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Prof. Luiz Algemiro Cubas Guimarães (MIRO) ESTRUTURA DE CONCRETO ARMADO I (CV 045) Notas de Aula - 5 DIMENSIONAMENTO DE LAJES 5.1 Introdução Viu-se no módulo anterior, em Caminho das Ações, que o Elemento Estrutural Básico de denominação Laje é o primeiro a receber as cargas oriundas da utilização da edificação. Algumas premissas já foram vistas, resta então partir para o dimensionamento propriamente dito, relativo a estas ações (cargas ou carregamentos), ou seja, a verificação do pré-dimensionamento geométrico e a determinação da “armadura” que será inserida na seção da laje para incorporar-se ao concreto estes juntos (concreto armado) poderem suportar as tensões de flexão ocasionadas pelas cargas verticais. Porém antes, expõem-se conceitos já abordados, incorporados a novos (respaldados pela Norma). Então, pode-se ressaltar que, Lajes são elementos planos, em geral horizontais, com duas dimensões muito maiores (dimensões que delimita a área do compartimento da edificação) que a terceira, sendo esta denominada espessura. A principal função das lajes é receber os carregamentos atuantes no andar, provenientes do uso da construção (pessoas, móveis e equipamentos), e transferi-los para os apoios. Apresenta-se, neste capítulo, o procedimento para o projeto de lajes retangulares maciças de concreto armado, apoiadas sobre vigas ou paredes. Nos edifícios usuais, as lajes maciças têm grande contribuição no consumo de concreto: aproximadamente 50% do total. A norma (item 14.4.2.1) define placas como sendo elementos de superfície plana sujeitos principalmente a ações normais a seu plano. As placas de concreto são usualmente denominadas lajes, e a norma estipula que lajes com espessura maior que 1/3 do menor vão devem ser estudadas como placas espessas. As prescrições sobre as lajes estão contidas nos itens 13.2.4, 13.2.5.2, 13.3, 14.7, 19 e 20 da NBR-6118/2003. 5.2 Classificação e Tipos de Lajes Na verdade, a classificação está intimamente ligada ao Tipo e a recíproca é também verdadeira, ou seja, na prática, existem diferentes tipos de lajes que são empregadas nas obras de um modo geral, sendo que podem ser classificadas da seguinte forma: ⇒ Quanto a sua composição e forma; ⇒ Quanto ao tipo de apoio; ⇒ Quanto ao esquema de cálculo. 5.2.1 Quanto a sua composição e forma ⇒ Lajes mistas pré-moldadas; ⇒ Lajes mistas moldadas na obra; ⇒ Lajes maciças; ⇒ Lajes Nervuradas Página 1 de 40 5.2.2 Quanto ao Tipo de Apoio ⇒ Lajes Contínuas; ⇒ Lajes Isoladas; ⇒ Lajes em balanço; ⇒ Lajes Cogumelo e Lisa Vigote de Concreto Capa de Concreto Bloco Cerâmico Laje Mista Pré-Moldada Laje Maciça Lajes Nervuradas Vazio Vazio Enchimento Fig. 5.1 – Lajes quanto a Forma e Composição Laje Laje Isolada Laje Contínua Laje Lisa Laje em Balanço Pilar Capitel Laje Cogumelo L4 L1 L2 L3 L5 Fig. 5.2 – Lajes quanto ao Tipo de Apoio Página 2 de 40 Prof. Luiz Algemiro Cubas Guimarães (MIRO) ESTRUTURA DE CONCRETO ARMADO I (CV 045) Notas de Aula - 5 DIMENSIONAMENTO DE LAJES 5.2.3 Quanto ao Esquema de Cálculo ⇒ Lajes Armadas em 1 Direção; ⇒ Lajes Armadas em 2 Direções. É necessário, antes da definição destes dois tipos de Lajes, a introdução dos conceitos acerca de vão livre ( ℓo ) e vão teórico ( ℓ ) de uma laje, pois esta classificação está intimamente ligada à relação entre os seus vãos. 5.2.3.1 Vão Livre e Vão Teórico Vão livre ( ℓo ) é a distância livre entre as faces dos apoios. No caso de balanços, é a distância da extremidade livre até a face do apoio (Fig. 5.3). O vão teórico ( ℓ ) é denominado vão equivalente pela NBR 6118, que o define como a distância entre os centros dos apoios, não sendo necessário adotar valores maiores do que: em laje isolada, o vão livre acrescido da espessura da laje no meio do vão; em vão extremo de laje contínua, o vão livre acrescido da metade da dimensão do apoio interno e da metade da espessura da laje no meio do vão. Nas lajes em balanço, o vão teórico é o comprimento da extremidade até o centro do apoio, não sendo necessário considerar valores superiores ao vão livre acrescido da metade da espessura da laje na face do apoio. Em geral, para facilidade do cálculo, é usual considerar os vãos teóricos até os eixos dos apoios (Fig. 5.3). Conhecidos os vãos teóricos, considera-se ℓx o menor vão, ℓy o maior e λ = ℓy / ℓx (Fig. 5.4). De acordo com o valor de λ , é usual a seguinte classificação: λ < 2 ⇒ laje armada em duas direções; λ ≥ 2 ⇒ laje armada em uma direção. Fig. 5.3 – Vão Livre e Vão Teórico ℓ ℓo ℓo Página 3 de 40 Nas lajes armadas em duas direções, as duas armaduras são calculadas para resistir os momentos fletores nessas direções, tais momentos fletores serão vistos no item a seguir. As denominadas lajes armadas em uma direção, na realidade, também têm armaduras nas duas direções. A armadura principal, na direção do menor vão, é calculada para resistir o momento fletor nessa direção, obtido ignorando-se a existência da outra direção. Portanto, a laje é calculada como se fosse um conjunto de vigas-faixa na direção do menor vão. Na direção do maior vão, coloca-se armadura de distribuição, com seção transversal mínima dada pela NBR 6118. Como a armadura principal é calculada para resistir à totalidade dos esforços, a armadura de distribuição tem o objetivo de solidarizar as faixas de laje da direção principal, prevendo-se, por exemplo, uma eventual concentração de esforços. 5.3 Vinculação de Bordo de Lajes Na maioria dos processos de cálculos usuais, cada painel individual de laje deve apresentar as condições de bordo bem definidas. Os bordos das lajes são: • Engastados; • Apoiados e; • Livres. Onde se utiliza uma representação gráfica para os referidos casos. Laje L 1 Vigas Apoiado Engastado Livre L aj e V ig a Fig. 5.5 – Tipos de Bordos de Lajes Fig. 5.4 Vãos Teóricos - ℓx (menor vão) e ℓy (maior vão) ℓx ℓy x y =λ λ = ℓy / ℓx Página 4 de 40 Prof. Luiz Algemiro Cubas Guimarães (MIRO) ESTRUTURA DE CONCRETO ARMADO I (CV 045) Notas de Aula - 5 DIMENSIONAMENTO DE LAJES A hipótese de sempre que uma laje estiver ao lado de outra, o bordo comum às duas resulte necessariamente em um engaste, isso não é regra; como se vê a seguir: • Relação entre os vãos das lajes adjacentes Se ℓ 2 ≥ ℓ 1 / 4 ⇒ L1 engastada em L2, e se ℓ 2 < ℓ 1 / 4⇒ L1 apoiada em L2. • Laje Rebaixada ∆h ≤ h1 Se → bordo engastado bw ≥ hmin ∆h > h1 Se → bordo apoiado ℓ ≤ 2,5 m ℓ 1 ℓ2 L1 L2 Bordo Analisado Fig. 5.6 – Análise de Bordo Comum à Lajes Adjacentes L1 L2 h1 h2 ∆h → Rebaixo bw ℓ1 ℓ2 Bordo Analisado Para: h1 → espessura da laje superior h2 → espessura da laje inferior hmin → o menor valor entre h1 e h2 ℓ → o menor valor entre ℓ1 e ℓ 2 (vãos das lajes L1 e L2) Fig.5.7 – Bordo Adjacente à Laje Rebaixada Página 5 de 40 ∆h > h1 Se ℓ > 2,5 m → bordo engastadobw ≥ hmin • Engaste Parcial Pode ocorrer, por exemplo, uma borda com uma parte engastada e a outra apoiada, como mostrado na Figura 5.8. Um critério aproximado, possível para este caso, é indicado na tabela a seguir. 5.4 Cargas e Verificação de Flechas para Lajes Maciças 5.4.1 Cargas (ou Carregamentos) em Lajes As cargas atuantes nas lajes são de natureza permanente ( g ) e de natureza acidental ( q ). Os valores dessas são indicadas pela NBR-6120. As cargas de natureza permanente que atuam nas lajes são compostas basicamente por: • Peso próprio da laje; • Peso da regularização; • Peso do enchimento; • Peso do revestimento; • Peso dos elementos construtivos fixos; • Peso das instalações permanentes; outras. ℓy1 ≤ ℓy / 3 Considera-se a borda totalmente apoiada ℓy /3 < ℓy1 < 2. ℓy /3 Calculam-se os esforços para as duas situações: Borda totalmente apoiada e totalmente engastada ∴ ⇒ adotar o maior valor no dimensionamento ℓy1 ≥ 2. ℓy / 3 Considera-se a borda totalmente engastada Engaste Apoio Fig. 5.8 – Caso Específico de Vinculação ℓx ℓy1 ℓy ℓy2 Página 6 de 40 Prof. Luiz Algemiro Cubas Guimarães (MIRO) ESTRUTURA DE CONCRETO ARMADO I (CV 045) Notas de Aula - 5 DIMENSIONAMENTO DE LAJES Para efeitos práticos e satisfazendo os ditames de norma, remete-se a seguir as considerações já mencionadas anteriormente em Sistemas Estruturais 1, quanto aos carregamentos em Lajes (Módulo3): • Peso-próprio (pp): Este peso, definido como peso-próprio é função do peso específico do material em questão. γ: peso específico do material (kN/m3) → concreto armado: 25 kN/m3 • Alvenaria (alv): É função do peso/m2 da alvenaria, dependendo se a parede é mais ou menos espessa. O peso das paredes de alvenaria de uma obra deve ser considerado sobre os elementos estruturais em que elas se apóiam. Estes elementos podem ser vigas, caso mais comum ou lajes (não tão comum, porém possível). O peso/m2 dos principais tipos de alvenaria são os seguintes: • alvenaria de cutelo: 0,95 kN/m2 • alvenaria de 1/2 vez: 1,70 kN/m2 • alvenaria de 1 vez: 3,20 kN/m2 Os valores de peso/m2 da alvenaria acima foram calculados para tijolo de barro furado com argamassa de 1,5 cm entre tijolos, e 1 cm de reboco. • Revestimento (rev): O peso dos revestimentos (prontos, considerando contrapiso/regularização e acabamento final) de uma obra deve ser considerado sobre aquelas lajes em que eles se apóiam. Um valor básico é utilizado como peso de revestimento: rev = 0,50 kN/m2 (carregamento distribuído/m2) O valor acima é considerado somente para revestimentos mais comumente utilizados, como por exemplo: taco, tapete, borracha, paviflex, etc. Página 7 de 40 Para outros tipos de revestimento (cerâmico = 0,80 kN/m²) devem ser consultadas tabelas especiais ou devem ser feitas consultas ao próprio fabricante. Porém, ressaltando que estamos falando de revestimento, pois a laje em si, já deveria ter sido considerada no seu peso próprio também. • Cobertura (cob): O peso da cobertura deve ser considerado naquelas lajes em que se apóiam algum tipo de cobertura (usados geralmente em residência), entendo-se por cobertura toda a estrutura (madeira ou metal) que suporta as telhas mais o peso das próprias telhas. O peso da cobertura é função do peso/m2 do telhado. cob = 0,60 kN/m2 à 1,00 kN/m2 (carregamento distribuído/m2) - onde, 0,60 kN/m2 ( telha de fibrocimento) e 1,00 kN/m2 ( telha de barro ). • Carregamentos Acidentais Os carregamentos acidentais, ao contrário dos permanentes, nem sempre estão presentes em um Sistema Estrutural. Há épocas em que eles são atuantes e há épocas em que eles não aparecem. Apesar desta sazonalidade, eles devem ser considerados durante todo o tempo, não podendo nunca ser esquecidos. • Sobrecargas: São carregamentos dados em função da utilização de determinado compartimento da edificação. Isto quer dizer, para que uso se destina o determinado compartimento da edificação. O efeito da sobrecarga é considerado sobre lajes sendo, portanto, um carregamento do tipo distribuído/m2. Valores a serem considerados: forro (sem acesso ao público): sc = 0,50 kN/m2 residência, escritório: sc = 1,50 à 2,00 kN/m2 compartimentos com acesso ao público (escolas, restaurantes, etc.): sc = 3,00 kN/m2 compartimentos para baile, ginástica, esporte (teatros, ginásios, clubes, etc.): sc = 4,00 kN/m2 compartimentos para arquivos/bibliotecas/depósitos: sc = função de cada caso Página 8 de 40 Prof. Luiz Algemiro Cubas Guimarães (MIRO) ESTRUTURA DE CONCRETO ARMADO I (CV 045) Notas de Aula - 5 DIMENSIONAMENTO DE LAJES • Lajes em Balanço Nas lajes em balanço, que se destinam a sacadas, além das cargas permanentes e acidentais citadas até aqui, devem ser considerados os seguintes carregamentos: 5.4.2 Flecha como delimitador Deslocamentos limites (ou flechas) são valores práticos utilizados para verificação em serviço do estado limite de deformações excessivas da estrutura. A norma define quatro grupos básicos de deformações. O item 13.3 da norma apresenta valores limites para cada tipo de deslocamento, com comentários e observações adicionais. Apresenta-se a seguir um critério prático que permite a obtenção de lajes relativamente rígidas, ou seja, flechas admissíveis; isso em função de sua altura útil (d) ⇒ d = h – c onde → altura total da laje ( h ) e recobrimento da armadura ( c ), onde pode-se adotar c = 1,5 cm (interior→ estrutura convencional), c = 2,0 cm ( exterior→ estrut. conv. e interior → concreto aparente) e c = 2,5 cm ( exterior → coc. Aparente). Para lajes retangulares com bordas engastadas, a altura útil d (em cm) pode ser estimada por meio da expressão: onde: d h c Armadura (ou ferragem) Fig. 5.9 – Altura útil ( d ) da Laje H V q 1 m Onde: q → carga acidental do compartimento que lhe dá acesso; H = 0,8 kN/m; V = 2,0 kN/m ( ) 100 *.n.1,05,2 − =d n é o número de bordas engastadas; ℓx ou; * < 0,7 ℓ y ℓ* menor valor entre Página 9 de 40 Para qualquer tipo de laje, inclusive as lajes em balanço, pode ser usado o critério da NBR 6118 : 32 . d ΨΨ = Onde: = menor vão teórico da laje (em cm); ψ2= valor que depende das condições de bordo; ψ3= valor que depende do aço empregado. 1,70 1,20 1,00 0,50 Valores de ( ψ2 ) para lajes armadas em 1 direção Valores de ( ψ2 ) para lajes armadas em 2 direções, onde: L →lado maior e l → lado menor L→ L / l l ↓ Página 10 de 40 Prof. Luiz Algemiro Cubas Guimarães (MIRO) ESTRUTURA DE CONCRETO ARMADO I (CV 045) Notas de Aula - 5 DIMENSIONAMENTO DE LAJES 5.4.3 Determinação dos Esforços nas Lajes Consideram-se aqui: ações (cargas), reaçõesde apoio (para as vigas ou pilares) e momentos fletores (nos vãos, que servirão de referência para o dimensionamento da armadura). O efeito das ações, ou cargas, já se abordou neste módulo. Onde, na avaliação do peso próprio, conforme item 8.2.2 da NBR 6118, admite-se o peso específico de 25 kN/m3 para o concreto armado. As cargas relativas aos revestimentos de piso e da face inferior da laje dependem dos materiais utilizados. Esses valores se encontram. As cargas de paredes apoiadas diretamente na laje podem, em geral, ser admitidas uniformemente distribuídas na laje, antes da determinação dos Momentos abordaremos mais especificamente o efeito de parede sobre laje. Quando forem previstas paredes divisórias, cuja posição não esteja definida no projeto, pode ser admitida, além dos demais carregamentos, uma carga uniformemente distribuída por metro quadrado de piso não menor que um terço do peso por metro linear de parede pronta, observado o valor mínimo de 1 kN/m2. 5.4.3.1 Reações de Apoio As ações atuantes nas lajes são transferidas para as vigas de apoio. Embora essa transferência aconteça com as lajes em comportamento elástico, o procedimento de cálculo proposto pela NBR 6118 baseia-se no comportamento em regime plástico, a partir da posição aproximada das linhas de plastificação, também denominadas charneiras plásticas. Este procedimento é conhecido como processo das áreas. Processo das áreas Como já visto anteriormente e conforme o item 14.7.6.1 da NBR 6118 , permite-se calcular as reações de apoio de lajes retangulares sob carregamento uniformemente distribuído considerando-se, para cada apoio, carga correspondente aos triângulos ou trapézios obtidos, traçando-se, a partir dos vértices, na planta da laje, retas inclinadas de: • 45° entre dois apoios do mesmo tipo; • 60° a partir do apoio engastado, se o outro for simplesmente apoiado; • 90° a partir do apoio vinculado (apoiado ou engastado), quando a borda vizinha for livre. Este processo encontra-se ilustrado nos exemplos da Figura 4.10. A título de reafirmação de conceitos anteriores e com base nessa figura, as reações de apoio por unidade de largura serão dadas por: Valores de ( ψ3 ) Laje maciça Aço utilizado Laje Nervurada x yAq yV x yAq y Vx Aq xV x Aq x V yy '.' .'.'. ==== Página 11 de 40 5.4.4 Cargas de Alvenaria nas Lajes Quando existirem paredes que se apoiam diretamente sobre as lajes, o seu peso próprio deverá ser considerado como sendo uma carga permanente, da seguinte forma: • Lajes armadas em 1 direção a) Alvenaria segundo a menor dimensão: A carga da parede será suposta distribuída uniformemente segundo uma faixa de largura ( b ) e o trecho será dimensionado como uma viga de largura ( bw ), altura ( h ) e vão teórico ( ℓ ): q → carga total uniformemente distribuída x , y → menor e maior vão teórico da laje respectivamente Vx , V’x → reações de apoio na direção do vão x Vy , V’y → reações de apoio na direção do vão y Ax, A’x, Ay e A’y → áreas correspondentes aos apoios considerados V’ e A’ → sinal referente às bordas engastadas Vx y V’x Vy V’x V’y Vy Vx y x x Fig. 5.10 – Exemplos de Aplicação do Processo das Áreas Seção de cálculo ← Parede bw ← Parede b b = a + h bw a h h x y 22 bb xw += Página 12 de 40 Prof. Luiz Algemiro Cubas Guimarães (MIRO) ESTRUTURA DE CONCRETO ARMADO I (CV 045) Notas de Aula - 5 DIMENSIONAMENTO DE LAJES b) Alvenaria segundo a maior dimensão: • Lajes armadas em 2 direções Um critério simplista, porém usual, consiste em considerar que o peso total da parede se distribua uniformemente por sobre toda a laje. 5.4.5 Determinação dos Momentos Fletores O cálculo das placas por processos exatos é extremamente complexo, uma vez que envolve a solução de uma equação diferencial de quarta ordem. A matemática nos fornece métodos como as Diferenças Finitas, os Elementos Finitos, etc. que levam a resultados quase que exatos, porém, mesmo estes métodos, além de complexos, de solução demorada, demandam conhecimentos não dominados pela grande maioria dos profissionais da área de engenharia e arquitetura. Os processos de cálculo simplificados surgiram em função da necessidade de se ter um cálculo rápido, com um nível de precisão coerente com a atividade da engenharia, e acessível aos profissionais. Calculadas segundo a teoria das placas, os métodos de cálculo são divididos em dois grupos: • Método Clássico - Teoria da Elasticidade - supondo os materiais trabalhando em regime elástico linear, homogêneos, isótropos. bw parede Armadura de distribuição Armadura Principal ℓx ℓy ℓy ℓx 1 m ℓx h Seção de cálculo parede Página 13 de 40 • Método da Ruptura - Teoria da Plasticidade - supondo os materiais trabalhando em regime rígido-plástico - Teoria das charneiras plásticas . 5.4.5.1 Determinação dos Momentos Fletores para Lajes Armadas em 2 direções O processo de Marcus é um processo de cálculo simplificado, oriundo do Método Clássico, assimilando a laje uma grelha formada por faixas independentes entre si. Marcus introduziu coeficientes de correção nas expressões dos momentos fletores positivos, de tal forma que seus resultados se aproximassem dos obtidos através da Teoria da Elasticidade. Pelo Processo de Marcus é convencionado que os lados da laje serão denominados " ℓx " e " ℓy ", sendo: ⇒ ℓx está na direção mais vinculada. Caso ambas as direções sejam igualmente vinculadas: ⇒ ℓx estará na direção com menor vão. e a relação entre os lados será definida como: x y =λ Os momentos fletores positivos e negativos em uma laje são determinados supondo-se uma faixa da laje, de 1,0 m de largura carregada pelo quinhão de carga atuante na direção da mesma. O efeito da grelha é introduzido no cálculo destas vigas fictícias através dos coeficientes mx e my (para os Momentos Positivos) e nx e ny (para os Momentos Negativos). Onde: Para: Antes de se colocar a tabela, necessário é, passar o conhecimento dos tipos de lajes que se referem nessa mesma tabela. Para a Tabela dos Coeficientes de Marcus, ou simplesmente, Tabela de Marcus; os tipos de laje são relacionados conforme a sua vinculação: yn 2 x.q yX xn 2 x.q xX ym 2 x.q yM xm 2 x.q xM −=−=== q → carga total uniformemente distribuída x → conforme definição para o Processo de Marcus Mx , My → Momentos Positivos nas respectivas direções Xx , Xy → Momentos Negativos nas respectivas direções mx, nx, my e ny → Coeficientes tabelados conforme o tipo de laje e a relação λ Página 14 de 40 Prof. Luiz Algemiro Cubas Guimarães (MIRO) ESTRUTURA DE CONCRETO ARMADO I (CV 045) Notas de Aula - 5 DIMENSIONAMENTO DE LAJESLaje Tipo 1 – com todas as bordas simplesmente apoiada ⇒ Laje Tipo 2 – com uma borda engastada ⇒ Laje Tipo 3 – com duas bordas, adjacentes, engastadas ⇒ Laje Tipo 4 – com duas bordas, opostas, engastadas ⇒ Laje Tipo 5 – com três bordas engastadas ⇒ Laje Tipo 6 – com todas bordas engastadas ⇒ TABELA DE MARCUS Tipo 1 Tipo 2 Tipo 3 Tipo 5 Tipo 4 Tipo 6 mx my my my my my nx nx nx nx ny ny my ny mx mx mx mx mx nx λ Página 15 de 40 5.4.5.2 Determinação dos Momentos Fletores para Lajes Armadas em 1 direção TABELA DE MARCUS ( CONTINUAÇÃO) Tipo 1 Tipo 2 Tipo 3 Tipo 5 Tipo 4 Tipo 6 mx my my my my my nx nx nx nx ny ny my ny mx mx mx mx mx nx λ Página 16 de 40 Prof. Luiz Algemiro Cubas Guimarães (MIRO) ESTRUTURA DE CONCRETO ARMADO I (CV 045) Notas de Aula - 5 DIMENSIONAMENTO DE LAJES Quando um painel de laje apresentar a relação de lados maior que dois, de maneira muito simplificada pode-se calcular os esforços apenas na direção do menor vão. Na outra direção (maior vão), coloca-se uma armadura mínima de distribuição recomendada por norma. • Lajes Isoladas ou Lajes Contínuas O esquema de determinação dos Momentos (Positivo e/ou Negativo) fica idêntico ao das vigas de vão único, dependendo é claro da vinculação (apoio) das bordas. Para a Laje L1, só temos Momento Positivo ( M1 ); já para as Lajes L2 e L3 (seccionadas de uma continuidade de Lajes) existirão: Um Momento Positivo ( M2 ) e um Momento Negativo ( X2 → referente ao momento na borda engastada ) e para Laje L2: um Momento Positivo ( M3 ) e 2 Momentos Negativos ( X’3 e X’’3 → referente aos momentos nas bordas engastadas ). A armadura correspondente a uma laje em balanço deve se estender, na laje adjacente, de um comprimento igual ao da laje em balanço. Quando o comprimento da laje em balanço ultrapassar 3 m é conveniente colocar uma armadura, nas duas direções, também na face inferior (para limitar as aberturas de fissuras devidas à retração do concreto e dilatação térmica). 5.4.6 Compatibilização dos Momentos Fletores Há de se observar, que tanto para os momentos positivos como para os negativos, os valores determinados pela Tabela de Marcus (para as lajes armadas em 2 direções → armadas em cruz), ou os momentos determinados nos casos de lajes armadas em 1 só direção, deverão sofrer uma compatibilização (ou compensação); pois, como nas vigas contínuas, os momentos de engastamento perfeito dos diversos vãos não são os valores definitivos para os apoios. Bem como, os momentos positivos nos vãos são calculados (pelo método das seções), em função dos momentos nos apoios já “compensados” (processo de Cross por exemplo). 1 m ℓ1 ℓ3 ℓ2 ℓy 8 .q M 2 1 1 = 8 .q X 14 .q 2M 2 2 2 2 2 = = 12 .q ''X X' 24 3.qM 2 3 33 2 == = 3 Laje L3 Laje L2 Laje L1 Página 17 de 40 Porém, a compensação dos momentos fletores em lajes, ao contrario das vigas, é um processo bastante simplificado, rápido e que fornece resultados razoavelmente próximos dos reais, desde que se observe algumas restrições: • a carga permanente deve ser maior que a acidental, • carregamento das lajes deve ser simultâneo e com carga total, • as lajes devem ter rigidez e vãos que não difiram muito entre si. Estas restrições, para a grande maioria dos casos estruturais surgidos ( ou que surgirão) para análise na vida profissional de um arquiteto, não será impeditivo para a utilização do processo que passaremos a detalhar a seguir. Ao contrario das vigas contínuas, onde ocorre a propagação dos momentos ao longo dos tramos, nas lajes esta propagação não será considerada. A compensação será feita uma a uma, independente das demais. Decorre então, a necessidade do entendimento da existência de uma diferença de Momentos Negativos em cada apoio e, quando houver a compensação desses momentos, necessariamente o Momento Negativo “compensado” será menor que o maior dos dois momentos. Com isso, tantos nos vãos extremos, quanto nos vãos internos o Momento final Positivo será acrescido, pois a curvatura desce: O Processo Simplificado segue o seguinte procedimento: OBS → Seguiremos as numerações do exemplo acima para ficar mais fácil a compreensão • Momento Negativo Final (no caso, do apoio entre as lajes 1 e 2; isto é claro na direção x): 1) M 2x M 1x M 3x X 3x X ’2x X “2x X 1x L1 L3 L2 x x x 2) →•x800, Onde X será adotado o maior valor entre X1 e X’2 Xc1 ≥ 2 'XX 21 + Página 18 de 40 Prof. Luiz Algemiro Cubas Guimarães (MIRO) ESTRUTURA DE CONCRETO ARMADO I (CV 045) Notas de Aula - 5 DIMENSIONAMENTO DE LAJES • Momento Positivo Final (no caso, se demonstrará o procedimento para os Momentos positivos das Lajes 1 e 2, pois diferem na analogia, uma vez que a Laje 1 é de extremidade e a Laje 2 é Laje intermediária, também na direção x): VÃO EXTERNO: VÃO INTERNO 5.5 Dimensionamento de Lajes Maciças de Concreto Armado Conhecidos os momentos fletores característicos compatibilizados (Mk → Momentos Positivos e Negativos Compatibilizados – segundo item anterior ), passa-se à determinação das armaduras. Esse dimensionamento é feito à Flexão (como veremos mais detalhadamente no estudo de vigas), admitindo- se a largura b = 1m = 100cm. Obtém-se, dessa forma, uma armadura por metro linear. Podem ser utilizadas as tabelas descritas a seguir, sendo a Tabela 5.3 para o cálculo das áreas necessárias das armaduras e as Tabelas 5.4 e 5.5 para a escolha do diâmetro e do espaçamento das barras, respectivamente. • Inicialmente, determina-se o momento fletor de cálculo ( Md ), em kN.cm/m: Md = γf . Mk onde, γf = 1,4 ( coeficiente de segurança de norma → adimensional) • Posteriormente, calcula-se o coeficiente Kc conforme: M 1 X 1 X ’2 ∆X1 LAJE 1 Xc 1 ∆M1 Mc 1 ∆X1 = X1 - Xc1 e; M c1= M 1 + ∆M1 Onde : 2 1XΔ1MΔ = ; Xc1 ⇒ Momento Negativo”compensado” Mc1 ⇒ Momento Positivo”compensado” Xc1 ⇒ Adotar o maior valor entre 1 e 2. ∆X1 ∆X2 LAJE 1 LAJE 2 LAJE 3 M2 ∆M2 Mc 2 M c2= M 2 + ∆M2 Onde : 2 2XΔ1XΔ2MΔ + = ; Xc2 ⇒ Momento Negativo”compensado” Mc2 ⇒ Momento Positivo”compensado” Xc 1 Xc 2 Página 19 de 40 dM 2db w cK • = onde bw = 100 cm ( largura de calcula para 1,0 m de faixa de laje ) e d = altura útil da laje ( em cm ) e Md ( em kN.cm ); • Com o coeficiente Kc, e conhecidos a resistência característica do concreto ( em MPa ) e o tipo de aço ( ferro ) utilizados na obra, determina-se ( através da Tabela 5.3) o coeficiente Ks; • Com o coeficiente Ks, determina-se então a área de armadura ( As → em cm2 ), conforme: d dMsK sA • = ; • Através das Tabelas 5.4 e ou 5.5 determina-seo diâmetro nominal do ferro e o seu espaçamento. 5.5.1 Diretrizes de Norma e Dimensionamento As armaduras devem respeitar os valores mínimos recomendados pela NBR 6118, indicados nas tabelas 5.1 e 5.2 nas quais ρs = As / (bw . d ). Onde relaciona ρs = f ( ρmin ) e ρmin = As min / (bw . d ) Calcula-se ρmin para fatores diferentes, usando a equação ou usando a tabela: yd cd minmin ωρ f f •= onde, minω → taxa mecânica mínima de ferro Tabela 5.2 - VALORES DE ρmin Tabela 5.1 - VALORES MÍNIMOS PARA AS ARMADURAS Página 20 de 40 Prof. Luiz Algemiro Cubas Guimarães (MIRO) ESTRUTURA DE CONCRETO ARMADO I (CV 045) Notas de Aula - 5 DIMENSIONAMENTO DE LAJES • Devem ser observadas outras prescrições da NBR 6118, algumas das quais são mencionadas a seguir: • Qualquer barra da armadura de flexão deve ter diâmetro no máximo igual a h/8. • Espaçamento da armadura principal de flexão deve ser igual a 2h ou 20 cm, prevalecendo o menor desses dois valores na região dos maiores momentos fletores. • O espaçamento da armadura secundária de flexão ≥ da armadura principal, mantendo-se, ainda, um espaçamento entre barras de no máximo 33 cm. TABELA 5.3 – Ks = f (Kc) Página 21 de 40 TABELA 5.4 – Determinação de Número de Ferros e bitola ( ø ) = f ( As, bw ) Página 22 de 40 Prof. Luiz Algemiro Cubas Guimarães (MIRO) ESTRUTURA DE CONCRETO ARMADO I (CV 045) Notas de Aula - 5 DIMENSIONAMENTO DE LAJES TABELA 5.5 – Determinação de Número de Ferros e bitola ( ø ) = f ( As) p/ bw =100 cm Página 23 de 40 EXEMPLO: Dimensionar a área de armadura (de ferro) positiva e negativa das lajes ( L1, L2 e L3 ) da figura abaixo. Sabe-se que o ferro a ser utilizado é CA 50 e o concreto fck = 20 MPa e que, a Laje 3 deverá ser rebaixada em 20,0 cm, pois será área destinada a área de serviço. Sabe-se também, que o piso é de uma edificação residencial e será revestido com taco. • ROTEIRO DE CÁLCULO: a) Determinação das cargas nas lajes. b) Verificação do tipo de laje quanto ao modo de cálculo (armada em 1 ou 2 direções). c) Determinação do tipo de laje para a utilização das Tabelas de Marcus. d) Determinação da relação λ = ℓy / ℓx. e) Através das tabelas de Marcus (com o tipo de laje e λ ), determinar os coeficientes mx, my, nx e ny. f) Calcular os Momentos Positivos e Negativos ( Mx, My, Xx e Xy ). g) Compatibilização dos Momentos Fletores h) Com os momentos, calcular as áreas de armadura. • SOLUÇÃO: a) Determinação das cargas nas lajes Peso Próprio ⇒ 0,10 ( m ) x 25,0 kN/m3 = 2,50 kN/m2 Revestimento ⇒ ( taco ) = 0,50 kN/m2 Carga Acidental ⇒ ( uso residencial ) = 1,50 kN/m2 Total ( q = ) = 4,50 kN/m2 h = 10 h = 10 h = 10 L 3 3, 00 4, 50 2, 00 3,50 5,50 2,00 L 1 L 2 Reb. = 20 Página 24 de 40 Prof. Luiz Algemiro Cubas Guimarães (MIRO) ESTRUTURA DE CONCRETO ARMADO I (CV 045) Notas de Aula - 5 DIMENSIONAMENTO DE LAJES b) Verificação do tipo de laje quanto ao modo de cálculo (armada em 1 ou 2 direções) Laje 1 ⇒ Independentemente da vinculação da Laje 1 com as Lajes 2 e 3, pela definição, para determinarmos λ, leva-se em consideração que x é o menor lado e y é o maior lado. Já a análise de λ para o uso na Tabela de Marcus, pode diferir o valor, isso decorrente do estabelecimento de x, que não necessariamente é o menor vão. Logo, Laje 1 ⇒ x = 3,00 m e y = 5,50 m ∴λ = y / x = 5,5 / 3,0 < 2 ∴ Laje 1 ⇒ Armada em 2 direções Laje 2 ⇒ Da mesma forma que na Laje 1, independentemente da vinculação da Laje 2 com as Lajes 1 e 3, pois, para o cálculo de λ, leva-se em consideração que x é o menor lado e y é o maior lado. Logo, Laje 2 ⇒ x = 2,00 m e y = 3,50 m ∴ λ = y / x = 3,5 / 2,0 < 2 ∴ Laje 2 ⇒ Armada em 2 direções Laje 3 ⇒ Para o cálculo de λ, leva-se em consideração que x é o menor lado e y é o maior lado. Logo, Laje 3 ⇒ x = 2,00 m e y = 4,50 m ∴λ = y / x = 4,5 / 2,0 > 2 ∴ Laje 2 ⇒ Armada em 1 direção c) Determinação do tipo de laje para a utilização das Tabelas de Marcus Laje 1 ⇒ A Laje 1 tem três bordos simplesmente apoiados, pois são lados que não há lajes adjacentes a eles. Existe somente um bordo (ou lado) a ser analisado, ou seja, o lado que separa a Laje 1 da Laje2 ( y1 ) e da Laje 3 ( y2 ). h = 10 L 1 x y ℓ y = 5,50 ℓ y1 = 3,50 ℓ y2 = 2,00 ℓ x = 3 ,0 0 ← ℓ 3 = 4, 50 ← ℓ 1 = 3, 00 ← ℓ 2 =2 ,0 0 → Página 25 de 40 • Laje1/Laje2 ( bordo y1 ) ⇒ 1 = 3,00 m e 2 = 2,00 m estabelecem uma relação ( 1 / 2 ) < 4 e, se não há restrição alguma de rebaixo, logo y1 está engastado. • Laje1/Laje3 ( bordo y2 ) ⇒ 1 = 3,00 m e 3 = 4,50 m estabelecem uma relação ( 3 / 1 ) < 4; porém há a indicação de que a Laje 3 tem rebaixo de 20 cm ( ∆h = 20 cm ); para a verificação de engaste ou não, deve-se além de comparar-se h (espessura da Laje 1) com ∆h, também averiguar se é ≥ ou < 2,50 m, onde ( = 3,00 m ) é o menor valor entre 1 e 3. ∆h = 20 cm > h = 10 cm ∴ como ⇒ ( bordo y2 ) bordo engastado > 2,50 m Como y1 e y2 são engastados, logo o bordo y é totalmente engastado para a Laje L1. É importante observar que, se y2 não fosse engastado, dever-se-ia analisar a relação y1 / y, verificando se é < 1/3 (apoiado), ou se é ≥ 2/3 (engastado). A relação y1 / y = 3,50 / 5,50 é < 2/3 e > 1/3. Neste caso, dever-se-ia finalmente, adotar os maiores valores de Reações de Apoio e de Momentos (Positivos e Negativos) verificando-se para ambos os casos (apoiado e engastado). Com tudo isso, a Laje 1 ⇒TIPO 2. Laje 2 ⇒ A Laje 2 tem dois bordos simplesmente apoiados, pois são lados que não há lajes adjacentes a eles. Existem somente dois bordos (ou lados) a serem analisados, ou seja, o lado que separa a Laje 2 da Laje1 e da Laje 3. • Laje2/Laje1 ⇒ 2 = 3,50 m, para a Laje 2, não precisa de nenhuma outra análise (além daquelas feitas para a Laje 1), pois está engastado. Ou seja, na sua totalidade existe outra laje adjacente. • Laje2/Laje3 ⇒ 2 = 3,50 m e 3 = 2,00 m estabelecem uma relação ( 3 / 1 ) < 4; porém há a indicação de que a Laje 3 tem rebaixo de 20 cm ( ∆h = 20 cm ); para a verificação de engaste ou não, deve-se além de comparar-se h (espessura da Laje 2) com ∆h, também averiguar se é ≥ ou < 2,50 m, onde ( = 2,00 m ) é o menor valor entre 2 e 3. ∆h = 20 cm > h = 10 cm ∴ como⇒ ( bordo L1/L3 ) bordo apoiado < 2,50 m h = 10 ℓ X = 2, 00 L 2 ℓ y = 3,50 ℓ 2 = 3,50 ℓ 3 = 2,00 x y Página 26 de 40 Prof. Luiz Algemiro Cubas Guimarães (MIRO) ESTRUTURA DE CONCRETO ARMADO I (CV 045) Notas de Aula - 5 DIMENSIONAMENTO DE LAJES Com tudo isso, a Laje 2 ⇒TIPO 2. Laje 3 ⇒ A Laje 3 como já visto, é armada em 1 direção; logo, não há a necessidade de análise dos bordos nas direções que não sejam àquela de cálculo. Na direção de cálculo, existe uma borda (parcial) com uma laje adjacente (no caso a Laje 2), porém, já também visto, não há engaste e sim apoio. E mesmo que houvesse engaste, dever-se-ia ainda, analisar a extensão “desse” engaste, em relação com a totalidade do lado. Para então, determinar se é (ou não) o lado todo engastado. Com tudo isso, a Laje 3 ⇒ Armada em 1 direção ( com apoios articulados e vão de 2,00 m → x = 2,00 m ) d) Determinação da relação λ = ℓy / ℓx. Laje 1 ⇒TIPO 2, e λ = y / x = 5,5 / 3,0 = 1,833 Laje 2 ⇒TIPO 2, e λ = y / x = 3,5 / 2,0 = 1,750 Laje 3 ⇒ Armada em 1 direção ( não é calculado o Momento com o auxílio das Tabelas de Marcus ) e) Através das tabelas de Marcus (com o tipo de laje e λ ), determinar os coeficientes mx, my, nx e ny. Laje 1 ⇒TIPO 2, e λ = y / x = 5,5 / 3,0 = 1,833 ⇒ ( mx = 17 , my = 76,6 e nx = 8 ) Obs: o valor de my foi interpolado, para se determinar 76,6, uma vez que os valores são tabelados para λ variando de 1,82 para 1,84. Laje 2 ⇒TIPO 2, e λ = y / x = 3,5 / 2,0 = 1,750 ⇒ ( mx = 17 , my = 71,5 e nx = 8 ) Obs: o valor de my foi interpolado, para se determinar 71,5, uma vez que os valores são tabelados para λ variando de 1,74 para 1,76. f) Calcular os Momentos Positivos e Negativos ( Mx, My, Xx e Xy ). Laje 1 ⇒ x = 3,00 m ⇒ mx = 17 , my = 76,6 e nx = 8 onde: xn 2 x.q xX ym 2 x.q yM xm 2 x.q xM −=== ⇒ ( ( ( 8 2)00,3.4,5 xX6,67 2)00,3.4,5 yM71 2)00,3.4,5 xM −=== ∴ Mx = 2,38 kN.m / m → Mx = 238 kN.cm / m ∴ My = 0,529 kN.m / m → My = 52,9 kN.cm / m Página 27 de 40 ∴ Xx = - 5,06 kN.m / m → Xx = - 506 kN.cm / m ( sinal negativo somente indica armadura superior ) Laje 2 ⇒ x = 2,00 m ⇒ ( mx = 17 , my = 71,5 e nx = 8 ) xn 2 x.q xX ym 2 x.q yM xm 2 x.q xM −=== ⇒ ( ( ( 8 2)00,2.4,5 x X 5,17 2)00,2.4,5 y M 71 2)00,2.4,5 x M −=== ∴ Mx = 1,05 kN.m / m → Mx = 105 kN.cm / m ∴ My = 0,251 kN.m / m → My = 25,1 kN.cm / m ∴ Xx = - 2,25 kN.m / m → Xx = - 225 kN.cm / m ( sinal negativo somente indica armadura superior ) Laje 3 ⇒ x = 2,00 m ⇒ q = 4,5 kN/m2 ( armada em 1 direção e bi-articulada) ⇒ m/m.kN25,2 8 2)00,2(5,4 = × == 8 2 x.q xM ∴ Mx = 2,25 kN.m / m → Mx = 225 kN.cm / m g) Compatibilização dos Momentos Fletores Antes de se compatibilizar os Momentos Positivos e Negativos, deve-se fazer um resumo destes Momentos: Mx = 238 kN.cm / m Laje 1 My = 52,9 kN.cm / m Xx = 506 kN.cm / m ( L1/L2 e L 1/L3 ) Mx = 105 kN.cm / m Laje 2 My = 25,1 kN.cm / m Xx = 225 kN.cm / m ( L2/L1 ) Xy = 0,00 kN.cm / m ( L2/L3 → L3 rebaixada ) Mx = 225 kN.cm / m ( armada em 1 direção ) Laje 3 My = 0,00 kN.cm / m Xx = 0,00 kN.cm / m ( L3/L2 → L3 rebaixada ) Xy = 0,00 kN.cm / m ( L3/L1 →armada em 1 direção e na direção x ) Logo, a compatibilização dos Momentos deverá ser feita a partir dos Momentos Negativos referentes ao(s) bordo(s) que separa(m) L1 das Lajes L2 e L3. LAJE 1 ⇒ Fica caracterizado que para a Laje L1 adota-se Laje Externa (Vão Externo): Página 28 de 40 Prof. Luiz Algemiro Cubas Guimarães (MIRO) ESTRUTURA DE CONCRETO ARMADO I (CV 045) Notas de Aula - 5 DIMENSIONAMENTO DE LAJES Primeiramente faz-se a análise do(s) Momento(s) Negativo(s), referente ao(s) bordo(s) de ligação das Lajes L1/L2 e L1/L3. Laje 1 / Laje 2 ⇒ m/cm.kN5,563 2 22550621 = + = + 2 XX e 0,8 . X1 = 0,8 x 506 = 404,8 kN.cm/m Logo, Xc1= 404,8 kN.cm/m ( para o bordo L1/L2) Laje 1 / Laje 3 ⇒ m/cm.kN0,253 2 050631 = + = + 2 XX e 0,8 . X1 = 0,8 x 506 = 404,8 kN.cm/m Logo, também para o bordo Laje 1 / Laje 3 ⇒ Xc1= 404,8 kN.cm/m ∴ Xc1= 404,8 kN.cm/m (ao longo de todo que separa Laje 1 com as Lajes 2 e 3) O Momento Positivo na direção x deverá também ser compatibilizado → ( Mxc1 ), onde: Mxc1 = Mx1 + ∆M1 e ∆M1 = (Xx1 - Xc1 ) / 2 ∴ ∆M1 = ( 506 - 404,2 ) / 2 = 50,9 e se Mxc1= Mx1 + ∆M1 ∴ Mxc1 = 238 + 50,9 = 288,9 kN.cm/m LAJE 2⇒ Fica caracterizado que para a Laje L2, também se adota Laje Externa (Vão Externo), como esta laje é liga à Laje L1 e somente à Laje L1; logo, a compatibilização do Momento Negativo para esta laje é o mesmo valor da Laje L1. ∴ Xc2= 404,8 kN.cm/m (ao longo de todo que separa Laje 2 com as Lajes 1) O Momento Positivo na direção x deverá também ser compatibilizado → ( Mxc2 ), onde: Mxc2 = Mx2 + ∆M2 e ∆M2 = ∆M1 = 50,9 e se Mxc2 = Mx2 + ∆M2 ∴ Mxc2 = 105 + 50,9 = 155,9 kN.cm/m LAJE 3⇒ Como se trata de Laje armada em 1 direção e, não ter o bordo engastado na direção de cálculo, isso implica em não haver a necessidade de compatibilização do momento positivo, pois não há momento negativo nos bordos. ∴ Mxc3 = Mx3 = 225 kN.cm/m h) Com os momentos, calcular as áreas de armadura. Com o intuito de parâmetros de norma quanto a Armadura Mínima, deve-se então estabelecer As min e este valor é determinado através da fórmula → ρmin = As min / (bw . d ), onde é encontrado na Tabela Página 29 de 40 5.2 e, pode-se então confrontar as situações de comparação de ρmin com ρs, determinado respectivamente As min e As . Para concreto fck = 20 MPa e aço CA 50 ⇒ ρmin = 0,15 % ∴ As min = ρmin . (bw . d ), onde pela Tabela 5.5 → ρmin = 0,15% ∴ As min = ( 0,15/100 ) x (100 x 8,5) = 1,28 cm2/m E segundo recomendação de norma (tabela 5.4), para Armadura Positiva de Lajes armadas em 2 direções, ρs ( → A s ) ≥ 0,67 ρmin (→ As min ) , então, no exemplo: A s ≥ 0,67 . 1,28 = 0,86 cm2/m. Já para Lajes armadas em 1 direção, a armadura principal: ρs (→ A s ) ≥ ρmin (→ As min ), mesma condição para Armadura Negativa. Para a Armadura Secundária (ou de Distribuição) em Lajes Armadas em 1 direção: ρs (→ A s ) ≥ 20% da Armadura Principal, ou ρs (→ A s ) ≥ 0,50 ρmin (→ As min ), ou ainda, ρs ( → A s ) ≥ 0,90 cm2/m, o que for maior. Na verdade, estabeleceu-se uma referência para todas as Três Lajes (pois os fatores: fck e tipo de aço são os mesmos para as três Lajes) LAJE L1 Armadura Positiva : • Direção x ⇒ Mxc1 = 288,9 kN.cm/m Md = γ f . Mk ⇒ Md = 1,4 x 288,9 = 404,5 kN.cm/m e dM 2db w cK • = ∴ 86,17 5,404 5,00 = • = 281 cK Com K c = 17,86 e concreto fck = 20 MPa, aço CA 50 → Tabela 5.3 ⇒ K s = 0,024 ∴ /m2cm14,1 d dM.sKx =•== 8,5 404,50,024 sA e como Asx > 0,86 cm2/m, então OK ! • Direção y ⇒ Myc1 = My1 = 52,9 kN.cm/m Md = γ f . Mk ⇒ Md = 1,4 x 52,9 = 74,1 kN.cm/m e dM 2db w cK • = ∴ 50,97 1,74 5,00 = • = 281 cK Com K c = 97,50 e concreto fck = 20 MPa, aço CA 50 → Tabela 5.3, como K c > 51,9 ⇒ K s lim= 0,023 ∴ /m2cm20,0 d dM.sKy =•== 8,5 74,10,023 sA e como Asy < 0,86 cm2/m, então Asy assume o valor de 0,86 cm2/m ∴ Asy = 0,86 cm2/m Armadura Negativa : • Borda entre as Lajes L1/L2 e L1/L3 ⇒ Xc1 = 404,8 kN.cm/m Página 30 de 40 Prof. Luiz Algemiro Cubas Guimarães (MIRO) ESTRUTURA DE CONCRETO ARMADO I (CV 045) Notas de Aula - 5 DIMENSIONAMENTO DE LAJES Md = γ f . Mk ⇒ Md = 1,4 x 404,8 = 566,7 kN.cm/m e dM 2db w cK • = ∴ 75,12 7,566 5,00 = • = 281 cK Com K c = 12,75 e concreto fck = 20 MPa, aço CA 50 → Tabela 5.3 ⇒ K s = 0,024 ∴ /m2cm60,1 d dM.sKx =•== 8,5 566,70,024 sA e como Asx > 1,28 cm2/m, então OK ! LAJE L2 Armadura Positiva : • Direção x ⇒ Mxc2 = 155,9 kN.cm/m Md = γ f . Mk ⇒ Md = 1,4 x 155,9 = 218,3 kN.cm/m e dM 2db w cK • = ∴ 10,33 3,218 5,00 = • = 281 cK Com K c = 33,10 e concreto fck = 20 MPa, aço CA 50 → Tabela 5.3 ⇒ K s = 0,023 ∴ /m2cm59,0 d dM.sKx =•== 8,5 218,30,023 sA e como Asx < 0,86 cm2/m, então Asx assume o valor de 0,86 cm2/m ∴ Asx = 0,86 cm2/m • Direção y ⇒ Myc2 = My2 = 25,1 kN.cm/m Md = γ f . Mk ⇒ Md = 1,4 x 25,1 = 35,1 kN.cm/m e dM 2db w cK • = ∴ 84,205 1,35 5,00 = • = 281 cK Com K c = 205,84 e concreto fck = 20 MPa, aço CA 50 → Tabela 5.3, como K c > 51,9 ⇒ K s lim = 0,023 ∴ /m2cm09,0 d dM.sKy =•== 8,5 35,10,023 sA e como Asy < 0,86 cm2/m, então Asy assume o valor de 0,86 cm2/m ∴ Asy = 0,86 cm2/m LAJE L3 Armadura Positiva : • Direção x ( Laje armada em 1 só direção ) ⇒ Mx3 = 225,0 kN.cm/m Md = γ f . Mk ⇒ Md = 1,4 x 225,0 = 315,0 kN.cm/m e dM 2db w cK • = ∴ 94,22 0,315 5,00 = • = 281 cK Com K c = 22,94 e concreto fck = 20 MPa, aço CA 50 → Tabela 5.3 ⇒ K s = 0,023 ∴ /m2cm85,0 d dM.sKx =•== 8,5 ,030,023 15 sA e como Asx < 1,28 cm2/m, então Asx assume o valor de 1,28 cm2/m ∴ Asx = 1,28 cm2/m Página 31 de 40 • Direção y ( Armadura Secundária → As d ) ⇒ Como a Armadura Principal = As min = 1,28 cm2/m, então o maior valor entre as três considerações: ρs (→ A s ) ≥ 20% da Armadura Principal, ρs (→ A s ) ≥ 0,50 ρmin (→ As min ), e ainda, ρs (→ A s ) ≥ 0,90 cm2/m, é que As d = 0,90 cm2/m. 5.5.2 Designação das Armaduras de Lajes Maciças Quanto ao Desenho de Armação, diz-se daquele que definem as armaduras a serem colocadas nos elementos. Devem trazer: identificação das barras, definição da bitola e do comprimento, e do posicionamento. Por exemplo, uma determinada barra será designada por: N8 – 2 ø 12,5 – 252. Isso quer dizer que o ferro de posição 8 tem bitola (diâmetro) de 12,5 mm e comprimento reto de 252 cm e por fim, a quantidade desse ferro naquele elemento estrutural é de 2 (duas) barras. Quando se diz comprimento reto, quer se dizer comprimento de corte daquele ferro, para posterior dobra conforme detalhamento de cada, de cada posição. E quanto ao detalhamento de armação, será visto neste módulo em itens a seguir. Seguem-se figuras de armação de elementos estruturais. Quantidade do ferro Bitola do ferro Comprimento reto do ferro Posição do ferro Página 32 de 40 Prof. Luiz Algemiro Cubas Guimarães (MIRO) ESTRUTURA DE CONCRETO ARMADO I (CV 045) Notas de Aula - 5 DIMENSIONAMENTO DE LAJES (manual) Página 33 de 40 Em cada prancha de detalhamento de armadura são feitas duas tabelas, uma chamada de Lista de Aço, e outra, Resumo de Aço. Página 34 de 40 Prof. Luiz Algemiro Cubas Guimarães (MIRO) ESTRUTURA DE CONCRETO ARMADO I (CV 045) Notas de Aula - 5 DIMENSIONAMENTO DE LAJES A Lista de Aço é indispensável para a produção. Indicam os comprimentos e quantidades de aço a serem cortadas, com respectivos diâmetros, e, a numeração a ser adotada na etiqueta fixada nas armaduras, indicativas da posição conforme projeto. O Resumo de Aço é necessário para a compra do aço para obra, bem como, quanto a armadura, são os valores constantes nos orçamentos finais de obra. RESUMO DE AÇO Φ Comprimento (+5%) Peso por metro linear Peso total TOTAL = 5.5.3 Detalhamento das Armaduras de Lajes Maciças Ressalta-se aqui, que de posse das áreas de armadura calculadas para os casos de vigas (flexão e cisalhamento), pilares (flexo-compressão e armadura transversal) e finalmente lajes (flexão); facilita o detalhamento o uso de tabelas. No anexo constam as planilhas necessárias para cada caso; ressalta-se antes, que é muito difícil encontrar-se valores exatos para área de armadura efetivamente adotada, em relação à calculada, com isso é permitido ( a Norma permite) que Asef ≥ 0,95 Ascal. • Armaduras Positiva e Negativa Em dimensionamento de lajes foi visto que se chega aos Momentos nas duas direções (Mx e My) quando for laje armada em duas direções, ou da mesma forma, se chega ao Momento para laje armada em uma só direção. Viu-se também, que existem os Momentos Negativos (Xx e Xy) para os apoios entre lajes contíguas. LISTA DE AÇO Posição Φ Quant. Comp. unit. Comp. total 1 2 3 4 Página 35 de 40 Esses Momentos, tanto positivos quanto negativos, geram uma área de armadura que fica em termos de cm²/m, novamente se remete ao entendimento de que isso quer dizer, “tantos” cm² de área de ferro distribuídos em 1 (um) metro de laje, na direção considerada. Para então se ter as bitolas de ferro associadas ao espaçamento correto, de uma referida área correspondente, recorre-se à tabela 1.4a. Para maior facilidade, pode-se prever que todas as armações positivas sejam levadas de apoio a apoio das lajes; embora não seja o mais econômico. Já para as armações negativas pode-se adotar um comprimento, onde a barra avance ¼ do menor dos maiores vãos de cada laje adjacente e a metade deste comprimento para a outra laje, isso a partir do eixo da viga, que coincide com o eixo entre lajes adjacentes; porém alternando-os para cada espaçamento. Supondo o esquema de lajes a seguir, com espessura de 10 cm e, que os momentos geraram para a Laje 1 as Armaduras Positivas Asx = 2,04 cm2/m, Asy = 1,54 cm2/m e AsL1/L2 = 3,07 cm2/m, como Armadura Negativa entre as Lajes 1 e 2. Quanto ao por que dos valores de a e b, remete-se ao que já fora mencionado anteriormente, para as armações negativas pode-se adotar um comprimento, onde a barra avance ¼ do menor dos maiores vãos de cada laje adjacente e a metade deste comprimento para a outra laje, isso a partir do eixo da viga; então, os vãos de cálculo da laje L1 são (ℓ 1 = 3,20 m e ℓ 3 = 4,00 m ), então o maior vão dessa laje é ℓ 3, já para a laje L2, os vãos são (ℓ 2 = 4,20 m e ℓ 3 = 4,00 m ), onde o maior vão é ℓ 2. Entre os maiores vãos (ℓ 2 e ℓ 3), o menor é ℓ 3 = 4,00, então a = ℓ 3 / 4 = 100 cm ∴ b = a / 2 = 50 cm. Pode-se verificar que tanto na Armadura positiva, quanto na Armadura negativa é previsto um gancho, ou seja, para melhorar a aderência, é conveniente dobrar as extremidadesdas armações a 90°, com um comprimento igual à espessura da laje menos os recobrimentos. 100 N3 – 39 Φ 6,3 c/10 – C = 158 20 50 150 N 2 – 16 Φ 6 ,3 c . 2 0 – C = 4 12 N1 – 27 Φ 6,3 c. 15 – C = 332 L1 h=9 L2 ℓ 2 = 4,20 ℓ 3 = 4 ,0 0 4,00 20 20 ℓ 1 = 3,20 3, 80 20 20 3,00 40 0 320 a = ℓ 3 / 4 b = a/ 2 a = ℓ 3 / 4 b = a/ 2 Página 36 de 40 Prof. Luiz Algemiro Cubas Guimarães (MIRO) ESTRUTURA DE CONCRETO ARMADO I (CV 045) Notas de Aula - 5 DIMENSIONAMENTO DE LAJES Para as lajes armadas em uma só direção, é necessário prever o uso de armações secundárias, no sentido transversal à Armadura Principal, essas armações secundárias são chamadas de Armações de Distribuição, onde o seu valor é de 0,5 cm2/m. Deve-se atentar para que a Armadura principal (Asx) seja colocada por baixo da (Asy), no caso de laje armada em duas direções e, por baixo da armadura de distribuição, no caso de laje armada em uma só direção. Quando se remeteu anteriormente, em detalhamento de armadura positiva, em ser menos ou mais econômico, vai-se pormenorizar aqui, a partir deste ponto. Existem três aspectos (para tipos de lajes = tipos de vãos), associado a outros três fatores (espaçamento da armadura), onde se pode (previsto em norma) apelar para a economia, podendo ser chamada de economia de ponta e/ou economia de faixa. Isto tudo decorre do fator de que traçar diagramas de momentos fletores das lajes seria extremamente trabalhoso e, por esta razão, são adotados os valores apresentados a seguir para a obtenção dos comprimentos e disposição das barras das armaduras positivas. Costuma-se, para melhor execução das armaduras negativas de lajes, prever uma armadura de montagem, necessária para manter na posição correta a armadura negativa, que é colocada antes da concretagem. Um detalhe típico deste tipo de armadura (caranguejo) é mostrado na figura a seguir. 1. PARA VÃOS ISOLADOS: O comprimento da barra será 90% do menor vão ( ℓ ), para lajes de vãos ( L – maior vão x ℓ - menor vão ), e será afastada 10% de ℓ a partir dos apoios, como indicado na figura abaixo: 2. PARA VÃOS CENTRAIS: O comprimento da barra será 80% do menor vão ( ℓ ), para lajes de vãos ( L – maior vão x ℓ - menor vão ), e será afastada 20% de ℓ a partir dos apoios, como indicado na figura abaixo: 0,10 ℓ 0,10 ℓ 0,20 ℓ 0,20 ℓ Página 37 de 40 3. PARA VÃOS EXTREMOS: Basicamente, segue sob a alternância de duas barras com comprimentos distintos e, consequentes posicionamentos distintos, uma barra segue de comprimento total de apoio-à-apoio, e outra com 75% do menor vão ( ℓ ), para lajes de vãos ( L – maior vão x ℓ - menor vão ), onde esta última será afastada 20% de ℓ a partir do engaste e, afastada 5% de ℓ a partir do apoio simples, como indicado na figura abaixo: Os três casos expostos são caracterizados como “economia de ponta”, passa-se neste momento a pormenorizar o que se chama da “economia de faixa”, que nada mais, nada menos é que, adotar-se ou não e de que forma adotar-se, de acordo com a magnitude dos espaçamentos adotados para as referidas armaduras positivas. Para isso, a NBR 6118 especifica três possibilidades de economia, conforme os três casos (faixas) a seguir: a. PARA ESPAÇAMENTOS de 17,5 a 33 cm (1 φ c. 17,5, c. 20, c. 25, c. 30 ou c. 33): Não há possibilidade de economia para estes casos, uma vez que, nas regiões próximas aos apoios as barras estariam espaçadas em mais de 33 cm, o que a norma não permite (no mínimo 3 barras por metro devem chegar aos apoios). b. PARA ESPAÇAMENTOS de 10 a 15 cm (1 φ c. 10, c. 12,5 e c. 15): Já, nesta faixa de espaçamentos é permitida a economia de ponta e elas serão alternadas como mostrado nos três casos, conforme os vãos. 0,20 ℓ 0,05 ℓ 20 20 480 32 0 20 20 N2 – 17 φ 5,0 c. 20 - 500 N 1 – 25 φ 5 ,0 c . 2 0 - 3 40 L1 Página 38 de 40 Prof. Luiz Algemiro Cubas Guimarães (MIRO) ESTRUTURA DE CONCRETO ARMADO I (CV 045) Notas de Aula - 5 DIMENSIONAMENTO DE LAJES Exemplifica-se então na figura a seguir conforme a L2, com quatro bordos apoiados. A economia no comprimento é de 0,10 x ℓ = 0,10 x 360 = 36 cm, e será adotado 35 cm, pois se deve sempre que possível, arredondar os comprimentos para múltiplos de 5 cm. Portanto, os comprimentos das barras seriam: Na direção x : 400 – 35 + 20 = 385 cm Na direção y : 340 – 35 + 20 = 325 cm c. PARA ESPAÇAMENTOS de 5,0 a 7,5 cm (1 φ c. 5, c. 6,7 e c. 7,5): Para estes casos; pode-se, além da economia de ponta, duplicar o espaçamento em regiões próximas aos apoios, numa faixa igual a 20% do menor vão da laje (0,2 ℓ), valor este correspondente ao caso mais desfavorável de apoio. Na verdade esta prática é prevista em norma, porém pouco usual na prática. 20 20 400 34 0 20 20 N2 – 17 φ 5,0 c. 20 - 385 N 1 – 25 φ 5 ,0 c . 2 0 - 3 25 L2 20 20 400 33 0 20 20 N2 – 23 φ 5,0 c.15 - 385 N1 – 5 4 φ 5, 0 c. 2 0 - 3 15 L3 65 65 35 φ N 1 c.7,5 9 φ N 1 c.15 9 φ N 1 c.15 Página 39 de 40 • Armaduras de Canto As armaduras de canto são utilizadas para combater o momento volvente e, isto de acordo com a NBR 6118, subitem 3.3.2.8, que diz o seguinte: Quando, nos cantos das lajes retangulares livremente apoiadas nas quatro bordas, a armadura para combater o momento volvente não for calculada, deverão ser dispostas duas armaduras, uma superior paralela à bissetriz e outra inferior, a ela perpendicular, cada uma delas com área de seção transversal não inferior à metade da máxima no centro da laje. Essas armaduras deverão estender até a distância, medida a partir das faces dos apoios, igual a um quinto do vão menor. O que acontece na prática é o de se colocar tais armaduras apenas em lajes cujo vão menor seja superior a 3,0 m e somente nos cantos onde concorram dois bordos simplesmente apoiados e, não apenas quando a laje for simplesmente apoiada nos quatro bordos. Explicitando ⇒ AS c,inf = AS c,sup ≥ 0,2 AS da Laje, onde é a maior armadura entre ASx e ASy da respectiva Laje. 0,1 ℓ 0,2 ℓ AS c,inf – Armadura de Canto Inferior 0,2 ℓ 0,1 ℓ AS c,sup – Armadura de Canto Superior Página 40 de 40 5.1 Introdução 5.2 Classificação e Tipos de Lajes 5.2.1 Quanto a sua composição e forma 5.2.2 Quanto ao Tipo de Apoio 5.2.3 Quanto ao Esquema de Cálculo 5.2.3.1 Vão Livre e Vão Teórico Conhecidos os vãos teóricos, considera-se ℓx o menor vão, ℓy o maior e λ = ℓy / ℓx (Fig. 5.4). De acordo com o valor de λ , é usual a seguinte classificação: λ < 2 ( laje armada em duas direções; λ ( 2 ( laje armada em uma direção. 5.3 Vinculação de Bordo de Lajes 5.4 Cargas e Verificação de Flechas para Lajes Maciças 5.4.1 Cargas (ou Carregamentos) em Lajes As cargas atuantes nas lajes são de natureza permanente ( g ) e de natureza acidental ( q ). Os valores dessas são indicadas pela NBR-6120. As cargas de natureza permanente que atuam nas lajes são compostas basicamente por: Peso próprio da laje; Peso da regularização; Peso do enchimento; Peso dorevestimento; Peso dos elementos construtivos fixos; Peso das instalações permanentes; outras. Para efeitos práticos e satisfazendo os ditames de norma, remete-se a seguir as considerações já mencionadas anteriormente em Sistemas Estruturais 1, quanto aos carregamentos em Lajes (Módulo3): Peso-próprio (pp): Alvenaria (alv): Revestimento (rev): Cobertura (cob): Carregamentos Acidentais Sobrecargas: Lajes em Balanço Nas lajes em balanço, que se destinam a sacadas, além das cargas permanentes e acidentais citadas até aqui, devem ser considerados os seguintes carregamentos: 5.4.2 Flecha como delimitador 5.4.3 Determinação dos Esforços nas Lajes 5.4.3.1 Reações de Apoio 5.4.4 Cargas de Alvenaria nas Lajes 5.4.5 Determinação dos Momentos Fletores 5.4.5.1 Determinação dos Momentos Fletores para Lajes Armadas em 2 direções 5.4.5.2 Determinação dos Momentos Fletores para Lajes Armadas em 1 direção 5.4.6 Compatibilização dos Momentos Fletores Há de se observar, que tanto para os momentos positivos como para os negativos, os valores determinados pela Tabela de Marcus (para as lajes armadas em 2 direções ( armadas em cruz), ou os momentos determinados nos casos de lajes armadas em 1 só direç... Porém, a compensação dos momentos fletores em lajes, ao contrario das vigas, é um processo bastante simplificado, rápido e que fornece resultados razoavelmente próximos dos reais, desde que se observe algumas restrições: a carga permanente deve ser maior que a acidental, carregamento das lajes deve ser simultâneo e com carga total, as lajes devem ter rigidez e vãos que não difiram muito entre si. Estas restrições, para a grande maioria dos casos estruturais surgidos ( ou que surgirão) para análise na vida profissional de um arquiteto, não será impeditivo para a utilização do processo que passaremos a detalhar a seguir. Ao contrario das vigas contínuas, onde ocorre a propagação dos momentos ao longo dos tramos, nas lajes esta propagação não será considerada. A compensação será feita uma a uma, independente das demais. Decorre então, a necessidade do entendimento da existência de uma diferença de Momentos Negativos em cada apoio e, quando houver a compensação desses momentos, necessariamente o Momento Negativo “compensado” será menor que o maior dos dois momentos. C... 5.5 Dimensionamento de Lajes Maciças de Concreto Armado Conhecidos os momentos fletores característicos compatibilizados (Mk ( Momentos Positivos e Negativos Compatibilizados – segundo item anterior ), passa-se à determinação das armaduras. Esse dimensionamento é feito à Flexão (como veremos mais detalhada... Podem ser utilizadas as tabelas descritas a seguir, sendo a Tabela 5.3 para o cálculo das áreas necessárias das armaduras e as Tabelas 5.4 e 5.5 para a escolha do diâmetro e do espaçamento das barras, respectivamente. Inicialmente, determina-se o momento fletor de cálculo ( Md ), em kN.cm/m: Md = (f . Mk onde, (f = 1,4 ( coeficiente de segurança de norma ( adimensional) Posteriormente, calcula-se o coeficiente Kc conforme: Com o coeficiente Kc, e conhecidos a resistência característica do concreto ( em MPa ) e o tipo de aço ( ferro ) utilizados na obra, determina-se ( através da Tabela 5.3) o coeficiente Ks; Com o coeficiente Ks, determina-se então a área de armadura ( As ( em cm2 ), conforme: ; Através das Tabelas 5.4 e ou 5.5 determina-se o diâmetro nominal do ferro e o seu espaçamento. 5.5.1 Diretrizes de Norma e Dimensionamento As armaduras devem respeitar os valores mínimos recomendados pela NBR 6118, indicados nas tabelas 5.1 e 5.2 nas quais (s = As / (bw . d ). Onde relaciona (s = f ( (min ) e (min = As min / (bw . d ) Calcula-se (min para fatores diferentes, usando a equação ou usando a tabela: 5.5.2 Designação das Armaduras de Lajes Maciças 5.5.3 Detalhamento das Armaduras de Lajes Maciças Armaduras Positiva e Negativa Armaduras de Canto
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