INTRODUÇÃO

As ancoragens são amplamente utilizadas para uma fixação rápida e fiável ao betão, e são especialmente adequadas para a ligação de chapas de fixação, de suportes para fachada ventilada e fachada cortina, de serviços em infraestruturas civis (por exemplo, em túneis e pontes) e de equipamentos industriais (por exemplo, fixação de máquinas e correias transportadoras). No entanto, as ancoragens mecânicas têm demonstrado limitações em termos de desempenho e flexibilidade de cálculo quando comparadas com as ancoragens pré-betonadas ou químicas.

A HST4 é a mais recente inovação da Hilti, levando a tecnologia de ancoragens mecânicas para além do padrão existente para ancoragens pós-instaladas, enquanto satisfaz as necessidades em evolução dos projetistas e empreiteiros. 

A Hilti está empenhada em fornecer soluções de ancoragem com melhor desempenho, que permitam um cálculo otimizado e de valor acrescentado, garantindo mais tranquilidade aos projetistas para refletir o que especificam em aplicações bem executadas no local de trabalho.

A HST4 é o resultado da inovação e investigação contínuas da Hilti, com base no sucesso do nosso anterior portefólio de ancoragens mecânicas, como a HSA, HST2 e HST3. Esta linha de ancoragens está disponível nas versões em aço-carbono (HST4) e em aço inoxidável (HST4-R), oferecendo soluções de ancoragem para aplicações interiores e exteriores em que é necessária resistência à corrosão.

Optar pela HST4 permite otimizar o cálculo de chapas de fixação, ajudando a reduzir o custo do projeto e aumentando a sustentabilidade das suas aplicações. Isto deve-se a:

1.    um design inovador que permite uma maior resistência à rotura por cone de betão – ao mesmo nível das ancoragens pré-betonadas - e uma maior resistência ao arranque da fixação. Isto significa que os engenheiros podem agora confiar em diâmetros de ancoragem menores, reduzir espaçamentos e distâncias aos bordos do betão e otimizar ainda mais as suas chapas de fixação. Estes tipos de melhorias ajudam, por fim, a reduzir os custos e a aumentar a sustentabilidade;

2.    a avaliação da profundidade variável de embebimento, permitindo a otimização dos comprimentos de ancoragem para corresponder precisamente aos requisitos de carga;

3.    uma vasta gama de aprovações para diferentes condições de carga - estática em betão não fendilhado e fendilhado, sísmica C1 e C2, e de incêndio - bem como a compatibilidade com as ferramentas de instalação da Hilti, que são menos propensas a erros humanos. Apenas um exemplo é o Módulo de Controlo de Torque (AT) da Hilti, que fornece automaticamente o binário correto para a ancoragem em questão. Isto ajuda a garantir que no local de trabalho irá obter exatamente o que especificou.

Veja este vídeo para conhecer a HST4.

HST4: A NOSSA ANCORAGEM DE EXPANSÃO COM O MELHOR DESEMPENHO

A rotura por cone de betão e a rotura por arranque são dois dos modos de rotura mais críticos para as ancoragens mecânicas sob tração.

A rotura por cone de betão ocorre quando o betão à volta das ancoragens fissura e se rompe em forma de cone. Isto acontece devido à tensão induzida ao betão pelas forças transmitidas da estrutura às fixações. O método de cálculo para avaliar a resistência do betão à rotura por cone é fornecido pela EN 1992-4 [1], que é a norma europeia para o projeto de fixações para utilização em betão.

De acordo com a EN 1992-4, a resistência caraterística de um grupo de fixações, no caso da rotura por cone de betão, é obtida ao multiplicar a resistência caraterística de uma única fixação colocada no betão (e não influenciada por fixações adjacentes ou bordos do betão), NRk,0,c, por uma série de coeficientes que têm em conta a influência de vários fatores. Exemplos destes fatores são: distância ao bordo do betão, o espaçamento entre ancoragens, excentricidades de carga e momentos fletores, e a presença de armadura densa (pouco espaçada).

O cálculo da resistência caraterística de uma única ancoragem, NRk,0,c, depende tanto da resistência do betão como da profundidade de embebimento da própria ancoragem, e é dado pela seguinte fórmula [1]:

onde fck representa o valor característico da tensão de rotura do betão à compressão referido a provetes cilíndricos, e hef é a profundidade de embebimento efetiva da ancoragem. O coeficiente k1, que influencia linearmente a resistência caraterística do cone de betão, é, em geral, indicado na Avaliação Técnica Europeia (ETA) da ancoragem. De acordo com a EN 1992-4, este fator assume normalmente valores de 7.7 para betão fendilhado e 11.0 para betão não fendilhado em fixações pós-instaladas, e 8.9 para betão fendilhado e 12.7 para betão não fendilhado em fixações pré-betonadas.

Graças ao seu design inovador, a Hilti HST4 é a primeira ancoragem de mecânica do mundo a alcançar a mesma resistência à rotura por cone de betão que uma ancoragem pré-betonada, com um fator k1 de 8.9 para betão fendilhado e 12.7 para betão não fendilhado, em diâmetros selecionados. Isto significa que, com uma profundidade de embebimento menor, a HST4 pode atingir a mesma resistência à rotura por cone de betão que outras ancoragens mecânicas, ou então uma resistência cerca de 16% superior com a mesma profundidade de embutimento. O que é isto significa na prática para um projeto? Significa que agora é possível utilizar ancoragens mais curtas para a mesma aplicação, ou dimensionar para cargas mais elevadas utilizando as mesmas ancoragens.

A HST4 tem 4 componentes principais que contribuem para o seu desempenho superior (ver Figura 1):

1.    Turbo-channels & interlock, que proporcionam resistência adicional na zona de travamento;

2.    Uma manga de elevada performance com ponta ranhurada, uma forma mais longa com quatro segmentos e uma ponta cónica, que maximizam a aderência ao betão e ajudam a evitar deslocamentos;

3.    Uma forma Turbo-Montain-Valley que maximiza a expansão da manga, garantindo um desempenho elevado tanto em betão não fendilhado como fendilhado, bem como em condições sísmicas, e proporcionando maior fiabilidade graças a uma manga anti-rotação;

4.    Revestimentos de topo personalizados e patenteados para a ancoragem, que são otimizados para cargas de tração e permitem uma instalação próxima ao bordo do betão.

Figura 1: design inovador da HST4

O design inovador da HST4 proporciona uma maior resistência à tração tanto em betão não fendilhado como fendilhado, sob cargas estáticas e sísmicas. Em comparação com a nossa geração anterior de ancoragens de expansão, para uma única ancoragem com o mesmo comprimento e diâmetro, a HST4 proporciona um aumento do desempenho à tração de +36% a +84% em betão não fendilhado sob cargas estáticas, +18% a +41% em betão fendilhado e +11% a +63% sob cargas sísmicas C2, dependendo do diâmetro da ancoragem.

PROFUNDIDE DE EMBEBIMENTO VARIÁVEL

A profundidade de embebimento de uma ancoragem no betão determina tanto o mecanismo de transferência de carga como o modo de rotura da ancoragem. Em geral, quanto maior for a profundidade de embebimento, maior será a capacidade de carga da ancoragem. A desvantagem é que uma maior profundidade de embebimento também resulta num maior tempo de perfuração e de instalação, bem como num maior risco de atingir as armaduras.

A maior parte das ancoragens de expansão são aprovadas para profundidades fixas de embebimento, normalmente de 1 a 3 valores. Isto limita a flexibilidade e o potencial de otimização do dimensionamento, uma vez que o engenheiro estrutural é obrigado a escolher de entre um conjunto predefinido de comprimentos de ancoragem e profundidades de embebimento, o que pode resultar num sobredimensionamento da fixação.

A HST4 é qualificada de acordo com os novos Documentos de Avaliação Europeus, EAD 330232-01-0601 v02 [2], que abrange a resistência melhorada à rutura por cone de betão, e EAD 330232-01-0601 v03 [3], que abrange a utilização de profundidades de embebimento variáveis para ancoragens mecânicas fixadas em betão. Isto significa que, com o HST4, a profundidade de embebimento pode ser selecionada livremente dentro de determinados intervalos (tal como especificado no documento de Avaliação Técnica Europeia ETA-21/0878 [4]) de acordo com o diâmetro da ancoragem selecionado e os requisitos de carga, como indicado no Quadro 1.

Quadro 1: Intervalos de profundidade embebimento efetivo para HST4

Com uma profundidade de embebimento variável, os engenheiros estruturais podem escolher o comprimento de ancoragem e a profundidade de embebimento ideais para as suas aplicações, obtendo a solução com o melhor custo-benefício, o que ajuda a poupar em material e a reduzir os custos de instalação.

A HST4 pode ser dimensionada com o Hilti PROFIS Engineering. Esta ferramenta é um cloud-based software com integrações à softwares de cálculo estrutural, e que auxilia no cálculo e otimização de ancoragens e chapas de fixação. Com o PROFIS Engineering, a Hilti disponibiliza uma interface de fácil utilização, um ambiente de modelação 3D, um gerador de relatórios de cálculo e um serviço de apoio técnico. O PROFIS Engineering implementa a abordagem de cálculo da EN 1992-4 e abrange todas as caraterísticas e vantagens do HST4, tais como a resistência melhorada à rotura por cone de betão, a profundidade de embebimento variável e a instalação sem limpeza do furo.

HST4: SOLUÇÕES MAIS OTIMIZADAS

A maior resistência à tração da HST4, combinada com a utilização do software PROFIS Engineering, ajuda-o a otimizar as suas soluções, a reduzir o tamanho das suas chapas de fixação, a diminuir os seus custos, a poupar em materiais e a tornar os seus projetos mais sustentáveis. O desempenho superior da HST4 à rotura por cone de betão e a utilização de ancoragens menores torna possível a redução dos espaçamentos entre as fixações, o que, em vários casos, permite também uma redução no tamanho total da chapa.

Como exemplo simples, consideremos a chapa de fixação com 10 mm de espessura apresentada na Figura 2. Esta é uma chapa em aço sujeita a uma carga estática de tração de 50kN. O betão da estrutura tem uma classe de resistência C20/25, 250 mm de espessura e é considerado como fendilhado.

Figura 2: Chapa de fixação tracionada, com solução de ancoragens mecânicas tradicionais

Uma solução “tradicional” de ancoragem mecânica exigiria quatro fixações diâmetro M12, com um comprimento de 125 mm, profundidade de embebimento efetivo de 88 mm e espaçadas de 165 mm, resultando numa chapa de dimensões 200 mm x 200 mm. Aproximar as ancoragens umas das outras, por exemplo, com um espaçamento de 160 mm, exigirá a utilização de fixações mais longas e mais caras.

Como é possível otimizar a solução ao utilizar a HST4?

OPÇÃO 1: Graças à maior resistência ao arranque do betão, com a HST4 é possível reduzir o diâmetro da ancoragem de M12 para M10. Isto já permite uma redução tanto no material como no custo das ancoragens.

Simultaneamente, com um aumento da resistência à rotura por cone de betão e a utilização de uma profundidade de embebimento variável, é possível prever uma redução do embebimento efetivo para 71 mm e consequentemente do comprimento da ancoragem. Esta profundidade de embebimento inferior proporcionará a mesma resistência à rotura por cone de betão que a solução original.

BENEFÍCIOS DA OPÇÃO 1: A utilização de diâmetros de ancoragem menores resulta em diâmetros menores de furo, e a utilização de ancoragens mais curtas resulta numa profundidade de perfuração mais curta, ajudando a reduzir o tempo de instalação e os custos no local de trabalho.

OPÇÃO 2: No entanto, para maximizar verdadeiramente a sua economia, é possível manter o embebimento da ancoragem e reduzir os espaçamentos. O mesmo desempenho pode agora ser alcançado com quatro fixações M10, ao manter a mesma profundidade de embebimento efetivo de 88 mm, mas com espaçamentos de 135 mm. O espaçamento otimizado permite uma redução das dimensões da chapa de fixação para 165mmx165mm.

BENEFÍCIOS DA OPÇÃO 2: A chapa de fixação otimizada é 30% menor, o que se traduz numa redução de 30% no volume de aço utilizado!

Figura 3: Especificações com a HST4-R — melhor custo-benefício com a otimização da chapa de fixação

MAIS TRANQUILIDADE COM A HST4: UNIÃO do PROJETO COM A EXECUÇÃO EM OBRA

A segurança dos edifícios é um dos principais objetivos dos projetistas a nível mundial e na Hilti estamos empenhados em apoiá-los. Estabelecemos parcerias com instituições de ensino e entidades reguladoras para definir e alargar as normas da indústria e elevar as boas práticas através da sensibilização sobre os métodos de cálculo. Além disso, também desenvolvemos métodos de cálculo e softwares para ajudar a projetar visando a segurança.

Associamos a HST4 aos melhores métodos de instalação para ajudar a garantir que o seu projeto é executado corretamente no local de trabalho. Em comparação com a instalação tradicional de outras ancoragens de expansão, a HST4 pode ser instalada em menos passos e com sistemas inovadores. As ancoragens HST4 estão aprovadas para uma instalação sem a limpeza furo, além de poderem ser apertadas com o nosso Módulo de Controlo de Torque (AT) em vez de uma chave dinamométrica tradicional.

Ao especificar os sistemas e soluções de instalação em obra da Hilti, pode tornar as aplicações no local de trabalho mais rápidas, mais simples e mais seguras em comparação com os métodos tradicionais. Pode também sentir-se mais confiante em relação à qualidade de instalação e reduzir a necessidade de redimensionamentos e retificações. A nossa equipa de campo também está disponível para o apoiar com formações no seu escritório ou em obra para ajudar a garantir uma instalação adequada, transformando a sua especificação em realidade.

MAIS SUSTENTÁVEIS COM A HST4

Ao otimizar as suas ligações estruturais com o nosso sistema HST4, tem a capacidade de reduzir a quantidade de aço utilizado e, mais especificamente, tornar os seus projetos mais sustentáveis. Como evidenciado acima, graças ao desempenho superior do produto, pode reduzir consumo de aço ao diminuir as dimensões ancoragem e da chapa de fixação do seu projeto. Qualquer poupança de aço equivale a reduções de CO2 e a projetos mais sustentáveis. A HST4 também é acompanhada pela documentação necessária para apoiar que o seu projeto cumpra as normas ambientais e adquira as certificações de construção sustentável.

CONCLUSÕES

A HST4 é a mais recente inovação da Hilti, com desempenho superior ao das ancoragens mecânicas de expansão convencionais. A HST4 é uma ancoragem de alto desempenho, com um design único que permite uma profundidade de embebimento variável e oferece uma resistência superior à rotura por cone de betão, resultando numa resistência à tração superior a todas as anteriores. Possui uma vasta gama de aprovações para atender aos requisitos da sua aplicação e garantir a conformidade com as normas. Além disso, é compatível com os sistemas de instalação da Hilti, assegurando uma instalação fiável.

A HST4 ajuda a otimizar o cálculo de chapas de fixação, aprimorando as suas especificações de projeto; especificações com mais desempenho, mais otimizadas, mais sustentáveis e que trazem mais tranquilidade.

HST4: a ancoragem mecânica de expansão que permite fazer mais com menos.

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

Também é possível deixar um comentário neste artigo, fazer sua pergunta na comunidade, ou aperfeiçoar os seus conhecimentos e competências através dos nossos Webinars ou sessões técnicas de formação.

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REFERÊNCIAS

[1]  European Committee for Standardization. (2018). EN 1992-4:2018 Eurocode 2: Design of concrete structures - Part 4: Design of fastenings for use in concrete. Bruxelas, Bélgica.

[2]  European Organisation for Technical Assessment. (2023). European Assessment Document (EAD) 330232-01-0601-v02: Improved resistance to concrete cone failure for mechanical fasteners for use in concrete. Bruxelas, Bélgica, a ser publicado.

[3]  European Organisation for Technical Assessment. (2023). European Assessment Document (EAD) 330232-01-0601-v03: Mechanical fasteners with variable embedment depth for use in concrete. Bruxelas, Bélgica, a ser publicado.

[4]  Centre Scientifique et Technique du Bâtiment. (2023). European Technical Assessment ETA-21/0878: Hilti HST4-R. Marne la Vallée, França.