8.Fundamentos CA

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UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA
UNESP - Campus de Bauru/SP
FACULDADE DE ENGENHARIA
Departamento de Engenharia Civil
2117 - ESTRUTURAS DE CONCRETO I
FUNDAMENTOS DO CONCRETO ARMADO
Prof. Dr. PAULO SÉRGIO DOS SANTOS BASTOS
(wwwp.feb.unesp.br/pbastos)
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INTRODUÇÃO
Principal norma brasileira para projeto de estruturas de Concreto Armado e Concreto Protendido: 
NBR 6118/2014 “Projeto de Estruturas de Concreto – Procedimento”.
Aplica-se a estruturas com concretos normais, com massa específica seca maior que 2.000 kg/m3, não excedendo 2.800 kg/m3, do grupo I de resistência (C20 a C50), e do grupo II de resistência (C55 a C90), conforme a NBR 8953.
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Outras normas importantes:
- MC-90 - COMITÉ EURO-INTERNATIONAL DU BÉTON (CEB)
- Eurocode 2/2005 - EUROPEAN COMMITTEE STANDARDIZATION
- ACI 318/11 - AMERICAN CONCRETE INSTITUTE
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cimento, água, agregados miúdo e graúdo, aditivos e adições.
 Pasta = cimento + água 
COMPOSIÇÃO DO CONCRETO ARMADO 
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Argamassa = pasta + agregado miúdo
Concreto simples = argamassa + agreg. graúdo 
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“elementos estruturais elaborados com concreto que não possui qualquer tipo de armadura ou que a possui em quantidade inferior ao mínimo exigido para o 
concreto armado.”
“Elementos de concreto simples estrutural”
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Primeiros materiais empregados nas construções:
pedra natural, madeira e ferro. 
Pedra  resistência à compressão e durabilidade muito elevadas.
Madeira  razoável resistência, mas durabilidade limitada.
Ferro  resistências elevadas, mas requer produtos protetores para apresentar durabilidade.
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http://www.fmschmitt.com/travels/England/london/londonwall/towerhill.html 
Figura – Ruína de construção antiga em rocha.
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http://www.flickr.com/photos/luisbravo/2282791148/sizes/o/in/photostream/
 
Figura – Construção antiga em rocha.
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http://www.englishoakbuildings.com/2012/01/30/medieval-harmondsworth-barn-bought-by-english-heritage/
 
Figura – Madeira em construções antigas.
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http://www.dreamstime.com/stock-photography-medieval-houses-image3023122
 
Figura – Madeira em construções antigas.
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http://www.dreamstime.com/royalty-free-stock-images-medieval-prison-image25605469
 
http://www.castlewales.com/caerphil.html
 
Figura – Metal em construções antigas.
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Concreto Armado = concreto simples + armadura
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Concreto Armado
Alia as qualidades da pedra (resistência à compressão e durabilidade) com as resistên-cias do aço, com as vantagens de poder assumir qualquer forma com rapidez e facilidade e proporcionar a necessária proteção do aço contra a corrosão.
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CONCEITO DE CONCRETO ARMADO
Alta resistência às tensões de compressão;
Baixa resistência à tração (cerca de 10 % da resistência à compressão);
Obrigatório juntar uma armadura (aço) ao concreto.
CONCRETO ARMADO:
o concreto absorve as tensões de compressão e as barras de aço, convenientemente dispostas, absorvem as tensões de tração.
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 Porém, é imprescindível a aderência entre os dois materiais: real solidariedade entre o concreto e o aço, para o trabalho conjunto, tal que:
			s = c 
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Concreto Armado = 
concreto simples 
+ 
armadura 
+ 
aderência
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Figura – Vergalhão de aço inserido no concreto.
Estudo com resina.
http://dc362.4shared.com/doc/9SFT7m6h/preview.html
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“aqueles cujo comportamento estrutural depende da aderência entre concreto e armadura, e nos quais não se aplicam alongamentos iniciais das armaduras antes da materialização dessa aderência”. 
“Armadura passiva”: 
“qualquer armadura que não seja usada para produzir forças de protensão, isto é, que não seja previamente alongada”.
 “Elementos de Concreto Armado”: 
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Uma viga de concreto simples (sem armadura) rompe bruscamente logo que aparece a primeira fissura, após a tensão de tração atuante igualar a resistência do concreto à tração. Entretanto, colocando-se uma armadura convenientemente posicionada na região das tensões de tração, eleva-se significativamente a capacidade de carga da viga. 			
		
	Figura 1 - Viga de Concreto Simples (a) e Armado (b).
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Idéia básica: 
aplicar tensões prévias de compressão nas regiões da peça que serão tracionadas pela ação do carregamento externo aplicado. 
Objetivo: 
diminuir ou anular as tensões de tração.
São diversos os sistemas de protensão.
CONCEITO DE CONCRETO PROTENDIDO
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“aqueles nos quais parte das armaduras é previamente alongada por equipamentos especiais de protensão, com a finalidade de, em condições de serviço, impedir ou limitar a fissuração e os deslocamentos da estrutura, bem como propiciar o melhor aproveitamento de aços de alta resistência no estado-limite último (ELU).”
“Elementos de concreto protendido”:
“Armadura ativa (de protensão)”:
“armadura constituída por barras, fios isolados ou cordoalhas, destinada à produção de forças de protensão, isto é, na qual se aplica um pré-alongamento inicial.”
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O aço de protensão é fixado numa das extremidades da pista de protensão, e na outra extremidade um cilindro hidráulico estira (traciona) o aço, nele aplicando uma tensão de tração pouco menor que a tensão correspondente ao limite elástico. Em seguida, o concreto é lançado na fôrma, envolve e adere ao aço de protensão. Após o endurecimento e decorrido o tempo necessário para o concreto 
Sistema de pré-tensão:
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adquirir resistência, o aço de protensão é solto (relaxado) das ancoragens e, como o aço tende elasticamente a voltar à deformação inicial (nula), ele aplica uma força (de protensão) que comprime o concreto de parte ou de toda a seção transversal da peça. Esse processo de aplicação da protensão é geralmente utilizado na produção intensiva de grandes quantidades de peças, geralmente em pistas de protensão.
Sistema de pré-tensão:
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Figura – Aplicação de protensão com pré-tensão.
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Na pós-tensão primeiramente é fabricada a peça de concreto, contendo dutos (bainhas) ao longo do comprimento da peça, para serem posteriormente preenchidos com o aço de protensão, de uma extremidade a outra da peça. Quando o concreto apresenta a resistência suficiente, o aço de protensão, fixado numa das extremidades da peça, é estirado (tracionado) pelo cilindro hidráulico na outra extremidade, 
Sistema de pós-tensão:
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com o cilindro apoiando-se na própria peça. Esta operação provoca a aplicação de uma força que comprime o concreto de parte ou de toda a seção transversal na peça. Terminada a operação de estiramento, o próprio cilindro hidráulico fixa o aço na extremidade da peça. Posteriormente a bainha pode ser preenchida com nata de cimento para criar aderência entre o aço e o concreto da peça.
Sistema de pós-tensão:
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Figura – Aplicação de protensão com pós-tensão.
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Figura 15 - Sistema de protensão pós-tensão (Dywidag, 2000). 
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FISSURAÇÃO NO CONCRETO ARMADO
- A armadura tracionada pode alongar-se até 10 ‰ (10 ‰ = 1 % = 10 mm/m). O concreto, aderente à armadura, fissura sob tal alongamento.
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- Eliminar completamente as fissuras seria antieconômico, pois teria-se que aplicar tensões de tração muito baixas na peça e na armadura. As fissuras devem ser limitadas a aberturas aceitáveis ( 0,3 mm) em função do ambiente, e que não prejudiquem a estética e a durabilidade. 
- Dispor barras de diâmetros pequenos e distribuídas (fissuras capilares, não levando ao perigo de corrosão ao aço).
- Retração também origina fissuras. Fazer cuidadosa cura nos primeiros dez dias de idade do concreto e utilizar armadura suplementar (armadura de pele) quando necessário. 
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Figura – Fissuras em uma viga após ensaio experimental em laboratório.
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BREVE HISTÓRICO DO CONCRETO ARMADO
- Cal hidráulica e cimento pozolânico (vulcânico)aplicados como aglomerante pelos romanos.
- Primeira associação de um metal à argamassa de pozolana na época dos romanos. 
Figura – Panteão romano. 
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Figura – Coliseu romano. 
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- O cimento Portland foi descoberto na Inglaterra em 1824.
- Em Paris (1770), associou-se ferro com pedra para formar vigas como as modernas, com barras longitudinais na tração e barras transversais ao cortante.
- O cimento armado surgiu na França (1849) - barco de Lambot. Construído com telas de fios finos de ferro preenchidas com argamassa (sem sucesso comercial).
- 1861, francês Mounier fabricou vasos de argamassa de cimento com armadura de arame, reservatórios e ponte (vão = 16,5 m).
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- 1850, americano Hyatt fez ensaios e vislumbrou a verdadeira função da armadura no trabalho conjunto com o concreto.
- Hennebique (França) foi o primeiro após Hyatt a compreender a função das armaduras no concreto. “Percebeu a necessidade de dispor outras armaduras além da armadura reta de tração. Imaginou armaduras dobradas, prolongadas em diagonal e ancoradas na zona de compressão. Foi o primeiro a colocar estribos com a finalidade de absorver tensões oriundas da força cortante e o criador das vigas T, levando em conta a colaboração da laje como mesa de compressão”.
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- Os alemães estabeleceram a teoria mais completa do novo material, baseada em experiências e ensaios. “O verdadeiro desenvolvimento do concreto armado no mundo iniciou-se com Gustavo Adolpho Wayss”.
- A primeira teoria realista (consistente) sobre o dimensionamento das peças de concreto armado surgiu em 1902, por E. Mörsch, engenheiro alemão, professor da Universidade de Stuttgart (Alemanha). Suas teorias resultaram de ensaios experimentais, dando origem às primeiras normas para o projeto de estruturas em concreto armado.
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NO BRASIL
 Rio de Janeiro:
- Construção de galerias de água em cimento armado - 47 m e 74 m de comprimento (1901). Construídas casas e sobrados no (1904). 
- Construída a ponte na Rua Senador Feijó, com vão de 5,4 m (1909). Construção de uma ponte com 9 m de vão, com projeto e cálculo de François Hennebique (1908).
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São Paulo:
 - Construída em Socorro uma ponte de concreto armado com 28 m de comprimento, na Av. Pereira Rebouças sobre o Ribeirão dos Machados (1910 - existe ainda hoje em ótimo estado de conservação). 
http://martaiansen.blogspot.com.br/2010/04/primeira-ponte-de-concreto-armado-no.html
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São Paulo:
- Primeiro edifício (1907/1908 - um dos mais antigos do Brasil em “cimento armado”), com três pavimentos.
- A partir de 1924 os cálculos estruturais passaram a serem feitos no Brasil, com destaque para o engenheiro Emílio Baumgart.
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- Marquise do Jockey Clube do Rio de Janeiro, com balanço de 22,4 m (recorde mundial em 1926);
Recordes do Brasil no Século Passado
Figura – Marquise do Jockey Club do Rio de Janeiro.
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 - Ponte Presidente Feliciano Sodré em Cabo Frio, em 1926, com arco de 67 m de vão (recorde na América do Sul); 
Figura – Ponte em Cabo Frio.
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 - Edifício “A Noite” no Rio de Janeiro em 1928, com 22 pavimentos, o mais alto do mundo em concreto armado, com 102,8 m de altura, projeto de Emílio Baumgart; 
Figura – Edifício A Noite em construção e em uso. Projetado pelo arquiteto francês Joseph Gire (Copacabana Palace).
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Figura – Edifício A Noite. Hoje é sede do INPI.
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- Edifício Martinelli (São Paulo - 1925), com 106,5 m de altura (30 pavimentos – recorde mundial); 
Figura – Edifício Martinelli em S.Paulo. 
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- Elevador Lacerda (Salvador - 1930), com altura total de 73 m;
- Ponte Emílio Baumgart – “dos Arcos” (Indaial/SC, 1926), com 175 m de comprimento e 6 m de largura.
Figura – Ponte Emílio Baumgart.
http://www.indaial.com.br/saudosa-indaial/2013/8/15/19251926-a-histria-da-ponte-emlio-baumgart-dos-arcos
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Figura – Inauguração da Ponte Emílio Baumgart em 1926. 
Figura – Ponte Emílio Baumgart em teste de carga. 
http://www.indaial.com.br/saudosa-indaial/2013/8/15/19251926-a-histria-da-ponte-emlio-baumgart-dos-arcos
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- Elevador Lacerda (Salvador - 1930), com altura total de 73 m;
- Ponte do Herval, projetada por Emílio Baumgar, entre Herval do Oeste e Joaçaba/SC, de 1930, com o maior vão do mundo (68 m), onde foi utilizado pela primeira vez o processo de balanços sucessivos;
Figura – Ponte do Herval (fotos de P. B. Fusco). 
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 - Museu de Arte de São Paulo (1969), com laje de 30 x 70 m livres, recorde mundial de vão, com projeto estrutural de Figueiredo Ferraz; - Ponte da Amizade em Foz do Iguaçu em 1962, com o maior arco de concreto armado do mundo, com 290 m de vão; 
Figura – Ponte da Amizade entre Brasil e Paraguai. 
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Figura – Ponte da Amizade entre Brasil e Paraguai. 
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 Edifício Itália (São Paulo - 1962), o mais alto edifício em Concreto Armado do mundo durante alguns meses;
- Ponte Colombo Salles em Florianópolis em 1975, a maior viga contínua protendida do mundo, com 1.227 m de comprimento, projeto estrutural de Figueiredo Ferraz;
- Usina Hidroelétrica de Itaipu em 1982, a maior do mundo com 190 m de altura, projetada e construída por brasileiros e paraguaios, com coordenação americano-italiana;
 - Em 1913, a “vinda da firma alemã Wayss & Freytag constituiu o ponto mais importante para o desenvolvimento do concreto armado no Brasil”. Importaram mestres de obras da Alemanha, e a firma serviu de escola para a formação de especialistas nacionais, evitando a importação de mais estrangeiros.
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ASPECTOS POSITIVOS DO
CONCRETO ARMADO
a) Custo: especialmente no Brasil, os seus componentes são facilmente encontrados e relativamente a baixo custo;
b) Adaptabilidade: favorece à arquitetura pela sua fácil modelagem;
c) Resistência ao fogo: As estruturas de concreto, sem proteção externa, tem uma resistência natural de 1 a 3 horas.
d) Resistência a choques e vibrações: os problemas de fadiga são menores;
e) Conservação: em geral, o concreto apresenta boa durabilidade, desde que seja utilizado com a dosagem correta. É muito importante a execução de cobrimentos mínimos para as armaduras;
f) Impermeabilidade: desde que dosado e executado de forma correta.
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a) Baixa resistência à tração;
b) Fôrmas e escoramentos dispendiosos;
c) Baixa resistência por unidade de volume
Peso próprio elevado relativo à resistência: 
conc = 25 kN/m3 = 2,5 tf/m3 = 2.500 kgf/m3
d) Alterações de volume com o tempo;
e) Reformas e adaptações de difícil execução;
f) Transmite calor e som.
ASPECTOS NEGATIVOS DO
CONCRETO ARMADO
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PRINCIPAIS NORMAS BRASILEIRAS PARA CONCRETO ARMADO 
NBR 6118/2014 - Projeto de estruturas de concreto – Procedimento. 
 NBR 6120/80 - Cargas para o cálculo de estruturas de edificações - Procedimento; 
	NBR 7480/07 - Aço destinado a armaduras para estruturas de concreto armado - Especificação;
NBR 8681/03 - Ações e segurança nas estruturas – Procedimento;
NBR 8953/09 - Concreto para fins estruturais - Classificação pela massa específica, por grupos de resistência e consistência;
NBR 9062/06 - Projeto e execução de estruturas de concreto pré-moldado;
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ELEMENTOS ESTRUTURAIS EM 
CONCRETO ARMADO
 Elementos lineares: 
 Aqueles que têm a espessura da mesma ordem de grandeza da altura, mas ambas muito menores que o comprimento. São as “barras” (vigas, pilares, etc.).
 Elementos lineares de seção delgada:
 Aqueles cuja espessura é muito menor que a altura. Construídos em “Argamassa Armada” (elementos com espessuras menores que 40 mm) e perfis de aço.
 CLASSIFICAÇÃO GEOMÉTRICA
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Figura 3 – Classificação geométrica dos elementos estruturais.
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Elementos bidimensionais:
Aqueles onde duas dimensões, o comprimento e a largura, são da mesma ordem de grandeza e muito maiores que a terceira dimensão (espessura). São os elementos de superfície(lajes, as paredes de reservatórios, etc.).
Cascas - quando a superfície é curva;
Placas ou chapas - quando a superfície é plana. 
Placas - superfícies que recebem o carregamento perpendicular ao seu plano (lajes).
Chapas - tem o carregamento contido neste plano (viga-parede)
 
Elementos tridimensionais: 
Aqueles onde as três dimensões têm a mesma ordem de grandeza. São os elementos de volume (blocos e sapatas de fundação, consolos, etc.).
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Figura – Exemplos de estrutura em forma de casca. 
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 a) placas			b) chapas
Figura – Características dos carregamentos nas placas e nas chapas.
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PRINCIPAIS ELEMENTOS ESTRUTURAIS
DE CONCRETO ARMADO
a) Lajes
São elementos planos que recebem a maior parte das ações (cargas) aplicadas numa construção. As ações, comumente perpendiculares ao plano da laje, podem ser: distribuídas na área, distribuídas linearmente e forças concentradas. 
As ações são transferidas para as vigas de apoio nas bordas da laje.
As ações nas lajes são provenientes de pessoas, móveis, pisos, paredes, etc.
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Figura – Laje maciça.
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As lajes maciças tem geralmente espessuras de 7 cm a 15 cm. São comuns em construções de grande porte, como edifícios de múltiplos pavimentos, escolas, indústrias, hospitais, pontes, etc.).
Não são geralmente aplicadas em construções de pequeno porte (casas, sobrados, galpões, etc.).
As lajes maciças são geralmente apoiadas nas bordas, mas podem também ter bordas livres.
Tipos lajes de concreto: maciça, nervurada, lisa e cogumelo. 
Lajes Maciças
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Lajes Maciças de Concreto
http://www.nativaguaratuba.com.br/Obra%20Firenze%202008.html
 
http://jasmimdosacores.blogspot.com.br/2011/04/2-laje_01.html
 
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Lajes Maciças de Concreto
http://residencialvivendasdoatlantico.blogspot.com.br/2012/07/segunda-laje-estava-tao-bonita-que-deu.html
 
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Figura – Vibração do concreto de laje maciça de edifício.
Figura – Vista por baixo de laje maciça de edifício.
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“Lajes cogumelo são lajes apoiadas diretamente em pilares com capitéis, enquanto lajes lisas são as apoiadas nos pilares sem capitéis”. São também chamadas lajes sem vigas. 
Vantagens: custos menores e maior rapidez de construção. No entanto, são suscetíveis a maiores deformações (flechas).
Figura – Exemplos de lajes lisa e cogumelo.
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Figura – Lajes lisa, convencional e nervurada.
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Figura - Exemplo de laje lisa com capitel.
 
http://arci53.blogspot.com.br/2012/02/para-nao-interferir-em-patrimonio.html
 
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http://projest-engenharia.com/forum/viewtopic.php?t=31
Figura - Laje lisa com capitel.
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“Lajes nervuradas são as lajes moldadas no local ou com nervuras pré-moldadas, cuja zona de tração para momentos positivos está localizada nas nervuras entre as quais pode ser colocado material inerte”
Figura – Exemplo de laje nervurada moldada no local.
Lajes Nervuradas
As lajes nervuradas podem ser do tipo moldada no local ou pré-fabricadas (também chamadas lajes mistas).
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Figura – Laje nervurada com molde plástico.
http://www.skyscrapercity.com/showthread.php?t=756068&page=111
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http://www.atex.com.br/
 
Figura – Dimensões de molde plástico.
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http://www.flickr.com/photos/atex
Figura – Laje nervurada.
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Figura – Laje nervurada com enchimento em isopor.
http://residencialvivendasdoatlantico.blogspot.com.br/ 
 
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http://www.flickr.com/photos/atex
Figura – Laje nervurada.
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http://www.flickr.com/photos/atex
Figura – Laje nervurada.
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http://www.flickr.com/photos/atex
Figura – Laje nervurada.
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http://www.flickr.com/photos/atex
Figura – Laje nervurada.
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Figura – Planta de fôrma do pavimento de um edifício com laje nervurada moldada com fôrmas plásticas.
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Figura – Exemplo de laje nervurada moldada no local, com enchimento de bloco de concreto celular autoclavado.