Ancoragens Quimicas e Ancoragens Mecânicas: Entenda as diferenças

Introdução às fixações pós-instaladas

Atualmente, a indústria da construção é um ambiente muito dinâmico devido a requisitos de produtividade, alteração dos requisitos do cliente, fatores políticos e económicos, alteração dos regulamentos locais e muito mais. Para fornecer um projeto que atenda às necessidades do cliente e normas em vigor, os projetistas podem ter de retificar o seu trabalho diversas vezes, acomodando possíveis alterações.

Em geral, é habitual ligar elementos estruturais e não estruturais a estruturas de betão armado já existentes, utilizando ligações pós-instaladas. O desenvolvimento destas soluções ao longo dos últimos 40 anos tornou-as uma opção fiável para poupar tempo no dimensionamento de cada detalhe antes da betonagem da estrutura, bem como uma alternativa mais flexível quando comparada com outras soluções.

Entre os muitos tipos de aplicações possíveis para ligar um novo elemento a uma estrutura existente (por exemplo, chapas de aço a betão existente, um novo elemento de betão a betão existente, uma nova secção de aço a aço existente), existem aquelas que são realizadas por meio de ancoragens pós-instaladas, isto é, ancoragens aplicadas após a conclusão da estrutura.

Após serem instaladas, estas ligações podem estar sujeitas à diferentes tipos de ações, como forças de tração, de corte, momentos fletores e torsores, que resultam geralmente em uma carga tração axial e/ou corte sobre as ancoragens. Caso a carga atuante exceder a resistência das ancoragens, existe o risco da rotura da ligação. Os modos de rotura são analisados em função da direção de carga nas ancoragens (tração e corte) e podem ter a sua origem na cedência do aço, do material base (betão) e/ou da interface de ligação entre o aço e o betão. São diversos os parâmetros que podem influenciar na resistência da ligação, como por exemplo a classe de resistência do betão, diâmetro da ancoragem, profundidade de embebimento das ancoragens no betão, número de ancoragens, espaçamento entre as ancoragens e distâncias ao bordo do betão (ver imagem abaixo).

Além dos parâmetros listados anteriormente, existem outros fatores que podem influenciar significativamente o comportamento das ancoragens, tais como as fissuras no betão e procedimento de instalação. Uma vez que a resistência à tração do betão é significativamente inferior à sua resistência à compressão, é provável que o betão fendilhe quando sujeito a cargas de tração (por exemplo, na zona inferior de uma viga). A abertura de uma fenda que passa pela ancoragem influencia negativamente a resistência da fixação, ao, por exemplo, reduzir a força de expansão e, consequentemente, o mecanismo de atrito das ancoragens metálicas de expansão. Se uma ancoragem não se expandir completamente, o deslocamento aumenta e a capacidade de carga diminui. A presença de fendas no betão, mesmo que dentro do limite de utilização (wk = 0,3 mm), podem reduzir a resistência à rotura por cone de betão em até 30%. Portanto, para aplicações em betão tracionado, é fundamental que sejam selecionados sistemas que apresentem uma performance adequada mesmo quando o betão fendilha (ancoragens com aprovação para utilização em betão fendilhado). Pode consultar nosso artigo específico sobre este tema a partir da seguinte ligação: FIQUE EM CONFORMIDADE COM O EUROCÓDIGO 2: CONSIDERE SEMPRE BETÃO FENDILHADO.

Além da escolha da ancoragem adequada em função do estado de fendilhação do betão, a correta instalação é essencial para obter o desempenho desejado das ancoragens. Os detalhes de instalação de podem ser consultados nas instruções de utilização de cada produto, entretanto os principais procedimentos e fatores que influenciam a performance da ancoragem são:

• Perfuração: estão disponíveis diferentes técnicas de furação (por exemplo, com martelo perfurador ou caroteadora) que produzem furos com uma superfície com diferentes níveis de rugosidade. Fixações que dependem da aderência ou do atrito como mecanismo de transferência de cargas podem ser muito sensíveis ao método de perfuração adotado. O diâmetro de furação deve ser escolhido de acordo com as instruções. Furos mal dimensionados podem, por exemplo, impedir que ancoragens de expansão se ajustem corretamente à parede furo.

• Limpeza do furo: o grau de limpeza do furo tem grande influência na resistência das ancoragens, portanto o orifício deve ser cuidadosamente limpo e removido de pó, a fim de garantir a resistência dimensionada. Os furos não limpos / limpos incorretamente podem levar a, por exemplo, uma redução de 60% da capacidade de carga de ancoragens químicas.

• Aperto: O binário de aperto pode ser aplicado com uma chave dinamométrica ou então com uma chave de impacto (ver imagem abaixo), e é importante para assegurar o posicionamento das ancoragens e minimizar os deslocamentos devido às cargas de serviço. Não aplicar o binário suficiente, excedê-lo ou não utilizar as ferramentas recomendadas pode conduzir a uma instalação inadequada e a um mau comportamento da ancoragem.

Para apoiar com uma instalação de ancoragens de uma forma segura, fiável e produtiva, a Hilti desenvolveu o sistema SafeSet. Este sistema aborda os principais passos do processo de instalação, e inclui produtos e ferramentas qualificadas para garantir furos limpos, o correto binário de aperto e reduzir o desperdício de químico.

• Limpeza do furo: a partir da utilização de brocas ocas com aspiradores Hilti, a limpeza é executada automaticamente durante a perfuração, e o passo mais crítico e demorado do processo de instalação é eliminado. Alternativamente, a utilização do varão helicoidal HIT-Z, selado com químico de injeção HIT-HY 200, dispensa a limpeza do furo. Este produto funciona como uma ancoragem química de torque controlado, significando isto que os varões HIT-Z não são afetados pela limpeza dos furos em betão seco ou saturado.

• Binário de aperto: a utilização de uma chave de impacto combinada com o Módulo de Controlo de Torque (AT) da Hilti, ajuda a eliminar a falta ou excesso de aperto. Este sistema funciona através da leitura de um código QR único presente na embalagem da ancoragem e quando as definições de instalação corretas são alcançadas, apresenta ao utilizador um LED verde, confirmando que a instalação está concluída.

• Injeção do químico: ao utilizar um dispensador elétrico, associado a uma aplicação móvel para o cálculo do volume de químico necessário, o utilizador pode predefinir a quantidade exata de resina. Desta forma, é possível eliminar a possibilidade de enchimento insuficiente do furo, aumentando assim a qualidade e a segurança da instalação, bem como o enchimento excessivo do furo, reduzindo o desperdício de químico.

As fixações pós-instaladas podem ser classificadas, em termos gerais, como ancoragens mecânicas e ancoragens químicas. As ancoragens mecânicas obtêm a sua resistência através de princípios como o atrito e o corte interior do betão. Por outro lado, as ancoragens químicas derivam a sua resistência da aderência ao longo das interfaces aço-químico e químico-betão. Existem soluções que combinam as caraterísticas das ancoragens mecânicas e químicas, chamadas de ancoragens híbridas.

Ancoragens químicas

Estas ancoragens utilizam da propriedade de aderência entre as interfaces químico-betão e químico-aço para formar uma ligação e desenvolver assim a sua capacidade de carga. O químico pode ser orgânico (e.g., epóxi, poliéster, vinil-éster) ou inorgânico (i.e., à base de cimento). Os químicos têm normalmente uma resina e um componente endurecedor. Podem ser fornecidos em sistemas de cartucho injetável ou em sistemas de cápsula de vidro/plástico. Quando os dois componentes são misturados, o químico endurece e atinge as suas propriedades de aderência. O químico é colocado num orifício perfurado e limpo e o elemento de aço (por exemplo, varão roscado, manga roscada interna, etc.) é então inserido. Estes sistemas só podem ser carregados depois de a resina ter curado e endurecido. O tempo de cura pode variar consoante o produto e as condições ambientais (principalmente a temperatura) e é especificado pelo fabricante. As ancoragens químicas pós-instaladas oferecem uma elevada flexibilidade de dimensionamento e podem ser adaptadas a uma vasta gama de diâmetros e profundidades de embebimento.

Este tipo de fixação pode ser dividido em grupos em função dos seus princípios de funcionamento: aderência por fricção, aderência-expansão e forma.

Aderência

• As cargas aplicadas são transferidas do varão para o químico e do químico para o material base através de fricção (também conhecida como micro aparafusamento).

Aderência-expansão

• A Hilti revolucionou as ancoragens químicas através da introdução dos princípios de aderência por expansão, na qual as cargas aplicadas são transferidas do varão para o químico e do químico para o material base através de uma aderência por expansão, além da fricção.

• A principal diferença entre a aderência “normal” e a aderência-expansão: é aplicável apenas à solução de fixação com varão helicoidal HIT-Z, selado com químico de injeção HIT-HY 200. Ao aplicar o binário de aperto à ancoragem após a cura do químico, a forma do varão promove a expansão do químico. Isto fornece um método de instalação mais fiável e sem a necessidade de limpeza do furo.

Forma

• Ancoragens químicas com funcionamento por forma normalmente são utilizadas em materiais base ocos e sólidos como tijolos e blocos.

• Assim que a camisa estiver instalada, o químico é injetado. À medida que o químico endurece, ele forma um bolbo de interligação mecânica.

Benefícios e limitações das ancoragens químicas

(+) positivos

• Pequena distância ao bordo e espaçamento de ancoragem

• Flexibilidade (profundidade de embebimento, varões roscados, varões nervurados, maiores diâmetros, maior furo na chapa)

• Versatilidade: aplicável em diferentes materiais base

• Boa resistência ao fogo

• Furo impermeável

(–) negativos

• A carga não é imediatamente aplicável

• Todos os produtos químicos possuem prazo de validade

• O uso de dispensadores (cartuchos) ou ferramenta de instalação (ampola) é obrigatório

• A instalação pode ser mais complexa do que nas ancoragens mecânicas

Ancoragens mecânicas

Estes sistemas de fixação baseiam-se em princípios mecânicos, como atrito, parafuso ou uma combinação de ambos, para transferir a carga para o material base. As ancoragens mecânicas podem ser classificadas da seguinte forma:

Cone de deslocamento

• As ancoragens por cone de deslocamento são tipicamente referidas como ancoragens de "bater".

• A instalação de uma ancoragem por deslocação é simples. Após a realização do furo, a ancoragem é martelada para o seu local tipicamente com uma ferramenta de instalação. À medida que é aplicada força de instalação, as extremidades inferiores da ancoragem expandem em direção à face do material base criando um encaixe por atrito.

• As ancoragens por cone de deslocamento possuem embebimentos pouco profundos, sendo assim úteis para lajes finas, lajes pré-esforçadas, lajes pós-tracionadas e lajes alveolares.

Expansão por binário de aperto

• As ancoragens de expansão por binário de aperto são instaladas de forma semelhante às ancoragens de deslocação, mas incluem (1) passo adicional: depois das ancoragens ter sido martelada no respetivo lugar, o binário é aplicado.

• Quando o binário é aplicado, a porção intermédia da ancoragem, chamada de mandril, é puxada para cima o que faz com que as mangas se expandam em direção ao material base, criando um forte encaixe por atrito.

• As ancoragens por expansão de binário oferecem soluções em betão fendilhado, condições de carga extrema e são consideradas versáteis numa grande variedade de aplicações.

Parafuso

• As ancoragens por parafuso são instaladas de forma semelhante às ancoragens por deslocamento: realização do furo e colocação da ancoragem.

• O furo é ligeiramente menor do que o diâmetro da ancoragem. Como resultado disso, a ancoragem é introduzida e a rosca corta o material base. Cada rosca introduz-se no material base, que coletivamente resista às cargas.

• As ancoragens por parafuso são adequadas para betão fendilhado e têm determinados benefícios em caso de pequena distância ao bordo de espaçamento entre ancoragens.

Corte interior

• As ancoragens por corte interior são instaladas de forma semelhante às ancoragens de expansão por binário de aperto.

• Quando é aplicado o binário, a parte inferior da ancoragem corta o material base criando uma interligação por corte interior físico.

• As ancoragens por corte interior possuem o melhor desempenho de todas as ancoragens mecânicas, análogas à performance de ancoragens pré-betonadas.

• As ancoragens por corte interior são adequadas a condições de carga pesada, vibrações de equipamentos e locais de trabalho extremamente sensíveis como centrais nucleares.

Benefícios e limitações das ancoragens mecânicas

(+) benefícios

• Carga imediatamente aplicável

• Processo de instalação simples

• Sem data de validade

• Elevada resistência ao fogo

(-) limitações

• A profundidade de embebimento é fixa para a maioria dos sistemas de ancoragem mecânica

• Em comparação com os sistemas de ancoragem química, as ancoragens mecânicas necessitam de maior distância ao bordo e de espaçamento

• Furo não impermeável

Ancoragens híbridas por parafuso em ampola

Este tipo de ancoragem pode ser considerada como um híbrido entre um parafuso em betão (sistema baseado em interligação mecânica) e um sistema químico (ancoragem baseada em aderência e fricção). A ancoragem híbrida implica a utilização de um parafuso em conjunto com uma ampola que contém o químico de aderência.

• Ancoragens híbridas são instaladas em 3 simples passos: realizar o furo, inserir ampola e introduzir o parafuso.

• A medida que o parafuso é introduzido através da ampola, ela é triturada e comprimida, misturando o seu conteúdo. A rosca corta o material base, que é preenchido com o químico.

Ancoragens híbridas combinam as vantagens das ancoragens mecânicas e químicas em um único produto, fazendo com que sejam adequados para uma vasta gama de aplicações.

Vantagens e desvantagens das ancoragens híbridas

(+) vantagens

• Carga imediatamente aplicável

• Processo de instalação simples e rápido com ampola

• Furo impermeável

(–) desvantagens

• A profundidade de embebimento é fixa

• Prazo de validade

Se necessitar de algum esclarecimento adicional, pode contactar a nossa Equipa de Engenharia de Apoio Técnico para assistência e apoio, através do e-mail: engenharia.pt@hilti.com

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