Ultimamente eu e minha equipe da TIMBAU temos nos aprofundado exaustivamente em estudos, aprendizados e prática de execução de lajes híbridas de madeira-concreto para nossas obras de grande porte. Este é um tipo de solução que não basta apenas saber a teoria pois exige também uma prática de erros e acertos num ambiente controlado antes de ter certeza de executar na obra.
A construção em madeira, caracterizada pela ecologia, pensamento sistêmico, segurança no planejamento, pré-fabricação industrial, construção seca e de montagem rápida, está desfrutando de uma popularidade cada vez mais crescente aqui no Brasil e no mundo.
Ao mesmo tempo, a construção composta de madeira e concreto está passando por um renascimento. Isso porque ela já existe há muitos anos. Me lembro de executar algumas lajes de vigas de madeira + assoalho + concreto pra reforçar estruturas antigas, simplesmente colocando as `orelhas de prego´ pro concreto não ´escorregar´ sobre a madeira.
Mas por que isso está acontecendo e por que também não prejudica as características positivas da construção em madeira?
Um pouco de história
Devido às constantes mudanças nas necessidades da arquitetura e da sociedade, bem como a disponibilidade de matérias-primas, a indústria da construção civil está sujeita à constantes mudanças e constante desenvolvimento.
Devido à falta de aço no início do século passado, estruturas de suporte alternativas já vinham sendo pesquisadas na primeira metade do século XX.
Isso resultou, entre outras coisas, em um teto composto de madeira + concreto, usando pregos como conectores de cisalhamento.
Tendo em vista a crescente disponibilidade de aço a partir do início da segunda metade do século XX, o interesse pela construção mista madeira-concreto inicialmente acabou ficando em segundo plano.
Hoje, o princípio de design das lajes mistas madeira-concreto está ganhando importância novamente: As razões para isso também estão na descarbonização desejada da indústria da construção civil.
Só o setor da construção é responsável por cerca de 37% das emissões globais de CO2.
No que diz respeito à produção, a manufatura de cimento e aço são consideradas os principais ´vilões´ de emissão de dióxido de carbono.
Portanto, faz sentido reduzir o uso de concreto e aço sempre que possível.
A construção mista madeira-concreto representa uma solução comprovada, contemporânea, amigável ao mercado e ao clima e atraente, especialmente em edifícios de vários andares ou construções híbridas, por meio de uma combinação ideal dos materiais madeira + concreto armado economizando aço e concreto.
Em conexão com o CO2 armazenado a longo prazo na madeira, podem ser implementadas construções de lajes híbridas quase neutras para o meio ambiente.
A construção composta de madeira-concreto pode, portanto, ser considerada uma adição adequada à construção clássica de madeira.
No entanto, para poder utilizar as respectivas vantagens da melhor forma possível, são os parâmetros específicos do projeto que determinam a escolha do método construtivo a ser utilizado na sua obra.
Mas o que é exatamente a laje composta de madeira+concreto?
Atualmente apenas as lajes compostas de madeira-concreto são discutidas no âmbito da construção em Mass Timber. Estes dois materiais formam um sistema híbrido que combina de forma ideal as vantagens dos mesmos. Geralmente são conectados por meio de fixações mecânicas, adesivos ou um encaixe (entalhe).
Assim, o concreto está localizado na zona de flexo-compressão (acima), enquanto a madeira está localizada na zona de flexo-tração (abaixo).
Devido à sua alta resistência e rigidez, o concreto é particularmente adequado para esforços de compressão.
Em contrapartida, a madeira é predestinada para o uso na zona de tração. Isso elimina o concreto na zona de tração que está presente nas seções transversais de concreto armado convencionais.
Além disso, na maioria dos casos, apenas um pequeno reforço para fissuras de retração deve ser utilizado nas lajes. Esta combinação pode resultar em seções transversais que têm uma rigidez relativamente alta com um peso próprio comparativamente baixo.
Portanto, uma combinação feita sob medida com base no projeto de construção específico deve ser usada ou desenvolvida.
Quais são as vantagens e desvantagens do sistema híbrido de madeira-concreto?
As lajes híbridas têm uma gama extremamente ampla de usos possíveis.
Uma vantagem significativa em comparação com as lajes de madeira pura é a maior rigidez do sistema. A maior capacidade de carga permite maiores vãos graças à uma combinação eficiente de materiais e uma quantidade relativamente pequena de material utilizado na composição.
Outra vantagem torna-se evidente neste contexto em comparação com as lajes de concreto armado puro: as lajes compostas têm um peso próprio comparativamente baixo.
O peso próprio das coberturas de concreto armado costuma ser visto como um fator limitante no sentido econômico e ecológico para vencer grandes vãos.
Em contrapartida, com lajes de madeira pura para edifícios residenciais de múltiplos andares, são necessários gastos adicionais consideráveis para vencer vãos com mais de 6 metros. Essas despesas adicionais são devidas às espessuras das lajes de CLT que se tornam desproporcionalmente grossas e à superação dos problemas de vibração. Já as lajes compostas têm um efeito positivo na confecção de painéis rígidos em termos de redução de vibração.
No que diz respeito à transferência de cargas horizontais, o custo de criação de uma conexão a um componente de transferência de carga (por ex. núcleo rígido) pode ser considerado menor em comparação com as lajes de CLT puras.
Além das vantagens estáticas, ecológicas e econômicas quando usadas quando são necessárias, as lajes mistas também são caracterizados por boas propriedades estruturais. Devido à maior rigidez e massa, o amortecimento das vibrações é muito mais pronunciado do que com lajes de madeira pura, o que resulta em um maior isolamento acústico.
Portanto, outras medidas alternativas (por exemplo, isopor) como são usuais em construções de madeira de múltiplos andares para neutralizar o problema de vibração, podem ser dispensadas.
As lajes madeira-concreto são classificadas positivamente em relação à exposição ao fogo, pois representam uma barreira eficaz contra a propagação das chamas.
Além das vantagens técnicas, a variedade de design também é muito vantajosa em comparação com concreto armado e forros de madeira. A laje já é o forro acabado.
Há uma diferenciação também entre as lajes mistas onde o concreto é colocado na obra e de lajes mistas pré-fabricadas.
Resumindo temos:
Vantagens
- Uso ideal das respectivas propriedades de cada material;
- Grandes vãos com economia de materiais;
- Alta rigidez;
- Boas propriedades de isolamento acústico;
- Boas propriedades de proteção contra incêndio;
- Possibilidade de pré-fabricação industrial;
- Diversas opções de design;
Desvantagens
- Não é econômico para vãos curtos;
- Compatibilidade ecológica melhor do que lajes de concreto armado, mas pior do que com lajes de madeira pura;
Lajes compostas feitas na obra x pré-fabricadas
A maioria dos edifícios erguidos até hoje com estruturas mistas de madeira e concreto foram construídos in situ, ou seja, concretando a camada de concreto na obra.
Este sistema mais convencional envolve várias interfaces entre diferentes ofícios e, devido ao aumento da complexidade, abriga incertezas no que diz respeito ao processo de construção. A máxima da montagem contínua, portanto, requer uma coordenação orientada para o objetivo das etapas de trabalho e entregas de material coordenadas entre si.
Além de uma integração simples dos serviços de construção na capa de concreto, o design do painel monolítico pode ser facilmente produzido no local da obra devido ao reforço contínuo e à concretagem geralmente ininterrupta e única. Por outro lado, esses aspectos são considerados desafios para o planejamento da construção.
O esforço de planejamento ao usar lajes mistas pré-fabricadas é maior em comparação com a construção onde se concreta na obra.
Às vezes, esse esforço adicional se deve ao planejamento de detalhes especiais de conexão para os elementos pré-fabricados, bem como para o içamento das placas. As conexões devem garantir uma transmissão funcional de forças de cisalhamento horizontais e a introdução das forças de tração resultantes no núcleo rígido.
Da mesma forma, por exemplo, a colocação de eletrodutos vazios deve ser levada em consideração no planejamento da obra pra serem executadas em fábrica off-site.
Grandes variações e baixas repetições aumentam o esforço de planejamento e produção.
Em princípio, dois tipos de pré-fabricação de lajes compostas devem ser diferenciados com base na localização da produção composta.
A produção das lajes compostas na fábrica significa que a madeira e o concreto são conectados um ao outro de forma resistente ao cisalhamento, resultando em um elemento já pré-acabado. Após o tempo de cura necessário, a peça acabada pode ser entregue no canteiro de obras
Por outro lado, existe a possibilidade de produzir o compósito de madeira e concreto in loco com peças semi-acabadas e separadas. Uma subestrutura de madeira e uma laje pré-fabricada de concreto armado são entregues separadamente no canteiro de obras, montadas e conectadas entre si de maneira resistente ao cisalhamento.
Os custos de produção de lajes mistas de madeira-concreto pré-fabricados são geralmente mais altos devido a detalhes de conexão especiais e um processo de produção estacionário em pequena escala para assentar o concreto.
No entanto, esses custos adicionais são colocados em cheque se você observar mais de perto todo o período de construção e os custos incorridos na construção de concreto na obra.
Embora todas as placas compostas na construção onde o concreto será colocado em obra geralmente devam ser escorados do andar inferior ao superior de um edifício até que o concreto tenha o tempo de cura necessário no último andar concretado, isso pode ser completamente dispensado ao instalar as lajes híbridas pré-fabricadas.
Além da economia em termos de carga de trabalho e fornecimento de material por parte dos construtores, existem sobretudo aspectos relevantes para o processo de construção e aspectos qualitativos que são vantajosos ao usar as lajes pré-fabricadas.
Devido à eliminação dos tempos de secagem do concreto e do tempo de inatividade das lajes de piso e à concentração das atividades do canteiro de obras na montagem, as frentes de trabalho subsequentes podem iniciar seus trabalhos muito mais cedo, resultando em uma redução significativa no tempo de construção.
Desta forma, os custos de financiamento provisórios podem ser reduzidos e uma renda de aluguel antecipada pode ser gerada. Pois a obra ganha no prazo.
Além disso, a qualidade do trabalho de construção pode ser aumentada devido à produção independente do clima (chuva) e ao controle de qualidade contínuo de uma única fonte – a fábrica off-site.
O uso de lajes pré-fabricadas também reduz o risco de danos causados pela umidade e pela chuva, uma vez que o método de montagem a seco não envolve nenhuma entrada adicional de umidade, como é o caso da construção de concreto in-situ.
De forma geral, nenhuma afirmação pode ser feita sobre qual método de produção é geralmente o mais adequado. Em vez disso, é uma consideração dos aspectos mencionados em relação à adequação, dependendo das condições estruturais predominantes e das características específicas do edifício, que leva à seleção de um método de produção ou de uma combinação entre os dois
Resumo das vantagens e desvantagens das lajes mistas com concreto moldado no local:
Vantagens:
- Integração simples de instalações (conduítes, etc.) no concreto de cobertura;
- Formação de laje monolítica;
- Detalhes de conexão simples;
- Rentabilidade independente do grid e da planta baixa;
Desvantagens
- Interfaces dentro da construção do teto;
- Entrada de umidade e, portanto, risco de danos causados pela umidade;
- A demora na concretagem, cura e escoramentos impede o progresso do trabalho;
Resumo das vantagens e desvantagens das lajes mistas quando pré-fabricadas off-site:
Vantagens
- Construção de montagem seca e rápida;
- Desagregação logística de negócios interligados em um componente;
- Processo de construção ininterrupto possível e, portanto, redução do tempo de construção;
- Maior qualidade de execução por meio de produção independente do clima e controle de qualidade constante de uma única fonte;
- A laje pode ser usado como piso de emergência, pois já vem pronto;
Desvantagens
- Integração de instalações no revestimento de concreto é possível, mas geralmente caro;
- Maior esforço de planejamento;
- Esforço adicional dependendo da complexidade e variação do elemento;
- Tamanho do elemento limitado pelos meios de transporte (frete e guindaste);
- A eficiência depende do grid e da planta baixa
E quanto à sustentabilidade das lajes de concreto-madeira?
Basicamente , cerca de 1 tonelada de CO2 está contida em 1 m3 de madeira.
Se essa madeira for utilizada em produtos duráveis, o carbono armazenado na árvore é retirado do ciclo natural a longo prazo e ajuda a aliviar o clima.
Edifícios de madeira podem portanto, ser entendidos como depósitos permanentes de carbono. O que é provavelmente o efeito mais duradouro no equilíbrio de CO2 também tem efeitos de substituição correspondentes: a madeira substitui ou reduz o uso de outros materiais que necessitam de muita energia para serem produzidos, como concreto e o aço, cuja fabricação libera quantidades consideráveis de CO2 e são baseados em matérias-primas finitas.
Quanto menor a quantidade de aço e concreto utilizada, mais ecologicamente compatíveis são os componentes utilizados. Em particular, como resultado do elevado consumo de energia primária para a produção de materiais como aço e concreto, essa avaliação ecológica é bastante negativa.
Em comparação com lajes de concreto armado puras, a quantidade de concreto pode ser reduzida em cerca de 50% e a de aço em cerca de 60% na fabricação das lajes compostas de madeira-concreto. Mas o CO2 também é emitido durante a confecção de produtos de madeira.
Em resumo, pode-se considerar que uma laje composta de CLT com concreto armado é uma laje neutra em CO2 pois um material anula o outro.
Onde posso usar as lajes mistas de madeira-concreto?
Além do fato de que a escolha de um sistema construtivo deve sempre depender das características específicas de cada projeto, a construção mista madeira-concreto é basicamente predestinada para as seguintes áreas de aplicação:
- Construção de residências de múltiplos pavimentos;
- Edifícios comerciais;
- Edifícios de treinamento, conferência e educação;
O uso das lajes compostas de madeira-concreto é promissor?
O método construtivo de lajes compostas de madeira-concreto está se tornando cada vez mais importante, razão pela qual pode ser observado atualmente um estabelecimento gradual na prática da construção de edificações em Mass Timber.
Além da experiência prática adquirida, são principalmente os aspectos físicos, estáticos e de construção descritos no início do artigo, bem como a pesquisa em andamento, que tornam este método promissor.
A experiência demonstrou que podemos pré-fabricar lajes mistas de madeira-concreto industrialmente, levando em consideração o conceito do sistema, alcançando um alto nível de segurança de planejamento e ecologicamente, ser uma construção de montagem de baixa emissão, rápida e seca.
Em resumo, do ponto de vista da TIMBAU, a construção de lajes compostas de madeira e concreto representa uma adição adequada à construção clássica de madeira pura, pois expande o desempenho e as áreas de aplicação na construção em madeira e híbrida.
Já temos tecnologia para executar essas lajes por aqui com alta eficiência. Você gostaria de saber mais sobre este assunto e qual o sistema utilizamos? Contate-nos. Ficaremos felizes em conversar com você e desenvolver juntos o sistema de lajes apropriado para o seu empreendimento.
Eng. Alan Dias (alan@timbauestruturas.com.br)
TIMBAU ESTRUTURAS
(Artigo baseado num super texto de Marvin Reisener da Renggli AG)