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PROJETO DE LAJES MACIÇAS – CAPÍTULO 12 Libânio M. Pinheiro, Cassiane D. Muzardo, Sandro P. Santos. 17 maio 2003 PROJETO DE LAJES MACIÇAS 12.1 DADOS INICIAIS A planta do tabuleiro, com as dimensões das lajes e das vigas, encontra-se no Desenho 1, no final do capítulo. A partir dessa planta, obtém-se os vãos teóricos das lajes, considerados até os eixos dos apoios e indicados na Figura 1. Outros dados: concreto C25, aços CA-50 mm) 6,3( ≥φ e CA-60 mm) 5( =φ e cobrimento cm 2c = . Figura 1 – Vãos teóricos 12.2 VINCULAÇÃO No vínculo L1-L2, há continuidade entre as lajes e elas são de portes semelhantes: ambas serão consideradas engastadas. Já no vínculo L1-L3, a laje L1 é bem maior que L3. Esta deve ser considerada engastada, mas aquela não deveria ser. Resultaria para a L1 a vinculação indicada na Figura 2. USP – EESC – Departamento de Engenharia de Estruturas Projeto de lajes maciças 12.2 Figura 2 – Vínculos L1-L2 e L1-L3 (dimensões em centímetros) Porém, como se verifica a condição yx2 3 2 ll ≥ , a laje L1 será considerada engastada ao longo de toda essa borda. No vínculo L2-L3, a laje L2 é bem maior que a L3. Esta será considerada engastada e aquela apoiada. A laje L4 encontra-se em balanço e não há equilíbrio se ela não for engastada. Porém, ela não tem condições de receber momentos adicionais, provenientes das lajes vizinhas. Portanto, as lajes L2 e L3 devem ser admitidas simplesmente apoiadas nos seus vínculos com a L4. Em conseqüência do que foi exposto, resultam os vínculos indicados na Figura 3 e os tipos das lajes L1, L2 e L3 são, respectivamente: 2A, 2B e 3. Figura 3 – Vínculos das lajes 1y2x 3 2 ll = USP – EESC – Departamento de Engenharia de Estruturas Projeto de lajes maciças 12.3 12.3 PRÉ-DIMENSIONAMENTO Para as lajes L1, L2 e L3, a altura útil d será estimada por meio da expressão: * est 100/0,1n)-(2,5d l= n é o número de bordas engastadas l* é o menor valor entre lx (menor vão) e 0,7ly A altura h será adotada considerando o valor aproximado: cm2,5)(dh cm2,0ccm0,5)cd(h += =++= O pré-dimensionamento das lajes L1, L2 e L3 está indicado na Tabela 1. Tabela 1 – Pré-dimensionamento das lajes L1, L2 e L3. L1 L2 L3 lx (cm) 380 460 230 ly (cm) 690 500 500 0,7ly (cm) 483 350 350 l* 380 350 230 n 1 1 2 dest (cm) 9,1 8,4 5,3 hest (cm) 11,6 10,9 7,8 h (cm) 11 11 11 Para a Laje L4 em balanço, pode ser adotado o critério da NBR 6118 (1978), com 5,02 =Ψ e 253 =Ψ , resultando: cm8,8 255,0 110d 32 x est ==ψψ= l Será adotada a espessura cm 11h = para todas as lajes. USP – EESC – Departamento de Engenharia de Estruturas Projeto de lajes maciças 12.4 12.4 AÇÕES, REAÇÕES E MOMENTOS O cálculo de L1, L2 e L3 está indicado na Tabela 2. No cálculo das reações de apoio e dos momentos fletores, foram utilizadas as tabelas de PINHEIRO (1993). Importante: Neste projeto, foi considerada uma carga de paredes divisórias de 1,0 kN/m2, atuando em todas as lajes L1, L2 e L3. Quando a posição das paredes for conhecida, e principalmente quando elas forem de alvenaria, seus efeitos devem ser cuidadosamente considerados, nos elementos que as suportam. O cálculo da laje L4 é feito conforme o esquema indicado na Figura 4. Figura 4 – Esquema da laje L4 As cargas uniformemente distribuídas são: 2 22 rppp kN/m6,753,003,75qgp kN/m3,00qkN/m75,300,175,2ggg =+=+= ==+=+= + Na extremidade, será considerada uma mureta de ½ tijolo cerâmico (1,9 kN/m2), com 1,10 m de altura, e uma carga variável de 2,0 kN/m. kN/m09,400,209,2qgp kN/m00,2qkN/m09,210,19,1g 111 11 =+=+= ==⋅= Reações de apoio: kN/m52,1109,410,175,6ppr 1 =+⋅=+= l Momento fletor: kNm/m58,810,109,4 2 10,175,6p 2 pm 2 1 2 =⋅+⋅=⋅+= ll g + q g1 + q1 USP – EESC – Departamento de Engenharia de Estruturas Projeto de lajes maciças 12.5 L1 L2 L3 Tipo 2B 2A 3 lx (cm) 380 460 230 ly (cm) 690 500 500 ly/lx 1,82 1,09 2,17 Peso Próprio 2,75 2,75 2,75 Piso + Revestimento 1,00 1,00 1,00 Paredes 1,00 1,00 1,00 Carga de uso 3,00 3,00 3,00 g 4,75 4,75 4,75 q 3,00 3,00 3,00 p 7,75 7,75 7,75 νx 3,46 2,01 4,38 ν'x 5,07 - 6,25 νy 1,83 2,85 2,17 ν'y - 4,17 3,17 rx 10,19 7,17 7,81 r'x 14,93 - 11,14 ry 5,39 10,16 3,87 r'y - 14,87 5,65 µx 5,78 3,61 7,03 µ'x 11,89 - 12,50 µy 1,66 3,74 1,60 µ'y - 9,18 8,20 mx 6,47 5,92 2,88 m'x 13,31 - 5,12 my 1,86 6,13 0,66 m'y - 15,05 3,36 Reações de Apoio (kN/m) Momentos Fletores (kNm/m) Lajes Tabela 2 - Esforços nas lajes L1, L2 e L3 Características Ações (kN/m2) USP – EESC – Departamento de Engenharia de Estruturas Projeto de lajes maciças 12.6 As reações de apoio das lajes (dentro dos semicírculos) e os momentos fletores estão indicados na Figura 5, na qual encontram-se, também, os momentos fletores compatibilizados (dentro dos retângulos). 5,39 7,17 10 ,1 9 14 ,8 7 14 ,9 3 10 ,1 6 11,14 7,17 5, 65 3, 87 11 ,5 2 7,815,39 6,47 1, 86 14,18 13,31 15,05 3,36 3,36 0 0,66 2, 88 5 ,1 2 0 5, 12 8,58 8,58 0 6,57 5, 92 8,580 8,58 6,13 Figura 5 – Reações (semicírculos, kN/m) e momentos (retângulos, kNm/m) 12.5 DIMENSIONAMENTO DAS ARMADURAS O dimensionamento das armaduras está indicado na Tabela 3. Inicia-se pelos momentos nos apoios, em geral os de maior valor, em ordem decrescente. Em função dos diâmetros e dos espaçamentos obtidos para essas armaduras, pode ser conveniente modificar a espessura das lajes, situação em que os cálculos precisam ser alterados. Em seguida, são calculadas as armaduras de vão. Foi admitido d = 8,5 cm. USP – EESC – Departamento de Engenharia de Estruturas Projeto de lajes maciças 12.7 (a) Armadura mínima para (C25) %15,0smin =ρ (b) Armadura mínima para smin 0,67 ρ (c) Armadura de distribuição: 0,2 as,princ; 0,5 asmin ou 0,90 cm2/m 12.5.1 Armadura mínima Para concreto C25, %15,0smin =ρ a) Armadura negativa e armadura principal para λ > 2 /mcm28,15,8100 100 0,15bda 2minmins1, ==⋅ρ= Vínculo ou laje Momento mk md kc ks as,nec (cm2/m) φ e espaçamento as,e (cm2/m) 8 c/ 8 6,25 10 c/ 13 6,15 8 c/ 14 3,57 6,3 c/ 8,5 3,71 6,3 c/ 12 2,62 8 c/ 19 2,63 6,3 c/ 13 2,42 8 c/ 20 2,50 6,3 c/ 12 2,62 8 c/ 19 2,63 0,024 1418 Tabela 3 - Dimensionamento das armaduras (momentos em kNcm/m) L1/L2 L1/L3 L2/L4 L3/L4 L2/L3 m' m' m' 858 512 1985 1201 717 3,6 6,0 10,1 0,026 0,025 0,024 6,07 3,53 2,02 2,34 2,56 2,106,3 c/ 15 L2 l = 1,09 mx my 592 829 8,7 0,024 657 920 7,9 0,024 2,60 L1 l = 1,82 mx my 647 186 906 260 8,0 27,8 0,950,023 0,85 (b) 6,3 c/ 33 L3 l = 2,17 mx 288 403 my 66 92 0,95 17,9 78,5 0,023 0,90 (c) 6,3 c/ 33 0,024 1,28 (a) 6,3 c/ 20 1,58 USP – EESC – Departamento de Engenharia de Estruturas Projeto de lajes maciças 12.8 b) Laje com λ U 2 direções)duas(nas/mcm85,028,167,0bd67,0a 2minmins2, ==⋅ρ= c) Armadura de distribuição e armadura secundária para λ > 2 ==ρ≥ /mcm 0,90 /mcm 0,64 1,280,5db,50 a2,0 a 2 2 min princs, mins3, Nos vínculos L1-L2 e L1-L3, tem-se: /mcm21,16,07 2,0a 2mins3, == (φ6,3 c/ 26 cm; ase = 1,21 cm2/m) Nos demais vínculos e na direção x da L3: /mcm90,0a 2mins3, = (φ6,3 c/ 33 cm; ase = 0,95 cm2/m) 12.5.2 Diâmetromáximo mm 12,5 mm 12,5 mm 8,13 8 110 8 h maxmax =φ⇒≤===φ 12.5.3 Espaçamento máximo a) Armadura principal para λ > 2 e nas duas direções para λ U 2 cm20s cm 02 cm 22112h2 s maxmax =⇒ ==≤ b) Armadura de distribuição e armadura secundária para λ > 2 cm33smax = USP – EESC – Departamento de Engenharia de Estruturas Projeto de lajes maciças 12.9 12.6 FLECHA NA LAJE L2 Será verificada a flecha na laje L2, na qual deverá ocorrer a maior flecha. 12.6.1 Verificação se há fissuras A verificação da existência de fissuras será feita comparando o maior momento positivo, em serviço, para combinação rara ( cm/m kN 657mm ky,rarad, == ), com o momento de fissuração mr, dado por: t 0ct r y I f m α= α =1,5 para seção retangular 23232 ckct kN/cm 0,2565MPa 565,225 3,0 3,0f f ==⋅== 4 33 0 cm 1109212 11 100 12 h bI =⋅== cm 5,5 2 11 2 h yt === Resulta: cm/m kN 776 5,5 11092 0,2565 ,51 y I f m t 0ct r =⋅⋅=α= Como md,rara < mr, não há fissuras. 12.6.2 Flecha imediata A flecha imediata pode ser obtida por meio da Tabela 2.2a de PINHEIRO (1993), com a expressão adaptada: 0c 4 x i I E p 12 b 100 a l⋅⋅α= USP – EESC – Departamento de Engenharia de Estruturas Projeto de lajes maciças 12.10 444 0 2 ckc 2 x 24-2 2 cm 10 1092,1cm 11092I kN/cm 2380 MPa 2380025 5600 85,0f5600 85,0E cm 10 4,6 cm 460 kN/cm 10 65,5kN/m 5,65 3,00 0,34,75 q gp cm 100b 1,09) 2A, tipo Laje024 ⋅== ==⋅=⋅= ⋅== ⋅==⋅+=ψ+= = =λ( ,=α l Resulta: cm 32,0a cm 32,0 101092,12380 106,4 10 65,5 12 100 100 02,4 I E p 12 b 100 a i 4 84 4 0c 4 x i = =⋅⋅⋅⋅⋅=⋅⋅ α= l 12.6.3 Flecha total A flecha total é dada pela flecha inicial mais a flecha diferida. Pode ser obtida multiplicando-se a inicial pelo coeficiente f1 α+ , com: '501f ρ+ ξ∆=α Para um tempo infinito (t ≥ 70 meses) e carregamento aplicado em t0 = 1 mês, obtém-se: 1,320,682)t()t( 0 =−=ξ−ξ=ξ∆ (tabela 5 do capítulo anterior) 0' =ρ (taxa de armadura de compressão) Resulta a flecha total: cm 74,0a 1,32)(1 32,0)(1 a a t fit = +=α+= USP – EESC – Departamento de Engenharia de Estruturas Projeto de lajes maciças 12.11 12.6.4 Flecha limite Flecha limite admitida pela NBR 6118 (2001): cm 1,84 250 460 250 x ==l Como 250 a xt l< , a flecha atende as especificações da citada Norma. Fazendo um cálculo análogo para a laje L1, ter-se-ia: tipo 2B, λ =1,82, mxk = 6,47 kN.m/m, α = 5,49, lx = 380 cm, ai = 0,204 cm e cm 1,52 250 l cm 0,47a xt =<= Portanto, com relação às flechas, poderia ser adotada uma espessura menor para as lajes. 12.7 CISALHAMENTO Será verificada a resistência sem armadura transversal (estribos), para o maior valor da força cortante, indicado na Figura 5. Esse valor refere-se à laje L1, kN/m 14,93 ' v x = . Deverá ser verificada a condição: 1)d1,6(com)d1,6()501(f d b V v v ' v q 3 ckRd1 Rd1 w Rd1 Rd1 Rd1xd ≥−α−ρ+=τ τ== ≤ l Para cargas distribuídas e m 19,0 20 80,3 20 m 0,085d ==<= l , tem-se 0,17 q =α . USP – EESC – Departamento de Engenharia de Estruturas Projeto de lajes maciças 12.12 Considerando-se 19)c/ 8( m/cm 2,63a 2sx φ= : %3094,0 100 3094,0 8,5 100 2,63 d b As =ρ =⋅==ρ 2 Rd1 3 Rd1 kN/cm 0,120 MPa 1,2017,0)085,01,6(),803 100 0,3094 501(25 =τ =−+=τ kN/m 102,0 100 ,1200 5,8vRd1 =⋅⋅= Portanto: kN/m 102,0 v kN/m 20,9 14,93 1,4 ' v Rd1xd =<<=⋅= Não há necessidade de estribos. 12.8 COMPRIMENTO DAS BARRAS SOBRE OS APOIOS A armação das lajes encontra-se no Desenho 2A, no final deste capítulo. O cálculo dos comprimentos das barras sobre os apoios internos é diferente do relativo à laje L4 em balanço. 12.8.1 Apoios internos Podem ser adotadas barras alternadas com comprimentos horizontais dados pela expressão: d 0,75 20 8 3 a xmax +φ+= l Nos vínculos L1-L2 e L1-L3 serão adotadas barras de mesmo comprimento, calculado com cm 460xmax =l (laje L2). USP – EESC – Departamento de Engenharia de Estruturas Projeto de lajes maciças 12.13 No vínculo L2-L3 considera-se cm 230xmax =l , da laje L3, pois a L2 foi admitida simplesmente apoiada nesse vínculo. O cálculo dos comprimentos das barras para os apoios internos está indicado na Tabela 4 (ver também Desenho 2A). (a) valor inteiro mais próximo, múltiplo de 5 cm. 12.8.2 Laje L4 em balanço Sendo l o comprimento da barra no balanço, adota-se o comprimento total do trecho horizontal igual a l 2,5 (ver Figura 6 e Desenho 2A). cm 270 2)-(110 2,5 2,5a === l 14,18 6,57 7,09 8,58 8,58 13,66 14,18 1,5 Figura 6 – Comprimento total do trecho horizontal Vínculo lx max φ d 3/8lx max 20φ 0,75 d a a/3 (a) 2a/3 (a) aadot L1-L2 L1-L3 460 1,0 8,5 172,5 20 6,4 199 65 135 200 L2-L3 230 0,63 8,5 86,3 12,6 6,4 105 35 70 105 Tabela 4 - Comprimentos dos trechos horizontais das barras (em centímetros) USP – EESC – Departamento de Engenharia de Estruturas Projeto de lajes maciças 12.14 12.9 COMPRIMENTO DAS BARRAS POSITIVAS O comprimento das barras positivas pode ser calculado conforme indicado na Figura 7 e no Desenho 1. Figura 7 – Comprimento das barras positivas Nos apoios de extremidade, serão adotadas barras com ganchos de 90º, prolongados até a face externa, respeitando-se o cobrimento. Nos apoios internos com lajes adjacentes, serão adotadas barras sem ganchos, prolongadas de pelo menos 10φ a partir da face do apoio. O cálculo dos comprimentos das barras positivas está indicado na Tabela 5, na qual: x é a direção do menor vão y é a direção do maior vão φ é o diâmetro da barra l0 é o vão livre d e e ll ∆∆ são os acréscimos de comprimento à esquerda e à direita, de valor c)(t − ou 10φ; para m 10≤φ , pode-se adotar 10 cm no lugar de 10φ t é a largura do apoio c é o cobrimento da armadura de0nech, llll ∆+∆+= USP – EESC – Departamento de Engenharia de Estruturas Projeto de lajes maciças 12.15 adoth,l é o valor adotado do trecho horizontal da barra gadoth,tot lll ∆+= totl é o comprimento total da barra gl∆ é o acréscimo de comprimento de um ou de dois ganchos, se houver (Tabela 1.7a, PINHEIRO, 1993) Para a laje L1, na direção y, o comprimento cm 706nech, =l é o valor máximo para que seja respeitado o cobrimento, nas duas extremidades da barra. Em geral, os valores adotados adoth,l são múltiplos de cm 5 ou de cm 10 .0 Os comprimentos adotados estão indicados no Desenho 2A. 12.10 ARMADURAS DE CANTO Na laje L1, nos dois cantos esquerdos, e na laje L2, canto superior direito, não há armadura negativa. Nessas posições serão colocadas armaduras superiores de canto, conforme o detalhe 2 indicado no Desenho 2A, válido para os três cantos. Para as lajes L1 e L2, os maiores valores de xl e da armadura positiva são: m/cm 60,2a cm 460 2 s x = =l Laje Direção φ l0 ∆ le ∆ ld lh,nec lh,adot ∆ lg l tot x 0,8 360 18 8 386 390 8,0 398 y 0,63 670 18 18 706 705 6+6 717 x 0,63 440 6,3 18 464 470 6,0 476 y 0,8 480 8 18 506 510 8,0 518 x 0,63 210 18 6,3 234 240 6,0 246 y 0,63 480 6,3 6,3 493 500 - 500 Tabela 5 - Comprimento das barras positivas (em centímetros) L1 L2 L3 USP – EESC – Departamento de Engenharia de Estruturas Projeto de lajes maciças 12.16 Então, o comprimento do trecho horizontal das barras de canto, sua área por unidade de largura e as quantidades serão: /m)cm 1,31a 24;c/ 6,3 (Adotado /mcm 301 2 602 2 a a cm 1101892220 5 4602-t 5 2 se 2s sc x h ==== =+=−+=+= φ,, l l O detalhe das armaduras de canto encontra-se no Desenho 2B. 12.11 NÚMERO DAS BARRAS Há várias maneiras de numerar as barras. Como as primeiras a serem posicionadas nas formas são as barras positivas, recomenda-se começar por elas e, em seguida, numerar as negativas. 12.11.1 Numeração das barras positivas O procedimento ora sugerido consiste em numerar primeiro as barras positivas da laje L1, considerando N1 a de maior área por unidade de largura, N2 a da outra direção, N3 a de maior área por unidade de largura da L2, e assim sucessivamente. Com essa numeração, as barras relativas aos maiores momentos positivos têm número ímpar e devem ser colocadas por baixo das de números pares. Dessa maneira, as barras que resistem aos maiores esforços terão o maior braço de alavanca, sendo portanto mais eficientes. Para garantir o correto posicionamento das barras, deve ser colocado de forma clara, nos desenhos de armação das lajes: BARRAS POSITIVAS DE NÚMERO ÍMPAR (N1, N3 ETC.) DEVEM SER COLOCADAS POR BAIXO DAS DE NÚMERO PAR (N2, N4 ETC.). A numeração das barras inferiores está indicada no Desenho 2A. Essas barras são as seguintes: N1, N2, ...N6. USP – EESC – Departamento de Engenharia de Estruturas Projeto de lajes maciças 12.17 12.11.2 Numeração das barras negativas Terminada a numeração das barras positivas, inicia-se a numeração das barras negativas, com os números subseqüentes (N7, N8 etc.). Elas podem ser numeradas da esquerda para a direita, de cima para baixo, com o desenho na posição normal, e em seguida, procedendo da mesma forma, com o desenho sofrendo uma rotação de 90º no sentido horário, o que equivale ao observador posicionado à direita do desenho. Obtém-se dessa maneira as barras N7, N8, N9 e N10, indicadas no Desenho 2A já citado. Na seqüência, são numeradas as barras de distribuição da armadura negativa e outras barras eventualmente necessárias. 12.11.3 Barras de distribuição As barras N10 já citadas são de distribuição, nos vínculos L2-L4 e L3-L4. Outras barras de distribuição relativas às armaduras negativas são: N11, nos vínculos L1-L2 e L1-L3, e N12, no vínculo L2-L3 (ver Desenho 2A). 12.11.4 Barras de canto As barras de canto serão as N13 (Desenho 2B). 12.12 QUANTIDADE DE BARRAS A quantidade in de barras iN pode ser obtida pela equação: i j i s b n = bj é a largura livre, na direção perpendicular à das barras si é o espaçamento das barras Ni Poucas vezes ni vai resultar um número inteiro. Mesmo nesses casos, e nos demais, deve-se arredondar ni para o número inteiro imediatamente inferior ao valor obtido, conforme está indicado na Tabela 6. Somente para as barras de canto, recomenda-se adotar o número inteiro mais próximo (barra N13 na Tabela 6). USP – EESC – Departamento de Engenharia de Estruturas Projeto de lajes maciças 12.18 12.13 DESENHO DE ARMAÇÃO A armação das lajes encontra-se nos desenhos 2A e 2B, nos quais estão também a lista das barras, com diâmetros, quantidades e comprimentos, e o resumo do consumo de aço, com comprimento total e massa total por bitola e a soma dessas massas. Barra bj si ni,calc ni,adot N1 670 19 35,3 35 N2 360 33 10,9 10 N3 440 19 23,2 23 N4 480 13 36,9 36 N5 480 20 24,0 23 N6 210 33 6,4 6 N7 670 13 51,5 51 N8 470 14 33,6 33 N9 480 15 32,0 31 N10 (e) 150 33 4,5 4 N10 (d) 100 33 3,0 2 N11 130 26 5,0 4 N12 70 33 2,1 2 N13 92 24 3,8 4 Tabela 6 - Quantidade das barras (bj e si em cm)
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