Degraus de concreto pré-moldado: sistemas de elevação, instalação e principais fatos

O que você precisa saber primeiro sobre etapas de concreto pré-moldado

Degraus de concreto pré-moldado são fabricados fora do local em condições controladas de fábrica e depois transportados e instalados como unidades completas. Este método oferece qualidade consistente, prazos de instalação mais rápidos e durabilidade estrutural de longo prazo que as alternativas colocadas no local muitas vezes não conseguem igualar. Uma única unidade de escada pré-moldada para uma entrada residencial normalmente pesa entre 800 e 2.500 libras, dependendo do número de degraus, largura e densidade do material. Unidades comerciais maiores podem exceder 5.000 libras.

Por causa desse peso, um adequado Sistema de elevação para concreto pré-moldado não é opcional – é o fator central que determina se uma instalação ocorre sem problemas ou se se torna um incidente de segurança. Todo projeto que envolve etapas pré-moldadas exige um planejamento deliberado sobre como essas unidades serão levantadas, manobradas e colocadas com precisão.

Este artigo cobre todo o escopo: equipamentos de içamento, tipos de âncoras, configurações de amarração, cálculos de carga, protocolos de segurança e as diferenças práticas entre instalações residenciais e comerciais. Quer você seja um empreiteiro, engenheiro ou especialista em compras, as informações aqui são específicas o suficiente para serem diretamente úteis no trabalho.

Por que o sistema de elevação é mais importante do que a maioria dos empreiteiros supõe

Deixar cair ou manusear incorretamente uma unidade de degrau de concreto pré-moldado não apenas danifica o produto – cria responsabilidade, atrasa o projeto e pode causar ferimentos graves. De acordo com o Bureau of Labor Statistics, os incidentes atingidos envolvendo produtos de concreto e alvenaria são responsáveis ​​por uma parcela significativa das mortes na construção a cada ano. Sistemas de elevação adequados reduzem diretamente este risco.

Um sistema de elevação para degraus de concreto pré-moldado normalmente inclui quatro componentes que trabalham juntos: o inserto de elevação embutido ou a âncora fundida no concreto durante a fabricação, o equipamento de elevação (embreagem, gancho ou manilha) que se conecta ao inserto, o cordame (correntes, eslingas ou cabos) e a própria máquina de elevação (guindaste, empilhadeira ou manipulador telescópico). A fraqueza em qualquer uma destas quatro áreas compromete todo o sistema.

O ponto de falha mais comum é a interface entre o inserto de elevação e as ferragens – especificamente, usando tipos de embreagem incompatíveis ou ferragens desgastadas com insertos para os quais não foram projetados. Fabricantes como Halfen, Meadow Burke e fornecedores certificados pela PCI publicam tabelas de compatibilidade exatamente por esse motivo, e ignorá-las é uma das principais causas de falhas de içamento em projetos de concreto pré-moldado.

Classificação de carga e requisitos de fator de segurança

Cada inserto de elevação embutido em um degrau de concreto pré-moldado possui um limite de carga de trabalho nominal (WLL). O padrão da indústria na América do Norte exige um fator de segurança mínimo de 5:1 para insertos de elevação usados ​​em aplicações pré-moldadas. Isso significa que uma unidade de escada de 2.000 libras requer inserções com capacidade combinada de pelo menos 10.000 libras em todos os pontos de elevação ativos.

Quando apenas dois pontos de elevação são usados ​​e o cordame forma um ângulo de eslinga inferior a 90 graus, a carga em cada perna aumenta substancialmente. Em um ângulo de 60 graus, cada perna carrega aproximadamente 115% do que carregaria na vertical. A 45 graus, isso sobe para 141%. As equipes de montagem devem levar em consideração o ângulo da eslinga ao selecionar as ferragens, e os fabricantes de degraus pré-moldados devem especificar os ângulos mínimos da eslinga em sua documentação técnica.

Tipos de insertos de içamento usados em degraus de concreto pré-moldado

A inserção moldada no concreto é a base de todo o sistema de elevação. Especificamente para etapas de concreto pré-moldado, os fabricantes usam vários tipos de pastilhas diferentes, dependendo da geometria da etapa, do peso e da configuração pretendida do equipamento.

Inserções de loop de bobina

As inserções de bobina consistem em um fio ou barra enrolada que se projeta da superfície do concreto e uma âncora de haste de bobina embutida no elemento. Estas estão entre as pastilhas mais utilizadas para degraus de concreto pré-moldado na construção residencial. Eles são econômicos, simples de usar e compatíveis com uma variedade de configurações de embreagem e gancho. Loops de bobina padrão para aplicações escalonadas estão disponíveis em capacidades que variam de 1.000 a 8.000 libras por inserto.

Uma limitação: os loops de bobina requerem cobertura de concreto e distância de borda suficientes para desenvolver sua capacidade nominal. Em escadas estreitas ou degraus com restrições geométricas rígidas, este pode ser um desafio de projeto que deve ser resolvido na fase de fabricação e não no local de trabalho.

Âncoras de placa plana e inserções de virola

As âncoras de placa plana são fundidas niveladas com a superfície do concreto. Eles aceitam um parafuso ou olhal proprietário e são usados ​​em aplicações onde um laço saliente poderia interferir na fôrma ou no acabamento. As inserções de virola funcionam de forma semelhante - são luvas rosqueadas internamente moldadas no concreto que aceitam um parafuso de olhal de elevação durante a instalação e podem ser conectadas com um parafuso padrão após a colocação.

As inserções de virola são particularmente comuns em etapas arquitetônicas de concreto pré-moldado, onde a aparência da superfície é importante , porque a inserção pode ser coberta com um tampão ou tampa correspondente após a remoção do equipamento de elevação.

Âncoras de elevação de placa giratória

As âncoras de placa giratória são inserções projetadas que permitem que o equipamento de elevação gire em relação à âncora – normalmente em um arco de 180 graus. Isto é especialmente útil para degraus de concreto pré-moldado porque o ângulo de amarração ideal para coleta (laje horizontal) é diferente do ângulo de colocação final, e as âncoras giratórias acomodam esse deslocamento sem forçar a inserção em uma direção não intencional.

Fornecedores como Halfen e Pfeifer oferecem sistemas de placas giratórias avaliados em 2.200 libras a mais de 22.000 libras por âncora. Para grandes seções de escadas pré-moldadas comerciais que excedem 3.000 libras, as âncoras giratórias são a solução preferida na maioria dos planos de elevação projetados.

Comparação de tipos de pastilhas comuns para etapas pré-moldadas

Configurações de Rigging para Degraus de Concreto Pré-moldado

A montagem de degraus de concreto pré-moldado não é tão simples quanto a montagem de lajes planas ou painéis de parede. Os degraus têm um centro de gravidade irregular. A massa é distribuída de forma desigual pela geometria do piso, o que significa que uma configuração de cordame de quatro pontos colocada simetricamente nem sempre produzirá uma elevação nivelada. Montadores e engenheiros experientes respondem por isso ajustando os locais dos pontos de coleta ou usando uma viga espalhadora para equalizar a distribuição da carga.

Rigging de dois pontos vs. quatro pontos

O cordame de dois pontos é comum para degraus residenciais menores de concreto pré-moldado – unidades com dois a quatro risers e peso inferior a 1.500 libras. Duas inserções de laço de bobina colocadas ao longo da banda de rodagem superior, conectadas a um único gancho do guindaste por meio de uma eslinga de freio, podem levantar a unidade de forma eficaz se a geometria da eslinga estiver correta.

O cordame de quatro pontos é padrão para unidades maiores. Os quatro pontos de captação são colocados simetricamente na unidade de degrau e o cordame se conecta a uma barra espaçadora ou viga de elevação acima. Os sistemas de quatro pontos reduzem as cargas individuais das pastilhas, distribuindo o peso total por mais pontos de ancoragem, e melhoram a estabilidade durante a fase de balanço e colocação do elevador.

Uma consideração importante: num sistema de quatro pontos, se uma perna do cordame for ligeiramente mais curta que as outras, a distribuição da carga torna-se desigual. Na prática, três das quatro âncoras podem suportar praticamente toda a carga, enquanto a quarta não transporta quase nenhuma. É por isso que as vigas de elevação ajustáveis ​​com mecanismos de equalização são preferidas para elevações de quatro pontos em degraus pré-moldados.

Vigas Espalhadoras e Estruturas de Elevação

Uma viga espalhadora é um membro horizontal rígido que fica pendurado no gancho do guindaste e distribui a carga de elevação para vários pontos de coleta abaixo. Para degraus de concreto pré-moldado, as vigas espalhadoras têm dois propósitos: elas separam as pernas do cordame para obter uma tração mais vertical em cada inserção e permitem um controle preciso sobre a geometria de elevação para que a unidade possa ser levantada e nivelada.

As estruturas de elevação vão além - são estruturas de aço fabricadas sob medida ou ajustáveis ​​que são aparafusadas ou fixadas à própria unidade da escada, distribuindo a força de elevação através da estrutura da estrutura, em vez de apenas através das inserções de concreto. Esta abordagem é usada para seções de escadas pré-moldadas muito grandes ou arquitetonicamente sensíveis, onde as cargas de inserção devem ser minimizadas ou onde a geometria do degrau torna impraticável a montagem direta.

Tipos de eslinga: corrente vs. cabo de aço vs. sintético

Cada material de eslinga tem propriedades diferentes relevantes para o içamento em degraus de concreto pré-moldado:

• Eslingas de corrente são duráveis, resistentes à abrasão e ao calor e podem ser encurtados com ganchos para ajuste de comprimento. Eles são a escolha mais comum para elevação de concreto pré-moldado devido à sua resistência às superfícies abrasivas do concreto e à sua capacidade de suportar uso pesado repetido. Corrente de liga de aço grau 80 e grau 100 é o padrão da indústria.
• Eslingas de cabo de aço oferecem flexibilidade e são mais leves que a corrente para capacidade equivalente. Eles toleram menos arestas vivas e devem ser usados ​​com protetores de arestas quando o contato com cantos de concreto for inevitável.
• Eslingas de teia sintética são a opção mais leve e não riscam as superfícies acabadas. Eles são adequados para degraus arquitetônicos pré-moldados onde a proteção da superfície é importante, mas não são apropriados para degraus pré-moldados ásperos com bordas agregadas expostas que podem cortar a cinta.

Seleção de equipamento de elevação para instalação em degraus de concreto pré-moldado

A escolha da máquina de elevação depende do peso da unidade de degrau pré-fabricada, do alcance necessário, das restrições de acesso do local de trabalho e da precisão necessária para a colocação. Três tipos de equipamentos dominam a instalação escalonada de pré-moldados: guindastes móveis, manipuladores telescópicos (manipuladores telescópicos) e empilhadeiras para terrenos acidentados.

Guindastes Móveis

Para projetos comerciais que envolvem grandes unidades de degraus de concreto pré-moldado – especialmente conjuntos de escadas com vários lances pesando de 3.000 a 10.000 libras – um guindaste móvel é a solução padrão. Um caminhão guindaste hidráulico de 40 toneladas pode lidar com praticamente todas as instalações pré-moldadas residenciais e comerciais de médio porte com facilidade, desde que o local tenha espaço de instalação adequado e capacidade de suporte do solo.

A seleção do guindaste deve levar em conta a carga máxima no raio requerido. Um guindaste de 40 toneladas operando a 30 pés de raio pode ter capacidade de apenas 12 a 15 toneladas – consulte sempre a tabela de carga, não apenas a tonelagem nominal do guindaste. Este é um erro que até mesmo empreiteiros experientes cometem: confundir a capacidade máxima do guindaste (no raio mínimo, muitas vezes apenas alguns metros) com a sua capacidade real no raio de trabalho no seu local de trabalho específico.

Manipuladores telescópicos e empilhadores todo-o-terreno

Os manipuladores telescópicos são máquinas versáteis, capazes de levantar degraus de concreto pré-moldado na faixa de 1.500 a 6.000 libras, dependendo do modelo e da extensão da lança. Eles são amplamente utilizados para instalação residencial de degraus pré-moldados porque podem manobrar em espaços mais apertados do que um caminhão guindaste e não exigem o mesmo nível de preparação do solo.

Um manipulador telescópico usado para içar degraus de concreto pré-moldado deve estar equipado com uma lança de elevação aprovada e a elevação deve ser conduzida dentro dos limites da tabela de carga da máquina. Operar um manipulador telescópico no limite de sua capacidade — ou além dela — é uma das principais causas de incidentes de tombamento em canteiros de obras residenciais. As diretrizes da indústria de fabricantes como JLG e Manitou exigem conformidade com as tabelas de carga e avaliação da estabilidade do solo antes de qualquer levantamento pré-moldado.

Empilhadeiras para terrenos acidentados com capacidade nominal de 6.000 a 15.500 libras podem lidar com unidades de degrau pré-fabricadas residenciais e comerciais leves mais pesadas, especialmente quando o raio de elevação é curto e o degrau pode ser abordado diretamente pela frente. A limitação é o alcance vertical – a maioria das empilhadeiras para terrenos acidentados atinge no máximo 15 a 20 pés de altura de elevação, o que é suficiente para a maioria dos cenários de instalação em degraus, mas pode não funcionar para entradas elevadas ou patamares no segundo andar.

Seleção de Equipamentos por Tipo de Projeto

Planejando e executando uma elevação segura de concreto pré-moldado

Um plano de içamento é um procedimento documentado que descreve todos os aspectos de uma operação de içamento pré-moldado antes de seu início. Para etapas de concreto pré-moldado acima de um determinado limite de peso – normalmente 2.000 libras na maioria das jurisdições – um plano de elevação formal preparado ou revisado por um engenheiro qualificado é exigido por lei ou fortemente recomendado por seguradoras e empreiteiros em geral.

O que um plano de içamento para etapas pré-moldadas deve incluir

• O peso de cada unidade de degrau de concreto pré-moldado, confirmado pelos desenhos da oficina do pré-moldado ou pelos registros de concretagem
• A localização do centro de gravidade da unidade, que determina a localização do ponto de coleta
• O tipo, número e capacidade nominal dos insertos de elevação incorporados no elemento
• A configuração do equipamento – número de pernas, ângulo de eslinga, especificações de hardware
• A máquina de elevação selecionada, sua capacidade nominal no raio necessário e sua configuração de estabilizador ou estabilizador
• Avaliação da capacidade de suporte do solo, especialmente para suportes de estabilizadores de guindastes
• Zonas de exclusão — a área abaixo e ao redor do caminho de elevação que deve permanecer livre de pessoal
• Sinalizador e protocolos de comunicação entre o operador do guindaste e a equipe de terra
• O local de colocação alvo, incluindo preparação do subleito e requisitos de suporte temporário

Requisitos de resistência do concreto antes do levantamento

Degraus de concreto pré-moldado não devem ser elevados até que o concreto atinja resistência suficiente para desenvolver a capacidade nominal dos insertos de elevação embutidos. A maioria dos pré-moldados especifica uma resistência à compressão mínima de 3.000 psi antes da decapagem e manuseio, com os fabricantes de pastilhas frequentemente exigindo 4.000 psi para capacidade nominal total.

Na prática, projetos de mistura de alta resistência usados ​​por fabricantes de pré-moldados – normalmente com resistência de projeto de 5.000 a 7.000 psi – alcançam resistência de decapagem dentro de 16 a 24 horas com cura a vapor. No entanto, elementos pré-moldados ou não curados no local de trabalho podem levar de 3 a 7 dias para atingir a resistência adequada. Levantar um degrau pré-moldado antes que o concreto esteja pronto é um modo de falha crítico que pode fazer com que as inserções se soltem catastroficamente.

Lista de verificação de inspeção pré-elevação

1. Verifique se a unidade de degrau pré-moldada corresponde às dimensões e peso do desenho de fábrica
2. Inspecione todos os insertos de içamento quanto a danos, corrosão ou defeitos de concreto ao redor do alojamento do inserto
3. Confirme se todo o hardware de amarração possui etiquetas de inspeção atuais e está classificado para a carga
4. Verifique a tabela de carga do guindaste no raio operacional planejado antes do início da elevação
5. Estabelecer e comunicar a zona de exclusão a todo o pessoal do local
6. Teste o levantamento da unidade alguns centímetros e segure por no mínimo 30 segundos para verificar o equilíbrio e a integridade da inserção
7. Confirme se a área de colocação está preparada e se a sub-base está compactada e na elevação correta

Instalação em etapas de concreto pré-moldado: preparação da sub-base e colocação final

O sistema de elevação leva o degrau pré-moldado ao local certo – mas o local onde o degrau pousa determina seu desempenho a longo prazo. Assentamentos, fissuras e levantamentos de degraus de concreto pré-moldado são quase sempre atribuídos a problemas de sub-base, e não a defeitos no próprio elemento pré-moldado.

Requisitos de cascalho e base compactada

Degraus residenciais de concreto pré-moldado são normalmente colocados em uma base de cascalho compactado. A especificação padrão exige um mínimo de 6 polegadas de brita compactada ou cascalho, com capacidade de carga mínima de 1.500 a 2.000 psf. Para unidades comerciais mais pesadas, é necessário um preenchimento projetado ou uma base de concreto.

Em climas frios, a profundidade da geada é um fator crítico. Se a base do degrau não se estender abaixo da linha de geada - que varia de 12 polegadas nos estados do sul a mais de 48 polegadas em Minnesota e climas semelhantes - o aumento sazonal da geada moverá a unidade do degrau ano após ano, eventualmente causando rachaduras ou falha nas juntas. Muitos pré-moldadores em climas do norte recomendam a instalação de degraus residenciais em cascalho compactado que se estenda até pelo menos 10 a 15 centímetros abaixo da profundidade de geada local.

Calços, nivelamento e rejuntamento

Depois que o guindaste ou o manipulador telescópico posicionar a unidade de degrau pré-fabricada, o ajuste fino é realizado com calços de aço ou cunhas de madeira. A unidade deve estar nivelada lado a lado e deve ter a inclinação correta da frente para trás - normalmente uma inclinação positiva de 1% a 2% (degrau inferior à borda posterior) para promover a drenagem e evitar o acúmulo de água nos degraus.

Para instalações comerciais ou onde quer que o degrau confine com uma parede de fundação, é usada argamassa sem encolhimento para preencher a lacuna entre a unidade de degrau e a parede e para preencher quaisquer vazios abaixo da unidade. A argamassa sem retração para aplicações pré-moldadas deve atender aos requisitos da ASTM C1107 e atingir uma resistência à compressão mínima de 5.000 psi em 28 dias.

Diferenças entre elevação de degraus de concreto pré-moldado residencial e comercial

Os princípios de um sistema de elevação para concreto pré-moldado se aplicam a ambos os setores, mas os requisitos práticos diferem substancialmente entre um alpendre residencial de quatro degraus e um conjunto de entrada comercial de doze degraus.

Degraus Pré-moldados Residenciais

Degraus residenciais de concreto pré-moldado variam de unidades simples de dois degraus a conjuntos de seis degraus com patamares integrados. Os pesos normalmente ficam entre 800 e 3.000 libras. O sistema de elevação geralmente é simples: duas ou quatro inserções de bobina, lingas de corrente e um manipulador telescópico ou caminhão guindaste pequeno.

O principal desafio na instalação residencial é o acesso. As propriedades geralmente têm paisagismo, fundações existentes, serviços subterrâneos e pátios laterais estreitos que limitam o posicionamento do guindaste. Um manipulador telescópico muitas vezes pode trabalhar em um corredor de 3 metros de largura que um caminhão guindaste não consegue acessar , razão pela qual os manipuladores telescópicos dominam a instalação residencial pré-fabricada em degraus nos mercados suburbanos.

Etapas pré-moldadas comerciais

Instalações comerciais de degraus de concreto pré-moldado envolvem unidades maiores, geometria mais complexa e maiores requisitos de coordenação. Uma entrada comercial com oito a doze degraus, retornos laterais e um patamar superior pode ser fabricada como uma única unidade monolítica pesando de 8.000 a 15.000 libras, ou como uma série de seções pré-moldadas interligadas, cada uma exigindo elevações individuais e posicionamento preciso em relação às peças adjacentes.

As instalações comerciais normalmente exigem um plano de içamento formal, um montador e sinalizador certificado e documentação de todas as inspeções de hardware de içamento. O engenheiro do pré-moldado terá especificado as inserções de içamento nos desenhos da oficina, e o empreiteiro é responsável por verificar se o equipamento no local corresponde ao que foi projetado. Desviar-se do plano de içamento projetado sem autorização por escrito do engenheiro registrado é uma exposição de responsabilidade grave.

Erros comuns no levantamento de degraus pré-moldados e como evitá-los

Mesmo equipes experientes cometem erros ao levantar degraus de concreto pré-moldado. Os seguintes erros aparecem repetidamente em análises post-mortem de projetos e reclamações de seguros:

• Usando hardware incompatível: Acoplar uma embreagem de elevação projetada para um circuito de bobina de um fabricante à inserção de outro fabricante pode reduzir a capacidade efetiva em 30% a 60% ou resultar no desengate completo sob carga. Sempre confirme a compatibilidade da inserção de hardware por escrito com o fornecedor.
• Ignorando os ângulos da eslinga: Um ângulo de 30 graus da eslinga em relação à horizontal aumenta a carga em cada perna para 200% do equivalente vertical – duplicando efetivamente a tensão no cordame. As equipes que não calculam os fatores de ângulo de linga regularmente sobrecarregam o hardware sem perceber.
• Levantamento antes da cura adequada: A remoção precoce dos degraus pré-moldados – antes que o concreto tenha desenvolvido resistência à compressão adequada ao redor das inserções – causa falhas no arrancamento. Isso é mais comum quando os cronogramas do projeto pressionam as equipes para acelerar a entrega.
• Ignorando o aumento de teste: Não realizar um breve levantamento de teste – elevando a unidade de 15 a 30 cm e segurando – antes de se comprometer com o levantamento completo é uma oportunidade perdida de detectar problemas de equilíbrio e inserir problemas antes que se tornem incidentes.
• Preparação inadequada da sub-base: Colocar um degrau pré-moldado em aterro não compactado ou solo orgânico leva a recalques diferenciais. As etapas que estão niveladas no dia da instalação podem estar de 5 a 7 centímetros fora do nível em um único ciclo de congelamento e descongelamento se a base não tiver sido preparada adequadamente.
• Pessoal sob carga: Os trabalhadores que estão abaixo ou adjacentes a um degrau pré-moldado suspenso estão na zona de exclusão. Esta é uma violação da OSHA e um fator comum em incidentes fatais na indústria de pré-moldados.

Considerações de manutenção após a instalação da etapa de concreto pré-moldado

Depois que os degraus de concreto pré-moldado são colocados e cimentados, as inserções de elevação permanecem permanentemente embutidas no concreto. Para aplicações arquitetônicas ou residenciais, os bolsos de inserção são normalmente preenchidos com uma argamassa ou tampão compatível com calafetagem. Em aplicações comerciais, os bolsões são preenchidos com argamassa antirretração e acabados para combinar com a superfície circundante.

Degraus de concreto pré-moldado requerem muito pouca manutenção em comparação com alternativas concretadas no local. As principais tarefas de manutenção são:

• Inspeção anual de selantes de juntas e argamassa entre a unidade escalonada e a fundação do edifício – especialmente em climas com ciclos significativos de congelamento e descongelamento
• Verificação de recalque diferencial a cada dois ou três anos, especialmente durante os primeiros cinco anos após a instalação, quando a consolidação da sub-base é mais ativa
• Selar a superfície do concreto a cada três a cinco anos com um selante penetrante de silano ou siloxano para reduzir a entrada de cloreto dos sais de degelo - uma das principais causas da corrosão de vergalhões e lascamento superficial em etapas pré-moldadas expostas a produtos químicos de manutenção no inverno
• Inspecionar os plugues do alojamento da inserção quanto a rachaduras ou perdas — as pastilhas de metal expostas podem corroer e expandir, causando rachaduras na superfície ao redor do alojamento

Uma unidade de degrau de concreto pré-moldado devidamente instalada e mantida tem uma vida útil de 50 anos ou mais , tornando-o uma das soluções de entrada mais duráveis disponíveis para aplicações residenciais e comerciais. O investimento num sistema de elevação adequado durante a instalação apoia diretamente este desempenho a longo prazo – uma unidade que seja danificada durante a elevação, ou colocada numa base inadequada, irá falhar muito antes de atingir a vida útil.