Vigas de grande vão prefabricadas em betão de alta resistência pré-esforçado : viabilidade, dimensionamento, fabrico e comportamento

Abstract

A prefabricação pesada em Portugal é, na sua grande maioria, constituída por um conjunto de produtos que pouca evolução conheceu nos últimos anos. Fabricados com betões que raramente ultrapassam a classe de resistência C40/50, carecem de uma abordagem mais actual. O desenvolvimento da tecnologia do betão, o fabrico em Portugal de cimento Portland CEM I 52.5 R, a disponibilização pela industria química de superplastificantes de 3ª geração e de adições de elevado efeito pozolânico, são razões suficientes para se investigar a optimização das soluções existentes utilizando betões de elevado desempenho, conjugando elevada resistência mecânica e consistência. O uso de betões com propriedades mecânicas e reológicas melhoradas reflecte-se num conjunto óbvio de vantagens técnico-económicas: a redução significativa das secções para os mesmos vãos e níveis de carregamento, contribuindo para a redução do volume de betão necessário; o incremento da produtividade graças à obtenção de resistências elevadas em idades jovens, potenciadoras de ciclos de fabricação mais rápidos, reduzindo ou mesmo eliminando a necessidade de cura por calor; a redução dos custos de mão-de-obra e dos riscos de doenças profissionais pelo ruído devido à redução da necessidade de vibração do betão. Pelas razões apontadas, propôs-se um estudo à empresa de prefabricação Prégaia, com o objectivo de contribuir para o desenvolvimento deste sector da construção civil. Numa primeira fase, desenvolveu-se um betão de alta resistência (fcm?120 MPa) e consistência elevada (S5 de acordo com NP EN 206-1:2005), tecnicamente viável, recorrendo exclusivamente aos materiais correntes na instalação industrial. De seguida, caracterizaram-se as principais propriedades mecânicas desse betão, nomeadamente a resistência à compressão, módulo de elasticidade, retracção e fluência, em ensaios experimentais realizados ao longo de um ano. Posteriormente, fabricaram-se à escala _ quatro vigas de grande vão (40 m) pré-esforçadas, com uma esbelteza (altura/vão) de 1/40. Passados 4 meses, duas destas vigas foram submetidas a ensaios de rotura. Por fim, realizaram-se ensaios de comportamento diferido com as restantes vigas. Concluiu-se que: (1) é possível a produção industrial de um betão de alta resistência e elevada consistência utilizando constituintes correntes na indústria de prefabricação; (2) esse betão é adequado à prefabricação de vigas esbeltas de grande vão pré-esforçadas; (3) as vigas de grande vão prefabricadas em betão de alta resistência representam uma evolução relativamente às soluções tradicionais.

Nowadays, the Portuguese precast concrete industry offers a reduced set of pre-stressed long span beams. Given the low profit of this industry, a research policy is inexistent and, consequently, these beams are conservatively produced with concrete seldom reaching 40 MPa of compressive strength.

The recent improvements in concrete technology, namely the production of cement Portland CEM I 52.5 R, the development of third generation super-plasticizers, and the commercialization of additions with high pozzolanic properties, are enough reasons to justify the study of new solutions, using high performance concretes. Both high mechanical characteristics and enhanced rheological properties of the fresh concrete have obvious advantages: a significant reduction of the cross section, with material savings; an increase of productivity, due to the high compressive strengths obtained at early ages; and a reduction of noise pollution and manpower, because of the diminution of vibration need.

For all motives previously referred to, a study was proposed to a precast company, which agreed on funding it, and is described in this document.

First, a high strength (fcm?120 MPa) concrete with high consistency (S5, according to EN 206-1:2000) was developed, using materials existing at the industrial unit. Next, the mechanical properties of the concrete and their variation with time, specifically, compressive strength, Young modulus, shrinkage and creep were evaluated during one year. Afterwards, long span (40 m) beams, with approximately half the height of the corresponding traditional solution, were produced on a _ scale, pre-stressed at 5 days, and tested until rupture. Finally, creep tests are being conducted on similar beams.

It was concluded that: (1) it is possible to produce a high strength concrete with high consistency using current constituents; (2) the long span beams precasted with this new concrete represent a improvement of the corresponding traditional solution.