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UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO SEMI-ÁRIDO DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CURSO DE ENGENHARIA CIVIL DOCENTE: GILVAN BEZERRA DOS SANTOS JUNIOR JOÃO GABRIEL FERREIRA DA SILVA LUAN DOUGLAS MENDES COSTA TULIO ATSON DA SILVA PINHEIRO MEMORIAL DESCRITIVO –PROBLEMA NO DIMENSIONAMENTO DE LAJES TRELIÇADAS CARAÚBAS – RN 2023 JOÃO GABRIEL FERREIRA DA SILVA LUAN DOUGLAS MENDES COSTA TULIO ATSON DA SILVA PINHEIRO MEMORIAL DESCRITIVO – MEMORIAL DESCRITIVO –PROBLEMA NO DIMENSIONAMENTO DE LAJES TRELIÇADAS Trabalho apresentado ao curso de Engenharia Civil da Universidade Federal do Semi-Árido, Campus Caraúbas/RN, como requisito para obtenção da nota parcial na disciplina de Concreto Armado II, ministrada pelo professor Gilvan Bezerra dos Santos Júnior. CARAÚBAS/RN 2023 SUMÁRIO 1. INTRODUÇÃO ....................................................................................................... 4 2. NORMAS ................................................................................................................. 4 3. DIMENSIONAMENTO ......................................................................................... 4 3.1 DEFINIÇÃO DO VÃO TEÓRICO ............................................................................ 4 3.2 VERIFICAÇÃO DA LAJE ARMADA EM 2 DIREÇÕES ....................................... 4 3.3 VINCULAÇÃO DAS BORDAS ............................................................................... 5 3.4 AÇÕES NAS LAJES ................................................................................................. 5 a) Estimativa da altura da laje ...................................................................................... 5 b) Cálculo das cargas permanentes .............................................................................. 5 c) Cargas variáveis ....................................................................................................... 7 d) Combinação das ações ............................................................................................. 7 3.5 CÁLCULO DOS ESFORÇOS: .................................................................................. 7 3.6 ÁREA DE AÇO ......................................................................................................... 8 3.7 VERIFICAÇÃO DAS FLECHAS ........................................................................... 10 a) Verificar a fissuração da seção .............................................................................. 10 b) Cálculo da linha neutra no estádio II, cálculo da Inercia no estádio II e da Inercia Equivalente ................................................................................................................. 10 c) Cálculo das flechas Imediatas, Diferidas, Total, Limite, contra flecha e verificação da flecha final ............................................................................................................. 10 3.8 VERIFICAÇÃO DO ESFORÇO CORTANTE ....................................................... 11 4. SOLUÇÃO ADOTADA ........................................................................................ 11 REFERÊNCIAS ........................................................................................................... 12 4 1. INTRODUÇÃO As lajes treliçadas são estruturas formadas por vigotas pré-fabricadas de concreto, que são espaçadas e interligadas por uma treliça metálica. Essa treliça proporciona uma maior capacidade de vencer vãos maiores, resultando em uma laje mais leve e econômica, em comparação com outros tipos de lajes convencionais. Neste documento descritivo, serão apresentados os procedimentos de dimensionamento para a solução do problema da flecha excessiva encontrada na laje treliçada referente a aula do dia 02 de março de 2023. Considerando as classes de agressividade ambiental do tipo CAA-II. Além disso, a classe de concreto utilizada foi a de 25 Mpa e o aço-CA50. 2. NORMAS Foram realizados todos os cálculos seguindo as normas listadas abaixo: • NBR 6118:2014 – Projetos de Estruturas de Concreto – Procedimentos. • NBR 6120:2018 – Ações para cálculos de estruturas de edificações. 3. DIMENSIONAMENTO Os cálculos foram elaborados para a laje determinada em sala, em uma planilha do Excel, o que proporcionou um melhor entendimento do processo de dimensionamento. 3.1 DEFINIÇÃO DO VÃO TEÓRICO Foi observado, para a laje em planta, o seu respectivo valor de lx (menor dimensão) e ly, expresso logo abaixo: Figura 1 – Definição do vão teórico do pavimento superior e a cobertura: Fonte: Autores, 2023 3.2 VERIFICAÇÃO DA LAJE ARMADA EM 2 DIREÇÕES A laje foi classificada de acordo com a Figura 2, logo abaixo (na direção de lx, que é a menor dimensão): Figura 2 – Verificação da laje armada em 2 direções: Fonte: Autores, 2023 lx (cm) 542,5 ly (cm) 592,5 1) Definição do vão Teórico Laje Laje será armada em 1 direção!! 2) Verificação da laje armada em 2 direções 5 3.3 VINCULAÇÃO DAS BORDAS Foi realizada a análise da vinculação das bordas da laje, seguindo a tabela 2.3 b) presente no material do professor Libânio (2007). Estas por sua vez, podem ser observadas logo abaixo na Figura 3: Figura 3 – Vinculação das bordas: Fonte: Autores, 2023 3.4 AÇÕES NAS LAJES a) Estimativa da altura da laje Para calcular as ações nas lajes, inicialmente foi estimada a altura de cada laje, com base na adoção de lajes disponíveis no catálogo Construlev. A figura a seguir apresenta a estimativa da altura da laje. Figura 4 – Estimativa da altura da Lajes: Fonte: Autores, 2023 b) Cálculo das cargas permanentes Durante esta etapa, foram realizados cálculos para determinar o volume de concreto, a área de concreto, a espessura média do concreto (ec) e a espessura média da lajota. Além disso, foram consideradas as cargas permanentes, que incluem o peso próprio da lajota de EPS, da argamassa, do gesso e da impermeabilização. Todas essas cargas foram somadas no final do processo, juntamente com outras variáveis relevantes. Os valores podem ser observados na Figura 5: Laje 3) Vinculação das Bordas 6 h (cm) he (cm) C (cm) Intereixo (cm) Vol. Concreto (cm³) ec (cm) eL (cm) Laje 20 16 4 42 36000 8,571 11,429Bi-Engastada LT 20 (16+4) 4) Ações nas Lajes 4-1) Estimativa da altura da Laje LT - com EPS (Poliestireno Expandido) Tipo 6 Figura 5 – Cálculo das cargas permanentes: Fonte: Autores, 2023 P.E.A concreto (kN/m³)P.E.A EPS (kN/m³) P.P. Concreto (KN/m²)P.P. Lajota (EPS) (KN/m²)P.P. Piso (KN/m²) P.P. Fôrro (KN/m²) P.P. Sprinkleers (KN/m²) P.P. Divisória (KN/m²) ∑Fg (KN/m²) Laje 25 0,3 2,14 0,03 1,0 0,15 0,1 0,23 3,657 4) Ações nas Lajes 4-2) Cálculo das cargas Permanentes Pavimento Superior 7 c) Cargas variáveis Para as cargas variáveis, o valor de Fq = 2 kN/m² foi estabelecido para a laje, devido ser o local ser uma biblioteca (setor administrativo). Figura 6 – Cargas variáveis: Fonte: Autores, 2023 d) Combinação das ações Foram realizadas combinações para os Estados Limites Últimos (ELU), Estado Limite de Serviço para Deformações Excessivas (ELS-DEF) e Estado Limite de Serviço para Formação de Fissuras (ELS-F). Os valores obtidos podem ser observados na Figura 7. Figura 7 – Combinações de ações: Fonte: Autores, 2023 3.5 CÁLCULO DOS ESFORÇOS: Os cálculos dos esforços, incluindo momentos fletores e esforços cortantes, foram realizados e inseridos na planilha de Excel. É possível observar esses cálculos nas Figuras 8 e 9 abaixo: Figura 8 – Momento Fletor: Fonte: Autores, 2023 Figura 9 – Esforço Cortante: Fonte: Autores, 2023 local carga (KN/m²)∑Fq (KN/m²) Laje Biblioteca - ADM 2,0 2,00 4) Ações nas Lajes 4-3) Cálculo das cargas Variáveis const. const. Fg (KN/m²) Fq (KN/m²) ELU (KN/m²) ELS-DEF (KN/m²) ELS-F (KN/m²) Laje 1,4 0,3 3,657 2,00 7,92 4,257 5,657 4) Ações nas Lajes 4-3) Combinações de Ações P (KN/m²) L (m) Vx-nerv (KN/nerv) Vx'-nerv (KN/nerv) Laje 7,920 5,43 6,767 11,279 5) Cálculo dos Esforços 5-2) Esforço Cortante P (KN/m²) L (m) Mx-nerv (KN.m/nerv) Mx'-nerv (KN.m/nerv) P (KN/m²) Mx-nerv (KN.m/nerv) Mx'-nerv (KN.m/nerv) Laje 7,920 5,43 6,885 12,237 5,657 4,918 8,741 5) Cálculo dos Esforços 5-1) Momento Fletor ELU ELS 8 3.6 ÁREA DE AÇO Após o cálculo dos momentos fletores e esforços cortantes, foram determinados os valores de x/d e Ks por meio da equação de Kc e da tabela 1.1 das tabelas gerais. Em seguida, foi verificado se x/d era menor ou igual a 0,45 e se x era menor ou igual ao valor da capa de concreto. Caso essas condições fossem atendidas, foi analisado se a linha neutra passava ou não pela mesa. Com base nessa análise, foram calculadas as áreas de aço positiva e negativa e, a partir desses valores, foram selecionadas as barras de aço adequadas. Os valores podem ser verificados nas figuras abaixo: 9 Figura 10 – Área de Aço Positiva: Fonte: Autores, 2023 Figura 11 – Área de Aço Negativa: Fonte: Autores, 2023 Modelo b (cm) d (cm) Md (KN.cm/nerv) Kc X/d Verificação (<0,45) X (cm) Ks Asx-nerv (cm²/nerv) Bitola - Φ Treliça - Φ Complementar - Φ (mesa) As-Total (cm²) Laje TB 12R 42 17 688,453 17,63 0,06 Ok. 1,02 0,024 0,972 4Φ6.0mm 2Φ6.0mm 2Φ6.0mm 1,13 6) Área de Aço 6-1) Área de Aço Positiva Pavimento Superior Modelo b-treliça(cm) d (cm) Md (KN.cm/nerv) Kc X/d Verificação (<0,45) X (cm) Ks Asx'-nerv (cm²/nerv) Bitola - Φ As-Total (cm²) Laje TB 12R 12 17 1223,725 2,83 0,34 Ok. 5,78 0,027 1,944 4Φ8.0mm 2,01 6-1) Área de Aço Negativa 6) Área de Aço 10 3.7 VERIFICAÇÃO DAS FLECHAS a) Verificar a fissuração da seção Para verificar as flechas, foi necessário avaliar a fissuração da seção por meio da equação do Mr: 𝑀𝑟 = 𝛼∗𝑓𝑐𝑡∗𝐼 𝑌𝑡 Equação 1 Onde, para seção adotada, α=1,2, fct (para concreto de 40 MPa) = 2,56* 10³, I= ((b*h³) /12) e Y/t=h/2. Caso os momentos encontrados no ELS-F derem maiores que que o Mr, a seção fissura. A partir dos cálculos verificou-se que a seção fissurou: Figura 12 – Verificação da fissuração das seções Fonte: Autores, 2023 b) Cálculo da linha neutra no estádio II, cálculo da Inercia no estádio II e da Inercia Equivalente O Cálculo da linha neutra se deu pelo estádio II, sendo obtido os valores abaixo: Figura 13 – Cálculo da linha neutra no estádio II, cálculo da Inercia no estádio II e da Inercia Equivalente: Fonte: Autores, 2023 c) Cálculo das flechas Imediatas, Diferidas, Total, Limite, contra flecha e verificação da flecha final Por meio das equações abaixo, foram calculados todos os fatores deste tópico: 𝑎𝑖 = 1 185 ∗ 𝑃𝑙4 𝐸𝐼 Equação 2 ∝ 𝑓 = ∆𝜀 = 1,16 Equação 3 α fct-CA25 (MPa) b (cm) h (cm) I (cm4) I (m4) Y/t MR (KN.m/nerv) Mx'-nerv (KN.m/nerv) Verificação Laje 1,2 2,56 12 20 8000 8,000E-05 10 2,462 8,741 Seção Fissurou 7) Verificação das Flechas 7-1) Verificar a Fissuração da Seção Es (GPa) Ecs (GPa) αe b (cm) d (cm) As (cm²) a b c Δ x (cm) Iii (cm4) Iii (m4) MR (KN.m/nerv) MA (KN.m/nerv) I (m4) Ieq (m4) Laje 210 24 8,75 12 17 1,944 1 2,834 -48,184 200,770 5,667 2912,20 2,912E-05 2,462 8,741 8,000E-05 3,026E-05 7) Verificação das Flechas 7-2) Cálculo da linha neutra no estádio II 7-3) Cálculo da Inercia no estádio II 7-4) Cálculo da Inercia Equivalente 11 𝑎𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 𝑎𝑖(1+∝ 𝑓) Equação 4 Com a utilização das equações acima, foi calculada a flecha limite e verificado se os valores estavam dentro do limite adequado. Após o cálculo da flecha limite, verificou- se que a verificação estava OK na Laje. Os valores podem ser observados na planilha elaborada. 3.8 VERIFICAÇÃO DO ESFORÇO CORTANTE A verificação do esforço cortante se deu por meio da equação: 𝑉𝑟𝑑1 = (𝑇𝑟𝑑 ∗ 𝑘(1,2 + 40 ∗ 𝜌1) + 0,15 ∗ 𝜎𝑐𝑝) ∗ 𝑏𝑤 ∗ 𝑑 Equação 5 Onde, Trd (para 40Mpa) = 0,47MPa, k =1,51 e 𝜌1 = (As1/b*d). Logo após, foi verificado que os valores dos esforços cortantes (Vsd) deram menores que Vrd1. Assim, como os valores de Vsd<Vrd1, então está ok. Figura14 – Verificação do Esforço Cortante Fonte: Autores, 2023 4. SOLUÇÃO ADOTADA A solução adotada para o problema da flecha excessiva da laje treliçada apresentado na aula do dia 02 de março de 2023 foi a implementação do bloco EPS do tipo LT 20, resultando em uma área de aço negativa compatível com a verificação do x/d na fórmula. Visto que, a utilização do LT 16 e LT 14 apresentavam x/d maior que 0,45 e, portanto, não estavam adequados à verificação. τrd-C25 (MPa) d (cm) K (m) b (cm) As1 (cm²) ρ1 VRd1 (KN/nerv) Vd (KN/nerv) Verificação Laje 0,34 17 1,43 12 1,944 0,0095 15,774 11,279 Ok. 8) Verificação do Esforço Cortante 12 REFERÊNCIAS ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 6118:2014 -Projeto de estruturas de concreto - Procedimento. Rio de Janeiro: Associação Brasileira de Normas Técnicas, 2014. 200 p. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 6120:2018 - Ações para cálculo de estruturas de edificações. Rio de Janeiro: ABNT, 2018. 129 p. LIBÂNIO, Manoel Henrique Campos Botelho. Concreto Armado: Eu Te Amo. São Paulo: Pini, 2007.
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