que permitam a passagem da camada de BRF (1) . Mais especificamente, a espessura da camada de BRF (1) que atravessa as aberturas dos elementos longitudinais variam de cerca de 15 mm a cerca de 30 mm. As referidas aberturas são dispostas em pontos estruturais dos elementos longitudinais responsáveis pela resistência dos referidos elementos aos esforços transversos, nas zonas que precisam de oferecer maior resistência por serem os locais onde se desenvolvem as maiores tensões de corte. A camada de BRF (1) aloja-se entre a face externa dos ditos pontos estruturais e o material de isolamento.

A geometria e disposição destas aberturas são otimizadas visando mobilizar eficazmente, não somente a capacidade resistente do BRF (1), como também do próprio perfil metálico. Além disto, a trabalhabilidade S3 (que inclui caraterísticas de auto-compactabilidade) do BRF (1) permite envolver o exterior da alma deste perfil pelo BRF (1) (este atravessa as aberturas e preenche o espaço entre o perfil e o material de isolamento térmico, que também serve de molde à camada de compressão em BRF (1)), o que, para além da elevada eficácia deste compósito no reforço ao corte, garante perfeita aderência entre o perfil e o BRF (1), o que promove a mobilização integral do potencial destes materiais estruturais.

Os intervalos para as dimensões das aberturas dos elementos longitudinais são as seguintes: hl e h4 de H/10 a H/8, h2 e h3 de H/4 a H/3; 11 e 13 de H/4 a H/3, 12 e 14 de H/5 a H/3, sendo H a altura do elemento longitudinal. Numa concretização preferida da invenção, a geometria da abertura poderá ser circular, elíptica e/ou sinusoidal e com um raio igual ao raio equivalente da secção hexagonal (círculo com área igual à da secção hexagonal). As referidas aberturas poderão ainda assumir uma geometria retangular com largura igual a 11+12 e altura igual a h2+h3.

A referida camada de BRF (1) assegura a ligação mecânica entre o BRF (1) e os elementos longitudinais, de modo a promover uma resistência à possibilidade de ocorrência de enfunamento e encurvadura local dos pontos estruturais dos elementos longitudinais. Adicionalmente, oferece ainda resistência ao descolamento entre os referidos pontos e o BRF (1) do interior do elemento longitudinal, bem como, proporciona uma maior eficiência na resistência ao corte dos elementos longitudinais e numa mobilização mais plena da capacidade resistente das chapas metálicas que os constituem.

Corroborando com o descrito, foram realizados ensaios experimentais preliminares com a disposição construtiva da presente invenção e simulações numéricas. Os resultados obtidos evidenciaram, precisamente, os referidos efeitos favoráveis da camada de BRF (1) que atravessa as aberturas dos pontos estruturais dos elementos longitudinais. De fato, a otimização do rácio, conforme aqui já discutido, associado à rotura dúctil por flexão, contribui para um melhor desempenho sob ação sísmica das construções munidas de pavimentos que sejam constituídos pela disposição aqui apresentada.

Atendendo à reduzida espessura da camada de compressão de BRF (1) que liga os elementos longitudinais, é possível que venham a ocorrer deformações transversais relativas entre as nervuras localizadas na face superior da referida camada de compressão de BRF (1) durante o manuseamento, transporte e colocação dos correspondentes painéis da disposição aqui apresentada. Nesse contexto, de modo a reduzir os danos na camada de compressão induzidos pelas referidas deformações, a disposição construtiva da presente invenção é ainda provida de cerca de 2 a 6 elementos transversais em perfil metálico (carlingas (4)) de apoio aos elementos longitudinais. Particularmente, 2 elementos transversais para os casos onde o vão apresenta menor valor e 6 elementos transversais para os casos onde o vão apresenta um maior valor.

As carlingas (4) podem apresentar uma secção transversal circular, quadrada, retangular ou hexagonal. A quantidade e a tipologia deste elemento serão definidas pelas caracteristicas do vão, do nível de carregamento a que estará submetida a laje, bem como, o nível de rigidez transversal e torsional necessário. Particularmente, as referidas carlingas (4) são elementos formados por perfis metálicos de secção oca, parede delgada, cujas caracteristicas mecânicas podem ser iguais às utilizadas nas chapas dos elementos longitudinais, ou seja, a classe de resistência do aço poderá variar de S235 a S400.

As carlingas (4) penetram nas aberturas existentes ao longo dos elementos longitudinais e envolvidas pelo material de isolamento. A localização exata para a colocação das carlingas (4) será definida de modo a garantir a rigidez transversal e torsional necessária face ao vão e carregamento na disposição construtiva da presente invenção.

As carlingas (4) são elementos de fácil e rápida montagem e, devido ao fato de estarem envolvidas pelo material de isolamento existente entre os elementos longitudinais e a face inferior da camada de compressão em BRF (1), o desempenho térmico das lajes não é significativamente afetado pela presença das referidas carlingas (4). Aliás, mesmo na ligação das carlingas (4) aos elementos longitudinais não há contato entre o aço das carlingas (4) e o dos referidos elementos, pois ficam envolvidos pelo BRF (1).

A zona entre os elementos longitudinais, preenchida pelo material de isolamento térmico, pode alojar elementos adicionais como, por exemplo, cablagens, contribuindo para a não ocupação do pé-direito livre com este tipo de infraestruturas.

Devido às propriedades geométricas, resistência mecânica e rigidez dos elementos longitudinais que constituem a disposição construtiva da presente invenção, estes tornam-se elementos adequados para suportar a estrutura de (eventuais) tetos falsos, garantindo o isolamento acústico pretendido (7). Os tetos falsos podem, ainda, servir como isolamento térmico adicional necessário, se este não for assegurado integralmente pelo material de isolamento colocado entre os elementos longitudinais, bem como dotar a solução construtiva de um sistema de proteção ao fogo.

Os blocos de aligeiramento em EPS (2) (ou material afim) têm a dupla funcionalidade de constituirem-se como molde ao betão da camada de compressão em BRF (1) entre os elementos longitudinais, bem como, de isolamento térmico. As zonas dos blocos de aligeiramento são, também, apropriadas para instalação de cabelagens e/ou tubagens de infraestruturas, contribuindo para minimizar a distância entre as lajes de piso e, consequentemente, a otimização de ocupação dos espaços.

Face ao aqui descrito, a presente invenção recorre ao uso de diversos tipos de materiais com funcionalidades complementares de modo a promover que o sistema compósito tenha comportamento otimizado pela mobilização plena dos seus constituintes.

Assim, as fibras e o perfil obtido por maquinação de chapa de aço eliminam a necessidade de utilização de armaduras convencionais e, consequentemente, todo o tempo de preparação e instalação das mesmas. Os blocos de aligeiramento têm várias funções, nomeadamente, de moldes permanentes de cofragem à zona entre nervuras, de isolamento térmico e de aligeiramento da disposição construtiva da presente invenção.

A disposição construtiva da presente invenção é mais leve comparativamente às soluções correntes no mercado, o que permite uma maior versatilidade no seu uso. Particularmente, a referida disposição construtiva pode também ser aplicada em obras de reabilitação de edifícios, nomeadamente, em obras de reabilitação que necessitem da substituição das lajes de pavimento, e onde os meios de elevação são de capacidade de carga relativamente baixos (a título de exemplo, para vãos de 5 m, o peso próprio da disposição construtiva a ser utilizada é de cerca de 1,75 kN/m2, pelo que um painel de 5x2,3m² pesa, aproximadamente, 2 toneladas).

Conforme mostra a Tabela 1, os resultados obtidos por intermédio dos estudos realizados, que recorreram a modelação numérica avançada para uma análise comparativa do desempenho térmico da disposição construtiva aqui desenvolvida versus o de soluções de laje existentes no mercado (laje maciça de betão armado; laje mista com chapa metálica colaborante; laje aligeirada com abobadilha cerâmica) indicam um comportamento muito mais favorável da disposição construtiva aqui apresentada pela presente invenção, quer em termos de transferência térmica média (U_m) como de resistência térmica (R) . De notar que a análise foi efetuada para fluxo ascendente e descendente. Mesmo na situação mais desfavorável de localização da referida disposição como, por exemplo, na cobertura do edifício, em direto contato com o exterior, em cenário de verão e de inverno e com gradiente de temperatura de 10 graus entre o interior e exterior em ambos os cenários, a disposição da presente invenção apresentou-se como uma alternativa muito mais eficiente e favorável comparativamente às soluções correntes descritas.

Tabela 1. Análise comparativa do desempenho térmico.

Solução construtiva	Um [W/ (m2. °C) ]	R [ (m2. °C)/W]	Fluxo de calor (W/m2)
PreSlabTec Laje maciça de	1.00	1.01	10.16
betão armado Laje mista com	4.28	0.24	43.24
chapa metálica colaborante Laje aligeirada	4.28	0.27	52.79
com abobadilha cerâmica	2.76	0.37	27.94

A título ilustrativo, não limitante do âmbito de proteção, considera-se a existência de uma estrutura metálica (não se descartando, contudo, a possibilidade de uma estrutura em betão armado) nas zonas de apoio nos elementos estruturais de suporte dos painéis da disposição construtiva da presente invenção. Sempre que necessário, prevê-se a aplicação de um material elastomérico (5) para eliminar vibrações e ruídos de nível superior ao recomendado pela normalização e regulamentação em vigor para as edificações em causa.

Verifica-se a existência de negativos para passagem dos elementos verticais (tipo pilares (11)) e a camada de betão aplicado in situ (10) na ligação entre painéis consecutivos da disposição construtiva objeto da presente invenção. Esta última zona pode ser substituída por uma junta de controlo de dilatação térmica, preenchida com material adequado para este efeito (existente no mercado em vários formatos e soluções), colocando os bordos de painéis consecutivos a uma distância adequada.

A invenção aqui descrita não está limitada a essa concretização e aqueles com habilidade na técnica irão perceber que qualquer característica particular nela introduzida deve ser entendida apenas como algo que foi descrito para facilitar a compreensão e foram realizadas sem se afastar do conceito inventivo descrito. As características limitantes do objeto da presente invenção estão relacionadas às reivindicações que fazem parte do presente pedido.

Referências

[1] C. Frazão, A. Camões, J. Barros, and D. Gonçalves, Durability of Steel fiber reinforced self-compacting concrete, Constr. Build. Mater., vol. 80, pp. 155-166, Apr. 2015, doi: 10.1016/j.conbuildmat.2015.01.061.

[2] C. Frazão, J. Barros, A. Camões, A. C. Alves, and L. Rocha, Corrosion effects on pullout behavior of hooked Steel fibers in self-compacting concrete, Cem. Concr. Res. , vol. 79, pp. 112-122, Jan. 2016, doi: 10.1016/j.cemconres.2015.09.005.

[3] Pereira, E.B., Barros, J.A.O.; Cunha, V.M.C.F.; Santos S.P.F., Compression and bending behavior of Steel fiber reinforced self-compacting concrete, Third International

Conference Construction Materials: Performance, Innovations and Structural Implications, Vancouver, CD, 22-24 August 2005.

[4] Cunha, V.M.C.F.; Barros, J.A.O.; Sena-Cruz, J.M., Modelling the influence of age of Steel fibre reinforced self - compacting concrete on its compressive behaviour, RILEM Materials and Structures Journal, 41(3), 465-478, 2008.

[5] Barros, J.A.O.; Foster, S., An integrated approach for predicting the shear capacity of fibre reinforced concrete beams, Engineering Structures Journal, 174, 346-357, 2018.

[6] Soltanzadeh, F. ; Behbahani, A.E.; Barros, J.A.O.; Mazaheripour, H., Effect of fiber dosage and prestress levei on shear behavior of hybrid GFRP-steel reinforced concrete I shape beams without stirrups, Composites Part B Journal, 102, 57-77, October 2016.

[7] Abrishambaf, A.; Cunha, V.; Barros, J.A.O., The influence of fibre orientation on the post-cracking tensile behaviour of Steel fibre reinforced self-compacting concrete, Fracture and Structural Integrity Journal, Volume 31, 1, 38-53, January 2016.

[8] Salehian, H.; Barros, J.A.O.; Taheri, M. , Evaluation of the Influence of Post-Cracking Response of Steel Fibre Reinforced Concrete (SFRC) on Load Carrying Capacity of SFRC Paneis, Construction and Building Materials Journal, 73, 289304, December 2014.

[9] Barros, J.A.O., Fiber reinforced concrete and glass fibre reinforced polymer systems for the development of more sustainable construction systems, BEFIB 2016, 9th Rilem International Symposium on fiber reinforced concrete, Vancouver, Canada, 19-21 September 2016 (invited paper for the special session in honour of prof. Horst Falkner).

Claims (14)

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REIVINDICAÇÕES

1. Disposição construtiva para a indústria da construção civil caracterizada por compreender:

i)Elementos longitudinais de sustentação, tais como longarinas (3), ou vigas, os quais são apresentados preferencialmente recorrendo a chapas metálicas maquinadas nas quais as suas dimensões, bem como a classe de resistência do aço irão ser dependentes das características do vão a ser vencido e das solicitações a suportar;

ii) Matriz cimentícia reforçada com fibras para preenchimento do espaço interno dos elementos longitudinais e criação da camada de compressão;

iii) Material de isolamento térmico e/ou acústico disposto entre os elementos longitudinais e a camada de compressão; e iv) Dois elementos transversais, pelo menos, para garantir a necessária rigidez transversal à disposição construtiva em que os elementos longitudinais compreendem aberturas dispostas em pontos estruturais responsáveis pela resistência aos esforços transversos e a camada de BRF (1) aloja-se entre a face externa dos ditos pontos estruturais e o material de isolamento.

2. Disposição construtiva de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por o acabamento da face interna da chapa metálica ser preferencialmente selecionado dentre as opções: (i) liso, sem qualquer acabamento; (ii) xadrez; e/ou (iii) gota.

3. Disposição construtiva de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores caracterizada por os elementos longitudinais serem providos com aberturas de geometria

2/4 hexagonal, circular, retangular, elíptica e/ou sinusoidal e a sua largura variar conforme a razão entre W/10 a W/8, sendo W a largura da secção transversal do módulo da disposição construtiva.

4. Disposição construtiva de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 3, caracterizada por as dimensões aplicadas aos referidos elementos longitudinais ser: largura entre cerca de 100 mm a cerca de 300 mm, altura entre cerca de 150 a cerca de 500 mm, 2 ou 3 painéis de, aproximadamente, 2,5 m de largura, e/ou espessura da chapa metálica dos perfis entre 2 a 5 mm e/ou da classe de resistência dessa chapa metálica, S235 a S450.

5. Disposição construtiva de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por a matriz cimentícia ser de betão ou argamassa e apresentar uma espessura de cerca de 40 mm a cerca de 60 mm, a classe de resistência do BRF (1) variar entre C30 a C60, a classe tenacidade/ductilidade ser de 3c a 5d e classe de trabalhabilidade superior a S3.

6. Disposição construtiva de acordo com a reivindicação 5, caracterizada por a matriz cimentícia ser uma matriz de betão reforçada com fibras de BRF (1) discretas e distribuídas de forma homogénea de espessura de cerca de 15 mm a cerca de 30 mm.

7. Disposição construtiva de acordo com a reivindicação 6 caracterizada por as fibras serem fibras de polipropileno e fibras de aço.

8. Disposição construtiva de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por o material de isolamento ter espessura igual à distância entre a face inferior da camada de compressão em BRF (1) e a face inferior dos elementos longitudinais e ser

3/4 selecionado de entre os seguintes compostos: espumas, lã de rocha, lã de vidro, fibras celulósicas, poliestireno extrudido (XPS) e expandido (EPS (2)), poliuretano, cortiça, entre outros.

9. Disposição construtiva de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 8, caracterizada por os intervalos para as dimensões das aberturas dos elementos longitudinais estarem entre: h1 e h4 de H/10 a H/8, h2 e h3 de H/4 a H/3; l1 e l3 de H/4 a H/3, l2 e l4 de H/5 a H/3, sendo H a altura da elemento longitudinal.

10. Disposição construtiva de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 9, caracterizada por as referidas aberturas alternativamente assumirem uma geometria retangular com largura igual a l1+l2 e altura igual a h2+h3.

11. Disposição construtiva de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 10, caracterizada por ser ainda provida de cerca de 2 a 6 elementos transversais em perfil metálico, carlingas (4), de apoio ao elemento longitudinal, de secção oca, transversal circular, quadrada, retangular ou hexagonal, parede delgada, com características mecânicas iguais às dos elementos longitudinais, onde a quantidade e a tipologia será definida pelas características do vão, do nível de carregamento e do nível de rigidez transversal e torsional necessário.

12. Disposição construtiva de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 11, caracterizada por apresentar dois elementos transversais para os casos onde o vão apresenta menor valor, seis elementos transversais para os casos onde o vão apresenta um maior valor e penetrarem nas aberturas existentes ao longo dos elementos longitudinais e envolvidas pelo material de isolamento.

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13. Disposição construtiva de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 12, caracterizada por a zona entre os elementos longitudinais, preenchida pelo isolamento térmico, poder alojar elementos adicionais como, por exemplo, cablagens, contribuindo para a não ocupação do pé-direito livre com este tipo de infraestruturas.

14. Disposição construtiva de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 13, caracterizada por prever a aplicação de um material elastomérico (5) nas zonas de apoio dos painéis da disposição construtiva da presente invenção nos elementos estruturais de suporte para eliminar vibrações e ruídos.