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1 Graduando do curso de Engenharia Civil da Universidade Paulista; ATIVIDADE PRÁTICA SUPERVISIONADA LAJE MACIÇA EM BALANÇO Integrantes: Marcos Vinicius Alves da Silva¹ C270EF-9 Gabriel Bernadino Ávalos¹ B99499-1 Ricardo Zerlotti Macena¹ T13937-6 Willian Hideki Kondo Munhoz¹ C1128B-7 Araçatuba- SP 2017 2 RESUMO Lajes são elementos estruturais responsáveis por transmitir toda carga exercida sobre ela para vigas e pilares, podem ou não sustentar outros pavimentos e existem diversos tipos, sendo um deles o objeto de estudo, a laje em balanço. Com a ajuda de pesquisas bibliográficas e a visita á obra em que a laje era executada, pôde-se observar que uma laje em balanço depende de outra pré-existente, já que a mesma é engastada e também foi possível realizar o dimensionamento de todas as lajes, verificando possibilidades de melhorias e aprendendo ainda mais sobre o tema. Palavras-chave: Laje; Laje em balanço; Elementos estruturais. 3 SUMÁRIO 1 – INTRODUÇÃO ---------------------------------------------------------------------------- 4 2 – OBJETIVO --------------------------------------------------------------------------------- 4 3 – REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ---------------------------------------------------------- 4 3.1 – Pré-Dimensionamento -------------------------------------------------------------- 5 3.2 – Determinação de Cargas ---------------------------------------------------------- 10 3.3 – Determinação de Momento Fletor ----------------------------------------------- 11 3.4 – Área de Aço --------------------------------------------------------------------------- 13 4 – CÁLCULOS ------------------------------------------------------------------------------- 15 4.1 – Direção da Laje ----------------------------------------------------------------------- 15 4.2 – Altura da Laje ------------------------------------------------------------------------- 16 4.3 – Determinação de Carga ------------------------------------------------------------ 17 4.4 – Momento Fletor ----------------------------------------------------------------------- 17 4.5 – Equalização de Momentos --------------------------------------------------------- 18 4.6 – Cálculo de Armadura ---------------------------------------------------------------- 19 5 – METODOLOGIAS DE MONTAGEM DA LAJE VISITADA -------------------- 21 6 – ANÁLISE DE RESULTADOS --------------------------------------------------------- 22 7 – PROPOSTAS DE MELHORIA -------------------------------------------------------- 23 8 – FOTOS DA VISITA Á OBRA ---------------------------------------------------------- 23 9 – BIBLIOGRAFIA --------------------------------------------------------------------------- 24 4 1 - INTRODUÇÃO As lajes são elementos estruturais planos bidimensionais, o comprimento e a largura, que são da mesma ordem de grandeza e muito maiores que a terceira dimensão, a espessura. Destinam-se a receber os carregamentos atuantes no andar, proveniente do uso da construção (pessoas, moveis, equipamentos, etc.), e transferi-los para os apoios. Geralmente, nas estruturas, as lajes são retangulares, mas podem ter forma trapezoidal ou em L, possui grande contribuição no consumo de concreto, aproximadamente 50% do total. Existem diversos tipos de lajes que podem ser classificadas como maciças, pré- moldadas, lisas e nervuradas, mas neste trabalho será abordado somente a lajes denominadas maciças, que não são as mais comuns nas construções de concreto armado, pelo fato de exigir o consumo considerável de madeira nas formas de molde, maior peso próprio, o que exige mais resistência da estrutura, e o custo final, normalmente, mais alto. Porém apresenta menor suscetibilidade a trincas e a fissuras, e a facilidade de vencer grandes vãos, além do acabamento liso da parte inferior. 2 - OBJETIVO Visitar uma obra onde uma laje de concreto armado em balanço esteja em fase de execução, após elaborar um artigo contendo a memória de cálculo da mesma com os dados fornecidos pelo professor de AECA (aplicação de estrutura de concreto armado) e também a revisão bibliográfica abordando o tema de armadura de laje maciça em concreto armado. 3 - REVISÃO BIBLIOGRÁFICA – ARMADURA DE LAJE MACIÇA EM CONCRETO ARMADO Para o cálculo de armaduras de lajes maciças em concreto armado é necessário levar em consideração o peso próprio da mesma, do revestimento, as condições de bordas, dimensões e condições impostas por normas, como NBR 6118 e NBR 6120. 5 3.1 - Pré-dimensionamento 3.1.1 - Tipos de bordas Para iniciar um pré-dimensionamento deve-se analisar as condições de bordas atuantes, sendo: Podendo existir dois tipos de bordas em um mesmo vão: Para tal situação, deve-se atender: 6 A partir das condições de bordas, podem resultar as seguintes combinações: 3.1.2 - Altura total, altura útil e cobrimento Para futuros cálculos necessita-se de determinar a altura total da laje, pois com esta determina-se seu peso próprio. 7 Sendo: Com h obedecendo a equação: ℎ = 𝑑 + Φ 2 + 𝑐 (1) 3.1.3 - Cobrimento Um fator relevante que a se considerar, é a agressividade do meio de onde será realizada a construção, ou seja, deve-se analisar quanto o ambiente é prejudicial à estrutura, mais especificamente para aço. Para cada ambiente existe uma classe de agressividade e visando a proteção do aço empregado nas estruturas, a tabela 7.2 da norma NBR 6118, classifica os cobrimentos nominais necessários: 8 3.1.4 - Cálculo da altura total A norma NBR 6118/1978 apresenta um método prático para determinar a altura total de uma laje, em que não é necessário analisar a flecha gerada: 𝑑 ≥ 𝑙𝑚𝑒𝑛𝑜𝑟 𝜑1𝜑2 (2) Sendo: 𝝋𝟏= Referente ao tipo de bordas (apresentado no anexo 1); 𝝋𝟐 = Referente ao aço (apresentado no anexo 1). Desta forma, desconsiderando o diâmetro do aço por ser um valor muito pequeno, e já determinado o cobrimento (c) da armadura, calcula-se a altura total: ℎ = 𝑑 + 𝑐 (3) 9 Um critério empírico para determinação da altura total (h), de acordo com o livro “concreto armado eu te amo”: ℎ = 𝑙𝑚𝑒𝑛𝑜𝑟 40 (4) Porém esta maneira é necessária a verificação da flecha, já que pode ser maior que a norma impõe. Determinada a altura total, esta deve atender as exigências impostas: 7 cm para 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 bi apoiadas e 𝑙 50 para lajes de piso contínuas; 16 cm para lajes lisas e 14 cm para lajes-cogumelo, fora do capitel. 3.1.5 - Flechas Caso haja a necessidade do cálculo de flechas para a laje em balanço, deve- se utilizar a seguinte fórmula: 𝑦 = 𝑃. 𝐿³ 3. 𝐸. 𝐼 (5) Sendo: P= Força concentrada L= Menor comprimento E= Módulo de elasticidade I= Momento de inércia (1m da laje) 10 Depois de verificada a flecha, recomenda-seanalisar a norma NBR 6118/2014, Tabela 13.3, página 77: “...Quando se tratar de balanço o vão equivalente a ser considerado deve ser o dobro do comprimento do balanço.” 𝑦𝑛 = 2. 𝐿 250 (𝟔) 3.2 - Determinação de carga Para determinar a carga que uma laje deve suportar e transferir para viga, deve-se observar a utilização, e assim estipular a sobrecarga (sc), analisar seu peso próprio(pp) e o tipo de revestimento (rv), que varia de construção para construção. 3.2.1 - Sobrecarga De acordo com a norma NBR 6120, estabelece as seguintes sobrecargas de acordo com a utilização da laje: Dormitório, sala, copa, cozinha e banheiro (residenciais) 1,5kN/m²; Despensas, áreas de serviços e lavanderias 2KN/m²; Escadas sem acesso ao público 2,5KN/m²; Escadas com acesso ao público 3 KN/m²; Restaurantes 3 kN/m²; Lojas 4 KN/m². 3.2.2 - Peso próprio O peso próprio (Pp) das lajes com seção transversal constante é uma carga considerada uniformemente distribuída em toda sua área e deve sempre ser obrigatoriamente considerado. Para calcular leva-se em consideração área de 1 m², pois assim que obtido basta multiplicar por toda a extensão: 11 𝑃𝑝 = 𝑏. ℎ . 𝛾𝑐𝑜𝑛𝑐 (7) Onde: b= Largura da seção 1 m; h= Altura total da seção; 𝜸𝒄𝒐𝒏𝒄= Peso específico do concreto (25 kN/m³) 3.3 - Determinação do momento fletor 3.3.1 - Direção da armadura Para o cálculo da armadura mínima necessária para suportar as solicitações provenientes das cargas, é preciso determinar o momento fletor atuante, deve-se observar as dimensões da laje para prever a orientação da armadura, ou seja, estabelecer se a armadura será lançada em uma ou duas direções: 𝛾 = 𝑙𝑚𝑎𝑖𝑜𝑟 𝑙𝑚𝑒𝑛𝑜𝑟 (8) Se 𝛾 for maior que 2, a laje sera armada em uma direção, mas se 𝛾 for menor ou igual a 2 será lançada em duas direções. Como já estabelecido no objetivo este trabalho tem a finalidade de dimensionar uma laje em balanço, implicando em um dimensionamento em uma direção 𝛾 > 2. 12 3.3.2 - Cálculo de momento Quando a laje se dispuser em duas direções, é necessário o uso das tabelas, que geram momentos fletores a partir dos estudos elementos finitos da estrutura e das dimensões de cada uma. Podem-se utilizar duas tabelas para estas determinações, sendo as de Barës- Czerny ou as de Marcus, que não é o caso deste trabalho, pois a laje se projeta em uma direção somente, dessa forma calcula-se o momento como se fosse de um conjunto de vigas paralelas, usando as fórmulas: Sempre adotando L com (menor comprimento l em metros(m)) e “q” como uma carga distribuída por metro (N/m). 3.3.3 - Equalização de momento Após a determinação do momento, examinar os encontros do pano de laje, e equalizar os momentos quando houver engastamento. Se este for o caso, utilizar o valor maior entre 80% do maior momento ou a média entre os dois, se o momento positivo situado na zona de tração da laje, somar a média da diferença dos momentos, acaso diminua manter o mesmo. 13 3.4 - Área de aço Determinado o momento máximo, deve-se utilizar tabelas já prontas, como artimanha, para o cálculo da área de aço por metro, que será empregado nas lajes. Uma tabela famosa foi construída pelos engenheiros civis John Ulic Burke JR e Mauricio Gertsenchtein, porém, este trabalho irá desfrutar de uma tabela elaborada pelo professor Marcel Reis, da Universidade Paulista (UNIP). Sendo sua aplicação dependendo do Fck (Fator característico de compressão do concreto) utilizado no projeto e adoção de CA-50, seguindo então as duas fórmulas: 𝐶1 = 𝑏. 𝑑2 𝑀𝑑 (9) 𝐴𝑠 = 𝑀𝑑. 𝐶2 𝑑 (10) Destaca-se: Valores 𝐶1 e 𝐶2 são adimensionais e calculado 𝐶1 cruza-se os valores nas tabelas do anexo 2 para determinar 𝐶2 sempre usando o valor que irá a favor da segurança, gerando uma área de aço 𝐴𝑠 maiores. Como se trata de uma laje e se procura a área de aço por metro, usualmente faz da base b=100 cm. d (cm) é a altura útil, que é altura da laje acrescido o cobrimento: 14 𝑑 = ℎ − 𝑐 (11) 𝑀𝑑 (𝑡𝑓. 𝑐𝑚) se trata do momento calculado (𝑀𝑘) majorado em 40%: 𝑀𝑑 = 1,4. 𝑀𝑘 (12) Determinado a área de aço 𝐴𝑠/𝑚, possui a necessidade de calcular a taxa mínima de armadura de tração de acordo com a norma NBR 6118, que terá que ser igual ou superior a 0,15% da área de concreto (𝐴𝑐) da secção transversal da laje: 𝐴𝑠 ≥ 0,15. 𝐴𝑐 100 (13) Validada a área de aço emprega-se a tabela a seguir para estabelecer o diâmetro comercial de cada barra e o número de barras: 3.4.1 - Armadura de distribuição mínima e espaçamento das barras de tração Para distribuir uniformemente a carga aplicada à laje, utiliza-se uma armadura de distribuição que são perpendiculares às armaduras de flexão, e estas de acordo com a NBR 6118 devem ter no mínimo 20% da área de As, sendo espaçadas de no máximo de 33 cm. 15 Já o espaçamento das barras de tração, também em relação à norma, deve atender entre os valores de 20 cm ou o dobro da altura total, sendo escolhido o menor valor gerado. 4 - CÁLCULOS Para a laje hipotética determinada pelo professor de AECA, de dimensões: DADOS: Fck= 20 MPa; CA-50; Classe de agressividade l; Sobrecarga estipulada na norma NBR 6120: Sala e dormitório: 1,5 KN/m²; Marquise: 3,0 KN/m²; Revestimento: 1KN/m². 4.1 - Direção da laje Utilizando a fórmula 8 para determinar as direções das armaduras da laje 1, 2 e 3. 𝛾1 = 4 3 = 1,33 𝛾2 = 4 4 = 1 16 𝛾3 = 4 1,80 = 2,22 A partir dos valores obtidos as lajes 1 e 2 serão dimensionadas em duas direções e a 3 em uma. 4.2 - Altura da laje Para se determinar a altura útil (d) se utiliza a fórmula 2 com o anteparo do anexo 1. 𝑑1 ≥ 300 25.1,58 ≥ 8 𝑐𝑚 𝑑2 ≥ 400 25.1,9 ≥ 8,5 𝑐𝑚 𝑑3 ≥ 180 25.0,5 ≥ 14,5 𝑐𝑚 Adicionando o cobrimento de acordo com a equação 3: ℎ1 = 8 + 2 = 10 𝑐𝑚 ℎ2 = 8,5 + 2 = 10,5 𝑐𝑚 ℎ3 = 14,5 + 2 = 16,5 𝑐𝑚 Para que todas as lajes possuam a mesma espessura, pode-se igualar as alturas de acordo com o estabelecido em norma, reduzindo-as e aumentando-as para 12 cm, porém deverá ser analisado a flecha gerada na laje 3, utilizando a fórmula 5 e a 6 para verificação. 𝑦 = 17,01𝑥103. 1,8³ 3.21𝑥109. 1,44𝑥10−4 = 10,93𝑥10−3𝑚 = 1,093 𝑐𝑚 𝑦𝑛 = 2.180 250 = 1,44 𝑐𝑚 17 𝑦𝑛 > 𝑦 𝑂𝐾 4.3 - Determinação de cargas Empregando a equação 7 e somando-a a sobrecarga e o revestimento: 𝑞𝑙1 = (0,12.25 + 1 + 1,5). 1 = 5,5 𝐾𝑁/𝑚 Por se tratar de mesma sobrecarga e revestimento. 𝑞𝑙2 = 𝑞𝑙1 𝑞𝑙3 = (0,12.25 + 1 + 3). 1 = 7 𝐾𝑁/𝑚 A carga 𝑞𝑙3 está situada na laje 3 (marquise), portanto, a norma exige que a mesma seja majorada em função da sua altura, no caso, 35%. 𝑞𝑙3 = 7.1,35 = 9,45 𝐾𝑁/𝑚 4.4 - Momento fletor Adotando as tabelas de Marcus: Laje 1: 𝑀𝑥1 = 5,5 3² 20,8 = 2,38 𝐾𝑁. 𝑚 𝑋𝑥1 = 5,5.0,889 3² 8 = 5,5 𝐾𝑁. 𝑚 Laje 2: 𝑀𝑥2 = 5,5 4² 37,5 = 2,35 𝐾𝑁. 𝑚 𝑋𝑥2 = 5,5.0,833 4² 12 = 5,55 𝐾𝑁. 𝑚 Adotando as tabelas de Barës-Czerny: Laje 1: 𝑀𝑥1 = 5,5 3² 21 = 2,36 𝐾𝑁. 𝑚 𝑋𝑥1 = 5,5. 3² 9,3 = 5,32 𝐾𝑁. 𝑚 Laje 2: 18 𝑀𝑥2 = 5,5 4² 35,1 = 2,51 𝐾𝑁. 𝑚 𝑋𝑥2 = 5,5. 4² 14,3 = 6,15 𝐾𝑁. 𝑚 Por se tratar de armaduras em umadireção, a laje 3 terá o momento calculado como o de uma viga em balanço, mas neste caso a “viga” terá 100 cm de base e 12 cm de altura. 𝑴 = 𝑭. 𝒅 Sendo: F= Força concentrada resultante do peso próprio e sobrecarga; d= Distância da aplicação da força. 𝑀 = 17,01.0,9 = 15,31 𝐾𝑁. 𝑚 4.5 - Equalização de momentos Utilizando os parâmetros citados no item 3.3.3 e os maiores valores dos momentos obtidos entre Marcus e Barës-Czerny, chega-se aos resultados: 𝑀𝑥1 = 2,38 𝐾𝑁. 𝑚 𝑋𝑥1,2 = 5,852 𝐾𝑁. 𝑚 𝑀𝑥2 = 2,51 𝐾𝑁. 𝑚 𝑋𝑥2,3 = 12,248 𝐾𝑁. 𝑚 19 4.6 - Cálculo de armadura De acordo com as tabelas do anexo 2 e as fórmulas 9 e 10. Laje 1, armadura inferior: 𝐶1 = 100. 102 33,32 = 300,12 𝐶2 = 0,233486 𝐴𝑠1 = 33,32.0,233486 10 = 0,78 𝑐𝑚² Laje 1, armadura inferior: 𝐶1 = 100. 102 81,928 = 122,05 𝐶2 = 0,239141 𝐴𝑠1 = 81,928.0,239141 10 = 1,95 𝑐𝑚² Laje 2, armadura inferior: 𝐶1 = 100. 102 35,14 = 284,57 𝐶2 = 0,233486 𝐴𝑠2 = 35,14.0,233486 10 = 0,82 𝑐𝑚² A armadura superior da Laje 2 será a mesma que a resultante da laje 1, já que estão engastadas. Laje 3: A laje 3 difere das lajes 1 e 2 por ter somente a armadura superior. 𝐶1 = 100. 102 171,472 = 58,32 20 𝐶2 = 0,250411 𝐴𝑠3 = 171,472.0,250411 10 = 4,29 𝑐𝑚² 4.6.1 - Verificação da armadura perante a norma 𝐴𝑠 ≥ 0,15. (100.12) 100 ≥ 1,8 𝑐𝑚2 No caso das lajes 1 e 2, adotaremos a taxa de armadura mínima 1,8 cm², pois seu resultado foi abaixo do permitido pela norma. 4.6.2 - Armadura de distribuição De acordo com o item 3.4.1, a armadura de distribuição será dada: Laje 1 e 2: 𝐴𝑠𝑑 = 1,8.0,2 = 0,36 𝑐𝑚² Laje 3: 𝐴𝑠𝑑 = 4,29.0,2 = 0,85 𝑐𝑚² 4.6.3 - Determinação do diâmetro Em referência à tabela do item 3.4, estipula-se o diâmetro e número de barras para as lajes. Laje 1 e 2: 6 barras de 6,3 mm a cada metro (armadura inferior), na seção engastada (superior) irá gerar 7 barras de 6,3 mm. A armadura de distribuição será de 3 barras de 5 mm a cada metro. Laje 3: 6 barras de 10 mm. A armadura de distribuição terá 5 barras de 5 mm a cada metro. 21 5 - METODOLOGIA DE MONTAGEM DA LAJE VISITADA A construção de uma estrutura de laje maciça deve ser iniciada com a execução de fôrmas de madeira, que são dispostas verticalmente e protegem a laje a fim de garantir seu formato final. A sustentação estrutural das formas é feita através de escoramentos, também chamados de cimbramentos que são peças de madeiras ou metal, que garantem a estrutura da laje sem que a mesma ceda ás ações em que é submetida durante o processo. Após a execução das formas introduz-se as armaduras (elementos de aço) que recebem e distribuem os esforços exercidos na laje. As bitolas são dimensionadas á partir de cálculos, assim como a ancoragem e transpasse, também é preciso verificar que os aços utilizados estejam em perfeito estado e livre de ferrugem, em caso deste, se faz necessário uma limpeza superficial antes do processo de concretagem. A concretagem é o processo em que o concreto é introduzido nas fôrmas, podendo ser executado de duas maneiras, a primeira in loco, onde todo o processo é feito pelos trabalhadores já contratados e a segunda, em que uma empresa é recrutada para efetuar o trabalho e o concreto é levado até a obra já pronto, em ambos os casos as normas regulamentares devem ser seguidas. Na execução, o lançamento do concreto deve ser disposto de forma que não haja interrupções e depois de pronto segue-se com o adensamento que geralmente é feito por vibradores, evitando vazios e assim garantindo a disposição homogênea do concreto sobre as fôrmas. Finalizada a concretagem, começa a fase de cura, no qual a laje é mantida úmida durante 7 dias para garantir que não hajam fissuras em sua superfície. Um concreto não curado, ou mal curado, pode ter resistência até 30% mais baixa, além de ser muito vulnerável aos agentes agressivos, devido a grande quantidade de rachaduras que se formam, às vezes imperceptíveis a olho nu. Após o concreto alcançar o endurecimento satisfatório, ou seja, 28 dias inicia- se a remoção dos escoramentos que deve ser feita do centro para as extremidades de modo a suavizar as cargas atuantes sobre a laje, pois o centro é a parte que tem 22 maior tendência a flexionar, todos esses procedimentos devem sempre ser orientados por um responsável técnico a fim de garantir a eficiência de todo o processo construtivo. 6 - ANÁLISE DOS RESULTADOS Neste trabalho pode-se comparar dois tipos de laje, sendo uma delas, o assunto principal do estudo, a laje em balanço. Com os resultados da área de aço de cada uma, observa-se que a laje em balanço requer uma maior quantidade comparada ás outras duas, já que está engastada em um único lado e não conta com o auxílio de quatro pilares e vigas como as outras em questão. 7 - PROPOSTAS DE MELHORIAS Os cálculos apresentados foram todos feitos calculando os elementos separadamente, não sendo observado a interferência de um elemento a outro, Fato que não acontece por imprudência, mas sim, pela dificuldade de analisar a estrutura como um tudo, sendo assim, necessário o emprego de software que auxiliem nessa observação, diminuindo os erros, ou até mesmo diminuindo o gasto com materiais. Também pode-se citar como melhoria a escolha adequadas de espessura das lajes, justamente para economizar materiais ou majorar a resistência. No caso de majorar a resistência seria interessante que ao invés de dimensionar a estrutura como uma laje em balaço, dimensionar duas vigas em balaço, impondo assim uma capacidade de resistência maior, ou seja, os esforços seriam divididos em 3 vigas, e não em somente uma, como no caso engastado, facilitando também a diminuição da flecha. E para fins didáticos ou até práticos, a elaboração de proposta de trabalho para visitar e dimensionar lajes de outros tipos, como a laje pré-moldada ou até mesmo a nervurada. 23 8 - FOTOS DA VISITA Á OBRA 24 9 - BIBLIOGRAFIA Norma NBR 6118; Norma NBR 6120; Apostila professor Marcel Reis; Lajes de concreto, disponível em: “http://wwwp.feb.unesp.br/pbastos/concreto1/Lajes.pdf”; Estudo das lajes, disponível em: “http://www.feis.unesp.br/Home/departamentos/engenhariacivil/nepae/estudo- das-lajes.pdf”; Lajes maciças, disponível em: “http://www.fec.unicamp.br/~almeida/au405/Lajes/Lajes_Macicas_EESC.pdf”; Pré-dimensionamento de lajes, disponível em: “http://www.fec.unicamp.br/~almeida/ec802/Lancamento/Pre- dimensionamento_EESC.pdf”.
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