Riest - Vol3 - n 1 - Artigo 4 - Portugues

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107IBRACON Structural Journal 2007 vol. 3 n 1

C. E. R. ASSIS | R. B. GOMES | G. N. GUIMARESVolume 3, Number 1 (March 2007) p. 93-120 ISSN 1809-1121

Revista IBRACON de EstruturasIBRACON Structural Journal

Experimental Analysis of Precast Slabs with Lattice

Trusses Strengthened by Concrete OverlayAnlise Experimental de Lajes Treliadas Reforadaspela Face Superior

C. E. R. ASSIS a

[email protected]

R. B. GOMES [email protected]

G. N. GUIMARES c

[email protected]

2007 IBRACON

aCurso de Mestrado em Engenharia Civil, Departamento de Estruturas, Escola de Engenharia Civil da Universidade Federal de Gois,[email protected], Av. T4 n.995 ap. 502B Setor Bueno, Goinia -GO, Brasil;bCurso de Mestrado em Engenharia Civil, Departamento de Estruturas, Escola de Engenharia Civil da Universidade Federal de Gois,[email protected], Curso de Mestrado em Engenharia Civil, Escola de Engenharia Civil Pa. Universitria s/n, Setor Universitrio,Goinia -GO, Brasil;cCurso de Mestrado em Engenharia Civil, Departamento de Estruturas, Escola de Engenharia Civil da Universidade Federal de Gois,[email protected], Curso de Mestrado em Engenharia Civil, Escola de Engenharia Civil Pa. Universitria s/n, Setor Universitrio,Goinia -GO, Brasil;

AbstractThis work discusses the results of an experimental study on the behavior of precast slabs strips, using lattice truss re-inforcement, strengthened by concrete overlay, with the same mechanical properties of the substrate. Twelve precast

slabs strips, divided in three series, were tested. Specimens were 215 cm long and 100 cm wide and the lattice trusswas 8 cm deep for the slabs of the rst and third series and 12 cm deep for the second series. The slabs, before receiv-ing the new concrete layer, were tested until a pre-determined load. Results showed that this strengthening methodwas efcient, leading to an ultimate load increase ranging from 38% to 149%, because of the greater effective depth.Monolithic and reinforced slabs with the same properties failed with similar loads, and this revealed that pre-cracking inreinforced slabs did not alter their performance at the ultimate limit state.

Keywords: precast slab, reinforcement, structural analysis, lattice truss.

ResumoEste trabalho apresenta os resultados de um estudo experimental para a vericao do comportamento de faixas delajes treliadas reforadas exo pelo aumento da seo de concreto, de mesmas propriedades mecnicas do concretodo substrato, na face superior. Foram ensaiadas doze lajes de 100 cm x 215 cm, divididas em trs sries de ensaio,sendo as 1 e 3 sries compostas por peas com vigotas treliadas de 8 cm de altura e a segunda com vigotas de 12cm. As lajes reforadas, antes da execuo do reforo, foram pr-carregadas. Os resultados mostraram que este mtodode reforo foi eciente, aumentando a capacidade de carga das peas reforadas, de 38% a 149%, em relao s lajesde referncia de cada srie, em funo do acrscimo do brao de alavanca e, conseqentemente, do momento resistenteda pea. Lajes monolticas e reforadas de mesmas caractersticas romperam com carregamentos semelhantes, most-rando que a pr-ssurao das lajes reforadas no alterou seu desempenho no estado limite ltimo.

Palavras-chave: pr-moldados, reforo, anlise estrutural, laje treliada.


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Anlise Experimental de Lajes Treliadas Reforadas pela Face Superior

1 Introduo

A tendncia atual na engenharia estrutural a concepo queadota lajes com grandes vos. Diante disso, uma soluo quevem sendo bastante adotada a utilizao de lajes pr-fabri-cadas treliadas, que conseguem vencer os grandes vos como menor peso da estrutura. Nelas, parte do concreto da laje substitudo por um material de enchimento, diferentementedas lajes macias em que vencer grandes vos signica umgrande aumento da espessura e conseqentemente do pesoprprio. Por outro lado, as facilidades de execuo favorece-ram o surgimento de inmeras pequenas empresas fabrican-tes de lajes, at mesmo informais e sem o conhecimento tc-nico adequado, a estarem atuando no mercado. Disto decorreo surgimento, na maioria das vezes, de inmeros problemasna segurana das lajes devido, principalmente, insucincia

na taxa de armadura, uso de concreto inadequado, altura tilindevida e montagem incorreta, conseqentemente levandoao surgimento de patologias como: deformao e ssuraoexcessiva, corroso de armadura, entre outros.Em funo desses fatos, o estudo sobre reparo, recupera-o e reforo das estruturas tem se tornado bastante im-portante no meio da construo civil. Vrias so as tcnicasde reforo existentes na literatura, e cabe ao engenheiroresponsvel pela interveno analisar as causas das patolo-gias e escolher a melhor opo tcnica e econmica.O objetivo geral deste trabalho vericar a ecincia doreforo exo de faixas de lajes pr-fabricadas treliadasunidirecionais. O reforo das peas foi feito pelo acrscimode uma camada de concreto na face superior.Na tentativa de se reduzir os custos e o tempo de exe-cuo das obras, tem-se aumentado bastante o apare-cimento de patologias, ligadas principalmente ao uso demateriais de baixa qualidade e a problemas de execuo,projeto e utilizao, fazendo-se necessria a intervenona estrutura. Por isso, hoje, os trabalhos de reforo e re-cuperao de estruturas tm tido uma importncia muitogrande no meio tcnico e cientco, pois, dessas pesquisassairo especicaes adequadas para cada caso.

Foi realizado um levantamento de campo, junto aos usu-rios de lajes treliadas no estado de Gois, que contemplouas etapas de dimensionamento, fabricao e execuo delajes. Constatou-se que 63,6% dos projetistas estruturaisconsideraram que o principal problema ocorrido nas lajespr-fabricadas treliadas a deformao excessiva [6].Em alguns casos, essa deformao pode levar necessi-dade do reforo das lajes.No caso da realizao de um reforo em lajes treliadaspela face superior, h um ganho de tempo e de facilidadede execuo pois se necessita apenas do correto trata-mento na superfcie do concreto antigo, uma limpeza esaturao do substrato para, em seguida, fazer o lana-mento da nova camada de concreto.

2 Materiais e programa experimental

2.1 Materiais

Para a concretagem das peas, inclusive o reforo, foi uti-lizado concreto usinado, dosado para que atingisse a re-sistncia compresso de 20 MPa aos 28 dias [1]. Rom-peram-se dois corpos-de-prova cilndricos de 150mm x300mm moldados com esse concreto, em vrias idades,para a determinao da curva da resistncia compressoao longo do tempo mostrada na Figura 1. Na data do ensaio

de cada pea, foi usada essa curva para obter os valores deresistncia compresso do concreto dados na Tabela 1.


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Os valores do mdulo de elasticidade secante a 0,40 daresistncia compresso [2] e da resistncia trao doconcreto [3] foram obtidos somente para a idade de 28dias. Os valores mdios da resistncia trao e do m-dulo de elasticidade secante do concreto foram de 2,4 MPae 21,5 GPa, respectivamente.As propriedades mecnicas do ao foram obtidas ensaian-do uma amostra de dois corpos-de-prova para cada di-metro empregado nas lajes [4]. Os corpos-de-prova foramretirados da bobina original do ao na fbrica de trelias.Os dimetros utilizados foram: 8,0 mm (armadura adi-cional), 6,0 mm (o do banzo superior), 5,0 mm (os dobanzo inferior referentes 2a srie) e 4,2 mm (os do

banzo inferior das lajes da 1ae 3asries e sinuside). Osresultados esto dispostos na Tabela 2.

2.2 Programa Experimental

Para a anlise experimental de reforo em lajes pr-fabri-cadas treliadas, executado junto face superior, foramensaiadas trs sries de faixas de laje de 1,0 m de largurapor 2,15 m de comprimento, cuja seo transversal mos-trada pela Figura 2. As variveis estudadas foram: alturada trelia, espessura do capeamento e do reforo, taxa dearmadura e aplicao ou no de um pr-carregamento.

A 1asrie era composta de cinco lajes com trelias de 80mm de altura, a segunda de cinco lajes com trelias de 120mm e a terceira de duas lajes, tambm com trelias de 80mm, mas com uma taxa de ao inferior de trao bem me-nor em relao s lajes da primeira srie, pois no foi colo-cada armadura adicional na sapata das vigotas treliadas.Nas 1ae 2asries, havia trs lajes de concreto monolticase duas lajes reforadas em cada srie e a 3asrie era com-posta por uma laje de referncia e uma laje reforada.A nomenclatura das lajes foi baseada na altura da trelia ele-tro-soldada (ht) cando, na 1

asrie, Ln-80 (n variando de 1 a5) para as lajes monolticas e L2/L2R-80 e L3/L3R-80 para asduas lajes reforadas. Estas duas lajes resultaram do reforo

das lajes L2-80 e L3-80, que receberam uma nova camada deconcreto de 3 cm e 6 cm respectivamente, em sua face supe-rior. Na 2asrie, deram-se s lajes monolticas os nomes deLn-120 (n variando de 1 a 5), pois as trelias tinham 120 mmde altura, enquanto as lajes reforadas foram denominadasL2/L2R-120 e L3/L3R-120, que eram as L2-120 e L3-120 comuma camada de reforo de 3 cm e 6 cm, respectivamente. Aterceira srie, com peas cuja trelia tinha 80 mm de altura,era composta pelas lajes L6-80 e L7-80 sendo que a ltima,aps receber uma camada de 3 cm de reforo passou a serdenominada L7/L7R-80. As principais caractersticas das lajesensaiadas esto mostradas na Tabela 3.


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As lajes posteriormente reforadas, chamadas inicialmen-te de lajes originais do reforo, foram carregadas at umacarga pr-denida em funo da deformao da armaduraprincipal (incio do escoamento) ou do deslocamento naseo central (echa igual a 0/250 onde 0 o vo) para,em seguida, serem descarregadas, e ento reforadas

para posterior ensaio at a ruptura.Foi utilizado como material de reforo concreto de carac-tersticas mecnicas (resistncias trao e compressoe mdulo de deformao) semelhantes s do concreto daslajes originais e a preparao do substrato foi feita porapicoamento manual.O ensaio dos modelos foi realizado aplicando cargas con-centradas nos teros mdios do vo para que a regioanalisada (seo central) estivesse sob exo pura. O es-quema de ensaio adotado mostrado na Figura 3.A armadura utilizada na confeco das lajes era com-posta pela trelia eletro-soldada, armadura adicional earmadura de distribuio. Nas peas das 1a e 3asries

foram utilizadas trelias de 80 mm de altura, e nas la-jes da 2a srie, trelias de 120 mm. Nos modelos das

duas primeiras sries, foi colocada uma armadura adicio-nal (1 8,0 mm por vigota treliada) na mesma posiodos os do banzo inferior das trelias eletro-soldadas.Foram colocadas, nas lajes, armaduras de distribuionas duas direes e na mesma posio (distncia da faceinferior das lajes) dos os do banzo superior das trelias.

Na regio de aplicao de carga, colocou-se uma maiorarmadura de distribuio (3 5,0 mm) para evitar umaruptura localizada pelo esmagamento do concreto naque-la regio e uma melhor distribuio da carga ao longo dalargura da laje. O detalhamento da armadura das lajesest disposto na Figura 4.Os deslocamentos foram medidos utilizando relgios com-paradores (deectmetros), com preciso de 0,01 mm ecurso de 12,7 mm. Foram posicionados onze deectme-tros em cada laje, sendo que dois mediam os deslocamen-tos horizontais e os outros nove os deslocamentos verti-cais, nas posies mostradas na Figura 5.Foram colados extensmetros eltricos de resistncia na ar-madura das lajes, nas duas vigotas que compunham o mo-

delo. Monitorou-se tanto a armadura da trelia (os do banzosuperior, banzo inferior e sinuside) quando a armadura adi-


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cional, na seo central e numa seo de aplicao de carga.As deformaes do concreto foram medidas com exten-smetros eltricos de resistncia que foram colados nasuperfcie superior da seo central das lajes, na dire-o do eixo das duas vigotas treliadas (ver esquema

na Figura 7).Adotaram-se quatro procedimentos de preparao das la-

jes visando garantir uma perfeita aderncia entre concretoantigo (substrato) e o material de reforo: apicoamentomanual, limpeza, saturao do substrato e aplicao donovo concreto, para que as peas reforadas trabalhas-sem como se fossem lajes monolticas, havendo a total

transferncia dos esforos de um material para o outro naregio da junta.


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Sr radial spacing

Asv/cam area of shear reinforcement per layer

3 Resultados e discusses

3.1 Carga e Modo de ruptura

Todas as lajes romperam por exo com escoamento eruptura da armadura inferior de trao, de maneira dctil(Figura 6), sem o aparecimento de ssuras horizontais naligao entre o substrato e o material de reforo nas lajesreforadas. Nas lajes L1-80 e L4-80 (1asrie), L1-120 eL4-120 (2asrie) e L6-80 (3asrie), alm da ruptura da ar-madura, foram observados tambm, altos valores de defor-mao obtidos atravs dos resultados dos extensmetroscolados no concreto, como mostrados na Figura 7.

A Tabela 4 apresenta as cargas de ruptura experimentaisdas lajes, comparando-as com os valores de carga da lajede referncia de cada srie. Observa-se que as lajes re-foradas das trs sries de ensaio (L2/L2R-80, L3/L3R-

80, L2/L2R-120, L3/L3R-120 e L7/L7R-80) apresentaramaumento da altura til mdia de 36% a 97%, nas lajesreforadas, que gerou o aumento do momento resistentee conseqentemente da capacidade portante das peas,de 38% a 149%, mesmo que tenha havido uma queda nataxa de armadura de at 54%.Comparando as lajes reforadas com as equivalentes mo-nolticas, verica-se que as cargas de ruptura foram bemprximas, havendo entre elas uma diferena mxima de


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7,8%, provavelmente devida a imperfeies construtivas.Isto mostra que o fato das lajes reforadas j estarempreviamente ssuradas, em funo do pr-carregamen-to, no alterou seu comportamento em relao ao estadolimite ltimo, pois no houve perda na capacidade por-tante das peas.A Tabela 5 compara as cargas obtidas experimentalmentee de acordo com os critrios de clculo da norma brasileira[5]. Os resultados mostram que os valores de carga deruptura das lajes reforadas obtidos experimentalmente(P

u.Exp) foram 8% a 35% superiores aos tericos (P

u.Teo).

Os valores de carga de ruptura das lajes L1-80 e L7/

L7R-80 foram bem parecidos, 39 kN e 36 kN, respecti-vamente. Os resultados mostram que a diminuio nataxa de armadura (

adot.) de 56% (Tabela 4: 0,222 e0,510) foi compensada pelo ganho de 13% na altura tilmdia (Tabelas 4 ou 5: 7,8 e 6,9), evidenciando que,nesse tipo de reforo, o acrscimo na altura til maisdecisivo para o ganho de capacidade portante do que avariao na taxa de armadura.

3.2 Carga x Deslocamento vertical

O comportamento carga x deslocamento verticalno meiodo vo das lajes ilustrado pelas curvas da Figura 8. Agura mostra que as curvas carga x deslocamento verticalapresentam o mesmo formato para todas as lajes, combasicamente trs segmentos: o primeiro ocorre quandoo concreto da face tracionada ainda no ssurou, carac-terizando o estdio I (no ocorrendo nas lajes reforadaspor j estarem ssuradas), em seguida, h uma mudanade inclinao da curva evidenciando uma perda de rigidezem funo do incio do processo de ssurao (estdio II)

e, por m, a fase plstica (Estdio III) em que se observaum maior aumento na echa sem grandes incrementos nocarregamento imposto, at atingir a carga de ruptura.Observa-se que, medida que se aumenta a rigidez exo da pea em funo do aumento da espessura do ca-peamento de concreto, a mudana de inclinao da curva menor, essencialmente no Estdio II, gerando menoresdeslocamentos para mesmos valores de carga.


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As Figuras 9 e 10 mostram que, usando a norma brasileira[5], estimou-se de maneira razoavelmente satisfatria aecha das peas das duas primeiras sries, respectiva-mente, pois os valores encontrados foram bem prximosaos experimentais de todas as lajes at o limite da cargade escoamento nominal (P

y,nom.). Nas lajes da terceira s-

rie, Figura 11, os valores tericos encontrados no foram

to prximos aos experimentais, diferentemente do queera esperado.

3.3 Carga x Deformao da armadura

A Figura 12 mostra que a armadura inferior de trao daslajes (armadura adicional e os do banzo inferior das tre-


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lias) chegou perto da deformao plstica excessiva de10. O aumento da rigidez das lajes, obtido devido aoacrscimo da camada de concreto na face superior de al-gumas lajes, proporcionou menores deformaes arma-dura, para mesmos valores de carga.

A Figura 13 apresenta as curvas carga x deformao naarmaduranos fios do banzo superior das trelias. Nela

observa-se que essas armaduras chegaram a escoar.A Tabela 6 apresenta a posio da armadura do banzo su-perior da trelia e da linha neutra nas lajes para o primeiroe ltimo estgios de carregamento em que foram medidasdeformaes. Esses valores foram obtidos utilizando a hi-

ptese de que sees permanecem planas aps se defor-marem, conforme Figura 14. Os resultados mostram que


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no primeiro carregamento, antes da ssurao do concre-to (exceto para as lajes reforadas que j estavam previa-mente ssuradas) a linha neutra de oito das lajes j se en-

contrava acima da armadura do banzo superior da trelia,estando, portanto, essa armadura tracionada. Nas lajesL1-80, L1-120, L4-120 e L6-80 isso no ocorreu. No lti-mo estgio de carregamento, a linha neutra se encontravaposicionada mais prxima da face superior das lajes.Os resultados da Tabela 6 conrmam que a armadura de dis-tribuio e do banzo superior da trelia contriburam na resis-

tncia exo das peas ensaiadas, pois essas armaduras seencontravam tracionadas, prximo da ruptura, e bem abaixoda posio da linha neutra (x), como mostra a Figura 14.

Como as lajes reforadas estavam ssuradas no incio dosegundo ensaio, a posio da linha neutra (x) deslocou-se menos do primeiro para o ltimo carregamento, emrelao s suas respectivas lajes monolticas do reforo,onde a posio da linha neutra mudou de posio sensi-velmente. Essa mudana da posio da linha neutra podeser vista na Figura 15.


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3.4 Carga x Deformao do concreto

Observa-se na Figura 7, que constam as relaes carga-de-formao no concreto (mdia das deformaes nas posiesC2 e C4), que medida que o capeamento da mesa de com-presso aumenta, h uma mudana menos acentuada dainclinao da curva aps a ssurao do concreto da regiotracionada, gerando menor deformao de compresso noconcreto para mesmos valores de carga, como ocorreu nascurvas carga x deslocamento vertical. Isso se deve ao au-mento de rigidez exo das peas em funo do acrscimoda camada de reforo na face superior das lajes.

4 Concluses

Aps a anlise de todos os resultados experimentais obti-

dos, chegou-se s seguintes concluses:1) Em todas as lajes, observou-se uma ruptura dctil, sem oaparecimento de ssuras horizontais na ligao entre o subs-trato e o material de reforo nas lajes reforadas, com as lajesapresentando deslocamentos e deformaes considerveis.2) Em funo do modo de ruptura das lajes, pode-se con-cluir que para se obter uma boa aderncia entre o subs-

trato e o concreto do reforo, para o bom desempenhodas lajes reforadas, suciente a realizao de um api-coamento manual seguido de uma limpeza do substrato e,

momentos antes da nova concretagem, promover a satu-rao do concreto antigo para no haver a perda de guado material de reforo.3) Nas lajes da 1asrie, a aplicao da camada de refor-o de 3 cm e 6 cm elevou a carga ltima de ruptura em90% e 149% em relao laje de referncia, respecti-vamente. Nas lajes da 2a srie, o ganho foi de 38% e79% para as mesmas espessuras de reforo, enquantoque na laje reforada com 3 cm de espessura da 3asrieo ganho foi de 89%.4) Ao comparar as cargas obtidas experimentalmente comas calculadas conforme a norma brasileira [5], concluiu-se que no clculo das cargas ltimas das lajes reforadas

pode-se utilizar a altura til da seo total, considerando oreforo trabalhando monoliticamente (perfeita aderncia)com a laje original, pois as cargas obtidas experimental-mente foram praticamente iguais s das suas respectivaslajes monolticas e foram sempre maiores que as calcula-das, mesmo que as peas reabilitadas estivessem pr-s-suradas devido ao pr-carregamento.


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5) Quando se calculam lajes pr-fabricadas treliadas sim-plesmente apoiadas, considera-se como armadura resis-tente exo somente a armadura posicionada na sapata

da vigota treliada (os do banzo inferior da trelia, ar-madura adicional e armadura complementar longitudinal)mas, neste trabalho, observou-se que os os do banzosuperior das trelias e a armadura de distribuio tambmcolaboraram na resistncia exo das peas.6) A relao carga x deslocamento vertical no meio dovo das lajes foi relativamente bem estimada usando oscritrios da norma brasileira [5] at a carga de escoamen-to nominal (P

y,nom.) nas peas da 1ae 2asries, sendo que

algumas peas tiveram echa superior a 0/250 em Py,nom..7) O acrscimo da espessura da camada de reforo nas lajesreforadas levou a considervel reduo nos deslocamen-tos verticais em relao laje de referncia de cada srie,

para o carregamento relativo ao escoamento da armaduraou echa de o/250: 76% e 88%, nas peas reforadasda 1asrie, 45% e 61% nas da 2asrie e 77% na laje da3asrie de ensaio. Isto comprova a ecincia do reforo nareduo do deslocamento vertical no estdio II.8) Nesse tipo de reforo, o aumento da altura til da pease mostrou mais importante para o ganho de capacidadeportante em relao variao na taxa de armadura, poisas lajes L1-80 e L7/L7R-80 que possuam alturas teismdias e taxas de armaduras diferentes se comportaramsemelhantemente tanto no estado limite ltimo quantoem servio. Nelas, uma diminuio de 56% na taxa dearmadura foi compensada pelo acrscimo de apenas 13%na altura til mdia.

5 Agradecimentos

Capes Coordenao de Aperfeioamento de Pessoal deNvel Superior e ao Procad Programa Nacional de Coope-rao Acadmica - pelo apoio nanceiro.s empresas: Carlos Campos Consultoria Limitada; La-

jes Santa Ins, Isoeste, Companhia Siderrgica Bel-go-Mineira; Furnas Centrais Eltricas S. A.; IMPERCIA Produtos Qumicos para Construo; Pernasa Per-lados e Ferros Nossa Senhora Aparecida Ltda; Real-mix Concreto e Argamassa, por terem colaborado nofornecimento de diversos materiais e na realizao de

ensaios de caracterizao.6 Referncias bibliogrficas

[01] ASSOCIAO BRASILEIRA DE NORMASTCNICAS. Ensaio de compresso de corpos-de-prova cilndricos de concreto. NBR 5739/94, Rio de Janeiro, 1994.

[02] ASSOCIAO BRASILEIRA DE NORMASTCNICAS. Concreto Determinao domdulo de deformao esttica e diagramatenso-deformao Mtodo e ensaio. NBR 8522/2003, Rio de Janeiro, 1984.

[03] ASSOCIAO BRASILEIRA DE NORMAS

TCNICAS. Argamassa e Concreto Determinao da resistncia trao por

compresso diametral de corpos de prova cilndricos Mtodo de ensaio.

NBR 7222/94, Rio de Janeiro, 1994.

[04] ASSOCIAO BRASILEIRA DE NORMASTCNICAS. Materiais metlicos Determinao

das propriedades mecnicas trao. NBR 6152/92, Rio de Janeiro, 1992.

[05] ASSOCIAO BRASILEIRA DE NORMASTCNICAS. NBR 6118: Projeto de estruturasde concreto Procedimento. Rio de Janeiro, 2003.

[06] PEREIRA, R. L. Estudo experimental deemenda em vigotas treliadas. 2002. 196p.Dissertao (Mestrado em Estruturas) UFG, Goinia, 2002.

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