Subgrades e Subbases para Lajes de Concreto

Um subleito bem compactado mantém a construção fora da lama e fornece suporte de laje uniforme. Lippincott & Jacobs

O que está abaixo de sua laje de concreto é fundamental para um trabalho bem-sucedido. Isso não é diferente do que a fundação de um edifício. Uma laje no solo (ou laje no nível), por definição, não se destina a ser autoportante. O 'sistema de suporte do solo' por baixo serve para apoiar a laje.

O QUE É UMA SUBBASE / SUBGRADA '?

A terminologia usada para sistemas de sustentação do solo, infelizmente, não é totalmente consistente, então vamos seguir as definições do American Concrete Institute, começando de baixo:

como pendurar uma guirlanda na parede

• Subleito - este é o solo nativo (ou solo melhorado), geralmente compactado
• Subbase - esta é uma camada de cascalho no topo do subleito
• Base (ou camada de base) - esta é a camada de material no topo da sub-base e diretamente sob a laje

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Uma sub-base compactada mantém os trabalhadores longe da lama. Rede de construção com eficiência energética

A única camada que é absolutamente necessária é o subleito - você precisa ter terreno para colocar uma laje no solo em cima. Se o solo natural for relativamente limpo e compactável, você pode colocar uma laje bem em cima dele, sem nenhuma camada extra. O problema é que o solo pode não drenar bem e pode ficar lamacento durante a construção se molhar, pode não compactar bem e pode ser difícil nivelá-lo e colocá-lo no grau adequado. Normalmente, o topo do subleito deve ser graduado em mais ou menos 1,5 polegadas da elevação especificada.

Uma subbase e um curso básico, ou ambos, fornecem várias coisas boas. Quanto mais espessa a sub-base, mais carga a laje pode suportar; portanto, se houver cargas pesadas na laje - como caminhões ou empilhadeiras - o projetista provavelmente especificará uma sub-base espessa. Uma sub-base também pode atuar como uma ruptura capilar, evitando que a água escorra do lençol freático para a laje. O material da sub-base é geralmente um cascalho de custo razoavelmente baixo sem muitos finos.

O concreto reciclado triturado é uma excelente fonte de material de base. O produtor de concreto

Um curso básico no topo da subbase torna mais fácil obter o nível adequado e nivelá-lo. Se você usar algum tipo de estrangulamento de material mais fino no topo da sub-base, ele apoiará seu pessoal e equipamento durante a colocação do concreto. Ele também manterá a espessura da laje uniforme, o que economizará dinheiro em concreto - a parte mais cara do sistema. Uma camada de base plana também permitirá que a laje deslize facilmente à medida que encolhe, reduzindo a restrição e o risco de rachaduras à medida que o concreto se contrai após a colocação (retração por secagem).

Toda a sub-base e o sistema de base devem ter pelo menos 10 centímetros de espessura - mais grossos se o engenheiro achar necessário para o suporte adequado. O material da camada de base, de acordo com ACI 302, 'Construção de piso e laje de concreto', deve ser 'compactável, fácil de aparar, preenchimento granular que permanecerá estável e suportará o tráfego de construção.' ACI 302 recomenda material com 10 a 30% de finos (passando na peneira nº 100) sem argila, lodo ou materiais orgânicos. O agregado fabricado funciona bem - o agregado de concreto reciclado triturado também pode funcionar bem. As tolerâncias no curso base são de +0 polegadas e menos 1 polegada para pisos de Classe 1 a 3 (pisos de baixa tolerância típicos) ou +0 polegadas e menos ¾ polegadas para pisos de tolerância mais alta.

O QUE ACONTECE COM O SOLO?

Uma camada de base de areia é fácil de comprimir, mas pode rasgar facilmente durante a construção. Igreja Reformada Livre de Southern River

O peso da laje e qualquer coisa em cima dela acabará sendo suportado pelo solo. Quando um local de construção é escavado, geralmente o solo é movido - os pontos altos são cortados e os pontos baixos são preenchidos. Então, tudo deve ser compactado antes de colocar o concreto, a sub-base e a base.

O tipo de solo determina o que deve acontecer antes de colocar uma laje. Existem três tipos básicos de solo e aqui está o que você deve saber sobre cada um:

• Solos orgânicos , o que você pode chamar de solos superiores, são ótimos em seu jardim, mas terríveis sob uma laje. Solos orgânicos não podem ser compactados e devem ser removidos e substituídos por um enchimento compressível.
• Solos granulares são areia ou cascalho. Você pode ver facilmente as partículas individuais e a água é drenada com bastante facilidade. Assim como na praia, quando você faz um castelo de areia, se você pegar um punhado úmido de solo granuloso e fizer uma bola, assim que secar ela se desintegrará. Solos granulares têm a maior resistência ao rolamento e compactam-se facilmente.
• Solos coesos são argilas. Se você pegar um punhado úmido, pode enrolá-lo em um barbante, assim como acontece com a massa de modelar. Tem uma sensação gordurosa e suave entre os dedos e as partículas individuais são muito pequenas para serem vistas. Solos coesivos são freqüentemente difíceis de compactar e assumem uma consistência dura como rocha quando secos, mas eles têm uma resistência de rolamento menor do que os solos granulares. Algumas argilas expandem quando molhadas e encolhem quando secas, tornando-as particularmente difíceis como materiais de subleito. A melhor maneira de contornar este problema é primeiro com uma boa compactação e, em seguida, não deixá-los se molhar (fornecendo drenagem). Mas à medida que o solo sob a laje seca com o tempo, ele encolherá e a laje afundará. Isso não é um grande problema, desde que a laje seja isolada dos fundamentos e colunas e de quaisquer tubos que penetrem na laje para que ela possa se acomodar um pouco e uniformemente. Freqüentemente, com argilas expansivas, a melhor abordagem é uma laje estrutural que não se apóia no solo ou uma laje pós-tensionada que flutua sobre o solo, mas não depende dela para suporte estrutural.

O pós-tensionamento costuma ser a melhor solução para uma laje em solo pobre. J.C. Escamilla's Concrete

A maioria dos solos naturais, é claro, é uma mistura e, portanto, é caracterizada pelo tipo de material predominante. A quantidade de peso que o solo pode suportar antes de falhar é a sua capacidade de suporte, normalmente dada em libras por pé quadrado. O projeto, no entanto, é baseado na pressão de solo permitida, que adiciona um fator de segurança à capacidade de carga final.

Vejamos o peso que o solo do subleito normalmente precisa suportar. Uma placa de 6 polegadas de espessura pesa cerca de 75 libras por pé quadrado. De acordo com o Código Residencial Internacional, a carga viva (qualquer coisa que não faça parte do próprio edifício) varia de cerca de 20 a cerca de 60 libras por pé quadrado - 50 libras por pé quadrado em uma garagem. Isso nos dá 125 libras por pé quadrado para o solo sustentar. Um solo arenoso limpo pode ter uma pressão de solo admissível de até 2.000 libras por pé quadrado. Mesmo um solo pobre - lodo ou argila mole - pode ter uma pressão de solo permitida de 400 libras por pé quadrado.

Podemos ver então que a pressão de solo permitida para uma laje raramente é um problema. No entanto, há uma necessidade de suporte uniforme porque se uma parte da laje assenta mais do que a outra, é quando ocorre a flexão da laje - e potencialmente fissuras e recalques diferenciais. Saber quais áreas foram cortadas e quais preenchidas é importante - certifique-se de que as áreas de preenchimento foram bem compactadas. Na verdade, qualquer solo que foi mexido durante a escavação deve ser compactado.

SUPORTE UNIFORME

A chave para o sistema de suporte do solo é um suporte uniforme em vez de um suporte forte. Claro, ele deve ser capaz de suportar a laje e, na maioria dos solos, isso não é um grande problema, pelo menos no meio da laje, já que a carga está espalhada por uma grande área. Um bom suporte forte nas bordas e em qualquer junta pode ser uma questão diferente - para evitar rachaduras e fragmentação da junta, precisamos apoiar a laje nos locais onde ela pode se comportar como um cantilever e dobrar na sub-base. Mas com uma boa subbase, isso também não é um grande problema.

O que acontece com uma laje de concreto se o suporte não for uniforme?

O concreto é muito forte na compressão e não tão forte na tração. Em uma laje, a tensão geralmente é criada por flexão. Quando um pedaço de concreto dobra, ele está em compressão de um lado e tensão do outro. Uma laje de concreto pode dobrar côncavamente para cima (como um sorriso) se o subleito tiver um ponto macio no meio, colocando o fundo em tensão. Ele pode dobrar para baixo (como uma carranca) nas bordas livres ou nas juntas, colocando a parte superior em tensão. Portanto, se toda a sua laje de concreto não estiver sendo sustentada por baixo, pelo 'sistema de suporte do solo', ela se dobrará com mais facilidade e provavelmente irá rachar.

Por que o subleito e a subbase permitem que o concreto se mova, não deveria ser completamente rígido?

O fato é que qualquer camada de solo ou cascalho vai se comprimir se a carga for alta o suficiente, a menos que a laje seja colocada em rocha sólida. E de certa forma isso é bom, porque as lajes ondulam e se a base pode desviar um pouco, ela pode continuar a fornecer suporte para a laje mesmo quando ela se enrola. Mas se não fornecer suporte uniforme, se a laje tiver que passar por pontos frágeis, a laje provavelmente irá rachar. Nem mesmo é necessário que haja muita carga na laje - seu próprio peso geralmente é suficiente, já que uma laje em rampa não é normalmente projetada para carregar nem mesmo o peso morto. E quando ela rachar, essa rachadura irá percorrer todo o caminho através da laje. Se o suporte da laje for ruim o suficiente, você pode obter assentamento diferencial ao longo da fenda, o que deixa um relevo muito infeliz e um proprietário muito infeliz.

Após a compactação, a densidade do solo pode ser testada com equipamento de teste nuclear. Bechtel

COMO O SUBGRADO / BASE AFETA O DESIGN DA LAJE?

Fazemos todo esse esforço para obter o sistema de suporte de solo adequado e o que temos é um único valor de entrada para o projeto da laje. O valor mais comumente usado é o módulo de reação do subleito, para . Este valor não está diretamente relacionado à capacidade de carga e para não informa ao projetista se há solo compressível ou expansivo. O que ele faz é indicar o quão rígida é a sub-base / subleito sobre pequenas deflexões (cerca de 0,05 polegadas).

Agora vamos ver porque precisamos saber o quão flexível é o subleito. Para começar, é importante entender que uma laje no solo é projetada como concreto 'simples'. Isso significa que não contamos com o reforço de aço para transportar qualquer parte da carga. Mas espere, você diz, há aço na placa - malha e vergalhões. Sim, mas esse aço serve apenas para controlar as rachaduras - para manter as rachaduras bem unidas. Normalmente não se estende através das juntas - nas juntas queremos apenas transferir forças de cisalhamento, não momentos de flexão e certamente não restrições laterais. É para isso que existe a junta em primeiro lugar, para permitir o encolhimento lateral na laje.

Se o subleito assentar sob o meio da laje ou nas bordas, a parte não suportada pode levar a rachaduras ou ruptura da laje.

Portanto, se não contamos com o aço para carregar qualquer carga, o concreto tem que ser forte o suficiente para suportar a dobra. E o apoio que está recebendo de baixo determina o quanto ele se dobrará. Como já discutimos, o concreto não é tão forte na tensão e, como metade da dobra é tensão, não é tão forte na dobra. O que o torna mais forte na dobra, porém, é uma placa mais espessa.

Um subleito mal compactado ou mais carga do que a laje foi projetada para suportar pode resultar em rachaduras nas juntas. Bill Palmer

Quanto mais fraco for o subleito, ou mais pesadas as cargas, então, mais espessa a laje deve ser. A resistência do concreto também entra em jogo, mas a maioria das lajes de concreto tem cerca de 3000 a 4000 psi, portanto, não é um fator importante. A resistência à tração do concreto é normalmente considerada como 10 a 15% da resistência à compressão, portanto, apenas cerca de 400 ou 500 psi. Compare isso com a resistência à tração do vergalhão Grau 60, que é 60.000 psi.

A coisa a lembrar aqui é que uma laje de concreto deve ser rígida, mas não esperamos que a base seja infinitamente rígida. Uma laje assentará um pouco e isso está OK do ponto de vista do projeto - novamente, desde que o assentamento seja uniforme. O perigo, porém, está nas bordas da laje ou nas juntas que são largas o suficiente para permitir que a laje em ambos os lados assente independentemente. Nessas bordas livres, o peso que a laje pode suportar depende da rigidez da base e da resistência à flexão da laje, que é principalmente uma função da espessura da laje.

Ler Prevenção de rachaduras no concreto Para maiores informações.

COMO PODEMOS MELHORAR O SUBGRADO '?

A maior parte da melhoria do subleito é realizada compactando o solo. Em situações extremas, quando o solo é particularmente ruim ou as cargas são altas, a estabilização do solo pode ser usada. Neste processo, cimento Portland, cloreto de cálcio ou cal são misturados ao solo e então compactados. O solo do subleito também pode ser escavado e misturado com cascalho e compactado.

Para alguns solos difíceis, a sub-base pode ser colocada sobre uma camada de geogrelha.

A compactação do solo é o ato de espremer o máximo de ar e umidade possível para juntar as partículas sólidas do solo - isso torna o solo mais denso e, normalmente, quanto maior a densidade do solo, maior sua capacidade de suporte. Solos bem compactados também não permitem que a umidade entre e saia tão facilmente.

Portanto, a compactação realiza o seguinte:

• Reduz a quantidade que o solo irá comprimir (assentar) quando a laje estiver sobre ele
• Aumenta a quantidade de peso que podemos colocar sobre ele (capacidade de carga)
• Evita danos por geada (levantamento) se o solo sob a laje congelar
• Reduz o inchaço e a contração

O quanto um solo pode ser compactado é medido por um engenheiro geotécnico (ou solos), colocando o solo em um cilindro e batendo nele - seriamente. Os testes Proctor padrão ou modificados (cada um usa pesos diferentes para comprimir o solo) determinam a relação entre a densidade e a umidade do solo e nos informam a densidade máxima razoável do solo que pode ser alcançada no campo.

O que estamos tentando determinar com o teste Proctor é o teor de umidade no solo que tornará mais fácil compactar e resultar na maior densidade - lembre-se de que a densidade está diretamente relacionada à compactação. Pouca umidade e o solo estão seco e não comprime facilmente muita umidade e você não pode espremer a água facilmente. Para obter a melhor compactação, o teor de umidade ideal normalmente estará na faixa de 10% a 20%. Então, quando você ouvir que, de acordo com a especificação, o solo precisa estar a 95% da densidade máxima modificada de Proctor, você saberá que precisa que o teor de umidade seja o correto para chegar a esse nível de compactação.

Uma curva de densidade-umidade do solo define o teor de umidade ideal e a densidade máxima alcançável no campo.

Se você não vai realizar os testes Proctor, existem alguns testes de campo simples para ter uma ideia aproximada da capacidade de carga e do teor de umidade:

• Para o teor de umidade, use o teste manual. Aperte uma bola de terra em sua mão. Se for pulverulento e não tiver uma forma, é muito seco se moldar em uma bola e se quebrar em alguns pedaços quando cair, é quase certo se deixar umidade em sua mão e não quebrar quando cair, é muito molhado.
• A argila na qual você pode empurrar o polegar alguns centímetros com esforço moderado tem uma resistência de rolamento na faixa de 1000 a 2500 psf
• Areia solta na qual você mal consegue empurrar um vergalhão nº 4 com a mão tem uma capacidade de carga de 1000 a 3000 psf
• A areia em que você pode cravar um vergalhão nº 4 em cerca de 30 centímetros com um martelo de 5 libras tem uma capacidade de carga de mais de 2.000 psf

Além disso, lembre-se de que não é apenas o solo (o subleito) que precisa ser compactado. Quaisquer sub-bases ou camadas de base, que normalmente serão materiais granulares, também precisam ser bem compactados nas espessuras de levantamento adequadas.

Veja mais em construção de lajes de alta qualidade no nível .

Vídeo compactador de placa
Horário: 02:18
Funcionamento adequado e uso da ferramenta compactadora de placa vibratória para preparar o subleito de concreto antes de colocar o concreto

EQUIPAMENTO DE COMPACTAÇÃO

Existem duas maneiras de compactar o solo ou subleito - força estática ou força vibratória. A força estática é simplesmente o peso da máquina. A força vibratória usa algum tipo de mecanismo para vibrar o solo, o que reduz a fricção entre as partículas do solo, permitindo que se comprimam mais facilmente.

O tipo de solo (ou material de subleito) determina o tipo de equipamento necessário para compactação:

• Solos coesos precisa ser cisalhado para obter compactação, portanto, você precisa de uma máquina que tenha alta força de impacto. Um compactador é a melhor escolha, ou para trabalhos maiores, um rolo compactador (semelhante a um rolo compactador). Os elevadores para compactação de solos coesos não devem ter mais de 6 polegadas.
• Solos granulares só precisa que as partículas sejam vibradas para aproximá-las. Placas ou rolos vibratórios são a melhor escolha. Elevadores para cascalho podem ter espessura de 30 cm para areia.

Para grandes trabalhos, como rodovias ou grandes lajes, grandes rolos vibratórios de passeio, tanto com rolos lisos ou rolos de ovelha, são usados ​​para compactação. Os rolos de apoio, com rolos acolchoados que amassam o solo ou com rolos suaves de vibração, são bons para trabalhos de tamanho médio. Para trabalhos menores, os dois tipos mais comuns de equipamento de compactação são compactadores de placa vibratória (unilateral ou reversível) e compactadores .

Aqui estão alguns detalhes sobre cada um dos tipos de equipamento:

• Rammers , às vezes chamados de polichinelos, variam em peso de cerca de 130 libras a 185 libras. Essas ferramentas são ótimas para compactar o solo em uma trincheira ou para argilas coesivas em áreas menores, uma vez que fornecem uma grande força de impacto (alta amplitude, menor frequência). Eles não são bons para compactar materiais granulares, como camadas de base.
• Placas vibratórias são ideais para compactar solos granulares e sub-bases. Disponível em pesos de 100 a 250 libras com tamanho de placa de 1 a 1,5 pés por 2 pés. A vibração tem uma amplitude menor, mas uma frequência mais alta do que com um compactador e é equilibrada para fazer com que a máquina se mova para frente.
• Placas vibratórias reversíveis funcionam bem em solos granulares ou com misturas coesivas granulares. Com dois pesos excêntricos, a vibração pode ser revertida para mover a máquina para frente ou para trás ou para parar para comprimir um único ponto macio. Pelo dinheiro, são boas máquinas devido à sua versatilidade.

Leia mais em requisitos de compactação para pavimentadoras de concreto .

COLOCANDO O CONCRETO

Então, finalmente temos o subleito compactado e a subbase e a camada de base colocados e compactados. Mas o que acontece se houver um atraso neste ponto antes que o concreto seja colocado? Se a sub-base chover ou congelar antes da colocação do concreto, pode ficar pronta para ficar muito mole.

Para a maioria das lajes internas, a barreira de vapor deve ser colocada no topo da sub-base antes de colocar o concreto.

A melhor maneira de saber se a sub-base está devidamente compactada e pronta para a laje é com o rolamento de prova, que faz um caminhão carregado (como um caminhão de concreto totalmente carregado) percorrer a sub-base imediatamente antes de colocar o concreto para ver se áreas afundam mais do que outras. Isso deve ser feito em algum tipo de padrão de grade e os pneus não devem afundar mais de ½ polegada na superfície. Se houver algum sulco ou bombeamento de água em qualquer parte da sub-base ou subleito, essa área precisará de mais compactação ou adição de materiais granulares - ou simplesmente para secar. Nos piores casos, fossas ou fossas podem ser abertas e a água bombeada.

Antes de colocar o concreto, você também pode colocar uma barreira contra umidade. Para pisos internos, a melhor localização é geralmente entre a camada de base e o concreto. Para mais informações veja Barreiras de vapor para lajes de concreto .

Saiba mais sobre a preparação adequada do subleito para andares comerciais e calçadas .

Última atualização: 31 de julho de 2018