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76 4. INTRODUÇÃO AO PROJETO ESTRUTURAL Segundo a NBR 6118 (2014), que se refere ao concreto estrutural (concreto simples, concreto armado e concreto protendido), “o produto final do projeto estrutural é constituído por desenhos, especificações e critérios de projeto. As especificações e os critérios de projeto podem constar nos próprios desenhos ou constituir documento separado. A memória de cálculo é o documento fundamental para o controle da qualidade. Esses documentos devem conter informações claras, corretas, consistentes entre si e com as exigências estabelecidas nesta Norma. O projeto estrutural deve proporcionar as informações necessárias para a execução da estrutura. Com o objetivo de garantir a qualidade da execução de uma obra, com base em um determinado projeto, medidas preventivas devem ser tomadas desde o início dos trabalhos. Essas medidas devem englobar a discussão e aprovação das decisões tomadas, a distribuição dessas e outras informações pelos elementos pertinentes da equipe multidisciplinar e a programação coerente das atividades, respeitando as regras lógicas de precedência”. O projeto estrutural deve atender e garantir à estrutura as exigências mínimas de qualidade, no que se refere a: • Capacidade resistente (segurança). Ex.: Mint Mext; • Desempenho em serviço (utilização). Ex.: f flim (/200; /350; /500, etc.); • Durabilidade (vida útil). Ex.: cobrimentos e resistências à compressão mínimos. As Tabelas V, VI e VII, que se encontram no Anexo A, apresentam as recomendações da NBR 6118 (2014) e a Tabela VIII (Anexo A) apresenta recomendações da NBR 12655 (2015). 4.1. ELEMENTOS ESTRUTURAIS O primeiro passo na elaboração de um projeto estrutural de qualidade é o conhecimento dos elementos estruturais que fazem parte das estruturas. Segundo MacGregor (1988), uma estrutura de concreto armado consiste de uma série de “elementos” individuais que interagem para resistir às cargas impostas à estrutura. Esses elementos, na maioria das vezes, por simplificação, são considerados separadamente no cálculo, mas a interação entre eles deve ser verificada através de uma análise global da estrutura. Os principais elementos utilizados nas estruturas de concreto armado podem ser divididos em três tipos: • Elementos lineares (1D): vigas e pilares (elementos de barra); • Elementos laminares ou de superfície (2D): lajes (elementos de placa), vigas-parede (elementos de chapa) e cascas; • Elementos de bloco ou volumétricos (3D): blocos de fundação, sapatas flexíveis e consolos. As Figuras 4.1 a 4.3 apresentam alguns exemplos desses elementos estruturais em concreto armado. 77 Figura 4.1 – Alguns elementos estruturais em concreto armado (MACGREGOR, 1988). Figura 4.2 – Outros elementos estruturais em concreto armado (MACGREGOR, 1988). Os elementos estruturais podem ser avaliados separadamente ou em conjunto, através de discretização real e/ ou virtual. De maneira geral, e simplificada, pode-se dizer que na estrutura de sustentação de uma edificação, o caminho que as cargas seguem é o seguinte: Laje Viga Pilar Fundação Solo 78 Figura 4.3 – Foto de estrutura com sistema convencional: laje, viga e pilar. Na sequência apresentada tem-se a presença dos três tipos de elementos estruturais (1D, 2D e 3D) citados anteriormente. A discretização acima, como já comentado, pode ser virtual ou real. Para a primeira, dimensionam-se os elementos separadamente, apesar de serem construídos de forma monolítica. Por exemplo, dimensionam-se as lajes e as vigas individualmente, mas a concretagem é feita de uma só vez, sem interrupções. A discretização real ocorre quando se trabalha, por exemplo, com peças pré-moldadas, que não só são calculadas separadamente, mas também, construídas uma a uma, e depois montadas na estruturas. A Figura 4.4 apresenta um esquema do caminho que as cargas percorrem numa edificação. Figura 4.4 – Esquema da ordem de sustentação de uma edificação. 4.2. SEQÜÊNCIA DE UM PROJETO ESTRUTURAL Para se obter um bom projeto estrutural, deve-se seguir as seguintes etapas: a) Estudo do projeto arquitetônico (formas e utilização); b) Verificação e compatibilização das cotas e dimensões; c) Lançamento da fôrma; d) Compatibilização com os projetos de instalações; e) Carregamento da estrutura; 79 f) Cálculo dos esforços; g) Dimensionamento dos elementos e/ ou da estrutura; h) Detalhamento. As atividades entre os itens c) e g) representam um processo iterativo, onde se busca a otimização da estrutura, garantindo segurança e funcionalidade. Um dos grandes problemas dos projetistas é que a ordem de cálculo de uma estrutura é inversa à da sua construção, ou seja, ela é calculada de cima para baixo, e é construída de baixo para cima. Por isso, muitas vezes as fundações e pilares apresentam desperdício de material, pois são determinados a partir de um pré-dimensionamento que deve ser sempre a favor da segurança. Uma construção bem planejada é meio caminho andado para o sucesso do empreendimento. Conforme BOTELHO (2010), dimensionar uma estrutura de concreto armado é basicamente determinar a seção de concreto (formas) e de aço (armadura) tal que: • a estrutura não entre em colapso (estado-limite último); • seja econômica; • suas eventuais fissuras não sejam objetáveis (estado-limite de serviço); • suas flechas não sejam objetáveis (estado-limite de serviço); • apresente boa proteção à armadura, impedindo sua corrosão, que poderia, a longo prazo, levar à ruína a peça (cobrimento); • se a estrutura for deficiente, seja por causa própria, seja por excesso de carga, ela dê sinais visíveis aos usuários, antes de se alcançar sua ruína (condição de aviso); • seja durável. 4.3. ELEMENTOS QUE INTERFEREM NO PROJETO ESTRUTURAL Para que uma edificação seja construída com sucesso, são necessários, pelo menos, a análise e integração dos projetos apresentados a seguir. 4.3.1. Projeto Arquitetônico • Planta de Localização (Figura 4.5 – Largo do Paraíso, Porto Alegre); • Planta de Situação (Figura 4.6 – Museu de Arte Contemporânea de Niterói); • Plantas Baixas (Figura 4.7 – Museu de Arte Contemporânea de Niterói); • Cortes (Figura 4.8 – Museu de Arte Contemporânea de Niterói); • Fachadas (Figura 4.9 – Museu de Arte Contemporânea de Niterói); • Detalhes Arquitetônicos (Figura 4.10 – Museu de Arte Contemporânea de Niterói). 4.3.2. Projeto Estrutural • Locação e Carga dos Pilares (Figura 4.11); • Fundações: - Blocos de estaca; 80 - Sapatas (Figura 4.12); - Vigas baldrames (Figura 4.13), etc.; • Plantas de Fôrma (Figura 4.13); • Cortes Estruturais; • Plantas de Armaduras: - Pilares (Figura 4.12); - Lajes (Figura 4.14); - Vigas (Figura 4.15); - Reservatórios; - Escadas (Figura 4.12), etc. • Detalhes Estruturais. 4.3.3. Projeto de Fôrmas (escoramento) (Figura 4.16) 4.3.4. Projetos de Instalações • Hidráulicas (água e esgoto) (Figura 4.17); • Elétricas (Figura 4.18); • Telefônicas; • Ar condicionado (Figura 4.19); • Incêndio; • Especiais (hospitais, fábricas, bancos, etc.). 4.3.5. Projeto de Revestimento de Fachada (Figura 4.20) 4.3.6. Projeto de Impermeabilização 4.3.7. Projeto de Paginação de Alvenaria (Figura 4.21) 81 Figura 4.5 – Exemplo de planta de localização. Figura 4.6 – Exemplo de planta de situação. 82 Figura 4.7a – Exemplos de planta baixa de arquitetura. 83 Figura 4.7b – Exemplo de planta baixa de arquitetura. 84 Figura 4.8 – Exemplo de planta de cortes arquitetônicos. 85 Figura 4.9 – Exemplo de planta de fachada. Figura 4.10 – Exemplo de planta de detalhes arquitetônicos. 86 Figura 4.11a – Exemplo de planta de locação de pilares, cortinas e paredes de rampa (1a parte). 87 Figura 4.11b – Exemplo de planta de locação de pilares, cortinas e paredesde rampa (2a parte). 88 Figura 4.12 – Exemplo de planta de fundações e pilares - detalhamento. 89 Figura 4.13 – Exemplo de planta de forma de baldrames e lajes. 90 Figura 4.14 – Exemplo de planta de armadura de lajes. 91 Figura 4.15 – Exemplo de planta de armaduras de vigas. 92 Figura 4.16 – Exemplo de instalações hidráulicas. Figura 4.17 – Exemplo de instalações elétricas. Figura 4.18 – Exemplo de instalação de ar condicionado. 93 Figura 4.19 – Detalhe de junta de fachada. Figura 4.20 – Exemplo de levante de alvenaria. 4.4. INFORMAÇÕES DO PROJETO ESTRUTURAL As informações que devem constar em um projeto estrutural são: • Memória de cálculo; • Desenhos (plantas): - Legendas; - Escalas, cotas e dimensões; - Quadros de armadura, etc. • Especificações: - Cobrimentos; - Aço; - Concreto; - Cargas; - Fator A/C; - Módulo de Elasticidade, etc. 94 4.5. PRESCRIÇÕES NORMATIVAS As prescrições normativas, de maneira geral, estabelecem as condições mínimas exigíveis para garantir segurança e “construtibilidade” às estruturas. O CEB-FIP MC 90 (1993), por exemplo, é um documento que, segundo ele próprio, sintetiza o progresso técnico e científico desde sua publicação anterior (cerca de uma década) no que diz respeito à segurança, a análise e o projeto de estruturas de concreto. Ele foi desenvolvido para servir como base de cálculo para as edificações e obras que utilizam concreto de peso normal. Ainda segundo o CEB-FIP MC 90 (1993), os critérios de aquiescência com os requisitos mínimos compreendem duas categorias de medidas: • Procedimentos de cálculo apropriados, incluindo medidas que facilitem a inspeção e a manutenção de elementos vitais da estrutura, durante toda a sua vida útil; • Medidas que garantam a qualidade, para prevenir ou eliminar erros humanos. No Brasil, para as estruturas de concreto, pode-se citar, entre outras, as seguintes normas técnicas: • Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT) - NBR 6118 (2014) – Projeto de estruturas de concreto – Procedimento. Rio de Janeiro, Março/ 2014; • ABNT - NBR 6120 (1980) – Cargas para o cálculo de estruturas de edificações – Procedimento. Rio de Janeiro, Novembro/ 1980; • ABNT - NBR 6123 (1988) – Forças devidas ao vento em edificações – Procedimento. Rio de Janeiro, 1988; • ABNT - NBR 8681 (2004) – Ações e segurança nas estruturas – Procedimento. Rio de Janeiro, Março/ 2004; • ABNT - NBR 14931 (2004) – Execução de estruturas de concreto – Procedimento. Rio de Janeiro, Março/ 2004. Além dessas, outras normas também contêm disposições que constituem prescrições relacionadas aos projetos em concreto. Entre elas, pode-se citar: • ABNT - NBR 5738 (1994) – Moldagem e cura de corpos-de-prova cilíndricos ou prismáticos de concreto – Procedimento; • ABNT - NBR 5739 (1994) – Concreto – Ensaio de compressão de corpos-de- prova cilíndricos – Método de ensaio; • ABNT - NBR 7187 (2004) – Projeto de pontes de concreto armado e de concreto protendido – Procedimento; • ABNT - NBR 7222 (1994) – Argamassa e concreto – Determinação da resistência à tração por compressão diametral de corpos-de-prova cilíndricos – Método de ensaio; 95 • ABNT - NBR 7480 (2007) – Barras e fios de aço destinados a armaduras para concreto armado – Especificação; • ABNT - NBR 7481 (2007) – Tela de aço soldada – Armadura para concreto – Especificação; • ABNT - NBR 8522 (1984) – Concreto – Determinação do módulo de deformação estática e diagrama tensão-deformação – Método de ensaio; • ABNT - NBR 8953 (1992) – Concreto para fins estruturais – Classificação por grupos de resistência – Classificação; • ABNT - NBR 9062 (2001) – Projeto e execução de estruturas de concreto pré- moldado – Procedimento; • ABNT - NBR 10839 (1989) – Execução de obras de arte especiais em concreto armado e concreto protendido – Procedimento; • ABNT - NBR 12142 (1991) – Concreto – Determinação da resistência à tração na flexão em corpos-de-prova prismáticos – Método de ensaio; • ABNT - NBR 12654 (1992) – Controle tecnológico de materiais componentes do concreto – Procedimento; • ABNT - NBR 12655 (2015) – Concreto – Preparo, controle e recebimento; • ABNT - NBR 15575 (2013) – Edificações habitacionais - Desempenho. Entre as prescrições internacionais, as mais consultadas no Brasil são: • ACI – American Concrete Institute. ACI-318 R-02 – Building code requirements for reinforced concrete and commentary. Detroit, 2002; • CEB-FIP – Comité Euro-International du Béton. CEB-FIP Model Code 1990. Bulletin d’Information, no 203-205, 1993; • DIN – Deutsches Institut für Normung; • EC – European Standards. Eurocode 2: Design of concrete structures – Part 1: General rules and rules for buildings. December, 1999; • FIB – Fédération Internationale du Béton. Structural concrete: textbook on behaviour, design and performance. Vols. I e II. Sprint-Druck, Suíça, 1999. Vale notar que o Código Modelo CEB-FIP MC 90 (1993) e a FIB (1999), que é um complemento do CEB-FIP MC 90 (1993), são consideradas “normas mães”, ou seja, elas podem ou não ter valor normativo em alguns países, mas, seu maior objetivo é servir de referências para as normas e códigos de diversos países, dentro e fora da Europa, entre eles o Brasil. Segundo a NBR 14931 (2004), no que se refere às informações e documentos constantes no projeto, tem-se que: 96 “5.2.1 Documentação do Projeto ... As especificações de projeto devem considerar e fazer referência a normas nacionais e requisitos específicos do local da obra, com respeito a todos os aspectos inerentes à construção, como: instalações contra incêndios, impermeabilizações (ABNT NBR 12190), ações sobre a estrutura (como o vento, ABNT NBR 6123), segurança, condição ambiental, e outros. Antes do início da execução de qualquer parte da estrutura de concreto, as especificações de projeto relativas a essa parte devem estar completas e disponíveis”. Atualmente, o meio técnico e o mercado têm discutido bastante sobre a implementação da NBR 15575 (2013), que é uma norma de desempenho, que, segunda consta no seu próprio corpo, é um “Conjunto de requisitos e critérios estabelecidos para um edifício habitacional e seus sistemas, com base em exigências do usuário, independentemente da sua forma ou dos materiais constituintes”. Um dos temas abordados nessa norma é a necessidade de se fazer inovações tecnológicas no setor da construção civil, visando mais qualidade e mais produtividade. A NBR 15575 define inovação tecnológica como: “Aperfeiçoamento tecnológico, resultado de atividades de pesquisa, aplicado ao processo de produção do edifício objetivando a melhoria de desempenho, qualidade e custo do edifício ou de um sistema”. Para se realizar um bom projeto estrutural em concreto, deve-se consultar, no mínimo, as seguintes normas: • NBR 6118 (2014) • NBR 6120 (1980) • NBR 6123:1988 (1990) • NBR 7480 (2007) • NBR 8681 (2004) • NBR 14931 (2004) • NBR 15575 (2013) 4.6. APRESENTAÇÃO DO PROJETO DO CURSO O projeto arquitetônico apresentado nas plantas das Figuras 4.21 a 4.26 será usado para os exemplos de carregamento, dimensionamento e detalhamento dos elementos estruturais de interesse no decorrer deste curso. 97 Figura 4.21 – Planta baixa do pavimento térreo. 98 Figura 4.22 – Planta baixa do pavimento tipo. 99 Figura 4.23 – Planta baixa da cobertura. 100 Figura 4.24 – Detalhes da casa de máquina e reservatório elevado. 101 Figura 4.25 – Corte longitudinal 1-1. 102 Figura 4.26 – Corte transversal 2-2. 103 4.7. PRÉ-DIMENSIONAMENTO DAS ESTRUTURAS Como já citado no capítulo anterior, no projeto das estruturas, de maneira geral, são seguidas as seguintes etapas: 1. Estudo do projeto arquitetônico (formas e utilização) 2. Verificação e compatibilização dascotas e dimensões 3. Lançamento das fôrmas (prática e bom senso) 4. Compatibilização com os projetos de instalações 5. Carregamento da estrutura 6. Cálculo dos esforços 7. Dimensionamento dos elementos e/ ou da estrutura 8. Detalhamento dos elementos e/ ou da estrutura Este item trata do 3. Lançamento da fôrma, não só no que diz respeito ao posicionamento dos elementos estruturais (pilares, vigas e lajes), como também da definição de suas dimensões iniciais, que se intitula pré-dimensionamento das estruturas. O sistema estrutural que será estudado no curso de ENG004-Estruturas de Concreto Armado é o sistema estrutural convencional em concreto armado, que é aquele que possui lajes que se apoiam em vigas, que por sua vez se apoiam nos pilares. Para o lançamento da posição dos elementos que compõem esse tipo de sistema estrutural são apresentadas a seguir algumas sugestões de critérios para basear as escolhas. 1. Pilares: • Quinas externas da edificação; • Cruzamento de paredes (principais); • Distância entre eixos de 4,00 a 6,00m; • Pavimento Tipo x Cobertura/Reservatório; • Pavimento Tipo x Garagem; • Pavimento Tipo x Play-Ground; • Elementos de contraventamento. 2. Vigas: • Vãos de 4,00 a 6,00m; • Sob as paredes principais; 104 • Apoiadas sobre os pilares; • Compatibilização com o Projeto Arquitetônico; • Formação dos pórticos de contraventamento. 3. Lajes: • Vãos de 4,00 a 6,00m; • Definidas pelas posições das vigas. Nos projetos, as estruturas são carregadas de cima para baixo, na ordem apresentada a seguir. Laje Viga Pilar Fundação Solo Porém, elas são construídas de baixo para cima, na ordem apresentada a seguir. Fundação Pilar Viga Laje Para “dimensionar-se” uma estrutura, é necessário ter as suas dimensões, pois o peso próprio, por exemplo, faz parte das cargas permanentes aplicadas nela. Portanto, é necessário, ter uma idéia das dimensões das peças, ou seja, sua ordem de grandeza, para que se possa começar a dimensionar as estruturas. Essas seções iniciais, ou preliminares, são chamadas de seções de pré-dimensionamento. As seções de pré-dimensionamento, podem, ou não, se transformarem nas seções definitivas das estruturas. Para o sistema convencional em concreto armado, vai-se pré-dimensionar os elementos de pilar, viga e laje, na ordem indicada abaixo, uma vez que as dimensões da laje dependem das dimensões das vigas e as das vigas dependem das dimensões dos pilares. 1. Pilar; 2. Viga; 3. Laje. 4.7.1. Pilares Para o pré-dimensionamento de pilares, um dos procedimentos mais comuns é o Método das Áreas de Influência. Como o próprio nome já diz, o método consiste em dividir o pavimento em áreas que serão apoiadas pelos pilares. Esse método tem a intenção de, apenas, dar uma idéia da carga nos pilares, ou da sua ordem de grandeza, para que possa ser feita uma estimativa das suas dimensões e das cargas nas fundações. O dimensionamento final dos pilares deve ser feito de acordo com os carregamentos reais calculados, levando-se em conta, também, as considerações da estabilidade global da estrutura. Para a estrutura da Figura 4.27, pode-se dizer que cada pilar recebe a carga equivalente a ¼ da área total do pavimento. Ou seja, as áreas de influência para os pilares são determinadas a partir das linhas médias entre eles, nas duas direções. 105 Figura 4.27 – Distribuição das áreas de influência dos pilares. Esse método é bastante eficaz e simples quando se têm estruturas com distribuição uniforme de pilares. Uma vez determinadas as áreas, essas são multiplicadas pelas cargas médias de pré- dimensionamento, fornecendo, então, as cargas nos pilares. Para as edificações usuais, costuma-se utilizar as seguintes cargas médias: • Carga média do pavimento tipo (PT) Ppt = 10 a 12kN/m2 • Carga média da cobertura (cob.) Pcob = 0,75 * Ppt • Carga média de garagem (gar.) Pgar = 1,50 * Ppt Para o exemplo da Figura 4.27, tem-se: Nk,P1 = Nk,P2 = Nk,P3 = Nk,P4 = (/2 * /2) * Ppt Admitindo = 4m e Ppt=10kN/m2, tem-se: Nk = 2 * 2 * 10 = 40kN Cada pilar terá uma carga de, aproximadamente, Nk = 40kN, por pavimento. Se a estrutura tiver 5 pavimentos-tipo, 1 pavimento de cobertura (último teto) e 1 pavimento de garagem, a carga total na fundação seria de: De posse da carga no pilar (Nk) e da resistência do concreto à compressão (c), pode-se fazer o pré-dimensionamento da seção de concreto do pilar. A área de concreto do pilar será de: c k pilar N A = Admitindo uma taxa de armadura () no pilar da ordem de 3%, tem-se que: kN290)]40*5,1(*1[)]40*75,0(*1[)40*5(NN fundação,ktotal,k =++== 106 = ckc f Em que: = 1,4 para pilares solicitados praticamente à compressão simples; 1,5 para pilares submetidos à flexo-compressão normal; 1,6 para pilares submetidos à flexo-compressão oblíqua. Para o exemplo da Figura 4.27, admitindo-se fck=30MPa e =1,5, tem-se que: 22 34321 1450145,0 5,1 10.30 290 cmmAAAA PPPP == ==== Para um pilar quadrado: = (145)1/2 = 12,04cm = 13cm de lado. Porém, a NBR 6118 (2014) estabelece dimensões mínimas para os pilares de 19cm de lado, portanto, adotar-se-ão pilares de 20/ 20cm. Em casos especiais, a NBR 6118 (2014) permite a consideração de dimensões entre 19 e 14 cm, desde que se multipliquem os esforços solicitantes de cálculo a serem considerados no dimensionamento por um coeficiente adicional γn, de acordo com o indicado na tabela abaixo. Em qualquer caso, não se permite pilar com seção transversal de área inferior a 360m2 Tabela 4.0 – Valores do coeficiente adicional γn para pilares e pilares-parede. b (cm) ≥ 19 18 17 16 15 14 γn 1,00 1,05 1,10 1,15 1,20 1,25 onde γn = 1,95-0,05b; b é a menor dimensão da seção transversal, expressa em centímetros (cm). Nota: O coeficiente γn deve majorar os esforços solicitantes finais de cálculo quando de seu dimensionamento Para a 2a opção de fôrma do projeto em estudo (Figura 4.30), adotando-se um fck=25MPa, =15 (simplificadamente, considerar-se-ão todos os pilares submetidos à flexo-compressão normal), Ppt=12kN/m 2 e dimensões mínimas para os pilares de 20cm de lado, tem-se: MPa7,16 5,1 25 MPa25f cck === A Figura 4.28 apresenta o esquema das áreas de influência para o pavimento tipo. A Tabela 4.1 apresenta os cálculos para os pilares. 107 Tabela 4.1 – Cálculo da seção dos pilares para a 2a opção de forma. Pilar Npt (kN) Ncob (kN) Ntotal = 9*Npt + Ncob (kN) Anecess (cm2) Seção (cm) P01=P04=P20=P23 76,08 57,06 741,78 445,07 20 x 25 P02=P03=P21=P22 76,08 57,06 741,78 445,07 20 x 25 P05=P08=P16=P19 137,76 103,32 1343,16 805,90 20 x 45 P06=P07=P17=P18 218,28 163,71 2128,23 1276,94 20 x 65 P09=P13 81,12 60,84 790,92 474,55 20 x 25 P10=P14 167,88 125,91 1636,83 982,10 20 x 50 P11=P15 41,04 30,78 400,14 240,08 20 x 20 P12 177,48 133,11 1730,43 ----- ----- As Figuras 4.29 e 4.30 apresentam duas opções de fôrma para o pavimento tipo em estudo. Figura 4.28 – Áreas de influência dos pilares do projeto em estudo. 108 4.7.2. Vigas Da mesma forma que para os pilares, pode-se fazer um pré-dimensionamento para as vigas a fim de obterem-se seções iniciais de cálculo. Para vigas de seção retangular ou T, e com vãos até 6m, tem-se que: )(30 . )2014,6118(12 )(3 práticadavalorcm l h NBRcmb CAAdadepende eantigamentcme b x w parede w − = Em que: x = vão téorico ou balanço; 2,4 para vão em balanço; = 1,0 para vão biapoiado; 0,8 para vão mono-engastado; 0,7 para vão bi-engastado. 8 para, nos casos correntes, não precisar mudar a altura nos cálculos; = 10 pode dispensar o redimensionamento devido às flechas; 12 necessita a verificação da flecha; sugere-se o cálculo conjunto com a laje. Segundo BOTELHO (2011), para o pré-dimensionamentode vigas, sugere-se adotar alturas da ordem de: • vigas biapoiadas: h = 1/10 do vão (chamada regra dos arquitetos) • vigas contínuas: h = 1/12 do vão • vigas em balanço: h = 1/5 do vão A Tabela 4.2 apresenta os cálculos das vigas para a 2a opção de fôrma (Figura 4.30) do projeto em estudo. 109 Tabela 4.2 – Pré-dimensionamento das vigas da 2a opção de fôrma. Viga Vão x (cm) Condições de apoio Altura (cm) Calc. Adot. V101=V102=V110=V111 Único 419,0 Biapoiada 1,00 12 34,92 35 V103=V109 Único 276,0 Biapoiada 1,00 12 23,00 30 V104=V108 1o 454,5 Mono-engastada 0,80 12 30,30 35 V105=V107 3o 377,0 Mono-engastada 0,80 12 25,13 30 V106 Único 180,0 Biapoiada 1,00 12 15,00 30 V112=V114=V123=V124 1o 539,5 Mono-engastada 0,80 12 35,97 40 V113=V115 Único 374,0 Biapoiada 1,00 12 31,17 35 V116=V117=V121=V122 Único 552,0 Biapoiada 1,00 12 46,00 50 V118=V119 Único 460,0 Biapoiada 1,00 12 38,33 40 V120 Único 336,0 Biapoiada 1,00 12 28,00 30 4.7.3. Lajes Existem vários métodos para a determinação da altura (h) inicial das lajes, como o método para o pré-dimensionamento que será adotado aqui Capítulo 4. Independentemente de como será feita a determinação da altura, ela deve obedecer aos limites mínimos exigidos pela NBR 6118 (2014), que para as lajes maciças são: 7cm para cobertura não em balanço; 8cm para lajes de piso não em balanço; 10cm para lajes em balanço; hmín 10cm para lajes que suportem veículos de peso total menor ou igual a 30kN; 12cm para lajes que suportem veículos de peso total maior que 30kN; 15cm para lajes com protensão apoiadas em vigas, com o mínimo de ℓ/42 para lajes de piso biapoiadas e ℓ/50 para lajes de piso contínuas; 16cm para lajes lisas e 14cm para lajes-cogumelo, fora do capitel. A Figura 4.31 apresenta um esquema dos elementos que compõem a altura da laje. Figura 4.31 – Detalhe da altura da laje. d' =cob.+( /2) d =h-d' h cob. d' d 1 1 d'2 d 2 1 cam.a a2 cam. 1 cam.a1 1 1 d' =cob.+( + /2) d =h-d'2 1 cam.a 22a2 cam. 110 A NBR 6118 (2014) estabelece os cobrimentos mínimos para as lajes, que dependem das condições de agressividade ambiental onde elas estão instaladas. As Tabelas V, VI e VII, no Anexo A, apresentam as classificações ambientais e cobrimentos mínimos, respectivamente, fornecidos pela Norma. Além do método que adotaremos no curso e que das condições de engastamento e da dimensão de vãos da laje, existem outros que estão listados a seguir. a) Método da NBR 6118 (1978) Quando não se quer verificar as flechas das lajes, pode-se adotar a seguinte expressão: 32 . L d onde: L = é o menor vão; 2 = valor tabelado que depende das condições de contorno e do vão (Tabela X do Anexo A); 3 = valor tabelado que depende do aço (Tabela XI do Anexo A). EXERCÍCIO 4.1: Para a laje da Figura 4.32, determine a altura da laje pelo método da NBR 6118 (1978): Figura 4.32 – Laje a ser calculada. NBR 6118 (1978): Cob. = 15mm CA 50 – 3 = 25 Relação entre os vãos = 6 / 4 = 1,5 2 = 1,6 cm125,05,110hcm10 6,1x25 400 d =++== b) Método prático Segundo este método, pode ser usada a seguinte expressão para a determinação da altura da laje. + − maiordo nd yx 7,0 2)1,05,2( ** onde n é o número total de engastes da laje. =4,0mL x p =6,0mL y 111 EXERCÍCIO 4.2: Para a laje da Figura 4.32, determinar a altura pelo método prático. cmhh cmxd mx m n 1266,115,05,166,9 66,92,4)21,05,2( 2,467,0 5 2 64 2 * ==++ =− = = + = c) Método baseado no cálculo das flechas Para o cálculo segundo este método são utilizadas as seguintes expressões: = = → = += → 500 f q7,0p h 300 f q7,0g2p h onde f.E .p.K h 2 2 2 1 1 1 3 4 Onde ℓ é o menor dos vãos e K é um coeficiente que depende das condições de contorno e da relação entre os vão. A Tabela XII, do Anexo, apresenta os valores de K. O valor da altura será o maior entre os dois. Como este método fornece os menores valores para a altura da laje, costuma-se trabalhar como se o resultado obtido fosse o da altura útil (d), e acrescenta-se a ele o valor de d’. EXERCÍCIO 4.3: Para a laje da Figura 4.32, determinar a altura pelo método baseado no cálculo das flechas. MPa4,21287205600x85,0EMPa20f 0461,0K5,1 4 6 3Tipo ck x y ==→= =→==→ Admitindo as cargas de g=3kN/m2; q=2kN/m2; p=5kN/m2, tem-se: 112 10cmh5cm4,92,11,56,75hh 0,0459m 0,008x21287400 4x1,4x0,0461 d0,008m 500 4 f1,4kN/m2x0,7p 0,0675m 0,01333x21287400 4x7,4x0,0461 d0,01333m 300 4 f7,4kN/m2x0,73x2p 1 3 4 21 2 2 3 4 11 2 1 =→=++== ===== ====+= d) Método a ser adotado no curso Para as lajes maciças (armadas em cruz) com vãos menores que 6m, tem-se: mín x h . h Em que: x = menor vão téorico ou balanço; 2,4 para vão em balanço; = 1,0 para vão biapoiado; 0,8 para vão mono-engastado; 0,7 para vão bi-engastado. = 30 pode dispensar o redimensionamento devido às flechas, principalmente, se não houver parede sobre a laje; 35 necessita a verificação da flecha. 7cm para cobertura não em balanço; 8cm para lajes de piso não em balanço; 10cm para lajes em balanço; hmín 10cm para lajes que suportem veículos de peso total menor ou igual a 30kN; 12cm para lajes que suportem veículos de peso total maior que 30kN; 15cm para lajes com protensão apoiadas em vigas, com o mínimo de ℓ/42 para lajes de piso biapoiadas e ℓ/50 para lajes de piso contínuas; 16cm para lajes lisas e 14cm para lajes-cogumelo, fora do capitel. 113 Segundo apontado em BOTELHO (2010), quando não se verificar a deformação da laje (flecha), utiliza-se comumente a relação a seguir para determinar a dimensão da laje: ℎ𝑚𝑖𝑛 = 𝑙𝑚𝑒𝑛𝑜𝑟 40 Para laje em balanço, utiliza-se: ℎ𝑚𝑖𝑛 = 𝑙 15 Para laje de escada, utiliza-se: ℎ𝑚𝑖𝑛 = 𝑙 30 EXERCÍCIO 4.4: Para a laje da Figura 7.20, determine a altura da laje pelo método para o pré-dimensionamento que será adotado no curso. cm10h14,9 35 400x8,0 h cm11h67,10 30 400x8,0 h 35 30 == == = = Comparação dos resultados A Tabela 4.3 apresenta a comparação de resultados para o cálculo da altura da laje da Figura 7.20. Tabela 4.3 – Resultados para as alturas da laje. Método NBR 6118 (1978) Prático Flecha Adotado hlaje (cm) 13 13 10 11 / 10 Percebe-se que há uma variação significativa nos resultados. Vale lembrar que essas alturas são valores iniciais, para que se possa dar início ao cálculo das estruturas, e devem ser verificadas ao longo do processo de dimensionamento, como será visto posteriormente. De maneira geral, o método da NBR 6118 (1978) fornece os maiores valores e o baseado no cálculo da flecha os menores. O método recomendado para a determinação da altura das lajes é o método apresentado na letra d que será adotado no curso (d). EXERCÍCIO 4.5: Para as lajes L101=L102=L109=L111 da 2a opção de fôrma do projeto em estudo, determinar as suas alturas pelos quatro métodos analisados. A Tabela 4.4 apresenta a comparação dos resultados. 114 Tabela 4.4 – Resultados para as alturas das lajes L101=L102=L109=L111 da 2a opção de fôrma do projeto em estudo. Método NBR 6118 (1978) Prático Flecha Adotado hlaje (cm) 15 13 12 13 A Tabela 4.5 apresenta os cálculos de todas as lajes para a 2a opção de fôrma (Figura 4.30) do projeto em estudo. Tabela 4.5 – Pré-dimensionamento das lajes da 2a opção de fôrma. Laje x (cm) Condições de apoio Altura (cm) Calc. Adot. L101=L102=L109=L111 432 Biapoiada 1,00 35 12,31 13L103=L110 275 Mono-engastada 0,80 35 6,29 8 L104=L105=L107=L108 460 Mono-engastada 0,80 35 10,51 11 L106 350 Biapoiada 1,00 35 10,00 10 EXERCÍCIO 4.6: Para a 1a opção de fôrma do projeto em estudo, determine as seções de pré-dimensionamento das vigas e lajes. 115 Figura 4.29 – 1a opção de fôrma para o pavimento tipo em estudo. 116 Figura 4.30 – 2a opção de fôrma para o pavimento tipo em estudo. 117 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR 6118 (2014) – Projeto de estruturas de concreto – Procedimento. Rio de Janeiro, 2014. BOTELHO, M. H.; MARCHETTI, O. – Concreto Armado Eu te Amo. Vol.1 6ª ed., Editora Edgard Blücher Ltda, 2010. BOTELHO, M. H.; MARCHETTI, O. – Concreto Armado Eu te Amo. Vol.2 3ª ed., Editora Edgard Blücher Ltda, 2011. CEB-FIP – Comité Euro-International du Béton. CEB-FIP Model Code 1990. Bulletin d’Information, no 203-205, 1993. Fib – Fédération Internationale du Béton. Structural concrete: textbook on behaviour, design and performance. Vols. I e II. Sprint-Druck, Suíça, 1999. MACGREGOR, J. G. – Reinforced concrete: mechanics and design. Englewood Cliffs, New Jersey, Prentice-Hall, 1988. BIBLIOGRAFIA COMPLEMENTAR ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR 6118 (1978) – Projeto e execução de obras de concreto armado. Rio de Janeiro, 1978. ______ NBR 1265 (2006) – Concreto de Cimento Portland – Preparo, controle e recebimento – Procedimento. Rio de Janeiro, 2006. ACI – American Concrete Institute. ACI-318 R-02 – Building code requirements for reinforced concrete and commentary. Detroit, 2002. FERGUSON, P. M.; BREEN, J. E.; JIRSA, J. O. – Reinforced concrete fundamentals. John Wiley & Sons, 1988. SÜSSEKIND, J. C. – Curso de concreto (concreto armado). Vol. 1, 2a ed., Ed. Globo, Rio de Janeiro, 1981.
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