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Engenharia Civil Estrutura de Concreto Armado I Prof. Roberta Paula Medeiros Silva Pré-Dimensionamento e Detalhamento de LAJES MACIÇAS DE CONCRETO Nívea Veloso de Souza Silva Palmas – TO 2019 2 Sumário LANÇAMENTO DOS ELEMENTOS ESTRUTURAIS, NUMERAÇÃO E PRÉ- DIMENSIONAMENTO. .............................................................................................................. 3 Descrição do edifício ........................................................................................................... 3 Lançamento preliminar da estrutura ............................................................................... 4 Numeração e Pré-dimensionamento ............................................................................... 4 DEFINIÇÃO DE PLANTA DE EIXOS ..................................................................................... 5 PILARES ..................................................................................................................................... 5 VIGAS .......................................................................................................................................... 7 LAJES .......................................................................................................................................... 7 Eixos e Engastamentos ...................................................................................................... 8 CARREGAMENTO NAS LAJES ............................................................................................. 9 CÁLCULO DOS MOMENTOS E REAÇÕES ...................................................................... 10 DIMENSIONAMENTO DE ARMADURA .............................................................................. 17 Armaduras Positivas ......................................................................................................... 17 Armaduras Negativas ........................................................................................................ 18 DETALHAMENTO DAS ARMADURAS............................................................................... 18 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ..................................................................................... 22 3 LANÇAMENTO DOS ELEMENTOS ESTRUTURAIS, NUMERAÇÃO E PRÉ- DIMENSIONAMENTO. Descrição do edifício O edifício analisado é composto por um pavimento térreo mais 10 pavimentos tipo. O pavimento térreo possui estacionamento para carros, além da entrada para os andares superiores. Em cada pavimento tipo, há um apartamento idêntico. O edifício em estudo tem uma arquitetura muito simples, mas contém os elementos básicos presentes nos edifícios residenciais. Desse modo, o projeto estrutural do mesmo contemplará todas as etapas do projeto de um edifício de médio porte. A planta original do pavimento tipo para os pré-dimensionamentos e detalhamento da estrutura está exposta na figura a baixo. Foram feitas algumas modificações para adaptar e facilitar os procedimentos. 4 Lançamento preliminar da estrutura A definição da estrutura, a partir do projeto arquitetônico, constitui a primeira fase do projeto estrutural. Nesta fase, definem-se as localizações das vigas, o posicionamento dos pilares e as dimensões preliminares dos diversos elementos estruturais. Essas dimensões são escolhidas, levando-se em conta os seguintes fatores: vãos de lajes e vigas, altura do edifício, número de pilares em cada direção, etc. Em todo caso, recorre-se a experiências anteriores, de projetos de edifícios similares. Essas dimensões são necessárias para o início dos cálculos, podendo ser alteradas à medida que a elaboração do projeto vai avançando. No edifício em estudo, adotou-se a estruturação convencional de lajes maciças apoiadas em vigas de seção retangular, as quais se apoiam em pilares, também de seção retangular. Numeração e Pré-dimensionamento 5 DEFINIÇÃO DE PLANTA DE EIXOS PILARES Para o pré-dimensionamento dos pilares, será considerada a taxa de armadura ρ igual 3%, n úmero de pavimentos = 5, Aço CA-50, fck = 35 MPa, γ* = 1,5, q = 10 kN/m². A carga para o pré-dimensionamento dos pilares será através do processo das áreas de influência. Logo após deve-se ajusta-las, minimizando as interferências, conforme na figura abaixo. 6 Pré-dimensionamento do pilar P8 (passo a passo) 𝑁𝑘 = 𝐴. 𝑞. 𝑛 = 15,6987 ∗ 10 ∗ 10 = 1569,87 𝑘𝑁 𝑁𝑑 = (𝑁𝑘. 𝛾𝑛. 𝛾𝑓). 𝛾 ∗= (1569,87 ∗ 1 ∗ 1,4) ∗ 1,5 = 3296,73 𝑘𝑁 𝐴𝑐 = 𝑁𝑑 0,85. 𝑓𝑐𝑘 𝛾𝑐 + 𝜌. 𝜎𝑠𝑑 = 3296,73 0,85 ∗ 3,5 1,4 + 0,02 ∗ 42 = 1111,88 𝑐𝑚² Fixando ℎ𝑥 = 15 𝑐𝑚 ℎ𝑦 = 1111,88 15 = 74,12 𝑐𝑚 > 𝑎𝑑𝑜𝑡𝑎 − 𝑠𝑒 80 𝑐𝑚 O pré-dimensionamento para os demais pilares segue o mesmo raciocínio. O cálculo destes está apresentado na Tabela: 7 PRÉ-DIMENSIONAMENTO DOS PILARES Nº Pilar A (m²) Nk (kN) γn Nd (kN) fcd Ac (m²) hx (cm) hy (cm) h(adotado) P 1 2,2356 223,56 1,00 469,48 2,50 158,34 15 10,56 20 P 2 2,2356 223,56 1,00 469,48 2,50 158,34 15 10,56 20 P 3 6,0964 609,64 1,00 1280,24 2,50 431,79 15 28,79 30 P 4 9,5011 950,11 1,00 1995,23 2,50 672,93 15 44,86 50 P 5 7,4747 747,47 1,00 1569,69 2,50 529,41 15 35,29 50 P 6 3,8734 387,34 1,00 813,41 2,50 274,34 15 18,29 30 P 7 8,2357 823,57 1,00 1729,50 2,50 583,30 15 38,89 50 P 8 15,6987 1569,87 1,00 3296,73 2,50 1111,88 15 74,13 80 P 9 15,745 1574,5 1,00 3306,45 2,50 1115,16 15 74,34 80 P 10 7,9981 799,81 1,00 1679,60 2,50 566,48 15 37,77 50 P 11 4,3509 435,09 1,00 913,69 2,50 308,16 15 20,54 30 P 12 8,4572 845,72 1,00 1776,01 2,50 598,99 15 39,93 50 P 13 8,2703 827,03 1,00 1736,76 2,50 585,75 15 39,05 50 P 14 4,1247 412,47 1,00 866,19 2,50 292,14 15 19,48 30 VIGAS Para o pré-dimensionamento das vigas deve-se observar inicialmente classifica-las em isostáticas ou hiperestáticas. 𝐼𝑠𝑜𝑠𝑡á𝑡𝑖𝑐𝑎𝑠 → ℎ = 𝑙 10 𝐻𝑖𝑝𝑒𝑟𝑒𝑠𝑡á𝑡𝑖𝑐𝑎𝑠 → ℎ = 𝑙 12 VIGAS Tipo l (cm) h_calculado (m) h_adotado (cm) V1 Isostática 350 35,00 35 V2=V4=V6 Isostática 320 32,00 35 V3=V5=V7 Hiperestática 685 57,08 60 V8=V9 Hiperestática 1162,5 96,88 100 V10 Hiperestática 970 80,83 80 V11 Hiperestática 940 78,33 80 LAJES Condição de Engastamento < 𝟐 𝟑 ⇒ 𝒍𝒂𝒋𝒆 𝒂𝒑𝒐𝒊𝒂𝒅𝒂 𝒗ã𝒐 𝒄𝒐𝒎𝒖𝒎 𝒗ã𝒐 𝒕𝒐𝒕𝒂𝒍 = ≥ 𝟐 𝟑 ⇒ 𝒍𝒂𝒋𝒆 𝒆𝒏𝒈𝒂𝒔𝒕𝒂𝒅𝒂 8 Eixos e Engastamentos As lajes podem ser armadas em uma ou duas direções. As lajes armadas em uma única direção podem ser calculadas como vigas de largura unitária. Já as lajes armadas em duas direções, podem ser analisadas utilizando o modelo elástico-linear, com elementos de placa, utilizando o coeficiente de Poisson ν= 0,2 para o material elástico linear. Dentro desta sistemática, inicialmente as lajes são calculadas isoladamente, observando-se as condições de apoio de bordo engastado ou de charneira, conforme haja continuidade ou não entre as lajes. A diferenciação entre as lajes armadas em uma e duas direções é realizada comparando-se a relação entre os vãos (dimensões) da laje. Desta forma, temos: 9 Lajes armadas nas duas direções, quando 𝑙𝑦 𝑙𝑥 ≤ 2, e Lajes armadas em uma direção, quando 𝑙𝑦 𝑙𝑥 > 2 Todas as lajes são armadas em duas direções, todas serão adotadas alturas de igual a 10 cm. A altura e calculada pela equação: ℎ = [(2,5 −0,1. 𝑛)]. 𝑙1/100 CARREGAMENTO NAS LAJES Dados da edificação para calcular os carregamentos nas lajes Espessura média da regularização com 3 cm e peso especifico da argamassa de 21 KN/m³; Espessura média do revestimento inferior com 2 cm e peso especifico de de 19 kN/m³; Espessura média do piso cerâmico com 0,5 cm e peso especifico de de 18 kN/m³; Parede de bloco cerâmico com espessura de 10 cm, com peso específico de 13 kN/m³. Todas as paredes externas com espessura 15 cm; Altura da parede de 2,4 m; Calculo das Ações Atuantes Laje h (cm) Peso Proprio Reves. Inferior Piso Parede (q par) Perman. Total (q total) Adicionais (q) Total (p=q total+q) L1 10 2,5 0,38 0,72 - 3,60 1,5 5,10 L2 10 2,5 0,38 0,72 1,73 5,33 2 7,33 L3 10 2,5 0,38 0,72 - 3,60 1,5 5,10 L4 10 2,5 0,38 0,72 - 3,60 1,5 5,10 L5 10 2,5 0,38 0,72 0,09 3,69 1,5 5,19 L6 10 2,5 0,38 0,72 1,59 5,19 1,5 6,69 Pré-dimensionamento da altura das lajes Lajes lx (cm) ly (cm) ly/lx TIPO Caso Czerny l1 n h_calculado (cm) h_adotado (cm) L1 350 415 1,19 2D 5A 290,5 3,0 6,39 10 L2 335 415 1,24 2D 5B 290,5 3 6,39 10 L3 320 448 1,40 2D 3 313,6 2 7,21 10 L4 350 495 1,41 2D 3 346,5 2 7,97 10 L5 335 495 1,48 2D 5B 335 3 7,37 10 L6 320 493 1,54 2D 3 320 2 7,36 10 10 A equação básica para cálculo as cargas das paredes sobre as lajes é: onde: 𝛾 alv = peso específico da parede de alvenaria; e = espessura da parede; h = altura da parede; 𝑙 = comprimento total de parede; A(laje) = área da laje, considerando os vãos efetivos. CÁLCULO DOS MOMENTOS E REAÇÕES As reações de apoio das lajes armadas em duas direções nas vigas de borda estão calculas e mostradas nas tabelas a baixo. O cálculo das reações foi feito conforme a aplicação da tabela de Czerny. comprimento = metro carga = KN fck=35MPa, αE=0,9 Laje λ Caso Czerny 1 1,19 5A q 5,10 q*lx 17,85 q*ly 21,17 q*lx² 62,48 q*lx^4 765,32 λ 1,19 Vx1 0,298 Rx1 5,32 Vx2 0,169 Rx2 3,02 Vy 0,266 Ry 5,63 mx 38,2 Mx 1,64 my 44,7 My 1,40 nx 13,6 Xx 4,59 ny 14 Xy 4,46 α 0,028 f 0,000719 Eci =∝ 𝐸 ∗ 5600√𝑓𝑐𝑘 Eci = 0,9 ∗ 5600√35 Eci = 2981,04 𝑀𝑃𝑎 𝑞(𝑝𝑎𝑟𝑒𝑑𝑒) = 𝛾(𝑎𝑙𝑣) ∗ 𝑒 ∗ ℎ ∗ 𝑙 𝐴(𝑙𝑎𝑗𝑒) λ = 𝑙𝑦 𝑙𝑥 Rx = Vx. q. lx Ry = Vy. q. ly Mx = 𝑞. 𝑙𝑥² 𝑚𝑥 My = 𝑞. 𝑙𝑥² 𝑚𝑦 Xx = 𝑞. 𝑙𝑥² 𝑛𝑥 Xy = 𝑞. 𝑙𝑥² 𝑛𝑦 f = 𝑞. 𝑙𝑥^4 𝐸. ℎ³ 11 Laje λ Caso Czerny 2 1,24 5B q 7,33 q*lx 24,56 q*ly 30,42 q*lx² 82,26 q*lx^4 923,17 λ 1,24 Vx 0,3416 Rx 8,39 Vy1 0,2016 Ry1 6,13 Vy2 0,2032 Ry2 6,18 mx 32,6 Mx 2,52 my 67,4 My 1,22 nx 13,58 Xx 6,06 ny 17,5 Xy 4,70 α 0,0248 f 0,000768 Laje λ Caso Czerny 3 1,40 3 q 5,10 q*lx 16,32 q*ly 22,85 q*lx² 52,22 q*lx^4 534,77 λ 1,40 Vx1 0,408 Rx1 6,66 Vx2 0,234 Rx2 3,82 Vy1 0,227 Ry1 5,19 Vy2 0,131 Ry2 2,99 mx 24,1 Mx 2,17 my 51,0 My 1,02 nx 10,0 Xx 5,22 ny 12,6 Xy 4,14 α 0,043 f 0,000764 ly ⇒ vão maior lx ⇒ vão menor q ⇒ carga distribuida por área M ⇒ momento positivo X ⇒ momento negativo R ⇒ reação de apoio f ⇒ flecha E ⇒ módulo de elasticidade h ⇒ espessura da laje 12 Laje λ Caso Czerny 4 1,41 3 q 5,10 q*lx 17,85 q*ly 25,25 q*lx² 62,48 q*lx^4 765,32 λ 1,41 Vx1 0,409 Rx1 7,30 Vx2 0,235 Rx2 4,19 Vy1 0,225 Ry1 5,68 Vy2 0,13 Ry2 3,28 mx 24,08 Mx 2,59 my 51,22 My 1,22 nx 9,96 Xx 6,27 ny 12,58 Xy 4,97 α 0,0432 f 0,001109 Laje λ Caso Czerny 5 1,48 5B q 5,19 q*lx 17,39 q*ly 25,59 q*lx² 58,24 q*lx^4 653,65 λ 1,48 Vx 0,367 Rx 6,38 Vy1 0,1702 Ry1 4,35 Vy2 0,0972 Ry2 2,49 mx 27,84 Mx 2,09 my 73,88 My 0,79 nx 12,56 Xx 4,64 ny 17,5 Xy 3,33 α 0,0276 f 0,000605 13 Laje λ Caso Czerny 6 1,54 3 q 6,69 q*lx 21,41 q*ly 32,98 q*lx² 68,51 q*lx^4 701,50 λ 1,54 Vx1 0,429 Rx1 9,18 Vx2 0,246 Rx2 5,27 Vy1 0,205 Ry1 6,76 Vy2 0,1188 Ry2 3,92 mx 21,72 Mx 3,15 my 53,88 My 1,27 nx 9,44 Xx 7,26 ny 12,32 Xy 5,56 α 0,0468 f 0,001101 As reações de apoio e os momentos das lajes do pavimento devem ser indicadas num desenho esquemático da planta de forma da estrutura, como mostra na figura abaixo. 14 15 16 Os momentos negativos apresentados estão compatibilizados. 17 DIMENSIONAMENTO DE ARMADURA Aços CA-50 e CA-60; Todas as vigas com largura de 15 cm; Classe II de agressividade ambiental; Espessura mínima do cobrimento c = 2,5 cm Concreto 35 MPa fcd = 17,86 MPa = 1,786 KN/cm2 fyd = 434,78 MPa = 43,48 KN/cm2 cob = 2,5 cm h = 10 cm dx = 10 – 2 – 0,5 ⟹ dx = 7,5 cm dy = 10 – 2 – 1,0 ⟹ dy = 7,0 cm bw = 100 cm Armaduras Positivas DIREÇAO Y 1 2 3 4 5 6 1,40 1,22 1,02 1,22 0,79 1,27 6,5 6,5 6,5 6,5 6,5 6,5 1,96 1,71 1,43 1,71 1,11 1,78 4489063 4489063 4489062,5 4489063 4489063 4489063 0,9779 0,9808 0,9840 0,9808 0,9876 0,9800 0,193 0,168 0,140 0,168 0,108 0,175 0,0297 0,0259 0,0216 0,0259 0,0167 0,0269 0,702 0,611 0,510 0,611 0,394 0,636 DIREÇAO X 1 2 3 4 5 6 1,64 2,52 2,17 2,59 2,09 3,15 7 7 7 7 7 7 2,30 3,53 3,04 3,63 2,93 4,41 5206250 5206250 5206250 5206250 5206250 5206250 0,9777 0,9655 0,9704 0,9645 0,9715 0,9567 0,195 0,302 0,259 0,310 0,249 0,379 0,0279 0,0431 0,0370 0,0443 0,0356 0,0541 0,763 1,179 1,013 1,213 0,975 1,481 LAJE 𝑑 = ℎ − 𝑐𝑜𝑏 − 0,5 0,425.fcd.bw.d ² √1 − (𝑀𝑑/(0,425 ∗ 𝑓𝑐𝑑 ∗ 𝑏𝑤 ∗ 𝑑²) 𝑀𝑑 = 1,4 ∗ 𝑀 K𝑥= 𝑥 𝑑 𝑀𝑥 𝑥 As= 𝑀𝑑 𝑓𝑦𝑑∗(𝑑−0,4∗𝑥) 𝑑𝑦 = ℎ − 𝑐𝑜𝑏 − 0,5 0,425.fcd.bw.dx² √1 − (𝑀𝑑𝑦/(0,425 ∗ 𝑓𝑐𝑑 ∗ 𝑏𝑤 ∗ 𝑑𝑦2) 𝑀𝑑𝑦 = 1,4 ∗ 𝑀𝑥 𝑀𝑦 K𝑥= 𝑥 𝑑 As𝑦= 𝑀𝑑𝑦 𝑓𝑦𝑑∗(𝑑𝑥−0,4∗𝑥) 𝑥 18 Armaduras Negativas DETALHAMENTO DAS ARMADURAS ARMADURA POSITIVA Ρs (%) As(min) bw cob φ = 5mm DIREÇAO X 0,11 1,1 15 2,5 0,196 LAJE As(cal) N/m (As/φ) S S (adotado) ly Nº Barras Comp. 1 0,763 6 16,7 16,0 415 26 425 2 1,179 6 16,7 16,0 415 26 425 3 1,013 6 16,7 16,0 448 28 458 4 1,213 6 16,7 16,0 495 31 505 5 0,975 6 16,7 16,0 495 31 505 6 1,481 8 12,5 12,0 493 41 503 DIREÇAO Y LAJE As(cal) N/m (As/φ) S S (adotado) lx Nº Barras Comp. 1 0,702 6 16,7 16,0 350 22 360 2 0,611 6 16,7 16,0 335 21 345 3 0,510 6 16,7 16,0 320 20 330 4 0,611 6 16,7 16,0 350 22 360 5 0,394 6 16,7 16,0 335 21 345 6 0,636 6 16,7 16,0 320 20 330 L1#L2 L2 # L3 L4 # L5 L5 # L6 L1 # L4 L2 # L5 L3 # L6 5,32 5,64 5,46 5,95 4,72 4,02 4,85 7 7 7 7 7 7 7 7,45 7,90 7,64 8,33 6,61 5,63 6,79 5206250 5206250 5206250 5206250 5206250 5206250 5206250 0,9257 0,9211 0,9237 0,9165 0,9344 0,9444 0,9325 0,650 0,691 0,668 0,730 0,574 0,486 0,591 0,0929 0,0987 0,0954 0,1044 0,0820 0,0695 0,0844 2,542 2,701 2,611 2,856 2,245 1,902 2,309 𝑑 = ℎ − 𝑐𝑜𝑏 − 0,5 0,425.fcd.bw.d² √1 − (𝑀𝑑/(0,425 ∗ 𝑓𝑐𝑑 ∗ 𝑏𝑤 ∗ 𝑑²)𝑀𝑑 = 1,4 ∗ 𝑀𝑥 𝑀 𝑥 K𝑥= 𝑥 𝑑 As= 𝑀𝑑 𝑓𝑦𝑑∗(𝑑𝑥−0,4∗𝑥) 19 ARMADURA NEGATIVA Ρs (%) As(min) bw cob φ = 8mm 0,164 1,1 15 2,5 0,503 LAJE As(cal) N/m (As/φ) S S (adotado) lo Nº Barras l lf dobra c(total) L1 # L2 2,542 5 20,0 20,0 400 20 350 88 5 185 L2 # L3 2,701 5 20,0 20,0 365 18 335 84 5 178 L4 # L5 2,611 5 20,0 20,0 480 24 350 88 5 185 L5 # L6 2,856 6 16,7 16,0 450 28 335 84 5 178 L1 # L4 2,245 4 25,0 25,0 335 13 350 88 5 185 L2 # L5 1,902 4 25,0 25,0 320 13 335 84 5 178 L3 # L6 2,309 5 20,0 20,0 305 15 320 80 5 170 LISTA DE ARMADURAS N φ(mm) Classe Quantidade Comp. Unitário (m) Comp. Total 1 5,00 CA-60 52 4,25 220 2 5,0 CA-60 28 4,58 128 3 5,0 CA-60 62 5,05 312 4 5,0 CA-60 41 5,03 207 5 5,0 CA-60 44 3,60 158 6 5,0 CA-60 42 3,45 144 7 5,0 CA-60 40 3,30 132 8 8,0 CA-50 57 1,85 106 9 8,0 CA-50 59 1,78 105 10 8,0 CA-50 15 1,7 26 TOTAL φ-5 1302 TOTAL φ-8 237 RESUMO DAS ARMADURAS φ(mm) Comp. Total Peso/m linear (kg/m) Peso (kg) Peso + 10% 5 1302 0,154 200,48 219,48 8 237 0,395 93,79 103,17 CA-60 219,48 CA-50 103,17 TOTAL 322,65 20 21 22 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR-6118: Projeto de Estruturas de Concreto. Rio de Janeiro,2014. 2. ARAÚJO, J. M. Projeto Estrutural de Edifícios de Concreto Armado / José Milton de Araújo. – Rio Grande: Dunas, 2014. 3.ed. 3. BASTOS, P. S. DOS SANTOS. Disciplina: 2117 – ESTRUTURAS DE CONCRETOS I / LAJES DE CONCRETO. Departamento de Engenharia Civil – UNESP. Bauru/SP, 2015. 4. CHAER, V. A. / OLIVEIRA, M. DAS G. D. Departamento de Engenharia Civil / Estruturas de Concreto Armado I – Notas de Aulas. Universidade Católica de Goiás. Goiânia/GO. 2004.
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