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aula de lajes
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Escola Superior de Tecnologia e Gestão
Lajes fungiformes Betão Armado II
8. Lajes fungiformes ............................................................................................. 45
8.1 Generalidades ............................................................................................ 45
8.2 Dimensões dos elementos ......................................................................... 45
8.3 Modelos de análise..................................................................................... 48
8.4 Análise qualitativa do cálculo de esforços .................................................. 51
8.5 Método dos pórticos equivalentes (ou virtuais)........................................... 52
8.5.1 Definição de pórtico equivalente (ou virtual) ..................................... 52
8.5.2 Determinação de esforços ................................................................ 53
8.6 Estado limite último de punçoamento......................................................... 54
8.6.1 Generalidades................................................................................... 54
8.6.2 Mecanismo de rotura por punçoamento ........................................... 55
8.6.3 Verificação da segurança de acordo com o REBAP......................... 57
8.6.3.1 Domínio de aplicação .............................................................. 57
8.6.3.2 Modelo de cálculo ................................................................... 59
8.6.3.3 Contorno crítico (µ).................................................................. 59
8.6.3.4 Método de verificação ao punçoamento.................................. 61
8.6.3.5 Resistência ao punçoamento .................................................. 63
8.6.4 Verificação da segurança de acordo com o EC2:1992 ..................... 64
8.6.4.1 Domínio de aplicação .............................................................. 64
8.6.4.2 Modelo de cálculo ................................................................... 65
8.6.4.3 Contorno crítico ....................................................................... 66
8.6.4.4 Método de verificação ao punçoamento.................................. 67
8.6.4.5 Lajes de espessura variável .................................................... 69
8.6.4.6 Resistência ao punçoamento .................................................. 70
8.6.4.6.1 Lajes ou sapatas de fundação sem armadura específica... 70 8.6.4.6.2 Lajes com armadura de punçoamento ............................... 71
8.6.4.7 Cargas excêntricas na ligação laje-pilar .................................. 72
8.6.5 Disposições construtivas................................................................... 74
página 45
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Lajes fungiformes Betão Armado II
8. Lajes fungiformes 8.1 Generalidades
As lajes fungiformes são lajes que apoiam directamente nos pilares
ou em vigas de bordadura e são dimensionadas quer para acções
verticais quer para acções.
8.2 Dimensões dos elementos
a) Os pilares não devem afastar-se dos alinhamentos de uma malha
ortogonal mais de 10% do vão na direcção em que se verifica
esse desvio.
Figura 50 - Malha sensivelmente ortogonal
página 45
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Lajes fungiformes Betão Armado II
b) Dimensão dos pilares.
π π.
Figura 51 - Dimensões dos pilares
c) Espessuras
Para sobrecargas correntes em edifícios (sc<5 kN/m2), a espessura das
lajes fungiformes pode ser determinada a partir dos seguinte quadros
(EC2 quadro 4.14 – versão em português):
Quadro 2 - Relação vão/altura útil para lajes fungiformes (indicativos)
Sistema Estrutural Betão fortemente solicitado ρ=1,5%
Betão fracamente solicitado ρ=0,5%
Laje apoiada em pilares (laje fungiforme) 21 30
Consola 7 10
página 46
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Quadro 3 - Valores da esbelteza l/h a adoptar
h (m) L (m) Tipo
Esbelteza L/h
4 5 6 7 8 9 10
Laje maciça 25-30 0,15→mínimo
≈0,20 ≈0,25
Laje maciça com capitel 35-40 0,15 → ≈0,20 ≈0,25
Laje aligeirada 20-25 0,225→ ≈0,25 ≈0,30 ≈0,35
Laje aligeirada
com capitel 25-30 0,225→ ≈0,25 ≈0,30 ≈0,35
Os valores apresentados nos quadros anteriores têm em conta o
controlo indirecto da deformação e o nível de esforços na laje.
d) Lajes fungiformes aligeiradas
Os maciçamentos junto aos pilares devem ter, em planta, as dimensões
correspondentes às zonas de intersecção das faixas centrais das
travessas do sistema de pórticos ortogonais.
Figura 52 - Geometria de lajes fungiformes aligeiradas
página 47
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Figura 53 - Laje
fungiforme aligeirada com blocos de leca
Figura 54 - Laje
fungiforme aligeirada com
cocos
8.3 Modelos de análise
A análise e dimensionamento destas lajes pode ser realizado pelos
seguintes métodos:
Análise por elementos finitos;
Figura 55 - Modelação por elementos finitos
página 48
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Métodos simplificados:
Modelo de grelha – Só é possível determinar o efeito das acções
verticais. Difícil de simular a rigidez à torção
Figura 56 - Modelação por modelo de grelha
Método dos pórticos equivalentes (REBAP art.º 119) – É possível
determinar o efeito das acções verticais e horizontais, através da
consideração de pórticos em duas direcções ortogonais.
Figura 57 - Pórticos equivalentes
página 50
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8.4 Análise qualitativa do cálculo de esforços
Nas lajes fungiformes os maiores esforços, devido às acções
verticais, surgem segundo a direcção do maior vão (direcção
principal de flexão).
Figura 58 - Deformação da laje
Figura 59 - Caminho das cargas
página 51
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Quadro 4 - Cargas transmitidas segundo cada direcção
Direcção X Direcção Y Vão α.q.Ly (1-α).q.Lx
Bandas 2.(1-α).q.Ly/2 2.α.q.Lx/2 Total q.Ly q.Lx
8.5 Método dos pórticos equivalentes (ou virtuais)
8.5.1 Definição de pórtico equivalente (ou virtual)
A estrutura deve ser dividida em dois conjuntos independentes de
pórticos em direcções ortogonais.
Figura 60 - Definição de pórtico equivalente (ou virtual)
página 52
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8.5.2 Determinação de esforços
Figura 61 - Pórticos em duas direcções ortogonais
Quadro 5 - Distribuição dos momentos nas lajes fungiformes (em percentagem do momento total)
Momentos flectores Faixa central da travessa
a1+a2 ou a2 (1)
Faixas laterais da travessa
b1+b2 ou b2 (1) Momentos positivos
Momentos negativos
55%
75%
45%
25% (1) a1+a2 e b1+b2 – para pórticos intermédios
a2 e b2 – para pórticos extremos
A figura 63 representa a distribuição de momentos my ao longo de
um alinhamento de pilares, obtido por uma solução de elementos
finitos e a distribuição simplificada de acordo com o método dos
pórticos equivalentes. página 53
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Figura 62 - Distribuição real (elementos finitos) e simplificada dos momentos
negativos segundo um alinhamento de pilares
8.6 Estado limite último de punçoamento
8.6.1 Generalidades
O punçoamento é um problema associado a cargas concentradas:
zona de apoio dos pilares em lajes fungiformes, cargas
concentradas em lajes e em fundações.
Figura 63 - Esforços de punçoamento
página 54
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8.6.2 Mecanismo de rotura por punçoamento
O estado limite de punçoamento está associado a um cone de
rotura que se desenvolve em torno da área carregada.
Figura 64 - Mecanismo de rotura por punçoamento de pavimento de laje
Figura 65 - Mecanismo de rotura por punçoamento de uma fundação flexível
página 55
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As figura seguintes ilustram o comportamento de uma laje circular
suportada no seu centro e carregada na periferia:
Fendilhação radial que se forma relativamente cedo, devido aos
esforços de flexão circunferenciais;
Uma fenda de punçoamento em torno do pilar, que se forma para 2/3
da carga última, e que se inclina em direcção aquele;
Uma casca cónica em torno da base do pilar que liga estas duas
partes da laje separadas pela fenda cincunferencial de punçoamento.
Figura 66 - Esquema de fendilhação devido ao punçoamento
página 56
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Figura 67 - Esforços devido ao punçoamento
Equilíbrio das forças de punçoamento
Componente vertical da compressão radial;
Componente vertical da força de atrito entre os inertes na fenda;
Componente vertical da força do efeito de ferrolho.
8.6.3 Verificação da segurança de acordo com o REBAP
8.6.3.1 Domínio de aplicação
Os princípios e as regras definidas no artigo 53 do REBAP para o
punçoamento são aplicáveis, atendendo às seguintes situações:
As forças de punçoamento não podem actuar junto de outras cargas
concentradas importantes;
A área carregada deve distar 5d de um bordo livre (ou do bordo de
uma abertura.
página 57
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Lajes fungiformes Betão Armado II
Além das condições anteriores o problema de punçoamento só
deverá ser considerado nos seguintes casos:
a) se a área carregada é circular, o seu diâmetro não
excede 3,5d;
b) se a área carregada é rectangular, o seu perímetro não excede
11d ( u=2a+2b≤11d ), nem excede 2 a
relação entre o seu comprimento e a sua
largura ( a≤2b );
c) se a área carregada tem outra formas, as suas dimensões não
excedem limites obtidos por analogia com os casos anteriores.
d) No caso de áreas carregadas com outra forma da indicada em a)
e b) a verificação ao punçoamento será efectuada com o
perímetro de contorno crítico indicado na figura 68.
Figura 68 - Perímetro de contorno crítico para áreas carregadas alongadas
página 58
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8.6.3.2 Modelo de cálculo
Figura 69 - Modelo de cálculo para o punçoamento
8.6.3.3 Contorno crítico (µ)
Figura 70 - Perímetro de contorno crítico para áreas carregadas afastada de
bordos livres e aberturas
página 59
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Figura 71 - Perímetro de contorno crítico para áreas carregadas junto de
bordos livres (c ≤ 5d)
Figura 72 - Perímetro de contorno crítico para áreas carregadas junto a
aberturas
α
Figura 73 - Perímetro crítico para capiteis de forma cónica
página 60
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8.6.3.4 Método de verificação ao punçoamento
A verificação em relação ao punçoamento baseia-se em três
valores de esforço transverso resistente no contorno crítico:
1Rdv - valor de cálculo do esforço transverso resistente sem armadura
específica;
2Rdv - valor de cálculo máximo do esforço transverso resistente com
armadura específica;
3Rdv - valor de cálculo do esforço transverso resistente com armadura
específica;
rdsd vv ≤ ou rdsd VV ≤
O valor de cálculo do esforço actuante
Cargas centradas
uVv Sd
Sd =
Sdv - valor de cálculo do esforço actuante de punçoamento por unidade
de comprimento do contorno crítico de punçoamento;
SdV - valor de cálculo do esforço actuante de punçoamento;
u - perímetro do contorno crítico de punçoamento;
página 61
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Cargas excêntricas
SdSd
Sd vuVv ′+=
- excentricidade devido à área carregada
Figura 74 - Perímetro de contorno crítico para áreas carregadas para pilares
de canto e de bordo
- excentricidade devido à carga
⋅⋅=′
0
2de
uVv Sd
Sd
área carregada de contorno circular
⋅
+⋅⋅=′
yx
yxSdSd bb
eeuVv 5,1
área carregada de contorno rectangular
página 62
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8.6.3.5 Resistência ao punçoamento
- Sem armadura específica
ddvRd ⋅⋅−= 11 )6,1( τ
- Com armadura específica
12 6,1 RdRd vv ⋅≤
usenfA
v sydswRd
α⋅⋅⋅=
3/43
em que:
αsenfA sydsw ⋅⋅ - componente, normal ao plano da laje, da força
resistente de cálculo da armadura (correspondente à tensão fsyd, mas
não excedendo o valor de 350 MPa)
página 63
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8.6.4 Verificação da segurança de acordo com o EC2:1992
8.6.4.1 Domínio de aplicação
Os princípios e as regras definidas no artigo 53 do REBAP para o
punçoamento são aplicáveis, atendendo às seguintes situações:
Lajes com armadura de flexão superior a 0,5% em duas direcções
ortogonais %5,0, ≥lylx ρρ ;
Para lajes de fundação com relações ; Ha 2≥
Lajes aligeiradas com secção maciça em torno
da área carregada, estendendo-se esta zona
maciça pelo menos 1,5d para além do contorno
crítico.
Além das condições anteriores o problema de punçoamento só
deverá ser considerado nos seguintes casos:
a) se a área carregada é circular, o seu diâmetro não
excede 3,5d;
b) se a área carregada é rectangular, o seu perímetro não excede
11d ( u=2a+2b≤11d ), nem excede 2 a
relação entre o seu comprimento e a sua
largura ( a≤2b );
página 64
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c) se a área carregada tem outra formas, as suas dimensões não
excedem limites obtidos por analogia com os casos anteriores.
d) No caso de áreas carregadas com outra forma da indicada em a)
e b) a verificação ao punçoamento será efectuada com o
perímetro de contorno crítico indicado na figura 76.
Figura 75 - Perímetro de contorno crítico para áreas carregadas alongadas
8.6.4.2 Modelo de cálculo
ββ
ββ
β
Figura 76 - Modelo de cálculo para o punçoamento (estado limite último)
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8.6.4.3 Contorno crítico
Figura 77 - Contorno crítico de áreas carregadas afastadas de bordos livres
Figura 78 - Contorno crítico de uma área carregada junto de uma abertura
Figura 79 - Contorno crítico junto de bordos livres
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Lajes fungiformes Betão Armado II
8.6.4.4 Método de verificação ao punçoamento
A verificação em relação ao punçoamento baseia-se em três
valores de esforço transverso resistente no contorno crítico:
1Rdv - valor de cálculo do esforço transverso resistente sem armadura
específica;
2Rdv - valor de cálculo máximo do esforço transverso resistente com
armadura específica;
3Rdv - valor de cálculo do esforço transverso resistente com armadura
específica;
rdsd vv ≤ ou rdsd VV ≤
O valor de cálculo do esforço actuante
uVv Sd
Sd⋅
=β
β - coeficiente que tem em conta os efeitos de excentricidades das
cargas;
página 67
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Lajes fungiformes Betão Armado II
Cargas centradas
1=β
Cargas excêntricas
β=1,4
β=1,5
β=1,15
Figura 80 - Valores aproximados de β
página 68
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Lajes fungiformes Betão Armado II
8.6.4.5 Lajes de espessura variável
a) Lajes com capiteis em que lc≤1,5hc
Pilar circular com capitel circular 2/5,1 Dldd ccrit ++=
Pilar rectangular (axb) com capitel rectangular (l1xl2; l1=a+2lc1 e l2=b+2lc2)
⋅+
⋅+=
1
21
69,05,156,05,1
minldlld
dcrit
β
β
ββ
β
Figura 81 - Lajes com capiteis em que lc≤1,5hc
b) Lajes com capiteis em que lc>1,5(d+hc)
adld cexcrit 5,05,1, ++= ;d ahd ccrit 5,0)(5,1int, ++=
β
β β
β
Figura 82 - Lajes com capitel aumentado em que lh>1,5(d+hc)
página 69
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8.6.4.6 Resistência ao punçoamento
8.6.4.6.1 Lajes ou sapatas de fundação sem armadura específica
dkv lRdRd ⋅⋅+⋅⋅= )402,1(1 ρτ
Quadro 6 - Valores de τRd (MPa)
fck 12 16 20 25 30 35 40 45 50
τRd 0,18 0,22 0,26 0,30 0,34 0,37 0,41 0,44 0,48
1)6,1( ≥−= dk
lylxl ρρρ ⋅=
ρlx e ρly percentagem de armadura de tracção nas direcções x e y
yx ddd ⋅=
dx e dy altura útil nas direcções x e y
página 70
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Lajes fungiformes Betão Armado II
8.6.4.6.2 Lajes com armadura de punçoamento
12 6,1 RdRd vv ⋅=
usenfAvv ydswRdRd /13 α⋅∑ ⋅+=
A armadura de punçoamento deve ser colocada no interior do contorno
crítico;
As lajes fungiformes com armadura de punçoamento devem ter uma
espessura mínima de 200 mm.
Armadura mínima de punçoamento:
)( carregadacrit
sww AA
senA−
⋅∑=αρ
Acrit – área definida pelo contorno crítico;
Acarregada – área carregada.
Quadro 7 - Valores mínimos de ρmím
S220 S400 S500 C12/15 a C20/25 ρw≥0,00096 ρw≥0,00054 ρw≥0,00042 C25/30 a C35/45 ρw≥0,00144 ρw≥0,00078 ρw≥0,00066 C40/50 a C50/60 ρw≥0,00180 ρw≥0,00096 ρw≥0,00078
página 71
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Lajes fungiformes Betão Armado II
8.6.4.7 Cargas excêntricas na ligação laje-pilar
Para considerar a resistência ao punçoamento definida
anteriormente devem ser considerados valores mínimos de
momentos flectores:
SdSdySdx Vmm ⋅≥η,
em que:
Vsd – esforço transverso actuante;
η - coeficiente de momentos indicado no quadro 7
Quadro 8 - Coeficiente de momentos η
η para mSdx η para mSdx Posição do pilar Face
superior Face
inferior Larg.
efectiva byFace
superior Face
inferior Larg.
efectiva bxPilar
interior -0,125 0 0,3ly -0,125 0 0,3lx
Pilares de bordo,
bordo da laje // a x
-0,25 0 0,15ly -0,125 +0,125 (por m)
Pilares de bordo,
bordo da laje // a y
-0,125 +0,125 (por m) -0,25 0 0,15lx
Pilar de canto -0,5 +0,5 (por m) +0,5 -0,5 (por m)
página 72
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Lajes fungiformes Betão Armado II
Figura 83 - Momentos flectores msdx e msdy em ligações laje-pilar sujeitas a
cargas excêntricas, e larguras efectivas de laje para suportar estes momentos
As armaduras resistentes aos momentos acima indicados devem
ser convenientemente amarradas.
Figura 84 - Pormenorização das armaduras junto dos pilares
página 73