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UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ - FACULDADE DE ENGENHARIA CIVIL (UFPA / ITEC / FEC) ESTRUTURAS DE CONCRETO II - Prof. RONALDSON CARNEIRO versão: março/2015 1 1. INTRODUÇÃO 1. DEFINIÇÃO: Elementos planos (placas), geralmente em posição horizontal, que apresentam uma dimensão, a espessura, muito menor em relação às demais. As lajes recebem os carregamentos atuantes e os transferem aos apoios dispostos no contorno, geralmente vigas, e destes para os pilares até as fundações. Nas estruturas usuais, as lajes respondem por aproximadamente 50 % do consumo de concreto. 1.2. Tipos de lajes a. Lajes maciças: De seção homogênea, executadas sobre formas, que as moldam, e escoramentos, que as sustentam até que adquiram resistência própria. Recomendadas para vãos até 6 metros de comprimento. b. Lajes nervuradas moldadas no local: Apresentam nervuras, onde ficam concentradas as armações, entre as quais podem ser colocados materiais inertes (EPS, elemento cerâmico, etc.) com função de enchimento, o que simplifica a forma (plana) e deixa a superfície inferior lisa para receber o acabamento. Esse sistema é empregado em grandes vãos, onde é necessário trabalhar com espessuras elevadas a fim de atender as flechas e solicitações. A necessidade de espessuras elevadas inviabiliza o emprego de lajes maciças em razão do consumo de concreto e do peso próprio elevado, o que não acontece nas nervuradas, pois parte do concreto é retirado ou substituído por um material mais leve, colocado entre as nervuras, ficando a armação concentrada em faixas (nervuras) para atender às solicitações. UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ - FACULDADE DE ENGENHARIA CIVIL (UFPA / ITEC / FEC) ESTRUTURAS DE CONCRETO II - Prof. RONALDSON CARNEIRO versão: março/2015 2 c. Lajes nervuradas parcialmente pré-moldadas: Trata-se de lajes nervurada com nervuras parcialmente pré-moldadas. A armação fica concentrada nas nervuras. Tem a vantagem da pré-fabricação, reduzindo o uso de formas e escoramentos, com conseqüente redução de custos e aumento de produtividade. d.Lajes lisas (cogumelo): São lajes apoiadas diretamente pelos pilares (sem vigas). Esse tipo de laje apresenta diversas vantagens: facilidade de execução (forma e armação), redução de pé direito, facilita a passagem de tubulações (elétrica, hidráulica, ar condicionado, etc.), flexibiliza o arranjo de alvenarias e/ou divisórias (forro liso), etc. Apesar das inúmeras vantagens, ausência de vigas torna o sistema mais flexível, comprometendo estabilidade horizontal. A possibilidade de ruptura por punção e colapso progressivo deve ser cuidadosamente analisada. UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ - FACULDADE DE ENGENHARIA CIVIL (UFPA / ITEC / FEC) ESTRUTURAS DE CONCRETO II - Prof. RONALDSON CARNEIRO versão: março/2015 3 2. CLASSIFICAÇÃO DAS LAJES MACIÇAS As lajes podem ser classificadas quanto aos seguintes aspectos: Quanto ao tipo de apoio: As lajes podem apresentar os seguintes tipos de apoio (vínculo): A borda da laje simplesmente apoiada permite a rotação, enquanto o engastado é impedido de girar. O engastamento depende da rigidez do apoio, ou seja, da rigidez do elemento onde a laje pretende se engastar. Na realidade, é muito difícil garantir o engastamento perfeito, sendo mais freqüente o engastamento parcial. Deve-se destacar que a existência de armação de ligação de uma laje com o apoio, normalmente, a laje vizinha, NÃO garante o engastamento, é preciso que a rotação seja impedida, daí a importância da rigidez do apoio. A figura abaixo exemplifica a representação da vinculação das lajes. Quanto à armação De acordo com a atuação dos momentos fletores, em uma ou duas direções, as lajes podem ser classificadas em armadas em uma ou duas direções. a. Lajes armadas em uma direção: são aquelas em que os momentos fletores solicitam predominante apenas uma direção. É o caso das lajes em balanço (sacadas), daquelas com os dois lados opostos apoiados, sendo os outros dois livres (rampas, simplesmente apoiado engastado Livre (sem apoio)Tipo de apoio representação bordas simplesmente apoiadas borda engastada borda livre Laje UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ - FACULDADE DE ENGENHARIA CIVIL (UFPA / ITEC / FEC) ESTRUTURAS DE CONCRETO II - Prof. RONALDSON CARNEIRO versão: março/2015 4 escadas), e das lajes com lados apoiados (simples ou engaste), onde a medida do maior lado (L) supera o dobro do lado menor (l), como indicado na figura a seguir. O momento na direção do menor vão é muito superior ao da outra direção quando a relação entre os vãos supera 2, sendo, dessa forma, considerada como armada em apenas uma direção. Na direção secundária, paralela a “L”, é colocada uma armação de distribuição. a. Lajes armadas em duas direções: são aquelas em que os momentos fletores solicitam as duas direções. Essa situação ocorre nas lajes retangulares apoiadas nos quatro lados, em que a relação entre o maior vão (L) e o menor (l) é inferior ou igual a dois. São mais econômicas que as lajes armadas em uma direção, pois o carregamento da laje solicita as duas direções, reduzindo a magnitude dos momentos fletores e das flechas. Para a determinação dos vãos efetivos, a NBR 6118 (item 14.6.2.4) prescreve: Vão efetivo l = lo +a1 + a2 onde: a1 = menor valor entre (t1/2) e (0,3 h) a2 = menor valor entre (t2/2) e (0,3 h) L l M f y Mfx 2 l L L l M fy Mfx L 2 l L h t1 t2 lo UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ - FACULDADE DE ENGENHARIA CIVIL (UFPA / ITEC / FEC) ESTRUTURAS DE CONCRETO II - Prof. RONALDSON CARNEIRO versão: março/2015 5 3.0 AÇÕES A CONSIDERAR As ações (carregamentos) podem classificadas segundo o tempo de atuação nas estruturas, dando origem às ações permanentes e ações variáveis. As ações permanentes atuam durante toda a vida, pode-se citar: peso próprio, revestimentos, paredes, etc. As ações variáveis são constituídas pelas cargas de uso da construção, ou seja, atuam durante certos períodos na estrutura, pode-se citar: móveis, pessoas, veículos, peso da água (reservatórios), etc. A figura mostrada a seguir ilustra as ações usuais nas lajes de construções residenciais. No processo de cálculo das lajes, as ações devem ser consideradas por m2, algumas são de fato, caso do peso próprio, outras são admitidas assim por simplificação, como o peso de paredes, o qual deve ser distribuído na área da laje. O cálculo computacional por elementos finitos já permite a consideração mais precisa da atuação de ações discretas (paredes) nas lajes. 3.1 COMPOSIÇÃO DO CARREGAMENTO DAS LAJES POR m2 3.1.1 AÇÕES PERMANENTES São constituídas pelo peso próprio do elemento estrutural e pelo peso de todos os elementos construtivos e instalações permanentes. Toda carga é de volume (kN/m3), transformada em peso por m2 (kN/m2) para efeito de cálculo. a. Peso próprio Para determinação do peso próprio (pp) por m2, basta multiplicar o volume da laje em 1 m2, pelo peso específico do concreto armado (γ = 25 kN/m3), assim: pp = 1 m x 1 m x e x 25 = 25. e (kN/m2), com e em metros. paredes revestimento teto pessoas, móveis, veículos, etc revestimento do piso paredes revestimento teto pessoas, móveis, veículos, etc revestimento do piso UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ - FACULDADE DE ENGENHARIA CIVIL (UFPA / ITEC / FEC) ESTRUTURAS DE CONCRETO II - Prof. RONALDSON CARNEIRO versão: março/2015 6 Para cada “cm” na espessura da laje (0,01 m), o peso próprio aumenta de 0,25 kN. Assim, uma laje com 8 cm de espessura apresenta peso próprio de 2 kN por m2. Como a espessura ainda não é conhecida nesta fase do cálculo, e o peso próprio é um carregamento a ser considerado, deve-se fazer um pré-dimensionamento das espessuras. A norma brasileira (NBR 6118/2014) não apresenta critérios de pré- dimensionamento, no entanto, para lajes retangulares, com bordas apoiadas ou engastadas, a altura útil (d) pode ser estimada por meio da expressão: 100 )1,05,2( *ln d sendo n o número de bordas engastadas e l* o menor valor entre l (menor vão) e 0,7L (maior vão), para lajes armadas em duas direções, enquanto para lajes armadas em apenas uma direção, considera-se l* como o vão de atuação do maior momento, em geral, o menor vão. Nos balanços, considera-se l *como o dobro do vão. Ao valor da altura útil deve-se acrescentar o valor correspondente à metade do diâmetro da armação (estimado) e o valor do cobrimento das armaduras, como ilustrado na figura abaixo. Assim, = d +Ø/2 + c Para efeito de pré-dimensionamento pode-se admitir um diâmetro de 1 cm (Ø = 10 mm). O valor do cobrimento (c) é estabelecido na NBR 6118/2014 de acordo com a classe de agressividade ambiental (CAA) em que a estrutura será construída, conforme as Tabelas 6.1 e 7.2 da norma, mostradas a seguir. d Ø/2 c e d Ø/2 c e UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ - FACULDADE DE ENGENHARIA CIVIL (UFPA / ITEC / FEC) ESTRUTURAS DE CONCRETO II - Prof. RONALDSON CARNEIRO versão: março/2015 7 Permite ainda a norma que os cobrimentos acima sejam reduzidos de 5 mm, quando houver um controle rigoroso de execução, o que deve ser explicitado nos desenhos do projeto. De acordo com a NBR 6118/2014, lajes executadas em Belém, ambiente urbano, classe II, devem ter cobrimento nominal de 25 mm enquanto aquelas executadas em Salinópolis, ambiente marinho, classe III, devem ser executadas com cobrimento de 35 mm. A NBR 6118/2014 ainda prescreve que devem ser respeitados os seguintes limites mínimos para a espessura de lajes maciças: 7 cm para lajes de cobertura não em balanço; 8 cm para lajes de piso não em balanço; 10 cm para lajes em balanço; 10 cm para lajes que suportem veículos de peso total menor ou igual a 30 kN; 12 cm para lajes que suportem veículos de peso total maior que 30 kN; 15 cm 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; 16 cm para lajes lisas e 14 cm para lajes-cogumelo, fora do capitel. UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ - FACULDADE DE ENGENHARIA CIVIL (UFPA / ITEC / FEC) ESTRUTURAS DE CONCRETO II - Prof. RONALDSON CARNEIRO versão: março/2015 8 L = 400 l= 3 50 L = 400 l= 3 50 Segundo a NBR 6118/2014, no dimensionamento das lajes em balanço, os esforços solicitantes de cálculo devem ser multiplicados por um coeficiente adicional γn, de acordo com o indicado na Tabela 13.2 da norma. Como exemplo de pré-dimensionamento, seja a laje de piso indicada na figura a seguir, a ser executada em ambiente classe, armada com ferros de diâmetro 10 mm. 100 )1,05,2( *ln d , sendo n = 1 e l* o menor valor entre l = 350 e 0,7 L = 280 cm, ou seja, l* = 280 cm, logo, cmd 72,6 100 280)11,05,2( Assim, a espessura da laje: e = d +Ø/2 + c e = 6,72 + 1,0/2 + 2 = 9,22 cm e = 9 cm O peso próprio da laje com 9 cm de espessura pp = 25 . 0,09 = 2,25 kN/m2 b. Revestimento da superfície inferior (teto) Para determinação da carga correspondente ao revestimento do forro, deve-se multiplicar o volume do material aplicado em 1 m2 (1 x 1 x hrt) pelo peso específico do material ( γrt ), sendo hrt a espessura da camada de revestimento. = (1 x 1 x hrt) x γrf De acordo com o tipo de revestimento, pode-se encontrar as seguintes situações: hrfhrf 1m 1m hrt 1m 1m hrt UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ - FACULDADE DE ENGENHARIA CIVIL (UFPA / ITEC / FEC) ESTRUTURAS DE CONCRETO II - Prof. RONALDSON CARNEIRO versão: março/2015 9 argamassa de cimento+areia+cal (γ = 19 kN/m3) com espessura média de 2 cm: 0,02 x 19 = .. ... .0,38 kN/m2 Gesso espatulado diretamente sobre o concreto: .................... Não considerar Placas de gesso (forro falso) penduradas na laje: ...............................0,1 kN/m2 c. Revestimento de piso É normalmente constituído de camada niveladora e acabamento final. c.1 Camada niveladora ou camada de regularização em argamassa de cimento+areia (γ = 21 kN/m3) com espessura média de 4 cm: 0,04 x 21 = ........................... 0,84 kN/m2 c.2 Acabamento: Em lajota (e = 0,5 cm) ................................................. 0,005 x 18 = 0,09 kN/m2 Em taco/tábua corrida (e = 2 cm) ....................................0,02 x 10 = 0,2 kN/m2 Em mármore/granito (e = 2 cm) ..................................... 0,02 x 28 = 0,56 kN/m2 Em carpete/paviflex ou similar ............................................... Não considerar Como resultado final do revestimento de piso deve-se considerar o peso da camada niveladora somado com o do acabamento. De modo a simplificar a consideração da carga de revestimento nos projetos de prédios residenciais dois valores distintos em função do acabamento especificado: 1 kN/ m2 para acabamento simples (lajota, tábua corrida, taco de madeira, carpete) e 1,5 kN/m2 para acabamentos mais sofisticados que incluam pedras de mármore ou granito) d. Cargas de parede sobre lajes O peso das paredes depende da espessura (largura) definida no projeto arquitetônico. O peso das paredes de tijolos cerâmicos é obtido da soma do peso dos elementos cerâmicos (tijolo) com o da argamassa de rejunte e de acabamento (reboco). Assim, o peso de 1 m2 ( 1m de comprimento por 1 m de altura) de paredes acabadas, executadas com tijolos cerâmicos furados, é dado por: espessura da parede peso por m2 13 cm .................................... ~ 2 kN/m2 15 cm .................................... ~ 2,3 kN/m2 20 cm .................................... ~ 2,9 kN/m2 e (m) γ (kN/m 3 ) UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ - FACULDADE DE ENGENHARIA CIVIL (UFPA / ITEC / FEC) ESTRUTURAS DE CONCRETO II - Prof. RONALDSON CARNEIRO versão: março/2015 10 1,5 m 2 ,5 m4 ,5 m 4 m 0,15 m 1,5 m 2 ,5 m4 ,5 m 4 m 0,15 m lb paredetotalPeso palv Desta forma, para se obter o peso total das paredes sobre determinada laje, deve-se multiplicar o comprimento total das paredes pela altura, para se determinar a área total, e o resultado pelo peso por m2, o qual varia com a espessura. d.1 Peso das paredes nas lajes armadas em duas direções Nessas lajes o peso das paredes deve ser uniformemente distribuído na área da laje, resultando em uma carga por m2. É uma simplificação em razão dos processos manuais de cálculo, válido para lajes com dimensões reduzidas, como as de prédios residenciais. Para a laje indicada na figura, a carga proveniente das paredes com 2,8 metros de altura resulta em: lajedaárea paredestotalpeso palv 2/43,1 45,4 3,28,2)5,15,2( mkNpalv d.1 Peso das paredes nas lajes armadas em apenas uma direção Há duas situações quanto à distribuição do peso das paredes, visto que essas lajes são admitidas como faixas sucessivas de 1 m de largura, como vigas, segundo o menor vão. Parede paralela à menor direção: a peso da parede é distribuído apenas em um trecho correspondente a 2/3 do menor vão, como indicado na figura, ficando a laje com carregamentos diferentes. Nos trechos “a” e “c”: No trecho “b”: l L a b = l 3 2 c l L a b = l 3 2 c pp+rev+sc l pp = peso próprio rev = revestimento sc = carga acidental pp+rev+sc+palv l pp = peso próprio rev = revestimento sc = carga acidental palv = peso parede UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ - FACULDADE DE ENGENHARIA CIVIL (UFPA / ITEC / FEC) ESTRUTURAS DE CONCRETO II - Prof. RONALDSON CARNEIRO versão: março/2015 11 Parede paralela à maior dimensão: A parede é considerada como uma carga concentrada na laje. No trecho “a””: No trecho “b”: Ppar = 1 ml x altura parede x peso 1 m 2 parede Nos dois casos acima, a carga da parede solicita trechos diferentes da laje (a, b e c), resultando em momentos e, provavelmente, armaduras diferentes na mesma laje. De modo a simplificar o detalhamento e evitar possíveis erros de execução, costuma-se adotar a maior armação em toda extensão da laje. Nos balanços (sacadas), o peso do guarda-corpo deve ser considerado como uma carga concentrada, aplicada na extremidade do balanço. 3.1.2 AÇÕES VARIÁVEIS São aquelas que atuam na estrutura em função de seu uso, tais como: pessoas, móveis, veículos, etc. O termo variável refere-se ao tempo de permanência da carga na estrutura. Os valores mínimos das cargas variáveis dependem da finalidade da edificação e estão especificados na NBR 6120. São freqüentes os valores: 1,5 kN/m2 : edifícios residenciais (salas, dormitórios, cozinha e banheiros); 2 kN/m2 : escritórios 0,5 kN/m2 : forro / terraço sem acesso ao público; 3 kN/m2 : garagem / estacionamento para veículos de passageiros com carga máxima de 25 kN por veículo; l L a b d1 d2 l L a b d1 d2 pp+rev+sc l pp = peso próprio rev = revestimento sc = carga acidental pp+rev+sc l d1 d2 Ppar pp+rev+sc l d1 d2 Ppar pp = peso próprio rev = revestimento sc = carga acidental Ppar = peso parede UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ - FACULDADE DE ENGENHARIA CIVIL (UFPA / ITEC / FEC) ESTRUTURAS DE CONCRETO II - Prof. RONALDSON CARNEIRO versão: março/2015 12 A NBR 6120 ainda exige que deve-se considerar a atuação de uma carga horizontal de 0,8 kN e outra vertical de 2 kN, por metro linear, ao longo de parapeitos e balcões, como ilustrado na figura a seguir. Cabe citar a situação de estruturas com cargas variáveis (sobrecargas) elevadas, caso de depósitos, supermercados, etc., onde deve-se analisar os resultados da aplicação da carga variável em lajes distintas de modo a se obter os maiores esforços, visto que a aplicação localizada de valores elevados de carga pode alterar a condição de engastamento da laje, ou seja, pode resultar na rotação (apoio simples) na borda da laje, admitida inicialmente engastada. 4. ESFORÇOS SOLICITANTES O dimensionamento das lajes é realizado a partir dos momentos fletores, das forças cortantes e dos momentos de torção. As lajes são consideradas como faixas sucessivas de 1 m de largura, dispostas em uma ou duas direções, onde atuam os esforços solicitantes. O valor determinado para a faixa de laje é considerado o mesmo em toda sua extensão. Os esforços dependem do carregamento, das vinculações e dos vãos da laje. 4.1 Momentos fletores 4.1.1 Nas lajes armadas em uma direção ( L / l >2 ) a. Apoiadas nos quatro lados ( L / l >2 ) O cálculo é análogo ao de uma viga de base igual a 1 m e altura correspondente à espessura da laje. Os seguintes casos podem ser encontrados: 0,8 kN 2 kN parapeito (guarda-corpo) carga variável elevadacarga variável elevada UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ - FACULDADE DE ENGENHARIA CIVIL (UFPA / ITEC / FEC) ESTRUTURAS DE CONCRETO II - Prof. RONALDSON CARNEIRO versão: março/2015 13 b. Em balanço A laje fica engastada em apenas um lado, considera-se como uma viga em balanço 4.1.2 Nas lajes armadas em duas direções ( L / l 2 ) Para determinação dos esforços nas lajes armadas nas duas direções há dois processos de cálculo: o elástico e o plástico. O cálculo no regime plástico permite a determinação do momento fletor último a partir da configuração de ruína da laje, definida por “linhas de ruptura, charneiras ou rótulas plásticas”, de acordo com a provável distribuição das fissuras no momento da ruptura, como ilustrada na figura a seguir. Linhas de ruptura (charneiras plásticas) UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ - FACULDADE DE ENGENHARIA CIVIL (UFPA / ITEC / FEC) ESTRUTURAS DE CONCRETO II - Prof. RONALDSON CARNEIRO versão: março/2015 14 As “linhas de ruptura” dividem a laje em triângulos e trapézios, ou seja, painéis rígidos que giram em torno das rótulas plásticas. A carga última pode ser obtida por meio do princípio dos trabalhos virtuais ou equações de equilíbrio. A verificação aos ELS (estado limite de serviço) deve ser realizada por processo elástico de cálculo. O cálculo em regime elástico (cargas de serviço) pode ser realizado a partir da equação diferencial fundamental da teoria das placas, denominada equação de Lagrange, admitindo material homogêneo, isótropo, elástico e linear. A equação relaciona o deslocamento elástico, z, da placa com carga uniforme, p, normal à superfície, como segue: D p y z yx z x z 4 4 22 4 4 4 2 sendo: )1(12 2 3 Eh D = é a rigidez à flexão da placa; E é módulo de elasticidade do material; h é a espessura da placa; é o coeficiente de Poisson do material. Os momentos fletores nas direções x e y da placa podem ser determinados por: 2 2 2 2 y z x z DM x e 2 2 2 2 x z y z DM y A solução das equações diferenciais é normalmente obtida por meio de processos numéricos (diferenças finitas, elementos finitos, etc.) ou integração por séries trigonométricas, dos quais resultaram tabelas de uso prático, como as de Czerny, Bares, Marcus, etc. O chamado Processo de Marcus é um dos mais empregados na determinação dos momentos fletores em lajes retangulares. A obtenção dos momentos fletores é realizada com base na teoria das grelhas ou quinhões de carga, corrigidos por coeficientes obtidos da solução da equação de Lagrange. A teoria das grelhas consiste em dividir a laje em faixas de largura unitária, ortogonais entre si, paralelas aos bordos, h y x z p h y x z p UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ - FACULDADE DE ENGENHARIA CIVIL (UFPA / ITEC / FEC) ESTRUTURAS DE CONCRETO II - Prof. RONALDSON CARNEIRO versão: março/2015 15 onde a carga total da laje, p, é dividida em duas parcelas, px e py, chamadas de quinhões de carga, função da relação entre os vãos e da vinculação da laje, sendo px + py = p. As faixas, admitidas como vigas independentes submetidas aos respectivos quinhões de carga, produzem esforços mais elevados por não considerar a ligação com as outras faixas, daí a necessidade de correção por meio de coeficientes resultantes da equação de Lagrange. O cálculo dos momentos fletores em lajes retangulares, apoiadas em todo seu contorno, pelo Processo de Marcus pode ser realizado por meio de tabelas conforme o roteiro a seguir: 1. Observa-se, pelo esquema estático, o tipo de laje a ser calculada. Há seis situações possíveis: 2. Calcula-se a relação xy ll , onde xl é a direção que contém o maior número de engastes. No caso de igualdade no número de engastes, xl será o menor vão: 3. Com a definição do tipo de laje e do valor de , obtém-se na tabela de Marcus os coeficientes m e n para cálculo dos momentos positivos e negativos, respectivamente; 4. Os momentos são então obtidos pelas expressões: Momentos positivos Momentos negativos x x x m pl M 2 x x x n pl X 2 y x y m pl M 2 y x y n pl X 2 Observar que o numerador das expressões é sempre o mesmo, 2 xpl , nas duas direções. 1 2 3 4 5 61 2 3 4 5 6 lx l x lx l x l xlx l x lx l x l x ly l x Xy X x M x My ly l x Xy X x M x My UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ - FACULDADE DE ENGENHARIA CIVIL (UFPA / ITEC / FEC) ESTRUTURAS DE CONCRETO II - Prof. RONALDSON CARNEIRO versão: março/2015 16 Diagrama compatibilizado L1 L2 XL1 XL2 Xc XL1 Xc XL2 1LM 2LM Diagrama compatibilizado L1 L2 XL1 XL2 XcXc XL1 Xc XL2 1LM 2LM 4.1.3 Compatibilização dos momentos O cálculo dos momentos fletores indicado nos itens anteriores é realizado como lajes isoladas. No trabalho conjunto, as lajes admitidas contínuas apresentam, normalmente, sobre um mesmo apoio, momentos de engastamento diferentes face ao cálculo isolado. Dessa forma, entre lajes contínuas, o momento negativo deve ter valor único, o que requer a compatibilização (uniformização) dos momentos das lajes engastadas. O momento compatibilizado pode ser obtido por: 2 )(8,0 21 21 LL LL c XX XeXentremaiordo X Como conseqüência da compatibilização, convém corrigir os momentos positivos, aumentando-o ou reduzindo-o, conforme for o caso, de um valor correspondente a metade da diferença entre o momento compatibilizado, Xc, e o momento negativo da laje calculada isoladamente, XL1 ou XL2, ou seja, ΔML1=(XL1 – Xc)/2 para L1 e ΔML2=(Xc – XL2)/2 para L2. UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ - FACULDADE DE ENGENHARIA CIVIL (UFPA / ITEC / FEC) ESTRUTURAS DE CONCRETO II - Prof. RONALDSON CARNEIRO versão: março/2015 17 Coeficientes para cálculo dos momentos pelo Processo de Marcus λ mx my mx nx my mx nx my ny mx nx my mx nx my ny mx nx my ny λ 0,50 140,9 59,2 45,1 137,1 50,4 49,9 246,4 108,0 71,4 35,0 0,50 0,52 125,7 51,0 43,2 123,7 44,8 48,4 216,5 95,1 67,8 33,9 0,52 0,54 112,9 45,6 41,6 112,4 40,2 47,1 191,7 82,6 64,6 32,1 0,54 0,56 102,2 40,5 40,2 102,8 36,4 46,1 170,9 73,0 61,9 30,5 0,56 0,58 93,1 96,3 39,0 94,7 33,2 45,4 153,4 65,0 59,5 29,2 0,58 0,60 85,5 32,7 38,0 87,6 30,5 44,8 138,6 58,3 57,4 20,0 0,60 0,62 78,6 29,7 37,2 81,5 28,2 44,4 126,0 52,6 55,7 27,0 0,62 0,64 72,7 27,1 36,5 86,2 26,3 44,1 115,2 47,6 54,2 26,1 0,64 0,66 67,6 24,9 35,9 71,5 24,7 44,0 105,8 43,6 52,9 25,3 0,66 0,68 63,1 23,0 35,4 67,4 23,2 44,0 97,7 40,1 51,8 24,7 0,68 0,70 59,1 21,3 35,1 63,7 22,0 44,1 90,7 37,0 50,8 24,2 0,70 0,72 55,6 19,9 34,8 60,4 20,9 44,3 84,5 34,3 50,1 23,7 0,72 0,74 52,4 18,7 34,6 57,5 20,0 44,7 79,1 32,0 49,9 23,1 0,74 0,76 49,6 17,6 34,4 55,0 19,2 45,1 74,3 30,0 49,0 23,1 0,76 0,78 47,0 16,6 34,4 52,5 18,5 45,6 70,0 28,2 48,7 22,9 0,78 0,80 44,6 15,8 34,4 50,4 17,9 46,2 66,2 26,7 48,4 22,7 0,80 0,82 42,5 15,1 34,4 40,5 17,3 46,8 62,9 25,3 48,3 22,7 0,82 0,84 40,6 14,4 34,5 46,8 16,8 47,6 59,9 24,1 48,2 26,6 0,84 0,86 38,8 13,9 34,6 45,2 16,4 48,4 57,2 23,0 48,3 22,7 0,86 0,88 37,2 13,3 34,8 43,8 16,0 49,3 54,7 22,0 48,4 22,7 0,88 0,90 35,7 12,9 35,0 42,5 15,7 50,2 52,5 21,1 48,6 22,8 0,90 0,92 34,4 12,5 35,3 41,3 15,4 51,2 50,5 20,4 48,8 23,0 0,92 0,94 33,1 12,1 35,6 40,2 15,1 52,2 48,7 19,7 49,2 23,2 0,94 0,96 32,0 11,8 36,0 39,2 14,8 53,4 47,1 19,1 49,6 23,4 0,96 0,98 30,9 11,5 36,3 38,5 14,6 54,5 45,6 18,5 50,0 23,7 0,98 1,00 27,4 27,4 29,9 11,2 36,7 37,1 16,0 37,1 16,0 37,5 14,4 55,7 44,2 18,0 50,6 24,0 55,7 24,0 55,7 24,0 1,00 1,02 26,4 27,4 29,0 11,0 37,2 35,7 15,4 37,2 16,0 36,7 14,2 57,0 42,9 17,5 51,1 24,3 53,6 23,1 55,8 24,0 1,02 1,04 25,4 27,5 28,2 10,7 37,7 34,4 14,8 27,2 16,1 36,0 14,1 58,3 41,8 17,1 51,8 24,7 51,8 22,3 55,9 24,1 1,04 1,06 24,5 27,5 27,4 10,5 38,2 33,2 14,3 37,3 16,1 35,3 13,9 59,7 40,7 16,8 52,4 25,1 59,9 21,5 56,1 24,2 1,06 1,08 23,6 27,5 26,7 10,4 38,7 32,1 13,9 37,4 16,2 34,7 13,8 61,1 39,7 16,4 53,2 25,5 40,3 20,8 56,3 24,3 1,08 1,10 22,8 27,6 26,0 10,2 39,3 31,1 13,5 37,6 16,3 34,2 13,6 62,6 38,8 16,1 54,0 25,0 46,8 20,2 58,8 24,4 1,10 1,12 22,0 27,6 25,4 10,0 39,9 30,1 13,1 37,8 16,4 33,7 13,5 64,1 38,0 15,8 54,8 26,5 45,4 19,6 57,0 24,6 1,12 1,14 21,3 27,7 24,8 9,9 40,6 29,3 12,7 38,0 16,6 33,2 13,4 65,7 37,3 15,8 55,6 27,0 44,1 19,1 57,4 24,8 1,14 1,16 20,7 27,8 24,3 9,8 41,2 28,5 12,4 38,3 16,7 32,7 13,3 67,3 36,5 15,3 56,6 27,5 43,0 18,6 57,8 25,1 1,16 1,18 20,0 27,9 23,8 9,7 41,9 27,7 12,1 38,6 16,9 32,3 13,2 68,9 35,9 15,1 57,5 28,0 41,9 18,2 58,3 25,3 1,18 1,20 19,5 28,0 23,3 9,6 42,6 27,0 11,9 38,9 17,1 31,9 13,2 70,8 35,3 14,9 58,5 29,0 40,9 17,8 58,9 25,6 1,20 1,22 18,9 28,1 22,9 9,4 43,4 26,4 11,6 39,2 17,3 31,0 13,1 72,3 34,7 14,7 59,0 29,2 40,0 17,4 59,5 25,6 1,22 1,24 18,4 28,3 22,5 9,4 44,1 25,8 11,4 39,6 17,5 31,2 13,0 74,1 34,2 14,5 60,0 29,8 39,1 17,1 60,2 26,3 1,24 1,26 17,9 28,4 22,1 9,3 44,9 25,2 11,2 40,0 17,7 30,9 13,0 75,9 33,7 14,4 61,7 30,4 38,3 16,8 60,8 26,6 1,26 1,28 17,4 28,6 21,8 9,2 45,6 24,7 11,0 40,4 18,0 30,6 12,9 77,8 33,2 14,2 62,9 31,1 37,6 16,5 61,6 27,0 1,28 1,30 17,0 28,8 21,4 9,1 46,6 24,2 10,8 40,8 18,3 30,3 12,8 79,7 32,8 14,1 64,0 31,8 36,9 16,2 62,1 27,4 1,30 1,32 16,6 28,9 21,1 9,1 47,5 23,7 10,6 41,3 18,5 30,1 12,8 81,8 32,4 14,0 65,3 32,5 36,3 16,0 63,2 27,8 1,32 1,34 16,2 29,1 20,8 9,0 48,3 23,3 10,5 41,8 18,8 29,8 12,7 83,6 32,0 13,9 66,5 33,2 35,7 15,7 64,0 28,2 1,34 1,36 15,9 29,4 20,5 8,9 49,3 22,9 10,3 42,3 19,1 29,6 12,7 85,6 31,7 13,8 66,5 33,9 35,1 15,5 64,9 28,7 1,36 1,38 15,3 29,6 20,3 8,9 50,2 22,5 10,2 42,8 19,4 29,4 12,7 87,6 31,3 13,7 69,1 34,7 34,6 15,3 65,8 29,2 1,38 1,40 15,2 29,8 20,0 8,8 51,2 22,1 10,1 43,4 19,6 29,2 12,6 89,7 31,0 13,6 70,5 35,4 34,1 15,1 66,8 29,6 1,40 1,42 14,9 30,1 19,8 8,6 52,1 21,6 10,0 43,9 20,1 29,0 12,6 91,8 30,7 13,5 71,0 36,2 33,6 15,0 67,8 30,2 1,42 1,44 14,6 30,3 19,6 8,7 53,1 21,5 9,9 44,5 20,5 28,8 12,6 94,0 30,4 13,4 73,2 37,0 33,2 14,8 68,8 30,7 1,44 1,46 14,4 30,6 19,4 8,7 54,2 21,2 9,8 45,1 20,1 28,6 12,5 96,0 30,2 13,3 74,7 37,9 32,8 14,6 69,9 31,2 1,46 1,48 14,1 30,9 19,2 8,7 55,2 20,9 9,7 45,7 21,2 28,5 12,5 98,5 29,9 13,3 76,2 38,7 32,4 14,5 71,0 31,8 1,48 1,50 13,9 31,2 19,0 8,6 56,3 20,6 9,6 46,4 21,6 28,3 12,5 100,7 29,7 13,2 77,7 39,6 32,0 14,4 72,1 32,3 1,50 1,52 13,6 31,5 18,8 8,6 57,4 20,4 9,5 47,1 21,9 28,2 12,5 105,0 29,5 13,1 79,2 40,4 31,7 14,3 73,3 32,9 1,52 1,54 13,4 31,9 18,7 8,6 58,5 20,1 9,4 47,7 22,3 28,0 12,4 105,4 29,3 13,1 80,8 41,3 31,4 14,1 74,4 33,5 1,54 1,56 13,2 32,2 18,5 8,5 59,6 19,9 9,4 48,4 22,6 27,9 12,4 107,8 29,1 13,0 82,4 42,2 31,1 14,0 75,7 34,1 1,56 1,58 13,0 32,5 18,4 8,5 60,7 19,7 9,3 49,1 23,2 27,8 12,4 110,2 28,9 13,0 84,0 43,1 30,8 13,9 76,9 34,8 1,58 1,60 12,9 32,9 18,2 8,5 61,9 19,5 9,2 49,9 23,6 27,6 12,4 112,6 28,7 12,9 85,6 44,1 30,5 13,8 78,2 35,4 1,60 1,62 12,7 33,3 18,1 8,5 63,1 19,3 9,2 50,6 24,0 27,5 12,4 115,1 28,6 12,9 87,3 45,0 30,3 13,7 79,5 36,1 1,62 1,64 12,5 33,7 18,0 8,4 64,3 19,1 9,1 51,4 24,5 27,4 12,3 117,6 28,4 12,8 89,0 46,0 30,0 13,7 80,8 36,7 1,64 1,66 12,4 34,0 17,9 8,4 65,5 18,9 9,1 52,2 25,0 27,3 12,3 120,2 28,3 12,8 90,8 47,0 29,8 13,6 82,2 37,4 1,66 1,68 12,2 34,5 17,7 8,4 66,8 18,8 9,0 53,0 25,4 27,2 12,3 122,8 28,1 12,8 92,5 48,0 29,6 13,5 83,5 38,1 1,68 1,70 12,1 34,9 17,6 8,4 68,0 18,6 9,0 53,8 25,9 27,1 12,3 125,4 28,0 12,7 94,3 49,0 29,4 13,4 85,0 38,9 1,70 1,72 11,9 35,3 17,5 8,4 69,3 18,6 8,9 54,6 26,4 27,0 12,3 128,0 27,8 12,7 96,1 50,0 29,2 13,4 86,4 39,6 1,72 1,74 11,8 35,7 17,4 8,4 70,6 18,5 8,9 55,5 26,9 26,9 12,3 130,8 27,7 12,7 98,0 51,1 29,0 13,3 87,9 40,3 1,74 1,76 11,7 36,2 17,3 8,3 72,0 18,2 8,8 56,4 27,4 26,9 12,3 135,5 27,6 12,6 100,0 52,1 29,8 13,3 89,3 41,0 1,76 1,78 11,6 36,6 17,2 8,3 73,3 18,1 8,8 57,2 27,9 26,8 12,2 136,2 27,5 12,6 101,8 53,2 28,7 13,2 90,9 41,8 1,78 1,80 11,5 37,1 17,2 8,3 74,7 17,9 8,8 58,1 28,4 26,7 12,2 139,1 27,4 12,6 103,7 54,3 28,5 13,1 92,4 42,8 1,80 1,82 11,3 37,6 17,1 8,3 76,0 17,8 8,7 59,1 28,9 26,6 12,2 141,9 27,3 12,6 105,6 55,4 28,4 13,1 94,0 43,4 1,82 1,84 11,2 38,1 17,0 8,3 77,4 17,7 8,7 60,0 29,4 26,6 12,2 144,8 27,2 12,5 107,6 56,6 28,2 13,1 95,5 44,2 1,84 1,86 11,2 38,6 16,7 8,3 78,9 17,6 8,7 60,9 30,0 26,5 12,2 147,7 27,1 12,5 109,6 57,7 28,1 13,0 97,2 45,0 1,86 1,88 11,1 39,1 16,8 8,3 80,3 17,5 8,6 61,9 30,5 26,4 12,2 150,6 27,0 12,5 111,7 58,8 28,0 13,0 98,8 45,8 1,88 1,90 11,0 39,6 16,8 8,2 81,7 17,4 8,6 62,9 31,1 26,4 12,2 153,5 26,9 12,6 110,7 60,0 27,8 12,9 100,5 46,8 1,90 1,92 10,9 40,1 16,7 8,2 83,2 17,3 8,6 63,8 31,7 26,3 12,2 156,5 26,8 12,4 115,8 61,2 27,7 12,9 102,1 47,5 1,92 1,94 10,8 40,6 16,6 8,2 84,7 17,2 8,6 64,8 32,2 26,3 12,2 159,6 26,8 12,4 117,9 62,3 27,6 12,9 103,9 48,4 1,94 1,96 10,7 41,2 16,6 8,2 86,2 17,1 8,5 65,8 32,6 26,2 12,2 162,6 26,7 12,4 120,0 63,6 27,5 12,8 105,6 49,2 1,96 1,98 10,6 41,7 16,5 8,2 87,7 17,1 8,5 66,9 33,4 26,1 12,2 165,8 26,6 12,4 122,8 64,8 27,4 12,8 107,4 50,1 1,98 2,00 10,6 42,3 16,5 6,2 89,2 17,0 8,5 67,9 34,0 26,1 12,2 169,0 26,5 12,4 124,4 66,0 27,3 12,8 109,1 51,0 2,00 λ mx my mx nx my mx nx my ny mx nx my mx nx my ny mx nx my ny λ PROCESSO DE MARCUS CÁLCULO DE LAJES COEFICIENTES TIPOTIPO lx é o vão na direção que contém o maior número de engastes. Quando houver igualdade, lx é o menor vão. lx1 2 ly 3 lx 4 ly 5 ly 6 lx ly l x X x M x My Xy x x x m pl M 2 x x x n pl X 2 y x y m pl M 2 y x y n pl X 2 x y l l UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ - FACULDADE DE ENGENHARIA CIVIL (UFPA / ITEC / FEC) ESTRUTURAS DE CONCRETO II - Prof. RONALDSON CARNEIRO versão: março/2015 18 5. DIMENSIONAMENTO À FLEXÃO Calculados os momentos fletores, pode-se realizar o dimensionamento das armaduras de flexão. O dimensionamento é realizado admitindo-se as faixas de laje como vigas de base 1 m e altura h igual à espessura da laje. Em geral, o dimensionamento conduz a seções subarmadas com armadura simples. A armadura dupla deve ser evitada em virtude da altura reduzida o que dificulta a execução. Para o cálculo das armaduras, além da altura e momento fletor, é preciso definir a altura útil (d = h – d’), a resistência característica à compressão do concreto (fck) e o aço a ser empregado (CA 50 ou CA 60). As armaduras podem ser obtidas por: ydz Sd s fdk M A sendo: kSd MM 4,1 , momento solicitante de cálculo; d , a altura útil; fyd , valor de cálculo da resistência ao escoamento; zk , coeficiente obtido na Tabela 5.1 a partir do coeficiente mdk obtido por: cdw Sd md fdb M k 2 sendo cdf o valor de cálculo da resistência à compressão do concreto e bw a base da laje. Com o objetivo de proporcionar adequado comportamento dútil em vigas e lajes, a posição da linha neutra no ELU, a NBR 6118/2014 exige que se observe os seguintes limites: 45,0 d x kx para concretos com 50ckf MPa 35,0 d x kx para concretos com 50 MPa < 35ckf MPa Esses limites podem ser alterados se forem utilizados detalhes especiais de armaduras, como, por exemplo, os que produzem confinamento nessas regiões. UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ - FACULDADE DE ENGENHARIA CIVIL (UFPA / ITEC / FEC) ESTRUTURAS DE CONCRETO II - Prof. RONALDSON CARNEIRO versão: março/2015 19 Tabela 5.1 – coeficientes adimensionais para o dimensionamento à flexão para concretos com fck ≤ 50 MPa.* *do livro “ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO – FUNDAMENTOS DE PROJETO, DIMENSIONAMENTO E VERIFICAÇÃO” – João Carlos Teatini de Souza Clímaco UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ - FACULDADE DE ENGENHARIA CIVIL (UFPA / ITEC / FEC) ESTRUTURAS DE CONCRETO II - Prof. RONALDSON CARNEIRO versão: março/2015 20 O ELU é caracterizado quando a distribuição das deformações na seção transversal pertencer a um dos domínios definidos na figura 17.1 da NBR 6118/2014, mostrada a seguir. Descrição dos domínios de estado limite último: UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ - FACULDADE DE ENGENHARIA CIVIL (UFPA / ITEC / FEC) ESTRUTURAS DE CONCRETO II - Prof. RONALDSON CARNEIRO versão: março/2015 21 Após dimensionamento à flexão, a escolha das armaduras (bitola e espaçamento) deve atender as prescrições da NBR 6118/2014 relacionadas a seguir: a. Armadura mínima: Destinada a melhorar o desempenho e dutilidade à flexão, assim como controlar a fissuração, a armadura mínima em lajes deve ser obtida por hbA wmíns min, (cm2) para armaduras negativas e para armadura positiva (principal) de lajes armadas em uma direção; hbA wmíns min, 67,0 (cm2) para armaduras positivas de lajes armadas em duas direções e para armaduras negativas de bordas sem continuidade, sendo cmbw 100 , h em cm e mín obtido na Tabela 17.3 da NBR 6118/2014. Tabela 5.2 – Taxa de armadura mínima de armação de flexão (Tabela 17.3 da NBR 6118/2014) A armadura secundaria (distribuição) de lajes deve ser obtida por míns prins dists A mcm A A , 2 , , 5,0 /9,0 5/ b. Bitola máxima ( máx ) 8 h máx , h é a espessura da laje c. Espaçamento máximo das barras ( s ) Na região de maiores momentos fletores, a armadura principal deve apresentar espaçamento máximo de 2h ou 20 cm, ou seja, cm h s 20 2 . UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ - FACULDADE DE ENGENHARIA CIVIL (UFPA / ITEC / FEC) ESTRUTURAS DE CONCRETO II - Prof. RONALDSON CARNEIRO versão: março/2015 22 A armadura secundária deve apresentar espaçamento de no máximo 33 cm, o que corresponde a aproximadamente 3 barras por cada metro da laje na direção secundária. 6. DETALHAMENTO DAS ARMADURAS DE LAJES O detalhamento das armaduras das lajes é realizado em planta, utilizando como base a planta de formas da estrutura do pavimento. Na planta de armadura de lajes devem ser desenhadas apenas as barras representativas da armadura de cada laje nas duas direções, com indicação do número de barras destinadas àquela laje, diâmetro, espaçamento entre barras e comprimento unitário. O desenho deve indicar as armaduras positivas (junto à face inferior) e negativas (junto à face superior), no entanto, quando houver superposição de armaduras que dificulte a interpretação deve-se realizar o detalhamento dessas armaduras em plantas diferentes. Costuma-se representar as barras da armadura positiva com linhas cheias e as da negativa com linhas tracejadas de modo a facilitar a visualização do detalhamento. Por último, na planta de detalhamento das armaduras devem constar: a resistência característica do concreto, fck, o tipo de aço (CA 60 e/ou CA 50), os quadros com discriminação das barras e resumo do aço (quantitativos), e o cobrimento a ser adotado na execução do projeto. 6.1 Armadura inferior (positiva) Deve ficar junto à face inferior da laje com a finalidade de atender os momentos fletores positivos. As armaduras geralmente se estendem de apoio a apoio, penetrando no mínimo 4 cm além do eixo teórico do apoio. Na prática a armadura se estende até próximo à face externa da viga de apoio da laje, respeitando-se o cobrimento normativo. A Figura 6.1 mostra o detalhamento típico de armaduras positivas em lajes. A bitola e espaçamento são obtidos no dimensionamento. A quantidade é obtida dividindo-se o vão livre (interno), na direção transversal da armadura, pelo espaçamento, subtraindo-se uma unidade. O comprimento é obtido pela soma do vão 32 Ø6.3 c14 - 405 46 0 380 15 15 15 23 Ø 5. 0 c1 6 -4 85 Quantidade Diâmetro Espaçamento Comprimento vão livre 32 Ø6.3 c14 - 405 46 0 380 15 15 15 23 Ø 5. 0 c1 6 -4 85 Quantidade Diâmetro Espaçamento Comprimento vão livre UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ - FACULDADE DE ENGENHARIA CIVIL (UFPA / ITEC / FEC) ESTRUTURAS DE CONCRETO II - Prof. RONALDSON CARNEIRO versão: março/2015 23 livre, na direção da armadura, com a largura dos apoios, subtraindo-se o cobrimento normativo nas duas extremidades. 6.2 Armadura superior (negativa) 6.2.1 Armadura negativa entre lajes totalmente apoiadas (nos quatro lados) Deve ficar junto à face superior da laje com o objetivo de atender os momentos negativos. Quando não se determinar o diagrama exato de momentos negativos, as barras da armadura principal sobre os apoios deverão se estender, para cada lado, de um valor correspondente a 1/4 do maior entre os menores vãos das lajes contíguas, como exemplifica a Figura 6.2. Figura 6.2 – Detalhamento de armadura superior (negativa) A bitola e espaçamento são determinados pelo dimensionamento. A quantidade é determinada da mesma forma citada anteriormente e o comprimento total corresponde à soma do comprimento reto com os dos ganchos nas extremidades. De modo a garantir o posicionamento das barras, devem ser colocadas barras complementares na direção transversal de modo a proporcionar a sustentação desejada, como ilustra a Figura 6.3. Convém, ainda, empregar dispositivos de apoio tais como caranguejos ou blocos de argamassa. l 2= 400 l2 é o maior entre os menores vãos l1=500 l3=300 L1 L2 menor vão de L1 menor vão de L2 ou 200 a a/2 25 Ø8.0 c15 – 210 46 l1 > l2 > l3 a = 2 .( l2 / 4) = 2 . (400/4) = 200 cm h – 2c h = 10 h = 8 armadura de amarração .. Ø 5.0 c3 0 – … l2 / 4 l2 / 4 l 2= 400 l2 é o maior entre os menores vãos l1=500 l3=300 L1 L2 menor vão de L1 menor vão de L2 ou 200 a a/2 25 Ø8.0 c15 – 210 46 l1 > l2 > l3 a = 2 .( l2 / 4) = 2 . (400/4) = 200 cm h – 2c h = 10 h = 8 armadura de amarração .. Ø 5.0 c3 0 – … l2 / 4 l2 / 4 UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ - FACULDADE DE ENGENHARIA CIVIL (UFPA / ITEC / FEC) ESTRUTURAS DE CONCRETO II - Prof. RONALDSON CARNEIRO versão: março/2015 24 Figura 6.3 – Detalhamento da armadura superior de engastamento das lajes 6.2.1 Armadura negativa em balanços Com continuidade Nas lajes em balanço com continuidade as barras devem ser estender na laje contígua 1,5 vezes o comprimento do balanço. De modo a garantir o posicionamento das barras da armadura principal, devem ser dispostas barras complementares na direção transversal como indicado anteriormente. Figura 6.4 – Detalhamento da armadura no balanço com continuidade Armaduras de distribuiçãoArmadura negativa (superior) (continuidade das lajes) VISTA FRONTAL Viga Armaduras de distribuição (N2) ISOMÉTRICA Armadura Superior(N1) (continuidade das lajes) Laje 2 Viga Laje 1 Laje 1 Laje 2 (amarração da arm. superior) FORMA da estrutura L1 L2 l=120 l1,5 l 300 h = 10 h = 8 .. Ø8.0 c12 – 310 46 h – 2c a = 2 ,5 l = 300 cm cobrimento armadura de amarração .. Ø 5.0 c3 0 – … L1 L2 l=120 l1,5 l 300 h = 10 h = 8 .. Ø8.0 c12 – 310 46 h – 2c a = 2 ,5 l = 300 cm cobrimento armadura de amarração .. Ø 5.0 c3 0 – … UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ - FACULDADE DE ENGENHARIA CIVIL (UFPA / ITEC / FEC) ESTRUTURAS DE CONCRETO II - Prof. RONALDSON CARNEIRO versão: março/2015 25 Lados simplesmente apoiados Fissuras de canto Lados simplesmente apoiados Fissuras de canto Sem continuidade A armadura deve ficar ancorada na viga, é o caso de pequenas marquises de proteção. Deve-se destacar a necessidade de dimensionar a viga à torção. Figura 6.5 – Detalhamento da armadura no balanço sem continuidade 6.3 Armaduras complementares: de canto e de bordo Além dos momentos fletores, surge na região dos cantos de lajes simplesmente apoiadas um outro esforço, denominado momento volvente (torsor), produzido pela tendência de elevação dos cantos da laje, do qual pode resultar em fissuras “de canto” na face superior, orientadas na direção normal à bissetriz, como indica a Figura 6.7. Figura 6.7 – Fissuras resultantes do momento volvente Em bordos simplesmente apoiados de lajes, podem surgir fissuras paralelas às vigas em razão da articulação da ligação laje-viga. Essas fissuras, indicadas na Figura 6.8 estão diretamente relacionadas à rigidez da laje (vão e espessura) e à magnitude do carregamento atuante. .. Ø6.3 c15 – … h – 2c Viga Laje armadura de amarração .. Ø6.3 c15 – … h – 2c Viga Laje armadura de amarração UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ - FACULDADE DE ENGENHARIA CIVIL (UFPA / ITEC / FEC) ESTRUTURAS DE CONCRETO II - Prof. RONALDSON CARNEIRO versão: março/2015 26 Figura 6.8 – Fissuras de canto e de bordo Em geral, os momentos nos cantos e bordos das lajes simplesmente apoiados são pequenos em comparação aos momentos fletores calculados anteriormente, podendo ser dispensado o cálculo se forem adotadas armaduras conforme esquema mostrado na Figura 6.9. As armaduras devem ser colocadas junto à face superior da laje. Figura 6.9 – Armaduras de canto e de bordo lados simplesmente apoiados fissuras de canto fissuras de bordo A A CORTE AA fissuras de bordo lados simplesmente apoiados fissuras de canto fissuras de bordo A A CORTE AA fissuras de bordo h-2c As ≥ 0,75 · As + As ≥ 0,25 · As + h-2c15Ø A s ≥ 0, 25 · A s + h- 2c 15 Ø A s bo rd o As canto h-2c bw+0,2 l bw As + : maior armadura positiva da laje l : menor vão b w 0, 2 l 0,2 l bw+0,2 l h-2c As ≥ 0,75 · As + As ≥ 0,25 · As + h-2c15Ø A s ≥ 0, 25 · A s + h- 2c 15 Ø A s bo rd o As canto h-2c bw+0,2 l bw As + : maior armadura positiva da laje l : menor vão b w 0, 2 l 0,2 l bw+0,2 l UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ - FACULDADE DE ENGENHARIA CIVIL (UFPA / ITEC / FEC) ESTRUTURAS DE CONCRETO II - Prof. RONALDSON CARNEIRO versão: março/2015 27 Cabe destacar que a armadura de canto só deve ser colocada nos cantos formados pelo encontro de dois lados simplesmente apoiados. A armadura de bordo deve ser interrompida ao chegar à área destinada à armadura de canto. 7. FORÇAS CORTANTES EM LAJES. REAÇÕES DE APOIO 7.1 Reações de apoio Em geral, nas lajes há interesse apenas nos cortantes máximos, ou seja, nas reações de apoio. Para o cálculo das reações, admite-se a divisão da laje em painéis rígidos, triângulos e trapézios, formados a partir de linhas de ruptura partindo dos vértices da laje, sendo a carga referente a cada painel transferida uniformemente ao apoio (viga) situado na base (bordo da laje) do painel, vide Figura 7.1. Os triângulos e trapézios são obtidos traçando-se, a partir dos vértices, retas inclinadas de: a. 45o – entre dois apoios do mesmo tipo (ambos apoios simples ou engastes); b. 60o – a partir do apoio engastado quando o outro for simplesmente apoiado; c. 90o – a partir do apoio quando o bordo vizinho for livre. Sendo “p” a carga na laje por m2, “A” as áreas formadas pelas linhas de ruptura, “L” e “l” os vãos da laje, as reações nas vigas de apoio (V1, V2 e V3) podem ser obtidas por: RV1 = p . A1 / L RV2 = p . A2 / L RV3 = p . A3 / l Figura 7.1 – Configuração das linhas de ruptura para obtenção das reações de apoio As expressões para o cálculo das reações de apoio (cortantes máximos) de lajes estão indicadas na Tabela 7.1, onde as reações “R” são aquelas obtidas nos lados maiores da laje (de vão “L”) enquanto “r” são as dos lados menores (de vão “l”). Os índices “a” e “e” representam a vinculação da laje, apoiado ou engastado. 45o 60o V1 V2 V 3 A2 A1 A 3 L l 45o 60o V1 V2 V 3 A2A2 A1 A 3 L l UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ - FACULDADE DE ENGENHARIA CIVIL (UFPA / ITEC / FEC) ESTRUTURAS DE CONCRETO II - Prof. RONALDSON CARNEIRO versão: março/2015 28 Assim, a indicação das reações de apoio, mostradas na Figura 7.2, ficaria como: Figura 7.2 – Indicação das reações de apoio Re = reação da laje no lado maior engastado; Ra = reação da laje no lado maior apoiado; ra = reação da laje no lado menor apoiado. Para as lajes armadas em uma só direção, as reações devem ser obtidas como em vigas considerando a base unitária. Para as lajes retangulares com relação entre vãos superior a 2, portanto, armada em apenas uma direção, costuma-se considerar calcular as reações apenas para os apoios nos lados maiores, no entanto, os lados menores recebem uma contribuição (r), que pode ser obtida com as expressões da Tabela 7.1. Re Ra r a Re Ra r a UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ - FACULDADE DE ENGENHARIA CIVIL (UFPA / ITEC / FEC) ESTRUTURAS DE CONCRETO II - Prof. RONALDSON CARNEIRO versão: março/2015 29 Tabela 7.1 – Expressões para cálculo das reações da laje Notação: p = carga por m2 l = menor vão da laje L = maior vão da laje ra = reação no menor lado da laje apoiado re = reação no menor lado da laje engastado Ra = reação no maior lado da laje apoiado Re = reação no maior lado da laje engastado UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ - FACULDADE DE ENGENHARIA CIVIL (UFPA / ITEC / FEC) ESTRUTURAS DE CONCRETO II - Prof. RONALDSON CARNEIRO versão: março/2015 30 L2 4 5 5 395 Aplicação: Determine as reações de apoio e o cortante máximo da laje L2, com os dados mostrados a seguir: Carregamento: Peso próprio ( e= 10 cm): 2,50 Revestimento: 1,00 Carga variável: 1,50 Carga total (p) : 5,0 kN/m2 Cálculo das reações de apoio (caso 2b, na Tabela 7.1): ra mkN lp /61,3 4 95,35 732,0 4 732,0 ; Ra ra mkN L l /93,4) 55,4 95,3 732,02(61,3732,02 ; Re 732,1 Ra mkN /53,893,4732,1 O cortante máximo corresponde à reação de apoio máxima na laje, de 8,53 kN/m. A força cortante solicitante de cálculo é obtida por VSd = 1,4 Vk = 1,4 · 8,53 VSd = 11,9 kN / m UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ - FACULDADE DE ENGENHARIA CIVIL (UFPA / ITEC / FEC) ESTRUTURAS DE CONCRETO II - Prof. RONALDSON CARNEIRO versão: março/2015 31 7.2 Força cortante em lajes (bw ≥ 5d) Segundo o item 19.4.1 da NBR 6118/2014, as lajes maciças ou nervuradas podem prescindir de armação transversal para atender aos esforços de tração oriundos da força cortante quando seu valor de cálculo (VSd), a uma distância d da face do apoio, atender a seguinte expressão: 1RdSd VV A resistência de projeto ao cisalhamento é dada por: dbkV wcpRdRd 15,0402,1 11 onde: - ctdRd f 25,0 , tensão resistente de cálculo do concreto ao cisalhamento, em MPa; - cctkctd ff inf, , valor de cálculo da resistência à tração do concreto, em MPa; - 3 2 inf, 21,0 ckctk ff ; resistência à tração do concreto, valor inferior em MPa; - dbA ws 11 , taxa de armação longitudinal, não maior que 0,02. 1sA é a área da armadura de tração que se estende até não menos que necbld , além da seção considerada, com necbl , (comprimento necessário de ancoragem) definido no item 9.4.2.5 da NBR 6118 e Figura 7.3; Figura 7.3 – Comprimento de ancoragem necessário (Figura 19.1 da NBR 6118) - d é a altura útil da laje, em metros; - wb = 1 m, largura unitária da laje, em metros; - cSdcp AN , tensão normal no concreto sendo SdN a força longitudinal na seção devida à protensão ou carregamento (compressão positiva), em MPa; - k é um coeficiente que tem os seguintes valores: = 1, para elementos onde 50 % da armadura não chega até o apoio; = d6,1 , não menor que 1, com d em metros. UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ - FACULDADE DE ENGENHARIA CIVIL (UFPA / ITEC / FEC) ESTRUTURAS DE CONCRETO II - Prof. RONALDSON CARNEIRO versão: março/2015 32 Aplicação: Determine o cortante máximo para se evitar armação transversal em uma laje com os seguintes dados: h = 10 cm = 0,1 m d’=2,5 cm = 0,025 m; d = h – d’ = 0,1 – 0,025 = 0,075 m; hbAA wmínss %15,067,0, (armadura mínima em lajes armadas em duas direções). O cortante máximo corresponde ao valor do cortante resistente de projeto, 1RdV , dado por: MPafff cckcctkctdRd 32,0)4,1/2521,0(25,0)/21,0(25,0)(25,025,0 3 23 2 inf, 535,1065,06,1 k 00134,0 075,01 1,010015,067,00015,067,0 11 db hb dbA w w ws kNMNVRd 2,460462,0075,01015,000134,0402,1535,132,01 kNVRd 2,461 , força cortante resistente de cálculo da laje. Para que seja dispensada armação transversal na laje em questão, o cortante deve ser menor ou igual a 46,2 kN/m. Geralmente, o esforço cortante solicitante é bem inferior ao valor resistente, logo, o cisalhamento em lajes retangulares não chega a preocupar, no entanto, deve-se atentar para situações de carregamentos elevados, como o de reservatórios, onde são observados cortantes com valores significativos. Nessa situação, quando for constatada a necessidade de armação transversal (VSd > VRd1), costuma-se aumentar a espessura da laje, de modo a aumentar o valor resistente de cálculo, até que seja atendida o critério de dispensa da armação transversal, face a dificuldade de execução dessa armação. Atenção especial deve ser dada às lajes lisas (cogumelo) em razão das tensões elevadas de cisalhamento, e, por conseguinte, da possibilidade de ruptura por punção, o que pode comprometer a estabilidade da estrutura (colapso progressivo). dbkV wcpRdRd 15,0402,1 11 = 0 (sem protensão) UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ - FACULDADE DE ENGENHARIA CIVIL (UFPA / ITEC / FEC) ESTRUTURAS DE CONCRETO II - Prof. RONALDSON CARNEIRO versão: março/2015 33 8. VERIFICAÇÕES AOS ESTADOS LIMITES DE SERVIÇO (ELS) Estão relacionadas à funcionalidade, aparência e durabilidade das estruturas em condições normais de utilização. Em geral, as principais verificações quanto aos ELS devem observar os seguintes aspectos: flechas (ELS-DEF): devem ser limitadas a fim de evitar prejuízos à aparência da estrutura, dos elementos da edificação, ou ao uso da construção; fissuração excessiva (ELS-W): devem ser limitadas de modo a evitar prejuízos à aparência, durabilidade e estanqueidade do elemento estrutural (reservatórios); 8.1 Verificação do Estado limite de Deformação Excessiva (ELS-DEF) - flechas Considera-se atendido ao estado limite de deformação excessiva quando o deslocamento do elemento estrutural (viga/laje) não ultrapassar os valores limites estabelecidos na NBR 6118. 8.1.1 Deslocamentos limites Deslocamentos limites são valores práticos utilizados para verificação em serviço do estado limite de deformações excessivas (ELS-DEF) da estrutura. A NBR 6118/2014 estabelece os valores limites, mostrados na Tabela 8.1, com base em quatro grupos básicos relacionados a seguir: a. aceitabilidade sensorial: caracterizado por vibrações indesejáveis ou efeito visual desagradável (vibrações em pisos, prejuízos à aparência); b. efeitos específicos: caracterizado por deslocamentos que limitem a utilização adequada da construção (quadra de ginásios, pistas de boliche, drenagem de coberturas e varandas, uso de equipamentos sensíveis em laboratórios); c. efeitos em elementos não estruturais: caracterizados por deslocamentos que acarretem em prejuízos ou mau funcionamento de elementos ligados à estrutura (esquadrias: janelas e portas, revestimentos, paredes, etc.); d. efeitos em elementos estruturais: caracterizados por deslocamentos que possam afetar o comportamento do elemento estrutural, afastando-o das hipóteses adotadas no cálculo (introdução de esforços não previstos). Os deslocamentos limites são normalmente estabelecidos com base no vão do elemento estrutural (viga/laje) e nas características do elemento estrutural. UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ - FACULDADE DE ENGENHARIA CIVIL (UFPA / ITEC / FEC) ESTRUTURAS DE CONCRETO II - Prof. RONALDSON CARNEIRO versão: março/2015 34 Tabela 8.1 – Deslocamentos limites (Tabela 13.3 da NBR 6118/2014) UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ - FACULDADE DE ENGENHARIA CIVIL (UFPA / ITEC / FEC) ESTRUTURAS DE CONCRETO II - Prof. RONALDSON CARNEIRO versão: março/2015 35 8.1.2 Cálculo dos deslocamentos (flechas) 8.1.2.1 Flecha inicial (imediata) O cálculo dos deslocamentos deve ser realizado considerando-se a rigidez efetiva das seções e a ação da fluência do concreto. Deve-se destacar que o carregamento a ser utilizado (permanente e variável) depende da situação em que se deseja verificar o deslocamento e da combinação de ações. Para as lajes armadas em uma direção, a obtenção das flechas é realizada como vigas de base unitária. Nas lajes retangulares armadas em duas direções, com apoios nos quatro lados, a flecha inicial (sem a consideração da fluência) pode ser obtida pela seguinte expressão: IE lp a cs i 4* 000.12 (cm) onde: é o coeficiente obtido na Tabela 8.3 em função de lL ; l é o menor vão, em m; csE = ckEi f600.5.. , é o módulo de deformação secante do concreto, sendo 1 80 .2,08,0 cki f , E coeficiente função do agregado (item 8.2.8 da NBR 6118:2014) e ckf em MPa; *p = qg 2 , é o valor do carregamento para combinação quase-permanente, em kN/m 2, sendo: 2 = 0,3, para edifícios residenciais 2 = 0,4, para edifícios comerciais 2 = 0,6, para bibliotecas, arquivos, oficinas e garagens I é o momento de inércia da seção, em m4. No caso de seção não fissurada )( ra MM pode-se utilizar o momento de inércia da seção bruta de concreto, 123hbI wc . Quando a seção estiver fissurada )( ra MM , pode-se empregar um momento de inércia equivalente obtido por II a r c a r eq I M M I M M I 33 1 UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ - FACULDADE DE ENGENHARIA CIVIL (UFPA / ITEC / FEC) ESTRUTURAS DE CONCRETO II - Prof. RONALDSON CARNEIRO versão: março/2015 36 sendo: aM o momento fletor na seção crítica do vão considerado, ou seja, momento máximo no vão para vigas biapoiadas ou contínuas e momento no apoio para balanços; rM é o momento de fissuração do elemento estrutural; III é o momento de inércia da seção fissurada de concreto no estádio II O momento de fissuração ( rM ) pode ser calculado com a seguinte expressão aproximada (item 17.3 da NBR 6118) t cct r y If M onde: é o fator que correlaciona aproximadamente a resistência à tração na flexão com a resistência à tração direta, sendo = 1,2 para seções T ou duplo T; = 1,3 para seções I ou T invertido = 1,5 para seções retangulares ctf é a resistência à tração direta do concreto, igual a 3 2 , 3,0 ckmct ff , para concretos de classe até C50, e a )11,01ln(.12,2, ckmct ff , para concretos de classe C55 até C90, no estado limite de deformação excessiva ou igual a mctctk ff ,inf, .7,0 no estado limite de formação de fissuras com ckf em MPa (item ; cI é o momento de inércia da seção bruta de concreto= 123hbw ; ty é a distância do centro de gravidade da seção à fibra mais tracionada. A momento de inércia da seção fissurada )( III para seções retangulares sem armadura de compressão pode ser obtida por 2 3 )( 3 xdA xb I se w II onde: csse EE é a relação entre os módulos de elasticidade do aço e o módulo secante do concreto; d é a altura útil; sA é a área de aço do elemento estrutural; x é a posição da linha neutra da seção fissurada, obtida por UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ - FACULDADE DE ENGENHARIA CIVIL (UFPA / ITEC / FEC) ESTRUTURAS DE CONCRETO II - Prof. RONALDSON CARNEIRO versão: março/2015 37 se w w se A db b A x 2 11 8.1.2.2 Flecha diferida em decorrência da fluência do concreto A flecha adicional diferida, decorrente das cargas de longa duração em função da fluência do concreto, pode ser calculada de maneira aproximada pela multiplicação da flecha imediata pelo fator f dado pela expressão: '501 f onde: db A w s ' ' ; ' sA é a armadura de compressão; é um coeficiente função do tempo, que pode ser obtido diretamente na Tabela 8.2 ou ser calculado pelas seguintes expressões: )()( ott 32,0)996,0(68,0)( tt t , para t ≤ 70 meses 2)( t , para t > 70 meses Tabela 8.2 – Valores de em função do tempo (Tabela 17.1 da NBR 6118:2014) onde: t é o tempo, em meses, quando se deseja calcular o valor da flecha diferida; to é a idade, em meses, relativa à data de aplicação da carga de longa duração. No caso de parcelas da carga de longa duração serem aplicadas em idades diferentes, pode-se tomar para to o valor ponderado a seguir: i oii o P tP t onde iP representa as parcelas de carga; oit é a idade em que se aplicou cada parcela iP , expressa em meses. Pode-se, também, utilizar o princípio das superposição de efeitos, aplicando-se diferentes coeficientes , de acordo com o tempo de atuação do carregamento. UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ - FACULDADE DE ENGENHARIA CIVIL (UFPA / ITEC / FEC) ESTRUTURAS DE CONCRETO II - Prof. RONALDSON CARNEIRO versão: março/2015 38 8.1.2.3 Flecha total A flecha total, imediata e diferida, pode ser obtida por: figiqigfigitotal aaaaaa iqfigtotal aaa )1( ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Tabela 8.3 – Coeficiente para cálculo das flechas em lajes
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