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ENGENHARIA CIVIL ENGENHARIA CIVIL CURSO DE CONCRETO ARMADO ICURSO DE CONCRETO ARMADO I CCÁÁLCULO DE LAJESLCULO DE LAJES BIBLIOGRAFIA ARAÚJO, José Milton; “Curso de concreto armado”, Volumes 1 e 2 Rio Grande do Sul, Editora DUNAS, 2ª Edição, 2003. Notas de AulasNotas de Aulas Prof. FlProf. Fláávio S. Silvavio S. Silva DimensionamentoDimensionamento de de LajesLajes Vão teóricos da lajes O que define a NBR-6118 O que a prática define e a NBR-6118 permite. DimensionamentoDimensionamento de de LajesLajes Cargas permanentes nas lajes DimensionamentoDimensionamento de de LajesLajes DimensionamentoDimensionamento de de LajesLajes DimensionamentoDimensionamento de de LajesLajes A.4) Peso das alvenarias O peso total das alvenarias de tijolos cerâmicos podem ser obtidos multiplicando-se o peso específico pelo seu volume. Podem ser adotados os pesos específicos de 13kN/m³ para tijolos cerâmicos furados e 18kN/m³ para tijolos cerâmicos maciços. Para lajes armadas em duas direções podemos adotar: O peso total da alvenaria pode ser distribuído uniformemente pela área da laje. b = espessura da parede; H = altura da parede; Lp = comprimento total das paredes; Υa = peso específico da alvenaria; Lx ly = vãos de cálculo da laje. DimensionamentoDimensionamento de de LajesLajes Para lajes armadas em uma direção podemos adotar: DimensionamentoDimensionamento de de LajesLajes DimensionamentoDimensionamento de de LajesLajes Classificação das lajes quanto a armação Considere a laje retangular indicada na figura, apoiada nas quatro vigas de borda e submetida a uma carga p uniformemente distribuída por unidade de área. Na mesma figura, estão indicadas duas faixas de largura unitária, tomadas nas direções x e y, as quais se cruzam no centro da laje. Como a flecha no centro da laje tem valor único, elas são iguais em x e y. Em vista disto as curvaturas são diferentes, sendo maior em y, assim temos um valor de momento fletor em y, maior do que em x (My > Mx). DimensionamentoDimensionamento de de LajesLajes Lajes armadas em duas direções Também chamadas de lajes armadas em cruz, são aquelas em que a relação entre o vão maior e o vão menor não é superior a 2. Nesses casos, os momentos fletores nas duas direções são importantes e devem ser calculados. Para cada um deles deve-se realizar o dimensionamento e dispor as armaduras nas direções correspondentes. DimensionamentoDimensionamento de de LajesLajes Lajes armadas em uma direção São aquelas em que a relação entre o vão maior e o vão menor é superior a 2. Nesses casos, o momento fletor na direção do vão maior é pequeno e não necessita ser calculado. Nesta situação, basta adotar uma armadura de distribuição segundo a direção menor. A armadura a ser posicionada na direção maior deve ser arbitrada e utilizada apenas para compor a malha de armação da laje, não tendo função estrutural. DimensionamentoDimensionamento de de LajesLajes Condições de apoio das lajes Para o dimensionamento das lajes, um dos primeiros passos é definir as condições de contorno, ou de apoio, das lajes. Para facilitar o cálculo de lajes contínuas são introduzidas as considerações: • Nos bordos internos, quando há continuidade com lajes vizinhas, admite- se um engastamento perfeito; • Nos bordos externos ou mesmo nos bordos internos quando há lajes rebaixadas, admite-se condição de apoio simples. DimensionamentoDimensionamento de de LajesLajes Condições de apoio das lajes Temos então as condições de contorno das lajes L1 a L9 do exemplo anterior. DimensionamentoDimensionamento de de LajesLajes Cálculo das lajes armadas em uma direção Para este dimensionamento, apenas o momento fletor na direção do menor vão necessita ser calculado. De maneira simplificada e a favor da segurança, o cálculo pode ser feito considerando-se uma faixa de largura unitária na direção do menor vão. Desta forma modela-se a laje como uma viga com altura h igual à espessura da laje e com largura b=1m. As lajes são normalmente submetidas a uma carga uniformemente distribuída p, sendo lx o vão de cálculo. Veja os casos abaixo: DimensionamentoDimensionamento de de LajesLajes Os momentos fletores indicados nas figuras anteriores têm as seguintes expressões de cálculo: DimensionamentoDimensionamento de de LajesLajes Assim como para vigas, a flecha máxima no centro das lajes apoiadas, ou na extremidade livre das lajes e balanço é dada por: DimensionamentoDimensionamento de de LajesLajes Os valores de flecha final e e flecha admissível são dados nas expressões abaixo: DimensionamentoDimensionamento de de LajesLajes As reações de apoio das lajes são calculadas em função da área de influencia e têm as seguintes expressões de cálculo: DimensionamentoDimensionamento de de LajesLajes DimensionamentoDimensionamento de de LajesLajes O Método de Marcus É uma adaptação da teoria das grelhas para o cálculo de placas. O método é destinado ao calculo de lajes retangulares, sendo um método simplificado bastante empregado no projeto de lajes de concreto armado. Para exemplificar, vamos considerar uma laje apoiada nos quatro lados e submetida a uma carga uniformemente distribuída p. Considera-se as duas faixas de valor unitário, uma em cada direção e que se cruzam no centro da laje. A carga total p é dividida em quinhões de carga px e py. DimensionamentoDimensionamento de de LajesLajes Da igualdade dos deslocamentos nas duas direções podemos definir: DimensionamentoDimensionamento de de LajesLajes DimensionamentoDimensionamento de de LajesLajes DimensionamentoDimensionamento de de LajesLajes Para corrigir o efeito de superdimensionamento dos momentos Mx e My devido ao efeito da rigidez de torção das lajes, o processo de Marcus introduz no cálculo os coeficientes de minoração Cx e Cy dados pelas fórmulas DimensionamentoDimensionamento de de LajesLajes Finalizando, teremos então a formulação final para o cálculo dos momentos fletores: DimensionamentoDimensionamento de de LajesLajes Condições gerais de contorno para lajes retangulares de concreto armado DimensionamentoDimensionamento de de LajesLajes Resumo de fórmulas para cálculo. DimensionamentoDimensionamento de de LajesLajes Considerações para o momento negativo DimensionamentoDimensionamento de de LajesLajes Tabela de coeficientes para o cálculo dos momentos fletores DimensionamentoDimensionamento de de LajesLajes Uso de tabelas para o cálculo de lajes Anexos I e II do livro ARAÚJO, José Milton; “Curso de concreto armado”, Rio Grande do Sul, Editora DUNAS, 2ª Edição, 2003. Wc – Flexa no centro da laje Mx e My – Momentos positivos Mxe e Mye – Momentos negativos lx e ly – Vãos das lajes Mxy – Momento torçor nos cantos biapoiados das lajes Rx e Ry – Reações nos lados apoiados Rxe e Rye – Reações nos lados engastados Tabelas A.2.1 a A.2.6 – Lajes retangulares apoiadas ou engastadas nos bordos Caso 1 – lx/ly < 1 – usar parte de cima da tabela Neste caso, os multiplicadores para os dados numéricos são os seguintes: • Para as flexas: 0,001.p.lx /D ; onde D = E.h³ 12(1 – v²) • Para os momentos: 0,001.p.lx² • Para as reações: 0,001.p.lx Exemplo: Wc = 0,001.wc.p.lx /D Mx = 0,001.mx.P.lx² ; My = 0,001.my.p.lx² ; etc. Rx = 0,001.rx.p.lx ; Ry = 0,001.ry.p.lx ; etc. Onde, wc, mx, my, rx, ry, etc. são lidos nas tabelas. DimensionamentoDimensionamento de de LajesLajes 4 4 DimensionamentoDimensionamento de de LajesLajes 4 Caso 2 – ly/lx < 1 – usar parte de baixo da tabela Neste caso, os multiplicadores para os dados numéricos são os seguintes: • Paraas flexas: 0,001.p.ly /D ; onde D = E.h³ 12(1 – v²) • Para os momentos: 0,001.p.ly² • Para as reações: 0,001.p.ly Exemplo: Wc = 0,001.wc.p.ly /D Mx = 0,001.mx.P.ly² ; My = 0,001.my.p.ly² ; etc. Rx = 0,001.rx.p.ly ; Ry = 0,001.ry.p.ly ; etc. Onde, wc, mx, my, rx, ry, etc. são lidos nas tabelas. 4 DimensionamentoDimensionamento de de LajesLajes Wc – Flexa no centro da laje Wo – Flexa no meio do bordo livre Mx e My – Momentos positivos Mxe e Mye – Momentos negativos lx e ly – Vãos das lajes Mxo – Momento fletor no meio do bordo livre Mºxe e Mºye – Momento fletor de engaste na quina do bordo livre Tabelas A.2.7 a A.2.10 – Lajes retangulares com um bordo livre As reações de apoio são calculadas na tabela A.2.11 sendo fornecidos os coeficientes par o cálculo das reações Rx e Ry nos quatro casos. DimensionamentoDimensionamento de de LajesLajes Caso Geral entra-se com o dado ly/lx Os multiplicadores para os dados numéricos são os seguintes: • Para as flexas: 0,001.p.lx /D ; onde D = E.h³ 12(1 – v²) • Para os momentos: 0,001.p.lx² • Para as reações: 0,001.p.lx Exemplo: Wc = 0,001.wc.p.lx /D ; Wo = 0,001.wo.p.lx /D Mx = 0,001.mx.p.lx² ; My = 0,001.my.p.lx² ; Mo = 0,001.mo.p.lx² ; etc. Rx = 0,001.rx.p.lx ; Ry = 0,001.ry.p.lx ; etc. (tabela A.2.11) Onde, wc, mx, my, mo, rx, ry, etc. são lidos nas tabelas. 4 4 4 DimensionamentoDimensionamento de de LajesLajes Cálculo das armaduras de flexão das lajes Utiliza-se as mesmas fórmulas de cálculo de flexão simples de seções retangulares µ = Md condição µ < µlim δcd . b . d² ξ = 1,25 . ( 1 - 1 – 2.µ ) As = 0,8 . ξ . b . d . δcd fyd DimensionamentoDimensionamento de de LajesLajes DimensionamentoDimensionamento de de LajesLajes DimensionamentoDimensionamento de de LajesLajes DimensionamentoDimensionamento de de LajesLajes DimensionamentoDimensionamento de de LajesLajes DimensionamentoDimensionamento de de LajesLajes Considerações para cálculo: • Concreto fck=25MPa • Coeficiente de fluência=2,5 • Aço CA-60 (Ø=5mm) e CA-50 (Ø=6,3 e 8mm) • Alvenaria de tijolo furado com pé direito = 2,9m • Revestimento das lajes = Reboco inferior, contra-piso, granito • Classe de agressividade ambiental = I Exercício – Desenvolver o cálculo das lajes L.201 a L.209 considerando os dados: DimensionamentoDimensionamento de de LajesLajes Dimensões das lajes e vigas: DimensionamentoDimensionamento de de LajesLajes As cargas do pavimento tipo deverão ser calculadas conforme a arquitetura abaixo: DimensionamentoDimensionamento e e detalhamentodetalhamento das das LajesLajes MaciMaciççasas Após finalizados os cálculos dos esforços e dimensionadas as armaduras, deve-se fazer os detalhamentos das armaduras. No capítulo 4 do livro “curso de concreto armado (ARAÚJO, J.M.)”, são apresentadas as considerações relativas ao detalhamento das lajes maciças de concreto armado , buscando atender às disposições definidas na NBR-6118. As lajes devem ser projetadas com espessura mínima para evitar vibrações de desconforto aos usuários da edificação. Além disto é conveniente, do ponto de vista construtivo, que as lajes sejam projetadas com armadura simples, evitando o uso de armadura superior ao longo dos vãos. Espessura mínima das lajes maciças A NBR-6118 estabelece diversos limites para o deslocamentos dos elementos estruturais. Estes limites são valores práticos, determinados de forma a se evitar que os deslocamentos causem sensações desagradáveis aos usuários, impeçam a utilização adequada da construção ou venham a causar danos aos elementos estruturais. As flechas de lajes de edifícios não devem ultrapassar o limite de l/250, onde “l” é o menor vão da laje, e para lajes em balanço a flecha na extremidade livre não deve ultrapassar o valor l/125, onde “l” é o comprimento do balanço. Cálculo de flechas em lajes Estimativa inicial da espessura das lajes maciças Considerando o carregamento típico de uma laje de edifício residencial, é possível pré-determinar a espessura da laje para atender às exigências quanto a flecha máxima. De qualquer maneira, deve-se respeitar as espessuras mínimas indicadas pela NBR-6118. Cálculo das armaduras de flexão As armaduras são obtidas considerando-se uma seção retangular de largura unitária (b=1m) e altura útil d. A seção para o dimensionamento é indicado por: O momento reduzido para o cálculo das armaduras é definido por: Onde gf é o coeficiente de segurança, scd é a tensão de cálculo do concreto (kN/cm²) e Mk é o momento fletor característico (kN.cm). A seção de armadura é obtida, conforme visto na unidade anterior, para uma faixa de 1 metro de laje e portanto sua unidade é dada em cm²/m. µ = Md condição µ < µlim (armadura simples) δcd . b . d² ξ = 1,25 . ( 1 - 1 – 2.µ ) As = 0,8 . ξ . b . d . δcd fyd Cálculo das armaduras de flexão A seção de armadura calculada deve ser comparada à armadura mínima definida pela norma pela fórmula: Para se evitar o trabalho de inúmeros dimensionamentos, pode-se calcular o momento de serviço mínimo que corresponde à armadura mínima: Cálculo das armaduras de flexão Considerando-se gf = 1,4 indica-se as tabelas abaixo para o cálculo direto do momento característico mínimo. Cálculo das armaduras de flexão Se resultar Mk < Mk,min adota-se a armadura mínima indicada na equação. Distribuição das armaduras de flexão Obtidas as áreas de aço em cada direção, deve-se escolher um diâmetro para as barras e calcular o espaçamento necessário para que a armadura, disposta em uma faixa de 1m de largura, tenha a área calculada. A figura abaixo auxilia no entendimento do processo de cálculo: Cobrimento das armaduras Além de todos os cuidados necessários para se obter uma boa qualidade de concretagem, a NBR-6118 estabelece os cobrimentos nominais mínimos para as lajes, que são definidos em função da classe de agressividade ambiental. • O diâmetro das barras não deve ultrapassar 1/8 da espessura da laje; • Nas lajes armadas em uma só direção, a armadura de distribuição deve ter área igual ou superior a 1/5 da área da armadura principal, deve obedecer à armadura mínima, e ter um espaçamento máximo de 33cm; • O espaçamento das armaduras principais não deve ser superior a 20cm e nem maior que duas vezes a altura da laje (2h). Outras prescrições da NBR-6118 • Armaduras positivas – Posicionadas na face inferior das lajes para absorver os momentos positivos; • Armaduras negativas – posicionadas na face superior das lajes para absorver os momentos negativos; • Armaduras de canto – posicionadas nos cantos da laje biapoiada para absorver os momentos torçores. • Ancoragem das barras - Para armaduras com Ф<8mm pode-se adotar o comprimento mínimo de ancoragem reta de 10cm. Detalhamento das armaduras de flexão Detalhamento das armaduras de flexão A figura abaixo indicam-se os detalhamentos das armaduras negativas sobre os apoios internos das lajes contínuas. Na figura, lm representa o maior dos vãos menores das lajes contíguas; Deve-se observar que a solução com barras alternadas só é possível quando o espaçamento entre as barras for de no máximo 16,5cm, para que existam pelo menos 3 barras por metro ao longo do apoio. Detalhamento das armaduras de flexão O espaçamento entre as armaduras inferior e superior deve ser mantido durante a montagem e a concretagem. Para isto devem ser montados espaçadores do tipo treliça ou caranguejos. Detalhamento das armaduras de flexão O detalhamento das armaduras negativas pode ser feito conformeabaixo: As armaduras negativas nos cantos do apoios têm a função de combater a fissuração naquela região da laje, normalmente provocada por momento negativo e são necessárias quando as vigas de borda possuem grande rigidez à torção. Na maioria dos casos de lajes de edifícios residenciais essas armaduras podem ser omitidas. O cálculo desta armadura limita-se ao valor de 0,25As1 a 0,67As,min. Detalhamento das armaduras de canto Para facilitar a execução, adotam-se as armaduras de canto em malha ortogonal, segundo as direções x e y. Estas armaduras devem se estender a partir da face dos apoios a uma distancia de 1/5 do menor vão da laje. Quando a armadura de canto não for calculada pode-se adotá-la igual à máxima armadura de flexão positiva calculada para o centro da laje. Detalhamento das armaduras de lajes em balanço Indica-se abaixo o detalhamento das armaduras das lajes em balanço que têm continuidade com um laje vizinha. Em situações em que se tem um rebaixo da ordem de 5cm, deve-se fazer um laço na armadura principal conforme detalhe abaixo: A armadura deve ser bem ancorada na viga para evitar o rompimento do cobrimento do concreto. Considerações adicionais para as lajes armadas em uma direção No caso de lajes armadas em uma direção submetidas a uma carga linear paralela ao vão menor, é necessário reforça uma faixa na região da carga. A largura da faixa deve ser igual a lx, sendo disposto lx/2 para cada lado da carga. O cálculo da armadura de reforço é dado pela fórmula de momento fletor Mx=0,11.Pa.lx , onde Pa é a carga por unidade de comprimento. Além disto, deve ser prevista também uma armadura transversal adicional na direção de Y para o Momento My=0,11.Pa.lx. Esta armadura pode ter um comprimento reduzido de 0,6.lx. Considerações adicionais para armação de lajes com bordos livres Os bordos livres devem ser protegidos por um armadura em forma de estribo. Na direção paralela devem ser dispostas pelo menos duas barras, sendo uma superior e outra inferior, obedecendo a disposição abaixo: O detalhamento das armaduras De uma laje com 3 lados Apoiados é indicado ao lado. Considerações adicionais para armação de marquises As marquises são lajes em balanço engastadas em uma viga. A armadura principal é disposta na face superior da laje. O mal posicionamento das armaduras de marquises é uma das frequentes causas de desabamentos. É conveniente dispor um armadura positiva, na face inferior da laje, para prever a ocorrência de momentos positivos em casos excepcionais como batidas ou uso incorreto de escoramentos. Exercício – Calcular e detalhar as lajes abaixo: Detalhes da arquitetura Exercício 2 – Calcular e detalhar as lajes abaixo:
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