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UNIVERSIDADE FEDERAL DE MINAS GERAIS
ESCOLA DE ENGENHARIA
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA DE ESTRUTURAS
DISSERTAÇÃO DE MESTRADO
ANÁLISE DE UM SISTEMA DE LAJES MISTAS CONSIDERANDO A
INFLUÊNCIA DO ATRITO DOS APOIOS E A AVALIAÇÃO DO MOMENTO
DE INÉRCIA EFETIVO
AUTOR: RODRIGO SERNIZON COSTA
ORIENTADOR: PROF. DR. ARMANDO CESAR CAMPOS LAVALL
CO-ORIENTADOR: PROF. DR. FRANCISCO CARLOS RODRIGUES
2.009
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UNIVERSIDADE FEDERAL DE MINAS GERAIS
ESCOLA DE ENGENHARIA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE ESTRUTURAS
“ANÁLISE DE UM SISTEMA DE LAJES MISTAS CONSIDERANDO A
INFLUÊNCIA DO ATRITO DOS APOIOS E A AVALIAÇÃO DO MOMENTO
DE INÉRCIA EFETIVO”
Rodrigo Sernizon Costa
Dissertação apresentada ao Programa de Pós-
Graduação em Engenharia de Estruturas da Escola
de Engenharia da Universidade Federal de Minas
Gerais, como parte dos requisitos necessários à
obtenção do título de “Mestre em Engenharia de
Estruturas”.
Comissão examinadora:
________________________________________
Prof. Dr. Armando Cesar Campos Lavall
DEES - UFMG (Orientador)
________________________________________
Prof. Dr. Francisco Carlos Rodrigues
DEES – UFMG (Co-orientador)
________________________________________
Profa. Dra. Ana Lydia Reis de Castro e Silva
DEES – UFMG
________________________________________
Prof. Dr. Gustavo de Souza Veríssimo
UFV
Belo Horizonte, 24 de março de 2.009
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Dedico este trabalho à minha esposa Luciana, ao
meu irmão Leonardo Sernizon Costa (in
memorian), ao meu avô Antônio Sernizon (in-
memorian) e a Deus, que sempre ilumina a minha
vida.
AGRADECIMENTOS
Ao Prof. Dr. Armando Cesar Campos Lavall, por sua orientação, dedicação, sabedoria e
amizade.
Ao Prof. Dr. Francisco Carlos Rodrigues por sua co-orientação, amizade, acolhimento e
atenção nos momentos de necessidade.
A minha esposa Luciana pelo enorme incentivo, apoio, carinho, compreensão e amor.
Aos meus queridos Pais, Marciano e Marisa, meus irmãos, Guilherme e Renata, minha
afilhada Melissa e cunhada Marcela pelo apoio, carinho, acolhimento e amor.
A meus Pais de coração, João Batista e Terezinha e irmão Rafael pelo grande apoio,
acolhimento e incentivo em todos os momentos da minha vida.
Aos meus colegas do curso de mestrado pela convivência simpática e aos meus amigos
Everaldo Vidigal, Alexandre Paiva, Maíra Neves e Amanda Rocha que apoiaram
durante o curso.
Aos funcionários e professores do Departamento de Engenharia de Estruturas da
EE/UFMG pela amizade e oportunidade de cursar o mestrado. Destaco aqui, a
funcionária Maria Inês por sua dedicação e empenho em nos ajudar.
Aos professores Marcos Nunes e José Batista da PUC-MG pela motivação para o
mestrado.
A CAPES – Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior pela
concessão da bolsa de estudos.
SUMÁRIO
LISTA DE FIGURAS ........................................................................................................ i
LISTA DE TABELAS .................................................................................................... vii
LISTA DE SÍMBOLOS ................................................................................................... ix
LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS ................................................................... xiv
RESUMO ........................................................................................................................ xv
ABSTRACT ................................................................................................................... xvi
1. INTRODUÇÃO ................................................................................................................. 1
1.1 Considerações Iniciais ............................................................................................. 1
1.1.1 Lajes Mistas ...................................................................................................... 3
1.2 Estudos realizados na UFMG .................................................................................. 7
1.3 Objetivos ................................................................................................................ 10
1.4 Organização do Texto ............................................................................................ 11
2. PROGRAMA DE ENSAIOS E RESULTADOS ...................................................................... 14
2.1 Considerações Iniciais ........................................................................................... 14
2.2 Caracterização dos Modelos .................................................................................. 16
2.3 Materiais Utilizados ............................................................................................... 17
2.3.1 Fôrma de Aço Deck-60 ................................................................................... 17
2.3.2 Concreto .......................................................................................................... 18
2.3.3 Tela Soldada .................................................................................................... 19
2.4 Preparação dos Modelos ........................................................................................ 20
2.5 Equipamentos de Ensaio e Instrumentação ........................................................... 21
2.6 Procedimentos de Ensaio ....................................................................................... 24
2.7 Resultados .............................................................................................................. 25
3. ANÁLISE DOS RESULTADOS E DO COMPORTAMENTO DO SISTEMA DE LAJES MISTAS .. 28
3.1 Considerações Iniciais ........................................................................................... 28
3.2 Comportamento Carga x Deslizamento Relativo de Extremidade ........................ 29
3.3 Comportamento Carga x Flecha no Meio do Vão ................................................. 32
3.4 Comportamento Carga x Deformação no Aço ...................................................... 34
3.5 Modo de Colapso ................................................................................................... 36
4. PROPOSTAS PARA O CÁLCULO DO MOMENTO DE INÉRCIA EFETIVO EM LAJES MISTAS 39
4.1 Considerações Iniciais ........................................................................................... 39
4.2 Estado-Limite de Serviço ...................................................................................... 40
4.2.1 Momento de Inércia da Seção não-fissurada da Laje Mista (I
cf
)..................... 42
4.2.2 Momento de Inércia da Seção fissurada da Laje Mista (I
II
) ............................ 44
4.3 Métodos para Cálculo do Momento de Inércia Efetivo em Lajes Mistas de Aço e
Concreto (I
lm
) ............................................................................................................... 45
4.3.1 Média Simples ................................................................................................. 45
4.3.2 TENHOVUORI (1996) apud SOUZA NETO (2001) .................................... 47
4.3.3 SOUZA NETO (2001) .................................................................................... 47
4.3.4 ANSI/ASCE 3-91:1992 ................................................................................... 48
4.3.4 EN 1994-1-1:2004 ........................................................................................... 49
4.3.5 Equações Propostas neste Trabalho ................................................................ 50
4.4 Análises comparativas utilizando a fôrma metálica Deck-60 ................................ 51
4.5 Aplicações nos Sistemas Steel Deck MF-75 e MF-50 .......................................... 54
4.5.1 Fôrma Metálica Steel Deck MF-75 ................................................................. 54
4.5.2 Fôrma Metálica Steel Deck MF-50 ................................................................. 56
4.5.3 Análises Comparativas aplicadas aos Steel Decks MF-75 e MF-50 .............. 57
4.6 Conclusões ............................................................................................................. 60
5. VERIFICAÇÃO DA RESISTÊNCIA DO SISTEMA DE LAJES MISTAS AO CISALHAMENTO
LONGITUDINAL ................................................................................................................ 62
5.1 Considerações Iniciais ........................................................................................... 62
5.2 Método Semi-empírico “m-k” ............................................................................... 63
5.2.1 Considerações Iniciais ..................................................................................... 63
5.2.2 Determinação dos Valores de m e k ................................................................ 64
5.2.3 Força Cortante Resistente de Cálculo (V
l,Rd
) ................................................... 67
5.2.4 Cálculo da Resistência da Laje Mista para a Carga Uniformemente Distribuída
.................................................................................................................................. 69
5.3 Método da Interação Parcial (MIP) ....................................................................... 71
5.3.1 Considerações iniciais ..................................................................................... 71
5.3.2 Modelo Analítico ............................................................................................ 72
5.3.3 Determinação da Resistência ao Cisalhamento Longitudinal ......................... 77
5.3.4 Verificação da Resistência ao Cisalhamento Longitudinal ............................. 83
6. INFLUÊNCIA DO ATRITO DA REGIÃO DOS APOIOS NA RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO
LONGITUDINAL ................................................................................................................ 86
6.1 Considerações Iniciais ........................................................................................... 86
6.2 Métodos de Cálculo para a consideração do Atrito ............................................... 89
6.2.1 PATRICK ........................................................................................................ 89
6.2.2 VELJKOVIC‟ ................................................................................................. 91
6.2.3 CALIXTO & LAVALL (1998) ...................................................................... 94
6.2.4 EN 1994-1-1:2004 ........................................................................................... 96
6.3 Determinação da Resistência ao Cisalhamento Longitudinal considerando a
Influência do Atrito da Região dos Apoios ................................................................. 97
6.4 Verificação da Resistência ao Cisalhamento Longitudinal considerando o Atrito
................................................................................................................................... 101
6.5 Análises e Comparações ...................................................................................... 103
7. EXEMPLOS ................................................................................................................. 106
7.1 Considerações Iniciais ......................................................................................... 106
7.2 Carga Uniformemente Distribuída ...................................................................... 108
7.2.1 Verificação da Laje Mista quanto ao Cisalhamento Longitudinal ................ 109
7.2.2 Verificação da Laje Mista quanto ao Deslocamento Vertical (flecha) ......... 116
7.3 Duas Cargas Concentradas aplicadas equidistantes dos Apoios ......................... 119
7.3.1 Verificação da Laje Mista quanto ao Cisalhamento Longitudinal ................ 120
7.3.2 Verificação da Laje Mista quanto ao Deslocamento Vertical (flecha) ......... 126
7.4 Uma Carga Concentrada aplicada no meio do vão.............................................. 129
7.4.1 Verificação da Laje Mista quanto ao Cisalhamento Longitudinal ................ 130
7.4.2 Verificação da Laje Mista quanto ao Deslocamento Vertical (flecha) ......... 136
7.5 Conclusões ........................................................................................................... 139
8. CONCLUSÕES E SUGESTÕES PARA CONTINUIDADE DA PESQUISA ............................... 141
8.1 Considerações Iniciais ......................................................................................... 141
8.2 Conclusões ........................................................................................................... 142
8.3 Sugestões para continuidade de pesquisa ............................................................ 145
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ..................................................................................... 146
ANEXO A - APRESENTAÇÃO DOS GRÁFICOS DOS ENSAIOS ............................................ 152
A.1 Gráficos de Carga x Deslizamento Relativo de Extremidade ............................ 153
A.2 Gráficos de Carga x Flecha no Meio do Vão ..................................................... 159
A.3 Gráficos de Carga x Deformação no Aço ........................................................... 165
ANEXO B - APRESENTAÇÃO DOS GRÁFICOS PARA O ESTUDO DO MOMENTO DE INÉRCIA
EFETIVO DA SEÇÃO MISTA ............................................................................................ 171
B.1 Gráficos da Variação do Momento de Inércia Efetivo da Seção Mista em função
do Momento Fletor .................................................................................................... 172
B.2 Gráficos de Carga x Flecha no Meio do Vão ...................................................... 178
ANEXO C - FORMULAÇÃO ANALÍTICA E DIAGRAMAS DE INTERAÇÃO PARCIAL PARA
DETERMINAÇÃO DO GRAU DE INTERAÇÃO (
) DOS MODELOS ENSAIADOS ................... 184
C.1 Formulação Analítica para Determinação do Grau de Interação Parcial ............ 185
C.2 Diagramas de Resistência à Interação Parcial dos Modelos Ensaiados .............. 188
i
LISTA DE FIGURAS
FIGURA 1.1 – Seções transversais de estruturas mistas .................................................. 2
FIGURA 1.2 – Lajes mistas de aço e concreto ................................................................. 3
FIGURA 1.3 – Meios de ligação mecânica ao cisalhamento longitudinal ....................... 4
FIGURA 1.4 - Meios de ligação por atrito ....................................................................... 5
FIGURA 1.5 – Modos de colapso .................................................................................... 5
FIGURA 1.6 - Ensaio de modelos de laje mista (a) e ensaio de laje mista em pequena
escala (b) ........................................................................................................................... 6
FIGURA 2.1 - Seção transversal típica da fôrma (dimensões em mm) ......................... 17
FIGURA 2.2 – Armadura de combate à fissuração de retração e variação térmica ....... 20
FIGURA 2.3 – Detalhe da cura do concreto utilizado nos modelos ............................... 21
FIGURA 2.4 - Esquema de aplicação de carga usado nos modelos ............................... 22
FIGURA 2.5 - Sistema de apoio nas vigas de reação ..................................................... 22
FIGURA 2.6 - Esquema de aplicação de carga .............................................................. 23
FIGURA 2.7 – Detalhe da medição do deslizamento relativo de extremidade .............. 24
FIGURA 2.8 - Localização dos extensômetros elétricos de resistência inferior e superior
........................................................................................................................................ 24
FIGURA 2.9 - Esquema de carga do ensaio, vão de cisalhamento (L
s
) e diagrama de
força cortante .................................................................................................................. 26
FIGURA 3.1 - Curvas de carga x deslizamento relativo de extremidade ....................... 30
FIGURA 3.2 - Curvas de carga x flecha no meio do vão ............................................... 32
FIGURA 3.3 - Esquema estático de aplicação de carga ................................................. 33
FIGURA 3.4 - Curvas de carga x deformação no aço .................................................... 35
FIGURA 3.5 - Detalhe do deslocamento horizontal relativo entre a fôrma de aço e o
concreto (end-slip) .......................................................................................................... 37
FIGURA 3.6 – Ocorrência de fissuras simetricamente dispostas e igualmente espaçadas
........................................................................................................................................ 37
FIGURA 3.7 – Detalhe da fissura sob uma das linhas de carga no colapso ................... 38
FIGURA 3.8 – Seção transversal da extremidade do modelo após colapso ................... 38
FIGURA 4.1 - Laje mista contínua ................................................................................. 41
FIGURA 4.2 – Módulo típico da seção transversal da laje mista ................................... 42
ii
FIGURA 4.3- Curvas carga x flecha no meio do vão ..................................................... 46
FIGURA 4.4 – Variação do momento de inércia efetivo da seção mista do modelo 01A
........................................................................................................................................ 52
FIGURA 4.5 – Variação do momento de inércia efetivo da seção mista do modelo 04B
........................................................................................................................................ 52
FIGURA 4.6 – Curva carga x flecha no meio do vão do modelo 01A ........................... 53
FIGURA 4.7 – Curva carga x flecha no meio do vão do modelo 04B ........................... 53
FIGURA 4.8 - Seção transversal típica do Steel Deck MF-75 ....................................... 55
FIGURA 4.9 - Seção transversal típica do Steel Deck MF-50 ....................................... 56
FIGURA 4.10 – Variação do momento de inércia efetivo da seção mista do modelo 8M
........................................................................................................................................ 58
FIGURA 4.11 – Variação do momento de inércia efetivo da seção mista do modelo 12F
........................................................................................................................................ 58
FIGURA 4.12 – Curva carga x flecha no meio do vão do modelo 8M .......................... 59
FIGURA 4.13 – Curva carga x flecha no meio do vão do modelo 12F ......................... 59
FIGURA 5.1 – Força resistente característica ao cisalhamento longitudinal (t = 0,80mm)
........................................................................................................................................ 66
FIGURA 5.2 - Força resistente característica ao cisalhamento longitudinal (t = 0,95mm)
........................................................................................................................................ 67
FIGURA 5.3 - (a) Condição assumida de carga distribuída em projeto; ........................ 69
(b) Condição de ensaio. .................................................................................................. 69
FIGURA 5.4 - Distribuição de tensões normais no módulo típico da seção transversal da
laje mista considerando-se interação total ...................................................................... 72
FIGURA 5.5 - Distribuição de tensões normais no módulo típico da seção transversal da
laje mista considerando interação total e LNP na fôrma ................................................ 74
FIGURA 5.6 - Diagrama de interação entre a força axial e o momento fletor na fôrma
de aço .............................................................................................................................. 75
FIGURA 5.7 - Variação da posição do centro de gravidade da fôrma metálica, e
v
, em
função da relação N
cf
/ N
pa
.............................................................................................. 76
FIGURA 5.8 - Distribuição de tensões normais no módulo típico da seção transversal da
laje mista considerando a interação parcial .................................................................... 76
FIGURA 5.9 – Hipótese para a distribuição da tensão de cisalhamento longitudinal .... 78
iii
FIGURA 5.10 - Diagrama de interação parcial para a determinação do grau de interação
........................................................................................................................................ 79
FIGURA 5.11 - Diagrama de interação parcial para a determinação do grau de
interação (η) .................................................................................................................... 80
FIGURA 5.12 - Diagrama de interação parcial de cálculo ............................................. 84
FIGURA 5.13 - Verificação da laje mista não ancorada – cisalhamento longitudinal ... 85
FIGURA 6.1 - Força de atrito na região do apoio na interface da laje mista ................. 87
FIGURA 6.2 - Corpo de prova típico para ensaios da laje mista em pequena escala .... 88
FIGURA 6.3 - Curva tensão de cisalhamento x deslizamento horizontal relativo ......... 90
FIGURA 6.4 - Diagrama de corpo livre para duas cargas lineares ................................ 90
FIGURA 6.5 - Diagrama de corpo livre para carga distribuída ...................................... 91
FIGURA 6.6 - Ensaio em pequena escala da laje mista com tração na fôrma - tension-
push test .......................................................................................................................... 92
FIGURA 6.7 - Diagrama de interação parcial de cálculo ............................................... 93
FIGURA 6.8 - Análise de regressão multilinear para determinação de
M
e
.............. 95
FIGURA 6.9 - Diagrama de interação parcial para a determinação do grau de interação
........................................................................................................................................ 97
FIGURA 6.10 - Diagrama de interação parcial de cálculo ........................................... 101
FIGURA 6.11 - Verificação da laje mista ao cisalhamento longitudinal considerando o
atrito .............................................................................................................................. 102
FIGURA 6.12 Resistência nominal ao cisalhamento longitudinal dos ensaios e os dos
métodos “m-k” e MIP ................................................................................................... 104
FIGURA 7.1 – Desenho esquemático para a laje mista utilizando-se o Deck-60 ........ 107
FIGURA 7.2 – Exemplo com carga uniformemente distribuída .................................. 108
FIGURA 7.3 - Verificação da resistência ao cisalhamento longitudinal para lajes mistas
...................................................................................................................................... 110
FIGURA 7.4 - Verificação da laje mista ao cisalhamento longitudinal (MIP sem atrito)
...................................................................................................................................... 113
FIGURA 7.5 - Verificação da laje mista ao cisalhamento longitudinal (MIP com atrito)
...................................................................................................................................... 115
FIGURA 7.6 – Exemplo com duas concentradas equidistantes dos apoios ................. 119
iv
FIGURA 7.7 - Verificação da laje mista ao cisalhamento longitudinal (MIP sem atrito)
...................................................................................................................................... 123
FIGURA 7.8 - Verificação da laje mista ao cisalhamento longitudinal (MIP com atrito)
...................................................................................................................................... 125
FIGURA 7.9 – Exemplo com uma concentrada no meio do vão ................................. 129
FIGURA 7.10 - Verificação da laje mista ao cisalhamento longitudinal (MIP sem atrito)
...................................................................................................................................... 133
FIGURA 7.11 - Verificação da laje mista ao cisalhamento longitudinal (MIP com atrito)
...................................................................................................................................... 135
FIGURA A.1 – Modelo 01A (t = 0,80 mm) ................................................................. 153
FIGURA A.2 – Modelo 01B (t = 0,80 mm) ................................................................. 153
FIGURA A.3 – Modelo 01C (t = 0,80 mm) ................................................................. 154
FIGURA A.4 – Modelo 02A (t = 0,80 mm) ................................................................. 154
FIGURA A.5 – Modelo 02B (t = 0,80 mm) ................................................................. 155
FIGURA A.6 – Modelo 02C (t = 0,80 mm) ................................................................. 155
FIGURA A.7 – Modelo 03A (t = 0,95 mm) ................................................................. 156
FIGURA A.8 – Modelo 03B (t = 0,95 mm) ................................................................. 156
FIGURA A.9 – Modelo 03C (t = 0,95 mm) ................................................................. 157
FIGURA A.10 – Modelo 04A (t = 0,95 mm) ............................................................... 157
FIGURA A.11 – Modelo 04B (t = 0,95 mm) ............................................................... 158
FIGURA A.12 – Modelo 04C (t = 0,95 mm) ............................................................... 158
FIGURA A.13 – Modelo 01A (t = 0,80 mm) ............................................................... 159
FIGURA A.14 – Modelo 01B (t = 0,80 mm) ............................................................... 159
FIGURA A.15 – Modelo 01C (t = 0,80 mm) ............................................................... 160
FIGURA A.16 – Modelo 02A (t = 0,80 mm) ............................................................... 160
FIGURA A.17 – Modelo 02B (t = 0,80 mm) ............................................................... 161
FIGURA A.18 – Modelo 02C (t = 0,80 mm) ............................................................... 161
FIGURA A.19 – Modelo 03A (t = 0,95 mm) ............................................................... 162
FIGURA A.20 – Modelo 03B (t = 0,95 mm) ............................................................... 162
FIGURA A.21 – Modelo 03C (t = 0,95 mm) ............................................................... 163
FIGURA A.22 – Modelo 04A (t = 0,95 mm) ............................................................... 163
FIGURA A.23 – Modelo 04B (t = 0,95 mm) ............................................................... 164
v
FIGURA A.24 – Modelo 04C (t = 0,95 mm) ............................................................... 164
FIGURA A.25 – Modelo 01A (t = 0,80 mm) ............................................................... 165
FIGURA A.26 – Modelo 01B (t = 0,80 mm) ............................................................... 165
FIGURA A.27 – Modelo 01C (t = 0,80 mm) ............................................................... 166
FIGURA A.28 – Modelo 02A (t = 0,80 mm) ............................................................... 166
FIGURA A.29 – Modelo 02B (t = 0,80 mm) ............................................................... 167
FIGURA A.30 – Modelo 02C (t = 0,80 mm) ............................................................... 167
FIGURA A.31– Modelo 03A (t = 0,95 mm) ................................................................ 168
FIGURA A.32 – Modelo 03B (t = 0,95 mm) ............................................................... 168
FIGURA A.33 – Modelo 03C (t = 0,95 mm) ............................................................... 169
FIGURA A.34 – Modelo 04A (t = 0,95 mm) ............................................................... 169
FIGURA A.35 – Modelo 04B (t = 0,95 mm) ............................................................... 170
FIGURA A.36 – Modelo 04C (t = 0,95 mm) ............................................................... 170
FIGURA B.1 – Modelo 01A (t = 0,80 mm) ................................................................. 172
FIGURA B.2 – Modelo 01B (t = 0,80 mm).................................................................. 172
FIGURA B.3 – Modelo 01C (t = 0,80 mm).................................................................. 173
FIGURA B.4 – Modelo 02A (t = 0,80 mm) ................................................................. 173
FIGURA B.5 – Modelo 02B (t = 0,80 mm).................................................................. 174
FIGURA B.6 – Modelo 02C (t = 0,80 mm).................................................................. 174
FIGURA B.7 – Modelo 03A (t = 0,95 mm) ................................................................. 175
FIGURA B.8 – Modelo 03B (t = 0,95 mm).................................................................. 175
FIGURA B.9 – Modelo 03C (t = 0,95 mm).................................................................. 176
FIGURA B.10 – Modelo 04A (t = 0,95 mm) ............................................................... 176
FIGURA B.11 – Modelo 04B (t = 0,95 mm)................................................................ 177
FIGURA B.12 – Modelo 04C (t = 0,95 mm)................................................................ 177
FIGURA B.13 – Modelo 01A (t = 0,80 mm) ............................................................... 178
FIGURA B.14 – Modelo 01B (t = 0,80 mm)................................................................ 178
FIGURA B.15 – Modelo 01C (t = 0,80 mm)................................................................ 179
FIGURA B.16 – Modelo 02A (t = 0,80 mm) ............................................................... 179
FIGURA B.17 – Modelo 02B (t = 0,80 mm)................................................................ 180
FIGURA B.18 – Modelo 02C (t = 0,80 mm)................................................................ 180
FIGURA B.19 – Modelo 03A (t = 0,95 mm) ............................................................... 181
vi
FIGURA B.20 – Modelo 03B (t = 0,95 mm)................................................................ 181
FIGURA B.21 – Modelo 03C (t = 0,95 mm)................................................................ 182
FIGURA B.22 – Modelo 04A (t = 0,95 mm) ............................................................... 182
FIGURA B.23 – Modelo 04B (t = 0,95 mm)................................................................ 183
FIGURA B.24 – Modelo 04C (t = 0,95 mm)................................................................ 183
FIGURA C.1 - Diagrama de interação parcial para a determinação do grau de interação
...................................................................................................................................... 185
FIGURA C.2 – Modelo 01A (t = 0,80 mm) ................................................................. 188
FIGURA C.3 – Modelo 01B (t = 0,80 mm).................................................................. 188
FIGURA C.4 – Modelo 01C (t = 0,80 mm).................................................................. 189
FIGURA C.5 – Modelo 02A (t = 0,80 mm) ................................................................. 189
FIGURA C.6 – Modelo 02B (t = 0,80 mm).................................................................. 190
FIGURA C.7– Modelo 02C (t = 0,80 mm)................................................................... 190
FIGURA C.8– Modelo 03A (t = 0,95 mm) .................................................................. 191
FIGURA C.9– Modelo 03B (t = 0,95 mm)................................................................... 191
FIGURA C.10– Modelo 03C (t = 0,95 mm)................................................................. 192
FIGURA C.11– Modelo 04A (t = 0,95 mm) ................................................................ 192
FIGURA C.12– Modelo 04B (t = 0,95 mm)................................................................. 193
FIGURA C.13– Modelo 04C (t = 0,95 mm)................................................................. 193
vii
LISTA DE TABELAS
TABELA 2.1 - Características nominais dos modelos testados. .................................... 16
TABELA 2.2 - Dimensões e propriedades geométricas do Deck-60. ............................ 17
TABELA 2.3 - Propriedades mecânicas das chapas utilizadas na fabricação do Deck-60
........................................................................................................................................ 18
TABELA 2.4 - Propriedades mecânicas do concreto empregado nos modelos ensaiados.
........................................................................................................................................ 19
TABELA 2.5 - Dados dos modelos e resultados dos ensaios ......................................... 25
TABELA 2.6 – Relação entre o momento fletor último do ensaio e o momento
resistente ......................................................................................................................... 27
TABELA 3.1 - Relações entre as cargas últimas e cargas de deslizamento de
extremidade inicial .......................................................................................................... 31
TABELA 4.1 - Relações entre as cargas de deslizamento de extremidade inicial e cargas
de serviço ........................................................................................................................ 42
TABELA 4.2 – Coeficiente de redução da rigidez (α) ................................................... 49
TABELA 4.3 – Propriedades geométricas do Steel Deck MF-75 .................................. 55
TABELA 4.4 – Características nominais dos modelos ensaiados .................................. 55
TABELA 4.5 – Propriedades geométricas do Steel Deck MF-50 .................................. 56
TABELA 4.6 – Características nominais dos modelos ensaiados .................................. 57
TABELA 5.1 - Valores característicos dos ensaios ........................................................ 64
TABELA 5.2 - Determinação dos parâmetros m e k e relações entre os valores
calculados e experimentais ............................................................................................. 66
TABELA 5.3 - Resultados da análise comparativa em serviço pelo método “m-k” ..... 68
TABELA 5.4 – Determinação da resistência característica
u,Rk
.................................... 82
TABELA 5.5 - Resultados da análise comparativa em serviço (MIP) ........................... 83
TABELA 5.6 – Resistência de cálculo ao cisalhamento longitudinal,
u,Rd
................... 83
TABELA 6.1 – Determinação da resistência característica
u,Rk
considerando a
influência do atrito .......................................................................................................... 99
TABELA 6.2 - Resultados da análise comparativa em serviço considerando o atrito . 100
TABELA 6.3 – Resistência de cálculo ao cisalhamento longitudinal,
u,Rd
considerando
o atrito ........................................................................................................................... 100
viii
TABELA 6.4 – Correlação entre os resultados dos ensaios pelos métodos “m-k” e MIP
...................................................................................................................................... 103
TABELA 7.1 – MIP – Carga uniformemente distribuída - µ = 0 ................................. 112
TABELA 7.2 – MIP – Carga uniformemente distribuída - µ = 0,50 ............................ 114
TABELA 7.3 – Cargas sobrepostas máximas .............................................................. 115
TABELA 7.4 – Cargas sobrepostas máximas .............................................................. 119
TABELA 7.5 – MIP – Duas Cargas concentradas eqüidistante do apoio - µ = 0 ........ 122
TABELA 7.6 – MIP – Duas Cargas concentradas equidistante do apoio - µ = 0,50 ... 124
TABELA 7.7 – Cargas concentradas sobrepostas máximas ......................................... 125
TABELA 7.8 – Cargas sobrepostas máximas .............................................................. 129
TABELA 7.9 – MIP – Uma carga concentrada no meio do vão - µ = 0 ...................... 132
TABELA 7.10 – MIP – Uma Carga concentrada no meio do vão - µ = 0,50 .............. 134
TABELA 7.11 – Cargas concentradas sobrepostas máximas ....................................... 135
TABELA 7.12 – Cargas sobrepostas máximas ............................................................ 139
TABELA 7.13 – Resumo dos resultados dos exemplos (ELU) - cargas sobrepostas
máximas ........................................................................................................................ 139
TABELA 7.14 – Resumo dos resultados dos exemplos (ELS) - cargas sobrepostas
máximas ........................................................................................................................ 140
ix
LISTA DE SÍMBOLOS
Letras Romanas Minúsculas
a
altura do bloco de tensão do concreto
af
apoio fixo
am
apoio móvel
b
largura da fôrma
b
2
maior dimensão da largura da alma trapezoidal do módulo típico da seção
transversal da laje mista
b
b
menor dimensão da largura da alma trapezoidal do módulo típico da seção
transversal da laje mista
b
n
largura da mesa do módulo típico da seção transversal da laje mista
c
d
coeficiente de correção relacionado à diferença entre a distribuição real de
tensões normais na seção transversal da laje mista
c
m
coeficiente de correção relativo a não uniformidade das tensões de
cisalhamento longitudinal entre o aço e o concreto
d
F
altura efetiva do modelo
e
distância do centro de gravidade da área efetiva da fôrma metálica à face
externa da mesa inferior
e
p
distância da linha neutra plástica da fôrma metálica à face externa da mesa
inferior
f
cd
resistência de cálculo do concreto à compressão
f
ckj
resistência característica do concreto à compressão na idade especificada
f
ck
resistência característica do concreto à compressão
f
cm
resistência característica média do concreto à compressão
f
ct
resistência à tração direta do concreto
f
u
tensão limite de resistência nominal do aço
f
v
tensão última de cisalhamento longitudinal do ensaio em pequena escala
f
y
tensão limite de escoamento nominal do aço
h
F
altura total da fôrma
h
t
altura total do modelo
x
k
constante empírica a ser determinada a partir de dados experimentais
m
constante empírica a ser determinada a partir de dados experimentais
n
número de módulos típicos da fôrma metálica
pp
F
peso próprio da fôrma
pp
laje
peso próprio da laje mista
s
desvio padrão
t
espessura nominal da fôrma; coeficiente de confiança da Distribuição de
Student
t
c
altura da laje de concreto
t
e
espessura da fôrma sem camada de galvanização
w
d
carga uniformemente distribuída de cálculo
w
s
carga uniformemente distribuída de serviço
w
sp
carga uniformemente distribuída sobreposta
x
altura do bloco de tensão do concreto
Y
braço de alavanca
y
cg
distância do centro de gravidade à face externa inferior da fôrma do módulo
típico
y
II
distância da LN da seção mista fissurada do módulo típico
y
t
distância do centro de gravidade da seção à fibra mais tracionada
y
T
distância do centro de gravidade da seção trapezoidal à extremidade inferior da
seção transversal do módulo típico
z
braço de alavanca
Letras Romanas Maiúsculas
A’
F,ef
área efetiva do módulo típico da fôrma
A
F,ef
área efetiva da seção da fôrma
A
T
área da seção trapezoidal da alma
E
a
módulo de elasticidade longitudinal do aço
E
c
módulo de elasticidade longitudinal do concreto
E
cs
módulo de elasticidade longitudinal secante do concreto
xi
F
at
força de atrito causada pela reação vertical nos apoios
F
M
força de cisalhamento longitudinal fornecida pelas mossas
I’
sf
momento de inércia do módulo típico da fôrma metálica
I
cf
momento de inércia da seção não fissurada da laje mista
I
D
momento de inércia somente da fôrma metálica
I
ensaio
momento de inércia real do modelo da laje mista ao longo do carregamento
I
II
momento de inércia da seção fissurada da laje mista
I
lm
momento de inércia efetivo em lajes mistas
I
med
momento de inércia efetivo médio da seção da laje mista
I
sf
momento de inércia da seção transversal bruta da fôrma
L
vão entre apoios
L
F
vão teórico da laje na direção das nervuras
L
fd
distância da extremidade a uma seção da laje mista onde ocorre a interação
total
L
sf
distância da extremidade a uma seção da laje mista onde ocorre a interação
total
L
o
comprimento do balanço nas extremidades do protótipo
L
s
vão de cisalhamento
L
t
comprimento de transferência
L
x
distância do apoio a uma seção da laje mista
M
a
momento fletor atuante
M
ensaio
momento fletor último no ponto de aplicação de carga da laje mista
M
f.Rd
momento fletor resistente de cálculo à flexão da laje mista
M
pa
momento plástico da fôrma metálica
M
pr
momento plástico reduzido da fôrma metálica
M
R
momento fletor resistente nominal total
M
r
momento que representa o início da fissuração do concreto
M
Rd
momento fletor resistente de cálculo
M
Rp
momento fletor resistente nominal parcial
M
Sd
momento fletor solicitante de cálculo
M
V,Rd
momento fletor resistente de cálculo devido ao atrito no apoio
N
a
força normal de tração da fôrma metálica decomposta
xii
N
ac
força normal de compressão na fôrma metálica
N
at
força normal de tração na fôrma metálica
N
c
força de compressão no concreto considerando interação parcial
N
cf
força de compressão no concreto considerando interação total
N
pa
força de escoamento à tração da fôrma metálica
P
a
carga do aparato
P
des
carga correspondente ao deslizamento inicial de extremidade
P
s
carga correspondente à flecha máxima de serviço
P
sp
carga concentrada sobreposta
P
uk
carga característica
P
ut
carga máxima aplicada pelo atuador hidráulico durante o ensaio
V
reação de apoio
V
des
carga de deslizamento de extremidade inicial
V
l,R
força cortante resistente nominal
V
l,Rd
força cortante resistente de cálculo
V
s
força de serviço
V
Sd
força solicitante de cálculo
V
ut
força cortante última
V
ut,k
força cortante última característica
Letras Gregas
α
coeficiente de redução da rigidez
α
fator que correlaciona aproximadamente a resistência à tração na flexão com a
resistência à tração direta
α
parâmetro da deformação
α
e
relação modular
α
I
parâmetro da deformação para seção não-fissurada
α
II
parâmetro da deformação para seção fissurada
ζ
coeficiente de distribuição
deslocamento vertical (flecha)
xiii
a
deformação correspondente ao início de escoamento do aço
n
coeficiente de veracidade
a1
coeficiente de ponderação da resistência do aço
c
coeficiente de ponderação da resistência do concreto
f
coeficiente de ponderação das ações
γ
sl
coeficiente de ponderação da resistência ao cisalhamento longitudinal
v
coeficiente de resistência do cisalhamento longitudinal
grau de interação parcial ao cisalhamento longitudinal da laje mista
ensaio
grau de interação ao cisalhamento longitudinal de um modelo
fator de esbeltez da placa; parâmetro de esbeltez da laje mista
coeficiente de atrito
ap
coeficiente de atrito aparente
coeficiente que leva em consideração a pequena contribuição da fôrma de aço
e
tensão correspondente ao início de escoamento do aço
tensão de cisalhamento longitudinal
M
tensão de cisalhamento longitudinal fornecida pelas mossas
u
tensão última de cisalhamento longitudinal
u,m
tensão última média ao cisalhamento longitudinal
u,Rd
tensão última de cálculo ao cisalhamento longitudinal
u,Rk
tensão última característica ao cisalhamento longitudinal
xiv
LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS
ABNT
Associação Brasileira de Normas Técnicas
AISC
American Institute of Steel Construction
AISI
American Iron and Steel Institute
ASCE
American Society of Civil Engineers
ASTM
American Society for Testing and Materials
BS
British Standard
CETEC
Centro Tecnológico de Minas Gerais
CG
F
Centro de Gravidade da Fôrma Metálica
CSSBI
Canadian Sheet Steel Building Institute
DEES
Departamento de Engenharia de Estruturas
ELS
Estado-Limite de Serviço
ELU
Estado-Limite Último
EM
European Standard
LAEES
Laboratório de Análise Experimental de Estruturas
LN
Linha Neutra Elástica da seção transversal do módulo típico
LNP
Linha Neutra Plástica da seção transversal do módulo típico
LNP
c
Linha Neutra Plástica da seção mista que passa pelo concreto
LNP
F
Linha Neutra Plástica da fôrma metálica
LNP
f
Linha Neutra Plástica da seção mista que passa pela fôrma
MIP
Método da Interação Parcial
NBR
Norma Brasileira
SDI
Steel Deck Institute
UFMG
Universidade Federal de Minas Gerais
USIMINAS
Usinas Siderúrgicas de Minas Gerais
xv
RESUMO
O objetivo deste trabalho é avaliar o comportamento e a resistência das lajes mistas de
aço e concreto, considerando uma análise rigorosa para a determinação do momento de
inércia efetivo da seção mista (I
lm
) e a influência do atrito da região dos apoios. Para
isto, foram utilizados os resultados de um programa de ensaios de laboratório, realizado
por RODRIGUES & LAVALL (2005), onde se empregou o Steel Deck-60, que consiste
de uma chapa de aço de perfil trapezoidal com mossas em “V”. Foram realizados
ensaios em uma série de doze modelos de lajes mistas simplesmente apoiadas,
submetidas à flexão. Empregaram-se na confecção dos modelos diferentes espessuras da
fôrma, alturas de laje e vãos de cisalhamento, conforme recomenda a EM 1994-1-
1:2004. Durante os ensaios foram medidas as flechas no meio do vão, os deslizamentos
relativos de extremidade na interface aço-concreto e as deformações no aço da fôrma,
permitindo-se analisar o comportamento do sistema misto, além da determinação do seu
modo de falha. As investigações experimentais mostraram que os momentos de inércia
efetivos recomendados pelas normas técnicas internacionais não representam
adequadamente o comportamento das lajes mistas, levando a estimativas não
conservadoras das flechas, principalmente quando submetidas a carregamentos mais
elevados. Assim, neste trabalho, são apresentadas propostas para a determinação do
momento de inércia efetivo em lajes mistas, que representam adequadamente o
comportamento durante toda a fase de carregamento. A influência do atrito da região
dos apoios na resistência ao cisalhamento longitudinal foi avaliada através do método
da interação parcial, utilizando-se o coeficiente de atrito recomendado pela EM 1994-1-
1:2004. Os exemplos permitem afirmar que as propostas apresentadas para o cálculo de
I
lm
representam melhor a rigidez das lajes mistas, tanto para o comportamento dúctil
quanto frágil e, também, que a influência do atrito na resistência ao cisalhamento
longitudinal é relevante, principalmente, em lajes mistas com pequenos vãos de
cisalhamento.
Palavras-chave: laje mista de aço e concreto; momento de inércia efetivo; método da
interação parcial; influência do atrito.
xvi
ABSTRACT
The aim of this work is to evaluate the behavior and strength of composite slabs
considering a rigorous analysis for determination of composite slabs effective moment
of inertia (I
lm
) and the influence of the friction of the region of the supports. The results
of a program of laboratory tests, carried through by RODRIGUES & LAVALL (2005),
considering the Steel Deck-60, that consists of trapezoidal profile with embossments in
“V” shape, were used tests on a series of twelve composite slab models, simply
supported, submitted to bending were carried out. Different thicknesses of the steel
deck, heights of composite slabs and shear spans were employed in the manufacturing
of the models, according to the EN 1994-1-1:2004. During the tests deflections, end
slips and strains of the steel decks were measured, allowing the analysis of the behavior
of the composite slab system and the determination of its failure mode. The
experimental researches had shown that the effective moments of inertia recommended
by the international design specifications does not represent adequately the behavior of
the composite slabs, leading to unconservative estimates of the actual deflection, mainly
when submitted to the ultimate loads. Thus, in this work, proposals for the
determination of the composite slabs effective moment of inertia, that adequately
represents the behavior during all loading stages, will be presented. The influence of the
friction of the region of the supports in the longitudinal shear bond was evaluated
through the partial shear connection method, using the friction coefficient recommended
by EN 1994-1-1:2004. According several examples analyzed, it is possible to affirm
that: the proposals presented for I
lm
calculation give a better representation slabs
rigidity; the friction‟s influence of the friction in the longitudinal shear bond is
significant, mainly, in composite slabs with small shear span length.
Keywords: composite slabs; effective moment of inertia, partial shear connection
method, friction.
1
INTRODUÇÃO
1.1 Considerações Iniciais
Sistemas estruturais em aço e em concreto têm sido utilizados na construção civil há,
aproximadamente, 150 e 100 anos, respectivamente (QUEIROZ et al: 2001). Por volta
de 1930, engenheiros e projetistas perceberam que muitas vantagens poderiam ser
obtidas integrando as propriedades estruturais dos elementos de aço e de concreto, por
meio de algum tipo de conexão. Assim, surgiram os sistemas mistos de aço e concreto.
O sistema misto de aço e concreto é aquele em que um perfil de aço (laminado, soldado
ou formado a frio) trabalha em conjunto com o concreto (geralmente armado),
formando elementos estruturais como viga mista, pilar misto, laje mista ou ligação
mista. Nesses elementos estruturais a resistência do concreto é integrada à resistência do
perfil de aço, através do uso de conectores ou através da aderência natural entre esses
materiais. Além disso, o concreto fornece proteção contra corrosão e isolamento térmico
ao aço, além de restringir a flambagem local e a flambagem lateral com torção dos
perfis metálicos esbeltos.
2
A FIG. 1.1 ilustra algumas estruturas mistas e suas seções típicas.
Seções típicas de viga mista
Seções típicas de pilar misto
Seções típicas de laje mista
FIGURA 1.1 – Seções transversais de estruturas mistas
A utilização de sistemas mistos amplia consideravelmente a gama de soluções em aço e
concreto. No Brasil, a utilização desses sistemas tem aumentado consideravelmente,
tanto em edifícios como em pontes.
A ABNT NBR 8800:1986 foi à primeira norma brasileira a tratar de sistemas mistos,
abordando as vigas mistas, sem, no entanto, fazer referência a pilares mistos, lajes
mistas e ligações mista viga/pilar. Posteriormente, a ABNT NBR 14323:1999 incluiu o
dimensionamento das lajes mistas com fôrma de aço incorporada e, recentemente, a
ABNT NBR 8800:2008 considera de forma abrangente as lajes mistas, as vigas mistas,
os pilares mistos e as ligações mistas viga/pilar.
3
1.1.1 Lajes Mistas
A partir da década de 1940 surgiram os sistemas chamados de lajes mistas de aço e
concreto. Entende-se por estes sistemas, tema aqui estudado, aquelas lajes em que uma
fôrma de aço de espessura bastante delgada, usualmente entre 0,80 mm e 1,25 mm, é
incorporada ao sistema de sustentação de cargas, funcionando como fôrma permanente,
suportando o concreto antes da cura e as cargas de construção. Após a cura, o concreto
da laje e a fôrma de aço ficam solidarizados devido a geometria da fôrma, formando um
único elemento estrutural. A fôrma de aço funciona como armadura positiva da laje. A
FIG. 1.2 ilustra um sistema de laje mista.
FIGURA 1.2 – Lajes mistas de aço e concreto
O sistema de laje mista oferece uma construção extremamente rápida sem a necessidade
de escoramento, e às vezes é executado com concreto leve, como usado nos Estados
Unidos e na Inglaterra, para a redução do peso próprio. O uso das lajes mistas estende-
se também às construções em estruturas de concreto armado e em estruturas de madeira.
No Brasil, a utilização de lajes mistas vem aumentando gradativamente. Dentre as
vantagens do sistema com lajes mistas, destacam-se as seguintes:
facilidade de instalação e maior rapidez construtiva;
facilidade de adaptação para colocação de tubulações elétricas, hidráulicas, de
comunicação e de ar condicionado;
4
eliminação (ou redução) da armadura positiva na laje acabada;
dispensa de escoramento reduzindo o tempo de construção;
maior segurança no trabalho, por funcionar como plataforma de serviço e de
proteção aos operários que trabalham em andares inferiores;
praticidade de execução, uma vez que a fôrma fica incorporada ao sistema,
dispensando o processo de desforma.
Dentre as desvantagens tem-se:
maior quantidade de vigas secundárias, caso não se utilize o sistema escorado ou
fôrmas de grande altura, devido à limitação dos vãos antes da cura do concreto;
em alguns casos, a necessidade de utilização de forros suspensos, com funções
estéticas.
O concreto e a fôrma metálica devem interagir de tal maneira que as tensões de
cisalhamento longitudinal possam ser resistidas na interface aço-concreto. RONDAL e
MOUTAFIDOU (1996) observaram que a transferência do cisalhamento pode ser
fornecida através dos seguintes meios, os quais asseguram uma ação mista, parcial ou
total, do sistema:
Ligação mecânica: por meio de saliências, mossas estampadas nas fôrmas –
FIG. 1.3(a) – ou por ancoragens de extremidade através de conectores de
cisalhamento – FIG. 1.3(b) ou pela deformação das nervuras na extremidade da
fôrma – FIG. 1.3(c);
(a) (b) (c)
FIGURA 1.3 – Meios de ligação mecânica ao cisalhamento longitudinal
5
Ligação por atrito: ligação desenvolvida por nervuras reentrantes conforme a
FIG. 1.4 e/ou por atrito nos apoios, provocado pela reação vertical nos apoios;
FIGURA 1.4 - Meios de ligação por atrito
Ligação química: através da aderência da pasta de cimento com a fôrma
metálica, quebrada quando ocorre o deslizamento entre a fôrma e o concreto.
A força de atrito que aparece na interface entre o aço e o concreto na região dos apoios,
ocasionada pela reação de apoio, auxilia na resistência ao cisalhamento longitudinal. A
aderência química da pasta de cimento com a fôrma metálica não é considerada na
resistência por causa de sua natureza frágil.
A EN 1994-1-1:2004 define que resistência de uma laje mista terá que ser suficiente
para suportar as cargas de projeto e para assegurar-se de que nenhum estado-limite
último seja alcançado, baseando-se nos seguintes modos de colapso mostrados na
FIG.5, onde P é uma carga concentrada vertical aplicada e L
s
é o vão de cisalhamento.
FIGURA 1.5 – Modos de colapso
Seção crítica I – Colapso por flexão: esta seção pode ser crítica quando há uma
interação completa ao cisalhamento na interface entre a fôrma metálica e o concreto.
III
I
II
L
s
P
P
6
Seção crítica II - Colapso por cisalhamento longitudinal: a carga máxima sobre a
laje é determinada pela resistência ao cisalhamento longitudinal no vão de
cisalhamento L
s
, devido à interação parcial na interface entre a fôrma metálica e
o concreto. O momento último resistente na seção não pode ser alcançado.
Seção crítica III – Colapso por Cisalhamento vertical ou Punção: nesse caso, o
colapso ocorre nas seções próximas aos apoios e se torna crítico quando a razão
vão/altura da laje diminui com a aplicação de uma carga relativamente elevada.
O cisalhamento vertical e a punção são resistidos principalmente pelo concreto.
Existe uma grande variedade de geometria de fôrmas e de mossas, tendo eficiências
diferentes na ligação mecânica. Por isso, estudos são realizados pesquisando-se a
geometria da fôrma e a geometria das mossas, as quais têm grande influência no
desempenho da ligação mecânica.
O estudo do comportamento e da resistência do sistema de lajes mistas é baseado em
ensaios experimentais. Dois dos procedimentos de ensaios mais utilizados, mostrados
na FIG. 1.6, são: o ensaio de modelos em escala real - shear-bond - e o ensaio em
pequena escala - push test – que, além de permitir a determinação da resistência ao
cisalhamento longitudinal, permite considerar os efeitos do atrito na região dos apoios.
(a) (b)
FIGURA 1.6 - Ensaio de modelos de laje mista (a) e ensaio de laje mista em pequena
escala (b)
A realização dos ensaios é necessária porque cada fabricante de um sistema de laje
mista adota um mecanismo de resistência ao cisalhamento longitudinal próprio e, como
foi mencionado anteriormente, a resistência e o comportamento depende,
principalmente, das características desse mecanismo.
7
Neste trabalho, o procedimento de ensaio adotado será o do modelo em escala real –
shear-bond, onde na verificação ao cisalhamento longitudinal utilizam-se dois métodos
de cálculo: o método semi-empírico “m-k”, largamente utilizado na América do Norte e
na Europa e o método da interação parcial (MIP).
O método “m-k”, que será apresentado no item 5.2, tem sido empregado com bons
resultados, principalmente em lajes mistas que apresentam comportamentos frágeis e
vãos pequenos, não é adequado para se levar em conta a ancoragem de extremidade ou
o uso de armadura de reforço do sistema misto.
O método da Interação Parcial, que será apresentado no item 5.3, é uma alternativa ao
método “m-k” e, segundo JOHNSON (1994), explora melhor o comportamento dúctil
das fôrmas com boa ligação mecânica e grandes vãos. Esse método permite que se
considere, teoricamente, a contribuição da ancoragem de extremidade na resistência ao
cisalhamento longitudinal, o efeito de armaduras adicionais e a influência do atrito na
região dos apoios.
Atualmente, as pesquisas mais recentes e as normas técnicas mais atualizadas, como a
norma européia EN 1994-1-1:2004, afirmam que a resistência ao cisalhamento
longitudinal advém da resistência das mossas e da força do atrito na interface da fôrma
com o concreto na região do apoio, que contribui, principalmente em lajes com
pequenos vãos de cisalhamento.
1.2 Estudos realizados na UFMG
A partir de 1996, várias pesquisas têm sido realizadas no Departamento de Engenharia
de Estruturas (DEES) da Escola de Engenharia da Universidade Federal de Minas
Gerais (EE-UFMG), em parceria com empresas fabricantes de fôrmas de aço, para
serem utilizadas em lajes mistas de aço e concreto.
8
No trabalho pioneiro do DEES, lajes mistas aplicadas a edifícios metálicos utilizando-se
o “steel deck” MF-75, com altura de 75 mm, com diferentes combinações de altura total
da laje, vãos de cisalhamento e espessuras da fôrma de aço, foram construídas e
ensaiadas em laboratório por MELO (1999). As dimensões dos modelos foram variadas
de modo a cobrir satisfatoriamente a faixa de parâmetros que afetam o comportamento e
a resistência dessas lajes. O aço utilizado foi o ZAR 280 com módulo de elasticidade de
205 GPa e resistência característica ao escoamento de 28 MPa. O concreto era de
densidade usual com resistência característica à compressão de 20 MPa. Os resultados
desses ensaios revelaram um único modo de falha do sistema misto: colapso por
cisalhamento longitudinal. Com base nesses resultados, parâmetros “m e k” foram
determinados para serem utilizados no dimensionamento dessas lajes.
Utilizando os resultados obtidos dos ensaios com o “steel deck” MF-75,
SOUZA NETO (2001) avaliou o comportamento e a resistência de lajes mistas
contendo ancoragem de extremidade. A ancoragem de extremidade foi fornecida por
meio de conectores de cisalhamento do tipo “stud-bolt”, em aço ASTM A108. Análises
comparativas do comportamento foram feitas com relação aos resultados dos ensaios de
lajes mistas não ancoradas na extremidade. Estas análises revelaram o ganho
significativo de rigidez e resistência das lajes com ancoragem de extremidade. A
influência do atrito na região dos apoios foi também analisada e alguns métodos
propostos para sua consideração foram apresentados.
O emprego do sistema de lajes mistas em estruturas usuais de concreto armado foi
estudado por SILVA (1999), que analisou tanto o aspecto construtivo quanto o
comportamento e a resistência dessas lajes neste sistema construtivo. Os ensaios
revelaram que os sistemas de lajes mistas, aplicadas em estruturas convencionais de
concreto armado, têm comportamento equivalente aos aplicados em estruturas metálicas
sem conectores de extremidade, atingindo da mesma maneira o colapso por
cisalhamento longitudinal. Quanto à resistência, foram obtidos resultados praticamente
iguais para esse sistema comparando-se ao sistema pesquisado por MELO (1999),
comprovando a viabilidade estrutural da aplicação das lajes mistas a estruturas prediais
de concreto armado.
9
CAMPOS (2001) avaliou o efeito da continuidade nos apoios internos no
comportamento e na resistência de lajes mistas. A análise dos resultados revelou um
aumento significativo na capacidade portante da laje em relação aos protótipos
simplesmente apoiados.
GOMES (2001) empregou, nas lajes mistas, concreto estrutural leve ao invés de
concreto convencional. Os resultados obtidos foram bastante similares aos apresentados
pelas lajes mistas feitas com concreto convencional.
MARTINS (2001) observou que o mercado nacional possuía poucos tipos de fôrmas de
aço disponíveis e que a utilização do sistema de laje mista no Brasil ainda era aplicada
em um número reduzido de edificações. Por outro lado, o mercado internacional possuía
uma grande diversidade, não só de fôrmas como também de fabricantes, além de uma
consolidação desse processo construtivo. Então, o objetivo do seu trabalho foi o estudo
teórico dos parâmetros que influenciam o comportamento estrutural das lajes mistas e
um estudo comparativo de algumas fôrmas de aço disponíveis no mercado nacional e
internacional.
Em uma pesquisa tecnológica desenvolvida por RODRIGUES & LAVALL (2005),
intitulada Estudo do comportamento estrutural do sistema de laje mista Deck-60 –
USIMINAS realizou-se a análise teórico-experimental da resistência e do
comportamento do sistema misto Deck-60, utilizando o método semi-empírico “m-k”.
Esse sistema de laje mista possui uma fôrma de aço com características próprias,
apresentando um perfil geométrico especifico com altura de 60 mm e mossas em forma
de “V”. Essa nova fôrma foi desenvolvida com uma altura intermediária do que aquelas
usualmente utilizadas, também com objetivo de viabilizar sua aplicação em sistemas
construtivos de baixo custo.
ARAUJO (2008) iniciou a pesquisa sobre o Deck-60 com o objetivo de apresentar o
método da Interação Parcial (MIP) para a determinação da resistência ao cisalhamento
longitudinal do sistema de lajes mistas, após a cura do concreto. O MIP é fundamentado
em um modelo analítico, similar ao de vigas mistas com conectores dúcteis, que permite
10
determinar o grau de interação ao cisalhamento longitudinal entre a fôrma de aço e o
concreto, em lajes mistas com comportamento dúctil.
BRENDOLAN (2007) analisou o comportamento e a resistência do sistema de lajes
mistas “steel deck” MF-50, com altura da fôrma de 50 mm. Para tal, um programa de
ensaios de laboratório foi realizado a fim de se identificar e avaliar os vários parâmetros
que influenciam o comportamento e resistência desse sistema de laje. Modelos com
diferentes combinações de comprimento, altura total da laje e espessura da fôrma de aço
foram construídos e ensaiados. O MF-50 mostrou-se adequado para vãos menores,
proporcionado um dimensionamento mais econômico e melhor aproveitamento do
material aço.
1.3 Objetivos
Os objetivos a serem alcançados neste trabalho são os seguintes:
Análise do comportamento e da resistência do sistema misto Deck-60, a partir da
investigação experimental de modelos de lajes mistas simplesmente apoiadas,
por meio das curvas carga x flecha no meio do vão, carga x deslizamento
relativo de extremidade e carga x deformação no aço;
Apresentação e propostas para a determinação do momento de inércia efetivo
em lajes mistas, que representem adequadamente o comportamento durante toda
a fase de carregamento;
Apresentação do procedimento para a verificação da resistência ao cisalhamento
longitudinal das lajes mistas, de acordo com a EN 1994-1-1:2004 e a
ABNT NBR 8800:2008;
Estudo da influência do atrito da região dos apoios da laje mista no cálculo da
resistência ao cisalhamento longitudinal.
11
1.4 Organização do Texto
O texto é organizado em sete capítulos, sendo que neste primeiro o tema do trabalho é
descrito, os principais objetivos são definidos e são relatadas as pesquisas realizadas na
UFMG, a partir de 1996, sobre lajes mistas de aço e concreto.
No segundo capítulo é apresentado o programa de ensaios de laboratório realizados na
pesquisa tecnológica desenvolvida por RODRIGUES & LAVALL (2005), a fim de se
identificar e considerar os vários parâmetros que têm maior influência na resistência
estrutural do sistema misto. Esse programa experimental consistiu de ensaios de flexão
do sistema de laje mista em 12 modelos com vãos simples bi-apoiados, os quais
forneceram os dados necessários para a avaliação do comportamento e da resistência
última do sistema de laje mista.
Neste capítulo ainda, são descritos e caracterizados todos os modelos adotados, assim
como os materiais utilizados na sua fabricação, e também são apresentados os
procedimentos usados na preparação desses modelos. A montagem do equipamento de
aplicação de carga e reação e os instrumentos utilizados para medir os deslocamentos
dos modelos e as deformações do aço durante os ensaios são também descritos e
ilustrados, enfatizando-se que todos os procedimentos realizados durante o programa de
ensaios seguiram recomendações aceitas internacionalmente. Esses resultados fornecem
os dados para o dimensionamento da laje mista.
No terceiro capítulo são analisados os resultados obtidos nos ensaios por meio de
tabelas e gráficos, com a finalidade de se determinar o modo de colapso deste sistema.
São apresentadas e analisadas as curvas carga x deslizamento de extremidade, carga x
flecha no meio do vão e carga x deformação no aço, as quais foram obtidas das leituras
feitas durante os ensaios, em todos os incrementos de carga de todas as fases do
carregamento após a cura do concreto até o colapso. Com base nessas análises foi
possível conhecer o comportamento do sistema de laje mista e definir, com precisão, o
seu modo de colapso, definido como sendo cisalhamento longitudinal.
12
No quarto capítulo é apresentado o estudo visando à verificação do estado limite de
serviço (flechas) em lajes mistas de aço e concreto, onde, em geral, as normas técnicas
recomendam que o momento de inércia efetivo da seção mista (I
lm
) seja dado pela média
dos momentos de inércia das seções não-fissurada (I
cf
) e fissurada (I
II
). Entretanto,
investigações experimentais têm mostrado que esse procedimento não representa
adequadamente o comportamento das lajes mistas, levando a estimativas não
conservadoras das flechas, principalmente quando submetidas a carregamentos mais
elevados. Utilizando-se os resultados de pesquisas realizadas no Departamento de
Engenharia de Estruturas da UFMG, são apresentadas propostas para a determinação do
momento de inércia efetivo em lajes mistas que representem adequadamente o
comportamento durante toda a fase de carregamento.
No quinto capítulo, com base na análise dos resultados e na definição do modo de
colapso, procurou-se estabelecer critérios para a verificação da resistência última ao
cisalhamento longitudinal através do método “m-k” e do método da interação parcial.
Expressões analíticas para o cálculo do carregamento último deste modo de colapso
foram determinadas e apresentadas para que possam ser utilizadas pelos projetistas nos
escritórios de cálculo. É apresentada a expressão semi-empírica do método “m-k”
adotada pela ABNT NBR 8800:2008 e a EN 1994-1-1:2004, que relaciona a resistência
nominal à força cortante com os parâmetros obtidos dos ensaios realizados.
Ainda no capítulo 5, é apresentado o Método da Interação Parcial (MIP), conforme a
EN 1994-1-1:2004, para a determinação da resistência ao cisalhamento longitudinal da
laje mista, através de expressões analíticas para o cálculo dessa resistência. Por essas
expressões é possível determinar o grau de interação ao cisalhamento longitudinal entre
o concreto e a fôrma de aço e também calcular a resistência de cálculo ao cisalhamento
longitudinal, denominada de
u,Rd
, para cada espessura de fôrma ensaiada.
A influência do atrito da região dos apoios na resistência ao cisalhamento longitudinal,
estudada através do MIP, é apresentada no sexto capítulo. Alguns métodos propostos
por autores e normas técnicas são apresentados. Neste trabalho, foram adotadas as
13
recomendações da EN 1994-1-1:2004. Também são apresentados neste capítulo
comparações entre o método “m-k” e MIP considerando e desconsiderando o atrito.
No sétimo capítulo são apresentados exemplos de aplicação prática, visando avaliar e
comparar os vários procedimentos apresentados para o dimensionamento de um sistema
de laje mista para pisos de edifícios. Foram utilizados os métodos “m-k” e MIP
considerando-se e desconsiderando-se a influência do atrito. Foi verificado também o
deslocamento vertical (flecha), utilizando-se os momentos de inércia efetivos propostos
neste trabalho.
Finalmente, as conclusões e sugestões para continuidade de estudo são apresentadas no
capítulo oito.
14
2
PROGRAMA DE ENSAIOS E RESULTADOS
2.1 Considerações Iniciais
Segundo VELJKOVIC‟ (1996), as lajes mistas comportam-se como elementos
estruturais anisotrópicos, mas o seu dimensionamento é feito somente na direção
longitudinal das nervuras. Esta simplificação torna os resultados da capacidade de
carregamento conservadores.
Atualmente, o dimensionamento ao cisalhamento longitudinal de lajes mistas de aço e
concreto depende de ensaios em protótipos simplesmente apoiados, denominados
ensaios de shear-bond, porque a resistência ao cisalhamento longitudinal é difícil de
prever teoricamente: pequenas mudanças no tamanho e na geometria das mossas e da
fôrma afetam sensivelmente o comportamento e a resistência da laje.
Com a finalidade de se estudar essa nova fôrma proposta, Deck-60, e a fim de se
identificar e considerar os vários parâmetros que têm maior influência na resistência ao
cisalhamento longitudinal do sistema de laje mista foi realizado um programa de
ensaios de modelos em escala real – shear-bond no Laboratório de Análise
Experimental de Estruturas (LAEES) do Departamento de Engenharia de Estruturas
15
(DEES), cujos resultados experimentais são apresentados em RODRIGUES &
LAVALL (2005).
Este procedimento tem sido recomendado praticamente por toda a literatura
internacional sobre o assunto, tanto através de normas técnicas, quanto através de
publicações ou artigos técnicos atualizados. Como exemplo, pode-se citar BRITISH
STANDARD:1982, SCHUSTER (1984), ANSI/ASCE 3-91:1992, ABNT NBR
14323:1999, EN 1994-1-1:2004, CSSBI S2:2008 e ABNT NBR 8800:2008, entre
outros, que confirmam esse procedimento. Para este trabalho, foram utilizadas as
recomendações da EN 1994-1-1:2004.
O programa de ensaios visou representar, o mais próximo possível, as condições
práticas de instalação das lajes encontradas nas construções de edifícios. Os modelos
consistiram de elementos de laje mista com a largura da seção transversal típica da
fôrma de aço do Deck-60 (FIG. 2.1).
O propósito dos ensaios é obter dados para o dimensionamento de lajes mistas ao
cisalhamento longitudinal, pelo método m-k e/ou pelo método da interação parcial,
sendo que por meio deste último é possível se fazer uma análise da contribuição do
atrito da região dos apoios na resistência e no comportamento do sistema misto que é o
objetivo principal deste trabalho.
Para a determinação dos parâmetros “m e k” e análise do sistema pelo método da
interação parcial foi ensaiada, à flexão, uma série de doze modelos com vãos simples bi-
apoiados, considerando-se duas espessuras das fôrmas de aço fabricadas pela
USIMINAS, uma de 0,80 mm e outra de 0,95 mm. Os doze modelos foram
subdivididos em dois grupos, sendo seis com espessura de 0,80 mm e seis de 0,95 mm,
conforme mostra a TAB. 2.1. As fôrmas adotadas neste caso tinham as mossas padrão
da USIMINAS.
A altura total das lajes (h
t
) e os vãos de cisalhamento (L
s
) foram variados a fim de cobrir
adequadamente o conjunto de parâmetros que têm maior influência no comportamento
estrutural e na resistência do sistema misto (TAB. 2.1).
16
2.2 Caracterização dos Modelos
A investigação experimental consistiu em ensaios de 12 modelos de lajes mistas, sendo
seis com espessura 0,80 mm e seis com 0,95 mm e que foram subdivididos em dois
grupos com três ensaios cada. A TAB. 2.1 fornece as características nominais de cada
modelo assim como a numeração adotada no programa de ensaios.
TABELA 2.1 - Características nominais dos modelos testados.
Modelo
Espessura
do deck (t)
(mm)
Largura do
modelo (b)
(mm)
Vão do
modelo (L)
(mm)
Altura total
do modelo
(h
t
)
(mm)
Vão de
cisalhamento
(L
s
)
(mm)
01A
0,80
860
2.500
110
800
01B
0,80
860
2.500
110
800
01C
0,80
860
2.500
110
800
02A
0,80
860
2.500
140
450
02B
0,80
860
2.500
140
450
02C
0,80
860
2.500
140
450
03A
0,95
860
2.500
110
800
03B
0,95
860
2.500
110
800
03C
0,95
860
2.500
110
800
04A
0,95
860
2.500
140
450
04B
0,95
860
2.500
140
450
04C
0,95
860
2.500
140
450
Todos os modelos estudados foram confeccionados no Campus Pampulha da UFMG, e
transportados para o Laboratório de Análise Experimental de Estruturas (LAEES) da
Escola de Engenharia da UFMG, após a concretagem da laje.
17
2.3 Materiais Utilizados
2.3.1 Fôrma de Aço Deck-60
Os decks dos modelos foram fabricados com aços ZAR 280 e ZAR 345, tendo
comprimento de 2.600 mm e largura nominal de 860 mm para ambas as espessuras de
0,80 mm e 0,95 mm. A FIG. 2.1 mostra uma seção transversal típica do Deck-60 com
suas dimensões nominais. As mossas, responsáveis pela resistência ao cisalhamento
longitudinal, foram estampadas nas almas do perfil, em forma de „„ V ‟‟, tendo uma
profundidade nominal de 2,9 mm para as duas espessuras.
FIGURA 2.1 - Seção transversal típica da fôrma (dimensões em mm)
A TAB. 2.2 fornece as dimensões, as propriedades geométricas e o peso próprio do
Deck-60 empregados na fabricação dos modelos. Para o cálculo o momento de inércia
da fôrma, I
sf
, foi adotado a tensão de compressão no aço, f
d
=0,6 f
y
.
TABELA 2.2 - Dimensões e propriedades geométricas do Deck-60.
t
(mm)
t
e
(mm)
b
(mm)
h
F
(mm)
A
F,ef
(mm
2
)
y
cg
(mm)
I
sf
(mm
4
)
pp
F
(kg/m
2
)
0,80
0,76
860,00
60,00
912,00
30
583.992,46
9,05
0,95
0,91
860,00
60,00
1092,00
30
699.254,82
10,83
Na TAB. 2.2, t é a espessura nominal da fôrma; t
e
é a espessura da fôrma sem a camada
de galvanização; b é a largura da fôrma; h
F
é a altura total da fôrma; A
F,ef
é a área
efetiva da seção da fôrma; y
cg
é a distância do centro de gravidade à face externa
18
inferior da fôrma; I
Sf
é o momento de inércia da seção transversal bruta e pp
F
é o peso
próprio da fôrma.
As propriedades mecânicas dos aços empregados na fabricação das fôrmas foram
obtidas a partir de ensaios realizados em corpos de prova de ambas as espessuras. Os
ensaios foram efetuados no Centro de Pesquisas e Desenvolvimento da Usiminas, e
foram realizados de acordo com a norma ASTM A370 - 97a:1997.
De acordo com o relatório de ensaios, basicamente, os corpos de prova (CP) dividiram-
se em duas categorias de resistência mecânica, com valores médios das resistências ao
escoamento de 340 e 390 MPa e valores médios das resistências à ruptura na tração de
450 e 490 MPa. A TAB. 2.3, a seguir, mostra os resultados destes ensaios.
TABELA 2.3 - Propriedades mecânicas das chapas utilizadas na fabricação do Deck-60
Propriedades Mecânicas do Aço
t = 0,8 mm
t = 0,95 mm
Resistência ao Escoamento - f
y
(MPa)
340
390
Resistência à Ruptura na Tração - f
u
(MPa)
450
490
Porcentagem de Alongamento (%)
28,88
25,78
Os valores apresentados correspondem às médias de três corpos de prova para cada
fôrma de aço dos doze modelos, totalizando 36 CP ensaiados. As porcentagens de
alongamento, 28,88 % e 25,78 %, indicam a grande ductilidade do aço empregado. Para
o módulo de elasticidade de nominal foi adotado o valor de 200.000 MPa.
2.3.2 Concreto
Todo o concreto utilizado na construção dos modelos foi encomendado de uma usina,
tendo sido especificada uma resistência característica à compressão, f
ck
, maior ou igual a
20 MPa. A resistência à compressão (f
ckj
) foi determinada de acordo com a norma
ABNT NBR 5739:1960, na data de ensaio de cada modelo. A TAB. 2.4 apresenta os
valores dessa resistência de acordo com a idade do concreto ensaiado.
19
TABELA 2.4 - Propriedades mecânicas do concreto empregado nos modelos ensaiados.
Modelo
Idade do concreto
(dias)
f
ckj
(MPa)
E
cs
(MPa)
01A
56
25
23.657
01B
38
17
19.626
01C
65
19
21.748
02A
81
21
21.917
02B
113
25
23.848
02C
77
20
21.234
03A
31
18
20.363
03B
58
21
21.813
03C
52
19
20.584
04A
71
20
21.446
04B
87
21
21.813
04C
120
25
23.800
A análise da TAB. 2.4 indica que, na maioria dos casos, os ensaios do concreto e,
consequentemente, dos modelos foram realizados em idades bem superiores aos 28 dias,
idade comumente empregada para a determinação da resistência característica do
concreto. Nesta TAB. 2.4, E
cs
é o módulo de elasticidade secante do concreto obtido
pela Eq. 2.1 de acordo com as prescrições da ABNT NBR 6118:2003.
21
6005850
/
ckjcs
f.,E
(2.1)
onde E
cs
e f
ckj
são dados em MPa.
2.3.3 Tela Soldada
Com a função de evitar o aparecimento de fissuras oriundas da retração e variação
térmica do concreto, foi colocada uma armadura de aço, consistindo de tela soldada,
20
confeccionada a partir de barras trefiladas em aço com limite de escoamento de
600 MPa, localizada no topo da laje com um cobrimento de, aproximadamente, 20 mm
(FIG. 2.2). A área de aço mínima desta malha, nas duas direções, era de pelo menos
0,1 % da área de concreto acima da fôrma de aço.
FIGURA 2.2 – Armadura de combate à fissuração de retração e variação térmica
2.4 Preparação dos Modelos
Durante a preparação dos modelos para o ensaio, placas de aço #19 x 100 (FIG. 2.4 a
2.6) foram soldadas em pontos das extremidades de cada modelo, de tal forma a simular
a prática construtiva real de se fixar o deck metálico à mesa da viga de aço na qual ela
se apoia.
Todos os modelos foram concretados com o vão do deck metálico apoiado em alguns
pontos igualmente espaçados, de tal forma que a altura total da laje mista permanecesse
praticamente uniforme sobre todo o seu vão. Certamente, isto não é o que acontece nas
instalações de campo, onde o sistema geralmente só é apoiado em suas extremidades
durante o lançamento do concreto. Entretanto, o fato de se obter uma espessura
praticamente uniforme no laboratório, leva a valores ligeiramente conservadores, em
relação à prática, principalmente quando se considera o cisalhamento longitudinal.
21
Antes do lançamento do concreto foi realizado um teste de “slump” para se verificar a
consistência do mesmo. O concreto foi adensado com um vibrador tipo agulha e corpos
de prova cilíndricos (10 cm x 20 cm) foram moldados, de acordo com a ABNT NBR
5738:1984, para ensaios de caracterização do material. Em cada concretagem, 9 (nove)
corpos de prova foram moldados para a verificação da resistência à compressão nas
idades de 7, 14 e 28 dias, além de 6 (seis) corpos de prova, para cada modelo, para
verificação da resistência e determinação do módulo de elasticidade secante.
FIGURA 2.3 – Detalhe da cura do concreto utilizado nos modelos
Todos os modelos foram mantidos úmidos e cobertos com sacos de linhagem até que o
concreto completasse sete dias, quando ocorreu a desforma (FIG. 2.3). Os modelos
foram então curados ao ar até serem ensaiados nas idades constantes na TAB. 2.4. Os
corpos de prova foram desformados sete dias após a sua execução e então curados ao ar.
2.5 Equipamentos de Ensaio e Instrumentação
Para a aplicação da carga nos modelos, foi utilizado um atuador hidráulico fixado em
um pórtico de reação. O acionamento do atuador para a aplicação da carga era feito por
uma bomba. O atuador hidráulico possui linhas de fluxo e retorno de modo que o
movimento do pistão pode ser feito em ambas as direções.
22
Os valores correspondentes à atuação da carga no modelo foram medidos através de um
anel dinamométrico acoplado ao atuador hidráulico com capacidade para 500 kN. O
anel dinamométrico foi calibrado anteriormente, pela Fundação Centro Tecnológico de
Minas Gerais (CETEC), sendo que cada divisão do relógio comparador correspondia a
0,8895 kN.
Um sistema de vigas metálicas foi utilizado para transmitir a carga ao modelo, conforme
ilustram as FIG. 2.4 a 2.6. O peso desse sistema de vigas foi calculado em 3,70 kN. Os
modelos ensaiados ficavam apoiados em blocos de concreto.
FIGURA 2.4 - Esquema de aplicação de carga usado nos modelos
Uma tira de borracha foi colocada na interface entre concreto e viga metálica para
distribuir a carga de maneira uniforme. Com o propósito de eliminar qualquer restrição
longitudinal, foi utilizado um sistema de apoios de rolo e pino, ilustrado na FIG. 2.5.
FIGURA 2.5 - Sistema de apoio nas vigas de reação
Apoio articulado fixo
Apoio articulado móvel
23
O deslizamento relativo longitudinal na interface aço-concreto (end-slip) foi registrado
através de dois relógios comparadores (RC‟s), com precisão de 0,001 mm posicionados
nas extremidades do modelo, conforme mostram as FIG. 2.6 e 2.7. Cada relógio, em um
total de quatro, dois de cada lado, foi fixado em uma cantoneira presa ao concreto da
laje e o deslocamento foi medido em relação a uma chapa soldada na placa de apoio de
aço. Os deslizamentos relativos de extremidade correspondem à média das medidas
lidas nos RC‟s, junto aos apoios móvel e fixo.
A flecha no meio do vão foi registrada por meio de dois transdutores de deslocamentos
(TD‟s), conforme mostra a FIG. 2.6, com precisão de 0,01 mm, simetricamente
dispostos, localizados a 20 cm das bordas longitudinais da laje, e tomadas como a média
dos dois valores lidos.
100 mm
Placa de apoio 19 mm
100 mm
b
1.000 mm
70 mm
L
P
ROLO
PINO
A
A
19 mm
50 mm
50 mm
L
s
L
s
L/2
L/2
ELEVAÇÃO
PLANTA
ROLO
PINO
h
t
b
CORTE A-A
RC
RC
TD
FIGURA 2.6 - Esquema de aplicação de carga
24
FIGURA 2.7 – Detalhe da medição do deslizamento relativo de extremidade
O registro do comportamento da deformação do aço no meio do vão foi feito por meio
de extensômetros elétricos de resistência (EER), fixados na face externa das mesas
superior e inferior da fôrma de aço dos modelos, conforme a FIG.2.8.
FIGURA 2.8 - Localização dos extensômetros elétricos de resistência inferior e superior
2.6 Procedimentos de Ensaio
Depois do alinhamento do modelo no pórtico de carga e reação, os medidores de
deslocamento foram instalados e todas as dimensões pertinentes, tais como largura e
altura total dos modelos, foram medidas nas seções transversais de ambas as
extremidades e no centro do vão.
EER Superior
EER Inferior
25
Após a retirada da pré-carga para acomodação do sistema foram feitas as primeiras
leituras dos deslocamentos e deformações e os ensaios foram iniciados. O carregamento
foi aplicado de forma gradual e crescente até ser atingida a carga última, ou seja, até a
impossibilidade de acréscimo de carga pelo atuador hidráulico, com presença de
grandes deslocamentos.
A carga última do modelo foi definida como o valor máximo da carga atingida pelo
atuador hidráulico no intervalo desde o início do ensaio até o colapso. Porém, desde
que, conforme a EN 1994-1-1:2004, a flecha máxima no meio do vão não exceda L/50.
A evolução dos deslocamentos de extremidade, da flecha e da deformação do aço foi
registrada para todos os incrementos de carga, assim como o processo de fissuração do
concreto também foi monitorado ao longo do ensaio.
2.7 Resultados
A TAB. 2.5 apresenta os resultados dos ensaios para todos os modelos analisados.
TABELA 2.5 - Dados dos modelos e resultados dos ensaios
Modelo
t
(mm)
b
(mm)
h
t
(mm)
d
F
(mm)
L
(mm)
L
s
(mm)
P
u
(N)
P
ua
(N)
pp
laje
(N/mm²)
V
ut
(N)
01A
0,80
856
110
80
2.502
800
32.170
35.870
0,00203
20.109
01B
0,80
859
110
80
2.487
794
33.710
37.410
0,00203
20.873
01C
0,80
857
110
80
2.500
800
32.720
36.420
0,00203
20.385
02A
0,80
861
143
113
2.500
451
57.170
60.870
0,00276
33.405
02B
0,80
856
145
115
2.509
452
56.290
59.990
0,00276
32.959
02C
0,80
858
145
115
2.499
450
63.450
67.150
0,00276
36.534
03A
0,95
860
110
80
2.500
800
39.621
43.321
0,00205
23.864
03B
0,95
861
115
85
2.500
800
39.837
43.537
0,00205
23.975
03C
0,95
858
113
83
2.500
800
36.701
40.401
0,00205
22.399
04A
0,95
860
146
116
2.505
452
68.443
72.1430
0,00278
39.066
04B
0,95
859
143
113
2.499
451
71.354
75.054
0,00278
40.511
04C
0,95
858
143
113
2.500
450
77.508
81.208
0,00278
43.586
26
onde t é a espessura do deck; b é a largura do modelo; h
t
é a altura total do modelo; d
F
é
a altura efetiva da fôrma; L é o vão do modelo; L
s
é o vão de cisalhamento do modelo;
P
u
é a carga máxima aplicada pelo atuador hidráulico durante o ensaio; P
ua
é a carga P
u
acrescida do peso do sistema de vigas de aplicação de carga; pp
laje
é o peso próprio
teórico da laje por unidade de área; V
ut
é a força cortante última, incluindo o peso
próprio do modelo.
A força V
ut
corresponde à reação de apoio total última calculada considerando a carga
P
u
do atuador hidráulico, o peso do sistema de vigas de P
a
= 3,70 kN e o peso próprio
da laje (pp
laje
), conforme indica a Eq. 2.2.
22
)ppb(LPP
P
V
lajeau
ut
ut
(2.2)
A FIG. 2.9 ilustra a condição de carregamento dos ensaios.
V
us
V
ut
P
ut
L‟
L‟
V
ut
(b)
V
us
L
L/2
(a)
V
ut
P
ut
L
s
L
s
V
ut
FIGURA 2.9 - Esquema de carga do ensaio, vão de cisalhamento (L
s
) e diagrama de
força cortante
A TAB. 2.6 a seguir mostra a relação entre o momento fletor último de ensaio (M
ensaio
)
calculado no ponto de aplicação de carga, conforme a Eq. 2.3, e o momento resistente
da laje com interação total ao cisalhamento longitudinal (M
R
), calculado considerando a
plastificação total da seção mista (ver Eq. 5.11). P
des
e P
s
são as cargas correspondentes
27
ao deslizamento de extremidade inicial (0,50 mm) e à flecha de serviço L/350, de
acordo com a ABNT NBR 8800:2008, aplicadas pelo atuador hidráulico,
respectivamente.
TABELA 2.6 – Relação entre o momento fletor último do ensaio e o momento
resistente
Modelo
V
ut
(N)
M
ensaio
(Nmm)
M
R
(Nmm)
M
ensaio
/M
R
P
des
(N)
P
s
(N)
01A
20.109
15.531.013
22.532.629
0,689
16.200
11.787
01B
20.873
16.023.794
22.540.570
0,711
16.230
11.016
01C
20.385
15.751.003
22.535.282
0,699
16.750
13.660
02A
33.405
14.824.181
32.814.498
0,452
43.950
35.471
02B
32.959
14.656.052
33.421.664
0,439
34.480
33.047
02C
36.534
16.200.494
33.426.880
0,485
28.420
33.708
03A
23.864
18.527.400
28.616.096
0,647
20.490
15.312
03B
23.975
18.615.034
30.751.831
0,605
21.810
15.863
03C
22.399
17.356.452
29.881.022
0,581
20.830
14.100
04A
39.066
17.413.642
45.184.085
0,385
32.060
41.639
04B
40.511
18.027.477
43.901.535
0,411
30.250
35.911
04C
43.586
19.372.037
43.896.613
0,441
28.810
37.013
M
ensaio
foi calculado de acordo com a seguinte equação:
2
2
slaje
sutensaio
Lpp
LVM
(2.3)
Os valores de M
R
foram calculados a partir das dimensões reais dos modelos medidas
nos ensaios, dos valores dos materiais obtidos nos ensaios de caracterização e da área
bruta da seção transversal da fôrma metálica, ao invés de uma área efetiva (área menor
por causa da influência das mossas nas almas). A linha neutra plástica se localiza acima
da fôrma metálica em todos os modelos.
28
3
ANÁLISE DOS RESULTADOS E DO COMPORTAMENTO DO
SISTEMA DE LAJES MISTAS
3.1 Considerações Iniciais
O comportamento do sistema de lajes mistas Deck-60 será analisado através dos
resultados e das características das curvas carga x flecha no meio do vão, carga x
deslizamento relativo de extremidade na interface aço-concreto e carga x deformação no
aço. Estas curvas apresentam o comportamento dos modelos durante toda a fase de
carregamento até o colapso.
O Anexo A inclui todos os gráficos referentes aos ensaios realizados. Os gráficos das
curvas carga x deslizamento relativo de extremidade referem-se aos apoios articulados
fixo (af) e móvel (am) e os valores dos deslizamentos correspondem à média das
medidas lidas nos relógios comparadores em cada extremidade fixa ou móvel,
respectivamente.
29
Para os gráficos das curvas carga x flecha no meio do vão, os valores das flechas
correspondem à média das medidas lidas nos dois transdutores de deslocamentos
utilizados para medir os deslocamentos verticais.
Os gráficos das curvas carga x deformação no aço foram obtidos a partir da leitura das
deformações nos EER´s colados sob a fôrma de aço, na seção média da laje mista,
localizados nas extremidades inferior e superior do steel deck, conforme mostrado na
FIG. 2.8.
3.2 Comportamento Carga x Deslizamento Relativo de Extremidade
A FIG. 3.1 mostra as curvas carga x deslizamento relativo de extremidade para os
apoios fixos e móveis dos modelos 01A e 04B, representativas de todos os ensaios para
ilustrar os comentários que serão feitos em seguida.
(a) Modelo 01A
0
5
10
15
20
25
30
35
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5
Carga (kN)
Deslocamento relativo de extremidade (mm)
Apoio Móvel
Apoio Fixo
End Slip
30
(b) Modelo 04B
FIGURA 3.1 - Curvas de carga x deslizamento relativo de extremidade
No início do carregamento, o deslizamento relativo, ilustrado graficamente na FIG. 3.1,
é praticamente inexistente, ocorrendo uma interação completa ao cisalhamento
longitudinal. A aderência química entre o aço e o concreto é o principal fator
responsável por esta situação.
À medida que se aumenta a carga, as primeiras fissuras no concreto aparecem. Quando
a aderência química é quebrada, inicia-se o deslizamento de extremidade e a interação
ao cisalhamento longitudinal passa a ser parcial. Então, a ligação mecânica (mossas e
ancoragem) e o atrito nos apoios são os responsáveis pela resistência ao deslizamento
relativo.
VELJKOVIC‟ (1996) relata que a primeira fissura aparece na fase inicial do
carregamento na região de momento máximo. Nesta região a aderência química é
quebrada. O concreto entre a fissura e a extremidade da laje começa a deslizar sobre a
fôrma; esta parte da laje é mobilizada para a transferência de cisalhamento longitudinal.
-10
0
10
20
30
40
50
60
70
80
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0
Carga (kN)
Deslocamento relativo de extremidade (mm)
Apoio Móvel
Apoio Fixo
End Slip
31
O deslizamento relativo é maior na posição da primeira fissura e reduz em direção à
extremidade da laje. Depois que a aderência química é quebrada no apoio, o
deslizamento relativo existe em toda a parte mobilizada da laje.
Segundo a EN 1994-1-1:2004, a carga de deslizamento de extremidade inicial, P
des
, é
aquela que provoca um deslizamento horizontal relativo de 0,5 mm entre a fôrma de aço
e o concreto, na extremidade do modelo. Os valores dessas cargas para os modelos
ensaiados são apresentados na TAB. 3.1 e comparados com a carga máxima aplicada
pelo atuador hidráulico (P
u
), permitindo-se classificar o material como dúctil ou frágil.
O comportamento é classificado como dúctil se a carga última de colapso exceder a
carga que causa o deslizamento de extremidade inicial em mais de 10%, conforme a
Eq. 3.1.
101,
P
P
des
u
(3.1)
TABELA 3.1 - Relações entre as cargas últimas e cargas de deslizamento de
extremidade inicial
Modelo
Carga última (P
u
)
(N)
Carga deslizamento de
extremidade inicial (P
des
)
(N)
P
u
/P
des
01A
32.170
16.200
1,99
01B
33.710
16.230
2,08
01C
32.720
16.750
1,95
02A
57.170
43.950
1,30
02B
56.290
34.480
1,63
02C
63.450
28.420
2,23
03A
39.621
20.490
1,93
03B
39.837
21.810
1,83
03C
36.701
20.830
1,76
04A
68.443
32.060
2,14
04B
71.354
30.250
2,36
04C
77.508
28.810
2,69
Pode-se observar pela TAB. 3.1 que todos os modelos ensaiados apresentaram
comportamento dúctil.
32
3.3 Comportamento Carga x Flecha no Meio do Vão
As curvas carga x flecha no meio do vão, ilustradas na FIG. 3.2 para os modelos 01A e
04B, são representativas para todos os modelos. São indicadas a flechas admissíveis em
serviço (L/350), conforme a ABNT NBR 8800:2008, e as flechas teóricas da seção
fissurada e não-fissurada. As cargas medidas correspondentes às flechas de serviço, P
s
,
são apresentadas na TAB. 2.6.
(a) Modelo 01A
(b) Modelo 04B
FIGURA 3.2 - Curvas de carga x flecha no meio do vão
0
5.000
10.000
15.000
20.000
25.000
30.000
35.000
0 10 20 30 40 50
Carga (N)
Flecha (mm)
Modelo 01A
Seção não-fissurada
Seção fissurada
Flecha de serviço
0
10.000
20.000
30.000
40.000
50.000
60.000
70.000
80.000
0 5 10 15 20 25 30
Carga (N)
Flecha (mm)
Modelo 04B
Seção não-fissurada
Seção fissurada
Flecha de Serviço
33
L
s
P
u
L
s
L
Na FIG. 3.2 são mostradas as flechas teóricas para os estágios não-fissurado e fissurado,
que foram calculadas de acordo com a Eq. 3.2, tendo-se em vista a FIG. 3.3.
22
43
242
s
c
su
max
LL
IE
LP
(3.2)
O valor de I foi tomado igual a I
cf
, para a seção não-fissurada, ou I
II
, no caso da seção
fissurada, através das Eq. 4.7 e 4.11.
FIGURA 3.3 - Esquema estático de aplicação de carga
Pode-se observar ainda na FIG. 3.2 que, quando a carga foi gradualmente aumentada a
partir do valor zero, dois estágios no comportamento carga x flecha no meio do vão
foram identificados na seção mista: o não-fissurado e o fissurado.
Estágio não-fissurado
Neste estágio nenhuma fissura visível foi observada em qualquer região do modelo, e a
seção permaneceu com interação total até a fissura inicial no concreto. É possível que
fissuras extremamente fina (micro fissuras) tenham sido formadas dentro da região de
momento constante antes do aparecimento da fissura inicial. Contudo, elas não foram
visíveis nas extremidades dos modelos.
Estágio fissurado
O estágio fissurado é identificado pela primeira mudança significativa na rigidez inicial
de cada modelo, que ocorre com o aparecimento da fissura inicial (a curva carga x
34
flecha deixa de ser linearmente proporcional). Sem a presença dos mecanismos de
transferência de cisalhamento (mossas e atrito), os modelos não seriam capazes de
suportar carga considerável além desse estágio de carregamento. Contudo, como pode
ser observado nessas curvas, um aumento nas cargas além do estágio da fissura inicial
foi possível até que ocorresse o colapso dos modelos.
De acordo com a EN 1994-1-1:2004, se a flecha no meio do vão, correspondente à
carga máxima, exceder L/50, então a carga máxima de colapso deverá ser tomada como
aquela que provoca a flecha L/50.
3.4 Comportamento Carga x Deformação no Aço
As curvas dos modelos 01A e 04B, representativas do comportamento carga x
deformação no aço, são mostradas na FIG. 3.4. O valor negativo de deformação
significa tração e o valor positivo compressão.
(a) Modelo 01A
35
(b) Modelo 04B
FIGURA 3.4 - Curvas de carga x deformação no aço
Durante o estágio não-fissurado, a fôrma de aço estava completamente tracionada, tanto
na mesa superior quanto na mesa inferior, correspondendo a uma interação completa
entra a fôrma e o concreto e indicando a existência de uma única linha neutra, acima da
fôrma de aço, passando pela mesa de concreto. No estágio fissurado, a parte superior da
fôrma tende a se tornar comprimida: formam-se duas linhas neutras na seção mista,
caracterizando um comportamento de interação parcial entre a fôrma e o concreto. A
deformação
e
, correspondente ao início de escoamento do aço, para cada espessura de
fôrma, foi calculada utilizando-se os dados da TAB. 2.3 e a Eq. 3.3.
eae
E
(3.3)
onde,
e
é a tensão correspondente à resistência ao escoamento do aço da fôrma; E
a
é o
módulo de elasticidade nominal do aço.
Desta maneira, para a espessura do deck t = 0,80 mm, a deformação correspondente ao
início do escoamento é igual a 1659 x 10
-6
mm/mm e para t = 0,95 mm, o valor é
1902 x 10
-6
mm/mm.
36
Analisando-se os valores das deformações apresentadas nos gráficos das FIG. A.25 a
A.36, contidos no Anexo A, pode-se observar que a mesa inferior da fôrma de aço
alcançou sua resistência ao escoamento em seis casos, a saber: modelos 01A, 01B, 01C,
03A, 03B e 03C, todos com vão de cisalhamento igual 800 mm. Portanto, duas
condições diferentes de tensão no aço foram encontradas, isto é, quando não houve
escoamento em nenhuma parte da fôrma e quando houve escoamento somente na mesa
inferior da fôrma de aço, que corresponde aos ensaios com vão de cisalhamento igual a
800 mm.
O escoamento total da fôrma de aço não foi observado em nenhum dos modelos
ensaiados. Desta maneira, baseado nestas evidências experimentais, o colapso deste
sistema misto pode ou não ser precedido pelo escoamento da fôrma de aço, fenômeno
que foi observado também por SCHUSTER (1984) e MELO (1999).
Ao longo dos ensaios de todos os modelos, não foi detectada qualquer deformação que
caracterizasse o fenômeno de flambagem local na mesa superior da fôrma de aço.
3.5 Modo de Colapso
A descrição do modo de colapso desse sistema de laje mista apresentada a seguir é
fundamentada nos comentários e nas discussões feitos durante a análise dos
comportamentos carga x deslizamento relativo de extremidade, carga x flecha no meio
do vão e carga x deformação no aço, apresentados nas seções anteriores. As análises
destes comportamentos permitiram uma melhor compreensão do modo de colapso
alcançado pelo sistema misto nos ensaios de laboratório realizados.
Foi observado somente um único modo de colapso para todos os modelos ensaiados, o
colapso por cisalhamento longitudinal (shear bond). Este estado limite último é
caracterizado pela falha, por cisalhamento, da ligação entre as mossas da fôrma de aço e
o concreto, fazendo com que o concreto da região do vão de cisalhamento, L
s
, perca sua
ação composta com a fôrma de aço. Esta falha é indicada por um deslizamento
37
horizontal relativo elevado entre a fôrma de aço e o concreto na extremidade do modelo
(deslizamento relativo de extremidade), conforme mostra a FIG.3.5.
FIGURA 3.5 - Detalhe do deslocamento horizontal relativo entre a fôrma de aço e o
concreto (end-slip)
Durante os ensaios observou-se, também, que este modo de colapso apresenta uma
intensa fissuração do concreto na região entre os pontos de aplicação de carga. As
fissuras ocorriam em determinados passos de carga, eram igualmente espaçadas,
simetricamente dispostas e suas aberturas aumentavam gradativamente com o acréscimo
do carregamento (FIG. 3.6). Observou-se também, no instante do colapso, a ocorrência
de uma fissura maior, sob ou próximo às linhas de carga, conforme mostra a FIG. 3.7.
FIGURA 3.6 – Ocorrência de fissuras simetricamente dispostas e igualmente espaçadas
38
FIGURA 3.7 – Detalhe da fissura sob uma das linhas de carga no colapso
Apesar do concreto na região do vão de cisalhamento, L
s
, perder sua ação composta
com a fôrma de aço, em nenhum instante o concreto desta região separou-se
completamente da fôrma, ou seja, o mecanismo de transferência de cisalhamento
(mossas), mesmo após a carga máxima ter sido alcançada, evitou que o sistema fosse
completamente desfeito, conforme mostra a FIG. 3.8.
FIGURA 3.8 – Seção transversal da extremidade do modelo após colapso
A caracterização do colapso por cisalhamento longitudinal (shear bond) do sistema de
laje mista Deck-60 é similar a de outros sistemas do tipo steel deck com mossas, como
relatado em SCHUSTER (1984), MELO (1999), BRENDOLAN (2007) e outros
pesquisadores.
39
4
PROPOSTAS PARA O CÁLCULO DO MOMENTO DE
INÉRCIA EFETIVO EM LAJES MISTAS
4.1 Considerações Iniciais
O comportamento do sistema de lajes mistas tem sido analisado através das
características das curvas carga x flecha no meio do vão, carga x deslizamento relativo
de extremidade na interface aço-concreto e carga x deformação no aço da fôrma
metálica incorporada. Essas curvas, obtidas dos resultados de ensaios de modelos de
lajes mistas simplesmente apoiadas submetidas à flexão, permitem analisar o
comportamento dos modelos, após a cura do concreto, durante toda a fase de
carregamento até o colapso.
Especificamente, as curvas carga x flecha no meio do vão permitem identificar a
existência de dois estágios no comportamento das lajes mista. Como já dito
anteriormente, no estágio não-fissurado ocorre à interação completa entre o aço e o
concreto, caracterizando um comportamento praticamente linear da curva. No estágio
fissurado ocorre a mudança de rigidez causada pela fissuração do concreto, levando a
40
um comportamento não-linear da curva, indicando a interação parcial entre o aço e o
concreto. Também a curva carga x flecha no meio do vão permite classificar o
comportamento do sistema misto como dúctil ou frágil.
Visando o cálculo das flechas as normas técnicas, em geral, recomendam que o
momento de inércia efetivo da seção mista (I
lm
) seja dado pela média dos momentos de
inércia das seções não-fissurada (I
cf
) e fissurada (I
II
). Entretanto, investigações
experimentais têm mostrado que esse procedimento não representa adequadamente o
comportamento das lajes mistas, levando a estimativas não conservadoras das flechas,
principalmente quando submetidas a carregamentos mais elevados. Utilizando-se os
resultados dos ensaios, o objetivo, nesse capítulo, é apresentar propostas para a
determinação do momento de inércia efetivo em laje mista, que represente,
adequadamente, o comportamento durante toda a fase de carregamento.
4.2 Estado-Limite de Serviço
A ABNT NBR 8800:2008 estabelece que a flecha máxima em situação de serviço,
considerando-se a etapa após a cura do concreto, não pode exceder L
F
/350 considerando
apenas o efeito das ações variáveis, onde o L
F
é vão teórico da laje na direção das
nervuras.
De acordo com a EN 1994-1-1:2004 existem duas condições para os vãos das lajes
mistas: vãos interno e externo. A laje mista contínua observada na FIG. 4.1, mostra que
os vãos BC e CD são definidos como vãos internos e os vãos AB e DE como vãos
externos. Uma laje mista simplesmente apoiada, neste contexto, é considerada como
uma laje de vão externo.
41
FIGURA 4.1 - Laje mista contínua
Para o caso das lajes de vão interno o cálculo da flecha deve ser feito por processo
elástico, sendo que o momento de inércia efetivo da seção mista, I
lm
, pode ser tomado
como a média dos momentos de inércia da seção não-fissurada, I
cf
, e da seção fissurada,
I
II
.
Por exemplo, no caso do vão interno de uma laje mista submetida a uma carga
uniformemente distribuída, a flecha pode ser determinada através da equação:
lmcs
F
max
IE
Lw
384
4
(4.1)
onde, w é a sobrecarga; L
F
o vão da laje mista e E
cs
o módulo de elasticidade secante do
concreto.
Para vãos externos o deslizamento relativo de extremidade pode ter um efeito
significativo sobre a flecha. Em geral, nenhuma consideração sobre este deslizamento
precisa ser feita se a carga de deslizamento de extremidade inicial (P
des
) excede em 1,2 a
carga de serviço (P
s
), e não é necessário calcular a flecha. De outro modo, quando P
des
for menor do que 1,2P
s
devem ser utilizadas ancoragens de extremidade e pode-se
omitir o cálculo da flecha. Alternativamente as flechas devem ser calculadas incluindo-
se o efeito do deslizamento relativo de extremidade.
A TAB. 4.1, mostra as relações entre as cargas de deslizamento de extremidade inicial e
as cargas de serviço para os modelos ensaiados do Deck-60.
w
A
B
C
D
E
42
TABELA 4.1 - Relações entre as cargas de deslizamento de extremidade inicial e cargas
de serviço
Modelo
Carga deslizamento de
extremidade inicial (P
des
)
(N)
Carga de serviço (P
s
)
(N)
S
des
P
P
01A
16.200
11.787
1,4
01B
16.230
11.016
1,5
01C
16.750
13.660
1,2
02A
43.950
35.471
1,2
02B
34.480
33.047
1,0
02C
28.420
33.708
0,8
03A
20.490
15.312
1,3
03B
21.810
15.863
1,4
03C
20.830
14.100
1,5
04A
32.060
41.640
0,8
04B
30.250
35.911
0,8
04C
28.810
37.016
0,8
A seguir serão apresentadas as expressões para cálculo das propriedades da seção mista
para determinação das flechas.
4.2.1 Momento de Inércia da Seção não-fissurada da Laje Mista (I
cf
)
Considere-se o módulo típico da seção transversal da laje mista mostrada na FIG. 4.2,
onde a distância y
cf
indica a posição da linha neutra (LN) da seção não-fissurada. A
região do concreto abaixo da LN está tracionada e, neste caso, não será desprezada no
cálculo das propriedades geométricas.
FIGURA 4.2 – Módulo típico da seção transversal da laje mista
b
1
b
b
b
1
b
2
t
c
h
F
h
t
y
T
y
cf
ou y
II
d
F
y
F
LN
CG
T
CG
F
b
n
43
No cálculo do momento de inércia desta seção não-fissurada, deve-se considerar a
forma trapezoidal da alma através das equações:
F
b
T
h
bb
A
2
2
(4.2)
1
1
43
6 bb
bbh
y
b
bF
T
(4.3)
2
1
3
1
2
3
318212
F
TFF
FF
TFb
Fb
T
h
yhhb
hbh
yhb
hb
I
(4.4)
onde A
T
é a área da seção trapezoidal da alma; y
T
é a distância do centro de gravidade
da seção trapezoidal à extremidade inferior da seção transversal e I
T
é o momento de
inércia da seção trapezoidal em relação ao seu centro de gravidade (CG
T
), sendo b
1
, b
2
e
b
b
as dimensões indicadas na FIG.4.2.
No cálculo das propriedades da seção mista, deve-se transformar a área de aço em uma
área de concreto equivalente utilizando-se a seguinte relação modular:
cs
a
e
E
E
(4.5)
onde E
a
é o módulo de elasticidade do aço; E
cs
é o módulo de elasticidade secante do
concreto.
A posição da LN da seção mista, y
cf
, medida a partir da extremidade superior da seção
transversal é dada por:
F,efeF
b
nc
FF,efeTtF
bc
n
cf
'Ah
bb
bt
d'A)y(hh
bbt
b
y
2
22
2
2
2
(4.6)
44
onde b
n
e h
t
são indicados na FIG.4.2 e d
F
= h
t
- y
F
, A’
F,ef
é a área efetiva do módulo
típico da fôrma e t
c
é a altura de concreto acima da mesa superior da fôrma metálica.
Logo, o momento de inércia da seção não-fissurada, I
cf
, é dado pela seguinte expressão:
22
2
3
212
)y(dA'I')yy(hAI
t
ytb
tb
nI
cfFF,efesfeTcftTT
c
cfcn
cn
cf
(4.7)
onde n é o número de módulos típicos da fôrma metálica; I’
sf
é momento de inércia do
módulo típico da fôrma metálica, calculado com f
d
= 0,6 f
y
.
4.2.2 Momento de Inércia da Seção fissurada da Laje Mista (I
II
)
Para o cálculo das propriedades geométricas da seção transversal fissurada do módulo
típico, deve-se utilizar novamente a FIG. 4.2 substituindo-se y
cf
por y
II
que define a
posição da LN da seção fissurada. Neste caso, a região do concreto situada abaixo da
LN, região tracionada, será desprezada no cálculo.
A posição da LN da seção mista fissurada, y
II
, medida a partir da extremidade superior
da seção transversal pode ser obtida a partir das Eq.(4.8) e (4.10), a seguir,
considerando-se a relação modular dada pela Eq.(4.5) e observando-se a posição da LN
em relação à altura da laje de concreto (t
c
).
Para y
II
t
c
FeeeII
dy
2
2
2
(4.8)
sendo:
Fn
F,ef
db
'A
(4.9)
45
Para y
II
> t
c
y
II
= t
c
(4.10)
O momento de inércia da seção fissurada da laje mista, I
II
, é dado pela seguinte
expressão:
2
3
3
)y(dA'I'
yb
nI
IIFF,efesfe
IIn
II
(4.11)
onde n é o número de módulos da fôrma metálica.
4.3 Métodos para Cálculo do Momento de Inércia Efetivo em Lajes
Mistas de Aço e Concreto (I
lm
)
As normas e literatura técnicas têm adotado vários métodos para o cálculo do momento
de inércia efetivo em lajes mistas (I
lm
) após a fissuração do concreto, conforme se
apresenta sucintamente a seguir.
4.3.1 Média Simples
Diversos autores como SCHUSTER (1984) e JOHNSON (1994) e diversas normas
técnicas como ANSI/ASCE 3-91:1992 e CSSBI S3:2008, recomendam que o cálculo
das flechas em serviço seja feito utilizando-se o momento de inércia efetivo da seção
mista (I
lm
) dado pela média simples (I
med
) das inércias das seções não-fissurada, I
cf
, e
fissurada, I
II
.
2
IIcf
medlm
II
II
(4.12)
46
Segundo TENHOVUORI (1996), o uso deste critério resulta em rigidezes elevadas
levando a valores não conservadores das flechas máximas em serviço (L
F
/350), como
mostram os gráficos da FIG. 4.3, dos modelos 01A e 04B representativo dos demais.
(a) Modelo 01A – t = 0,80 mm
(b) Modelo 04B - t = 0,95 mm
FIGURA 4.3- Curvas carga x flecha no meio do vão
0
5.000
10.000
15.000
20.000
25.000
30.000
35.000
0 10 20 30 40 50
Carga (N)
Flecha (mm)
Modelo 01A
Seção não-fissurada
Seção fissurada
Seção mista efetiva
Flecha de serviço
0
10.000
20.000
30.000
40.000
50.000
60.000
70.000
80.000
0 5 10 15 20 25 30
Carga (N)
Flecha (mm)
Modelo 04B
Seção não-fissurada
Seção fissurada
Seção mista efetiva
Flecha de serviço
47
4.3.2 TENHOVUORI (1996) apud SOUZA NETO (2001)
TENHOVUORI (1996) sugere empregar a formulação de D. E. Branson para estruturas
de concreto armado no cálculo do momento de inércia efetivo da seção da laje mista.
cf
a
r
II
a
r
cflm
I
M
M
I
M
M
II
33
1
(4.13)
onde I
lm
é o momento de inércia efetivo da seção mista; M
r
é o momento de fissuração
da laje mista e M
a
é o momento fletor atuante para o cálculo da flecha.
Para o cálculo do momento de fissuração (M
r
), deve ser seguido o procedimento
adotado pela ABNT NBR 6118:2003, conforme Eq. (4.14) a seguir:
t
cfct
y
If
M
r
(4.14)
onde α é o fator que correlaciona, aproximadamente, a resistência do concreto à tração
na flexão com a resistência à tração direta (α = 1,2 para seções T ou duplo T e α = 1,5
para seções retangulares); y
t
é a distância do centro de gravidade da seção à fibra mais
tracionada; I
cf
é o momento de inércia da seção não-fissurada e f
ct
é a resistência à tração
direta do concreto, calculada considerando o estado limite de deformação excessiva,
conforme a Eq.(4.15).
32
30
/
ckct
f,ff
ct,m
(4.15)
4.3.3 SOUZA NETO (2001)
SOUZA NETO (2001) afirma que, mesmo com uso da formulação de Branson, os
valores da rigidez I
lm
permanecem elevados em comparação com valores reais obtidos
48
nos ensaios. Dessa forma, sugere a correção dos valores de I
lm
ajustando a fórmula de
Branson conforme as Eq. (4.16) e (4.17) a seguir:
Para as lajes sem ancoragem de extremidade:
cf
a
rII
a
r
cflm
I
M
MI
M
M
II
33
1
20
(4.16)
Para as lajes com ancoragem de extremidade:
cf
a
rII
a
r
cflm
I
M
MI
M
M
II
33
1
4
(4.17)
4.3.4 ANSI/ASCE 3-91:1992
O ANSI/ASCE 3-91:1992 adota o método proposto por LAMPORT e PORTER (1990),
onde o momento de inércia efetivo é dado por:
Para M
a
< M
r
:
cflm
II
(4.18)
Para M
a
M
r
; h
F
= 38 mm e 50 mm:
cf
,
a
r
D
,
a
r
cflm
I
M
M
I
M
M
II
550550
1
(4.19)
Para h
F
= 76 mm:
cf
,
a
r
D
,
a
r
cflm
I
M
M
I
M
M
II
3131
1
(4.20)
49
onde I
D
é o momento de inércia somente da fôrma metálica, calculado em relação a LN
da seção mista fissurada.
O coeficiente de redução da rigidez, α, pode ser obtido conforme a TAB. 4.2, em função
da altura da fôrma h
F
e da altura de concreto, t
c
, variando de 86 mm t
c
130 mm.
TABELA 4.2 – Coeficiente de redução da rigidez (α)
h
F
(mm)
α
38
1,0
50
2,0 – 0,293 t
c
* 1,0
76
1,536 – 0,185 t
c
* 1,0
*t
c
deverá ser utilizado em polegadas
Para valores t
c
> 130 mm os autores recomendam que o valor de α seja determinado
usando t
c
= 130 mm. Para altura da laje com t
c
< 86 mm, os autores sugerem o valor de
α = 1,0.
4.3.4 EN 1994-1-1:2004
Segundo a EN 1992-1-1:2004 apud EN 1994-1-1:2004, para elementos estruturais de
concreto armado submetidos principalmente à flexão, o comportamento pode ser
adequadamente previsto utilizando-se a Eq.(4.21).
III
( 1
(4.21)
onde α é o parâmetro da deformação a ser considerada, por exemplo, uma tensão, uma
curvatura ou uma rotação. Neste caso, α deve ser tomado como o momento de inércia
efetivo, I
lm
; α
I
e α
II
são os valores do momento de inércia da seção não-fissurada e
fissurada, respectivamente I
cf
e I
II
; ζ é um coeficiente de distribuição dado pela
Eq. (4.22).
2
1
a
r
M
M
(4.22)
50
onde ζ = 0 para seções não-fissuradas;
é um coeficiente que considera a influência da
duração do carregamento ou do carregamento repetido na tensão média igual a 1,0 para
um único carregamento a curto prazo e igual a 0,5 para cargas sustentadas ou
repetitivas; M
r
é o momento de fissuração e M
a
é o momento fletor atuante.
Então, fazendo-se as devidas considerações e substituindo-se os termos nas Eq. (4.21) e
(4.22), pode-se obter a equação do momento de inércia efetivo da seção mista não-
fissurada, Eq. (4.23) e a equação do momento de inércia efetivo da seção mista
fissurada, Eq. (4.24).
Para ζ = 0 e M
a
< M
r
:
cflm
II
(4.23)
Para M
a
M
r
:
cf
a
r
II
a
r
cflm
I
M
M
I
M
M
II
22
1
(4.24)
4.3.5 Equações Propostas neste Trabalho
As evidências experimentais têm mostrado que a contribuição da rigidez da seção
fissurada no cálculo do momento de inércia efetivo ainda é superestimada em todas as
formulações apresentadas, com exceção da proposta de SOUZA NETO (2001), que
reduz a contribuição da seção fissurada. Com base nesta constatação e tendo em vista as
formulações anteriores, apresentam-se neste trabalho três propostas para o cálculo do
momento de inércia efetivo em lajes mistas (I
lm
), visando aproximar melhor os
resultados teóricos dos resultados experimentais.
Proposta 1: Neste caso desconsidera-se completamente a contribuição da seção
fissurada quando M
a
M
r
, adotando-se a Eq.(4.25).
51
cf
a
r
cflm
I
M
M
II
2
(4.25)
Proposta 2: Neste caso considera-se, de forma reduzida, a contribuição da seção
fissurada quando M
a
M
r
, adotando-se a Eq.(4.26).
cf
a
rII
a
r
cflm
I
M
MI
M
M
II
22
1
10
(4.26)
Proposta 3: Caso em que se considera apenas a contribuição da seção fissurada quando
M
a
M
r
, e a média simples do momento de inércia da seção mista quando M
a
< M
r
,
adotando-se a Eq.(4.27).
med
a
r
IIlm
I
M
M
II
2
(4.27)
Para as propostas 1 e 2, na determinação do momento de fissuração, M
r
, dado pela Eq.
(4.14), deve ser usado f
ct
no estado-limite de formação de fissura, ou seja, f
ct
= 0,7 f
ct,m
,
onde f
ct,m
é dado pela Eq.(4.15). Para a proposta 3, no cálculo de M
r
deve ser
considerado o estado-limite de deformação excessiva, onde f
ct
= f
ct,m
.
4.4 Análises comparativas utilizando a fôrma metálica Deck-60
Com o objetivo de se analisar comparativamente as diversas formulações e propostas
apresentadas, são utilizados os resultados dos ensaios do Deck-60. As FIG. 4.4 e 4.5
apresentam a variação do momento de inércia efetivo da seção mista, (I
lm
/I
cf
), em função
do momento fletor atuante, (M
a
/M
r
), para os modelos 01A e 04B que são
representativos dos demais modelos ensaiados apresentados no Anexo B. As curvas
representam a variação do momento de inércia efetivo da seção mista durante toda a
fase de carregamento dos ensaios, sendo que a relação I
lm
/I
cf
(modelo) representa o
momento de inércia efetivo real obtido nos ensaios.
52
FIGURA 4.4 – Variação do momento de inércia efetivo da seção mista do modelo 01A
FIGURA 4.5 – Variação do momento de inércia efetivo da seção mista do modelo 04B
Analisando-se os gráficos das FIG. 4.4 e 4.5 observa-se que as formulações que
envolvem a média simples das inércias das seções não-fissurada e fissurada,
TENHOVUORI (1996), ANSI/ASCE 3-91:1992 e a EN 1994-1-1:2004 fornecem
rigidezes elevadas, principalmente após a fissuração do concreto. Já a formulação
sugerida por SOUZA NETO (2001) é inicialmente rígida, mas torna o sistema estrutural
flexível no estágio fissurado. As propostas 1 e 2 deste trabalho, representam mais
0,00
0,20
0,40
0,60
0,80
1,00
1,20
0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50
I
lm
/I
cf
M
a
/M
r
Ilm/Icf (Modelo 01A)
Ilm/Icf (Média)
Ilm/Icf (Tenhovuori)
Ilm/Icf (ANSI/ASCE)
Ilm/Icf (EUROCODE)
Ilm/Icf (Souza Neto)
Ilm/Icf (Proposta 1)
Ilm/Icf (Proposta 2)
Ilm/Icf (Proposta 3)
0,00
0,20
0,40
0,60
0,80
1,00
1,20
0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00
I
lm
/I
cf
M
a
/M
r
Ilm/Icf (Modelo 04B)
Ilm/Icf (Média)
Ilm/Icf (Tenhovuori)
Ilm/Icf (ANSI/ASCE)
Ilm/Icf (EUROCODE)
Ilm/Icf (Souza Neto)
Ilm/Icf (Proposta 1)
Ilm/Icf (Proposta 2)
Ilm/Icf (Proposta 3)
53
adequadamente a rigidez da laje mista durante todo o processo de carregamento. Os
resultados obtidos pela proposta 3 representa adequadamente a rigidez da laje mista
após a fissuração do concreto, e se mostra conservadora na fase antes da fissuração.
As FIG. 4.6 e 4.7 apresentam a curva carga x flecha no meio do vão para os modelos
01A e 04B que são representativos dos demais modelos ensaiados apresentados no
Anexo B. Utilizando-se o momento de inércia efetivo da seção mista de cada
formulação apresentada para o cálculo das flechas durante toda a fase de carregamento.
FIGURA 4.6 – Curva carga x flecha no meio do vão do modelo 01A
FIGURA 4.7 – Curva carga x flecha no meio do vão do modelo 04B
0
5.000
10.000
15.000
20.000
25.000
30.000
35.000
0 40 80 120 160
Carga (N)
Flecha (mm)
Modelo 01A
Média
Tenhovuori
ANSI/ASCE
EUROCODE
Souza Neto
Proposta 1
Proposta 2
Proposta 3
Flecha de serviço
0
10.000
20.000
30.000
40.000
50.000
60.000
70.000
80.000
0 10 20 30 40 50 60
Carga (N)
Flecha (mm)
Modelo 04B
Média
Tenhovuori
ANSI/ASCE
EUROCODE
Souza Neto
Proposta 1
Proposta 2
Proposta 3
Flecha de serviço
54
Da mesma forma, analisando-se os gráficos das FIG. 4.6 e 4.7, observa-se que as
formulações que envolvem a média simples das inércias das seções não-fissurada e
fissurada, TENHOVUORI (1996), ANSI/ASCE 3-91:1992 e a EN 1994-1-1:2004
levam a estruturas mais rígidas quando comparadas com os resultados dos ensaios,
apresentando flechas menores, portanto contra segurança, principalmente após a
fissuração do concreto. Já as formulações sugeridas por SOUZA NETO (2001) e pelas
propostas 1e 3 são adequadas para a fase antes da fissuração, mas tornam o sistema
estrutural flexível no estágio fissurado, apresentando flechas elevadas. A proposta 2
deste trabalho representa mais adequadamente o comportamento carga x flecha no meio
do vão durante todo o processo de carregamento. Considerando-se a flecha máxima em
serviço (L
F
/350), conforme ABNT NBR 8800:2008, as propostas 1, 2 e 3 fornecem uma
excelente correlação com os resultados obtidos nos ensaios.
4.5 Aplicações nos Sistemas Steel Deck MF-75 e MF-50
Conforme mencionado anteriormente, a partir de 1996, o Programa de Pós-Graduação
em Engenharia de Estruturas da UFMG tem estudado, dentro da linha de pesquisa de
Estruturas de Materiais Conjugados, sistemas de lajes mistas de aço e concreto. O
sistema steel deck MF-75 foi estudado por MELO C. B. F. (1999) e
SOUZA NETO A. S. (2001), o sistema steel deck MF-50 foi estudado por
BRENDOLAN (2007) e, ARAUJO G. S. (2008) estudou o sistema Deck-60. As
propostas 1, 2 e 3 deste trabalho foram formuladas com base nos resultados obtidos para
o Deck-60 e foram aplicadas aos sistemas MF-75 e MF-50 visando à generalização das
propostas. Para isto, serão apresentadas, de forma sucinta, as características geométricas
dos modelos utilizados nos ensaios dos sistemas MF-75 e MF-50.
4.5.1 Fôrma Metálica Steel Deck MF-75
A seção transversal típica do perfil do steel deck MF-75 utilizado nos ensaios é
mostrada na FIG.4.8. As propriedades geométricas da fôrma metálica considerando as
espessuras de 0,80 mm e 1,25 mm são apresentadas na TAB. 4.3.
55
FIGURA 4.8 - Seção transversal típica do Steel Deck MF-75
TABELA 4.3 – Propriedades geométricas do Steel Deck MF-75
t
(mm)
t
e
(mm)
b
(mm)
h
F
(mm)
A
F,ef
(mm
2
)
pp
F
(kg/m
2
)
y
cg
(mm)
I
sf
(mm
4
)
0,80
0,76
820,00
75,00
912,00
7,59
37,49
834.053,16
1,25
1,21
820,00
75,00
1452,00
11,86
37,72
1.366.727,62
As fôrmas foram fabricadas com o aço galvanizado ZAR 280 com tensão limite de
escoamento, f
y
, de 280 MPa e limite de ruptura, f
u
, de 380 MPa. Para o concreto
utilizado na confecção de todos os modelos foi especificada uma resistência
característica à compressão, f
ck
, igual a 20 MPa. Doze modelos foram ensaiados, sendo
6 com espessura de 0,80 mm e 6 com espessura de 1,25 mm. A TAB. 4.4 a seguir,
fornece as características nominais de cada modelo e a identificação adotada no
programa de ensaios.
TABELA 4.4 – Características nominais dos modelos ensaiados
Modelo
Espessura do
deck (t)
(mm)
Largura do
modelo (b)
(mm)
Vão do
modelo (L)
(mm)
Altura total
do modelo(h
t
)
(mm)
Vão de
cisalhamento
(L
s
)
(mm)
1M
0,80
820
1.800
130
450
2M
0,80
820
1.800
140
600
3M
0,80
820
1.800
150
300
4M
0,80
820
1.800
170
300
5M
0,80
820
3.600
180
900
6M
0,80
820
3.600
190
1.500
7M
1,25
820
1.800
130
450
8M
1,25
820
1.800
140
600
9M
1,25
820
1.800
150
300
10M
1,25
820
1.800
170
300
11M
1,25
820
3.600
180
900
12M
1,25
820
3.600
190
1.500
56
4.5.2 Fôrma Metálica Steel Deck MF-50
A seção transversal típica do perfil do steel deck MF-50 utilizado nos ensaios é
mostrada na FIG.4.9. As propriedades geométricas da fôrma metálica considerando as
espessuras de 0,80 mm e 1,25 mm são apresentadas na TAB. 4.5.
FIGURA 4.9 - Seção transversal típica do Steel Deck MF-50
TABELA 4.5 – Propriedades geométricas do Steel Deck MF-50
t
(mm)
t
e
(mm)
b
(mm)
h
F
(mm)
A
F,ef
(mm
2
)
pp
F
(kg/m
2
)
y
cg
(mm)
I
sf
(mm
4
)
0,80
0,76
915,00
50,00
912,00
7,68
26,13
411.218,39
1,25
1,21
915,00
50,00
1452,00
12,00
26,36
719.649,33
Para a fabricação das fôrmas empregou-se o aço galvanizado ZAR 280 com tensão
limite de escoamento, f
y
, de 280 MPa e limite de ruptura, f
u
, de 380 MPa. Para o
concreto utilizado na confecção de todos os modelos foi especificada uma resistência
característica à compressão, f
ck
, igual a 20 MPa. Dezesseis modelos foram ensaiados,
sendo oito com espessura de 0,80 mm e oito com espessura de 1,25 mm. A TAB. 4.6 a
seguir, fornece as características nominais de cada modelo e a identificação adotada no
programa de ensaios.
57
TABELA 4.6 – Características nominais dos modelos ensaiados
Modelo
Espessura
do deck (t)
(mm)
Largura do
modelo (b)
(mm)
Vão do
modelo (L)
(mm)
Altura total
do
modelo(h
t
)
(mm)
Vão de
cisalhamento
(L
s
)
(mm)
1A
0,80
915
1.800
100
450
2A
0,80
915
1.800
100
450
3A
0,80
915
1.800
100
450
4B
0,80
915
1.800
120
600
5C
0,80
915
1.800
140
600
6D
0,80
915
3.600
160
900
7D
0,80
915
3.600
160
900
8D
0,80
915
3.600
160
900
9E
1,25
915
1.800
100
450
10E
1,25
915
1.800
100
450
11E
1,25
915
1.800
100
450
12F
1,25
915
1.800
120
600
13G
1,25
915
1.800
140
600
14H
1,25
915
3.600
160
900
15H
1,25
915
3.600
160
900
16H
1,25
915
3.600
160
900
4.5.3 Análises Comparativas aplicadas aos Steel Decks MF-75 e MF-50
Com o objetivo de generalizar as propostas 1, 2 e 3 deste trabalho, foram analisadas
comparativamente as diversas formulações apresentadas. As FIG. 4.10 e 4.11
apresentam a variação do momento de inércia efetivo da seção mista, (I
lm
/I
cf
), em função
do momento fletor atuante, (M
a
/M
r
), para os modelos 8M e 12F, referentes ao MF-75 e
MF-50 respectivamente, que são representativos dos demais modelos ensaiados com
espessura de 1,25 mm. As curvas representam a variação do momento de inércia efetivo
da seção mista durante toda a fase de carregamento dos ensaios, sendo que a relação
I
lm
/I
c
(modelo) representa o momento de inércia efetivo real obtido nos ensaios.
58
FIGURA 4.10 – Variação do momento de inércia efetivo da seção mista do modelo 8M
FIGURA 4.11 – Variação do momento de inércia efetivo da seção mista do modelo 12F
Analisando-se os gráficos das FIG. 4.10 e 4.11 observa-se que os resultados são
análogos àqueles obtidos para o Deck-60, ou seja, as formulações que envolvem a
média simples das inércias das seções não-fissurada e fissurada,
TENHOVUORI (1996), ANSI/ASCE 3-91:1992 e a EN 1994-1-1:2004 fornecem
rigidezes elevadas principalmente após a fissuração do concreto. As formulações
sugeridas por SOUZA NETO (2001) e pelas propostas 1, 2 e 3 deste trabalho
0,00
0,20
0,40
0,60
0,80
1,00
1,20
0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50
I
lm
/I
cf
M
a
/M
r
Ilm/Icf (Modelo 8M)
Ilm/Icf (Média)
Ilm/Icf (Tenhovuori)
Ilm/Icf (ANSI/ASCE)
Ilm/Icf (EUROCODE)
Ilm/Icf (Souza Neto)
Ilm/Icf (Proposta 1)
Ilm/Icf (Proposta 2)
Ilm/Icf (Proposta 3)
0,00
0,20
0,40
0,60
0,80
1,00
1,20
0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00
I
lm
/I
cf
M
a
/M
r
Ilm/Icf (Modelo 12F)
Ilm/Icf (Média)
Ilm/Icf (Tenhovuori)
Ilm/Icf (ANSI/ASCE)
Ilm/Icf (EUROCODE)
Ilm/Icf (Souza Neto)
Ilm/Icf (Proposta 1)
Ilm/Icf (Proposta 2)
Ilm/Icf (Proposta 3)
59
representam mais adequadamente a rigidez da laje mista durante todo o processo de
carregamento.
As FIG. 4.12 e 4.13 apresentam a curva carga x flecha no meio do vão para os modelos
8M (MF-75) e 12F (MF-50), utilizando-se o momento de inércia efetivo da seção mista
de cada formulação apresentada para o cálculo das flechas durante toda a fase de
carregamento.
FIGURA 4.12 – Curva carga x flecha no meio do vão do modelo 8M
FIGURA 4.13 – Curva carga x flecha no meio do vão do modelo 12F
0,00
10.000,00
20.000,00
30.000,00
40.000,00
50.000,00
60.000,00
70.000,00
0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00 30,00
Carga (N)
Flecha (mm)
Modelo 8M
Média
Tenhovuori
ANSI/ASCE
EUROCODE
Souza Neto
Proposta 1
Proposta 2
Proposta 3
Flecha de serviço
0,00
5.000,00
10.000,00
15.000,00
20.000,00
25.000,00
30.000,00
35.000,00
40.000,00
45.000,00
50.000,00
0,00 10,00 20,00 30,00 40,00
Carga (N)
Flecha (mm)
Modelos 12F
Média
Tenhovuori
ANSI/ASCE
EUROCODE
Souza Neto
Proposta 1
Proposta 2
Proposta 3
Flecha de serviço
60
Assim como obtido para o Deck-60, os gráficos da FIG. 4.12 e 4.13 indicam que as
formulações que envolvem a média simples das inércias das seções não-fissurada e
fissurada, TENHOVUORI (1996), ANSI/ASCE 3-91:1992 e a EN 1994-1-1:2004
fornecem rigidezes elevadas, apresentando flechas menores quando comparadas com os
resultados dos ensaios, portanto contra segurança, principalmente após a fissuração do
concreto. As formulações sugeridas por SOUZA NETO (2001) e pelas propostas 1, 2 e
3 deste trabalho representam, mais adequadamente, o comportamento carga x flecha no
meio do vão durante todo o processo de carregamento. Considerando-se a flecha
máxima em serviço (L
F
/350), conforme ABNT NBR 8800:2008, as propostas 1 e 3
fornecem uma excelente correlação com os resultados obtidos nos ensaios.
4.6 Conclusões
As proposta 1, 2 e 3, apresentadas usando-se os momentos de inércia efetivos para o
cálculo das flechas de lajes mistas dados pelas Eq.(4.25), (4.26) e (4.27),
respectivamente, representaram mais adequadamente as curva carga x flecha em lajes
mistas com comportamento dúctil do que os métodos propostos nas normas e literaturas
técnicas estudadas nesta pesquisa.
Considerando-se a flecha máxima em serviço (L
F
/350), conforme ABNT NBR
8800:2008, as propostas 1, 2 e 3 fornecem uma excelente correlação com os resultados
obtidos nos ensaios para os diversos modelos investigados. Entretanto, a ABNT NBR
8800:2008 é omissa na definição do momento de inércia efetivo da seção mista a ser
utilizado para o cálculo das flechas em serviço.
Considerando-se o Deck-60, a proposta 1, que desconsidera completamente a
contribuição da seção fissurada no cálculo do momento de inércia efetivo, é
recomendada na verificação prática das flechas em projetos de lajes mistas de aço e
concreto com comportamento dúctil, por sua simplicidade e precisão. Já a proposta 2
considera de forma ajustada a contribuição da seção fissurada no cálculo do momento
de inércia efetivo, aumentando a rigidez da seção mista para carregamentos após a
situação de serviço, devido, principalmente, à presença da fôrma metálica. Portanto, é
61
recomendada sua aplicação em situações onde se deseja estudar o comportamento
carga x flecha próximo ao colapso de lajes mistas com comportamento dúctil.
A proposta 3, que considera apenas a contribuição da seção fissurada após fissuração
(M
a
M
r
) e a média simples antes da fissuração (M
a
< M
r
), no cálculo do momento de
inércia efetivo, representou mais adequadamente a curva carga x flecha para os modelos
da linha dos steel decks MF, durante todo o processo de carregamento. Neste caso, é
recomendada sua aplicação, tanto na verificação prática das flechas em projetos quanto
em situações onde se deseja estudar o comportamento carga x flecha próximo ao
colapso de lajes mistas de aço e concreto.
Neste trabalho foram investigados os dados de flechas de 40 modelos que permitem
afirmar que as propostas 1, 2 e 3 representam uma significativa melhora em relação aos
outros métodos estudados. Os estudos realizados permitem concluir que as propostas 1 e
2 são recomendadas para o uso corrente nas especificações de projeto e construção de
lajes mistas com comportamento dúctil, e a proposta 3 pode ser utilizada em lajes mistas
que tenham comportamento tanto dúctil quanto frágil.
62
5
VERIFICAÇÃO DA RESISTÊNCIA DO SISTEMA DE LAJES
MISTAS AO CISALHAMENTO LONGITUDINAL
5.1 Considerações Iniciais
Analisados os resultados experimentais dos ensaios do Deck-60, concluiu-se que
somente um único modo de colapso foi encontrado para todos os modelos ensaiados, a
saber: o colapso por cisalhamento longitudinal entre as mossas da fôrma de aço e o
concreto.
O mecanismo de resistência ao cisalhamento longitudinal entre a fôrma de aço e o
concreto, de acordo com RONDAL et al (1997), deve levar em conta os seguintes
fatores:
ligação química, resultante da aderência natural entre o aço e o concreto,
normalmente destruída sob impacto;
resistência mecânica, fornecida pelas mossas da fôrma de aço;
63
resistência por atrito nos apoios da laje, entre o aço e o concreto, proporcional à
reação vertical.
Dessa maneira, a EN 1994-1-1:2004 apresenta dois métodos para o cálculo da
resistência ao cisalhamento longitudinal das lajes mistas, o Método semi-empírico m-k e
o Método da Interação Parcial (MIP).
5.2 Método Semi-empírico “m-k”
5.2.1 Considerações Iniciais
O método “m-k” foi desenvolvido com base em ensaios experimentais e é considerado
internacionalmente o método padrão para o cálculo da resistência ao cisalhamento
longitudinal. Neste método, a resistência ao cisalhamento longitudinal das lajes mistas é
dada por uma equação semi-empírica, que relaciona a resistência nominal à força
cortante com os parâmetros obtidos nos ensaios.
As expressões semi-empíricas apresentadas por SCHUSTER (1976), BRITISH
STANDARD:1982, EN 1994-1-1:2004, CSSBI:2008 e pela ABNT NBR 8800:2008 são
bastante similares. Neste trabalho será utilizada a expressão adotada pela ABNT NBR
8800:2008, que segue uma relação linear e é dada por:
k
Lb
A
mdbV
s
F,ef
Fl,R
(5.1)
sendo V
l,R
é a força cortante resistente nominal (N); m e k são constantes empíricas a
serem determinadas a partir dos dados experimentais (N/mm²); b é a largura do modelo
ensaiado (mm); d
F
é a altura efetiva da laje (mm); L
s
é o vão de cisalhamento (mm) e
A
F,ef
é a área da seção efetiva da fôrma (mm
2
).
64
É importante ressaltar que, adotando-se este método, são considerados todos os fatores
que afetam o mecanismo de resistência ao cisalhamento longitudinal, como a ligação
química entre o aço e o concreto, a resistência mecânica fornecida pelas mossas e a
resistência por atrito nos apoios. A ligação química entre o aço e o concreto é rompida
após a formação das primeiras fissuras.
5.2.2 Determinação dos Valores de m e k
As constantes m e k são determinadas a partir dos dados experimentais por meio de uma
análise de regressão linear utilizando o método dos mínimos quadrados. Esta análise
considera-se a reta característica determinada a partir de um modelo estatístico
apropriado, utilizando-se os valores característicos dos ensaios. Esta análise será feita
para cada grupo de espessura da fôrma de aço, separadamente.
TABELA 5.1 - Valores característicos dos ensaios
Modelo
t
(mm)
P
u
(Kn)
P
uméd
(kN)
P
u
/P
uméd
P
umín
(kN)
P
uk
(kN)
V
ut,k
(kN)
01A
0,80
32.170
0,98
01B
0,80
33.710
32.867
1,03
32.170
28.953
18.500
01C
0,80
32.720
1,00
02A
0,80
57.170
0,97
02B
0,80
56.290
58.970
0,95
56.290
50.661
30.144
02C
0,80
63.450
1,08
03A
0,95
39.621
1,02
03B
0,95
39.837
38.720
1,03
36.701
33.031
20.564
03C
0,95
36.701
0,95
04A
0,95
68.443
0,94
04B
0,95
71.354
72.435
0,99
68.443
61.599
35.644
04C
0,95
77.508
1,07
65
Considerando-se os resultados apresentados na TAB. 2.5, onde se mostram os dados
geométricos dos modelos, bem como os resultados dos ensaios, a resistência ao
cisalhamento longitudinal foi determinada conforme as prescrições da EN 1994-1-
1:2004. Para isto, construiu-se a TAB. 5.1, onde são apresentados os valores
característicos dos ensaios.
Segundo a EN 1994-1-1:2004, calcula-se o valor médio (P
uméd
) das cargas máximas
aplicadas pelo atuador hidráulico (P
u
) de cada grupo de três ensaios. Se o desvio de
qualquer resultado em um grupo não exceder 10% do valor médio do grupo, a carga
característica deste grupo (P
uk
) é considerada como o valor mínimo do grupo (P
umín
),
reduzido de 10%. A força cortante característica (V
ut,k
) inclui o peso total do aparato de
aplicação de cargas e o peso próprio do modelo, calculado conforme Eq. 2.2.
Dessa forma, é possível determinar os valores de m e k para o cálculo da resistência ao
cisalhamento longitudinal, considerando-se a reta característica determinada a partir dos
valores característicos apresentados na TAB. 5.1. Para tanto, a Eq. 5.1 deve ser reescrita
da seguinte forma:
X+kY=m
(5.2)
onde as constantes m e k representam, respectivamente, a inclinação da reta e a sua
interseção com o eixo das ordenadas e os valores de Y e X correspondem a:
F
ut,k
db
V
=Y
s
F,ef
Lb
A
=X
(5.3)
A TAB. 5.2 apresenta os resultados da análise dos valores característicos obtidos nos
ensaios, mostrando as coordenadas X e Y e os parâmetros m e k para cada grupo de
espessura de fôrma. Levando-se os valores de m e k na Eq. 5.1, calculam-se os valores
da força cortante resistente, V
l,R
. São apresentados também, os resultados máximos
experimentais (V
ut
) calculado conforme Eq. 2.2 e as relações entre os valores calculados
e experimentais (V
l,R
/V
ut
), indicando uma boa correlação entre eles.
66
TABELA 5.2 - Determinação dos parâmetros m e k e relações entre os valores
calculados e experimentais
Modelo
X
Y
(N/mm)
Parâmetro
(N/mm²)
V
l,R
(N)
V
ut
(N)
ut
Rl,
V
V
desvio
%
01A
0,00133
0,294
m
18.500
20.109
0,92
8,0
01B
0,00133
0,304
35,1720
18.578
20.873
0,89
11,0
01C
0,00133
0,297
18.518
20.385
0,91
9,2
02A
0,00235
0,343
k
29.764
33.405
0,89
10,9
02B
0,00236
0,335
0,2233
30.144
32.959
0,92
8,5
02C
0,00236
0,370
30.232
36.534
0,83
17,3
03A
0,00159
0,347
m
18.264
23.864
0,77
23,5
03B
0,00159
0,328
56,2518
19.422
23.975
0,81
19,0
03C
0,00159
0,315
18.919
22.399
0,85
15,5
04A
0,00281
0,392
k
32.792
39.066
0,84
16,1
04B
0,00282
0,417
0,1993
31.955
40.511
0,79
21,1
04C
0,00283
0,450
31.966
43.586
0,73
26,7
As FIG. 5.1 e 5.2, a seguir, apresentam os gráficos da resistência nominal última ao
cisalhamento longitudinal para os grupos de modelos com espessuras t = 0,80 mm e
t = 0,95 mm, respectivamente.
FIGURA 5.1 – Força resistente característica ao cisalhamento longitudinal (t = 0,80mm)
m = 35,1720
k = 0,2233
0,00
0,10
0,20
0,30
0,40
0,0000 0,0010 0,0020 0,0030
Y=V
ut
/ bd
F
X=A
F,ef
/ bL
s
Característico
Ensaio
67
FIGURA 5.2 - Força resistente característica ao cisalhamento longitudinal (t = 0,95mm)
Essas figuras mostram os resultados experimentais, compondo dois grupos bem
definidos e distintos de três ensaios cada, correspondentes aos valores de X, conforme
prevê a EN 1994-1-1:2004. Adicionalmente são apresentadas também as retas
características que definem as resistências nominais ao cisalhamento longitudinal, com
os correspondentes valores de m e k.
5.2.3 Força Cortante Resistente de Cálculo (V
l,Rd
)
A força cortante resistente nominal ao cisalhamento longitudinal, com base no método
semi-empírico “m-k” é calculada usando-se a Eq. 5.1. Com os valores dos parâmetros m
e k, determinados a partir dos resultados dos ensaios (TAB. 5.2), a equação pode ser
usada diretamente no cálculo dos sistemas de laje mista.
Os procedimentos de cálculo adotados neste estudo são baseados nos conceitos do
método dos estados limites e, sendo assim, a Eq. 5.1 deve ser dividida por um
coeficiente de ponderação da resistência ao cisalhamento longitudinal (γ
sl
), resultando
na seguinte expressão para determinação da força cortante resistente de cálculo (V
l,Rd
):
m= 56,2518
k = 0,1993
0,00
0,10
0,20
0,30
0,40
0,50
0,0000 0,0010 0,0020 0,0030
Y=V
ut
/ bd
F
X=A
F,ef
/ bL
s
Característico
Ensaio
68
k
bL
A
m
db
V
V
s
F,ef
sl
F
sl
l,R
l,Rd
(5.4)
O coeficiente de ponderação da resistência ao cisalhamento longitudinal deve levar em
conta as variações adversas na resistência dos materiais e na mão de obra, bem como as
aproximações inerentes à própria equação em relação ao comportamento real. A
EN 1994-1-1:2004 recomenda também que o valor de cálculo obtido com esse
coeficiente para as cargas de serviço não ultrapasse a carga de deslizamento de
extremidade inicial, obtida nos ensaios, dividida por 1,2. O valor de γ
sl
determinado
para este sistema foi igual a 1,40.
A TAB. 5.3 apresenta os resultados pelo método “m-k” da análise comparativa entre a
carga de deslizamento de extremidade inicial medida nos ensaios, (V
des
), e a resistência
de cálculo ao cisalhamento longitudinal para as cargas de serviço (V
s
) utilizando-se
sl
= 1,40. Nota que, em todos os casos, os valores resultaram maiores ou iguais a 1,2.
TABELA 5.3 - Resultados da análise comparativa em serviço pelo método “m-k”
Modelo
Parâmetros
(N/mm²)
V
des
(N)
V
s
(N)
V
des
/V
s
01A
m
12.124
9.439
1,3
01B
35,1720
12.133
9.479
1,3
01C
12.400
9.448
1,3
02A
k
26.795
15.186
1,8
02B
0,2233
22.054
15.380
1,4
02C
19.019
15.424
1,2
03A
m
14.299
9.319
1,5
03B
56,2518
14.961
9.909
1,5
03C
14.464
9.653
1,5
04A
k
20.874
16.731
1,2
04B
0,1993
19.959
16.304
1,2
04C
19.237
16.309
1,2
69
5.2.4 Cálculo da Resistência da Laje Mista para a Carga Uniformemente
Distribuída
A Eq. 5.1 e, consequentemente, a Eq. 5.4 foram estabelecidas para o esquema de
carregamento dos ensaios, ilustrado na FIG. 2.9, isto é, duas cargas concentradas
eqüidistantes dos apoios. Por outro lado, os projetos de lajes são geralmente feitos
considerando-se cargas uniformemente distribuídas em toda a área da laje. Assim sendo,
torna-se necessário modificar ambas as equações. A modificação mais usual e inclusive
recomendada pelo ANSI/ASCE 3-91:1992, pela própria EN 1994-1-1:2004, pelo
CSSBI S2:2008 e pela ABNT NBR 8800:2008, como uma aproximação conservadora
para criar uma condição de carga uniforme equivalente, é a alteração no valor do vão de
cisalhamento L
s
.
O vão de cisalhamento L
s
, para uma carga uniformemente distribuída, é obtido
igualando-se a área sob o diagrama da força cortante desse carregamento (condição de
projeto), com a área sob o diagrama da força cortante para o sistema com duas cargas
concentradas simetricamente dispostas (condição de ensaio), com ambos os
carregamentos resultando no mesmo valor máximo da força cortante.
V
us
V
ut
P
ut
L‟
L‟
V
ut
(b)
V
us
L
L/2
(a)
V
l,Rd
V
ut
P
ut
L
s
L
s
V
ut
(b)
(a)
L
F
L
F
/2
w
d
= P
ut
/L
F
V
l,Rd
FIGURA 5.3 - (a) Condição assumida de carga distribuída em projeto;
(b) Condição de ensaio.
A FIG. 5.3 ilustra estes dois casos, onde na determinação de L
s
deve-se fazer V
l,Rd
= V
ut
.
Desta igualdade resulta que L
s
deverá ser igual à L
F
/4 no caso de cargas uniformemente
70
distribuídas, onde L
F
é o vão teórico da laje na direção das nervuras. Este valor tem sido
adotado por todas as especificações internacionais pesquisadas neste trabalho.
Substituindo-se L
s
= L
F
/4 na Eq. 5.4, obtém-se a seguinte expressão para determinação
força cortante resistente de cálculo, no projeto de lajes mistas submetidas a cargas
uniformemente distribuídas, dada por:
k
bL
A
m
db
V
F
F,ef
sl
F
l,Rd
4
(5.5)
Sendo, m e k são dados na TAB. 5.3; b é a largura unitária da laje, tomada igual a
1000 mm e A
F,ef
é a área da seção efetiva da fôrma (correspondente a 1000 mm).
No projeto de lajes, o carregamento usual é expresso em termos da carga
uniformemente distribuída w
d
. A análise da FIG. 5.3 permite estabelecer uma relação
entre V
l,Rd
e w
d
, dada por:
2
Fd
l,Rd
Lw
V
(5.6)
Igualando-se as Eq. 5.5 e 5.6, tem-se:
k
Lb
A
m
L
db
w
F
F,ef
Fsl
F
d
4
2
(5.7)
A Eq. 5.7 representa a carga última de cálculo que pode ser aplicada na laje. Para se
determinar o carregamento de serviço (w
s
), basta dividir o valor de w
d
pelo coeficiente
de ponderação das ações
f
correspondente, conforme a Eq.5.8.
k
Lb
A
m
L
db
w
F
F,ef
Fslf
F
s
4
2
(5.8)
71
De acordo com os critérios da ABNT NBR 6118:2003 o valor de
f
é igual a 1,40 e,
conforme determinado no item 5.2.3, o valor de
sl
obtido para este sistema foi igual
a 1,40.
As expressões aqui determinadas consideram as condições de vãos simplesmente
apoiados, mesmo que na prática a laje seja contínua sobre os apoios internos. A análise
considerando vão simples está normalmente associada a um sistema que consiste de
uma série de lajes colocadas de extremidade a extremidade, simplesmente apoiadas,
sem nenhuma condição de transmitir momento negativo aos apoios internos. Mesmo
com a existência da armadura de retração nos apoios internos, onde a laje é contínua, é
prática comum efetuar a análise como vão simples, considerando-se que tal armadura
tenha apenas a função de controlar fissuras de retração e ou de variação térmica do
concreto.
5.3 Método da Interação Parcial (MIP)
5.3.1 Considerações iniciais
De acordo com a EN 1994-1-1:2004, o método da interação parcial é uma alternativa ao
método “m-k” e, segundo JOHNSON (1994), ele explora melhor o comportamento
dúctil das fôrmas, os projetos de mossas mais bem elaboradas e a utilização de grandes
vãos, além de permitir que se avalie teoricamente a contribuição da ancoragem de
extremidade e das armaduras longitudinais na resistência ao cisalhamento longitudinal.
O método da interação parcial é fundamentado em um modelo analítico similar ao de
vigas mistas com conectores dúcteis. Ele permite determinar o grau de interação ao
cisalhamento longitudinal entre a fôrma de aço e o concreto em lajes mistas com
comportamento dúctil.
Neste item 5.3 será apresentado o método da interação parcial para a determinação da
resistência ao cisalhamento longitudinal e critérios para o dimensionamento ao
72
momento fletor positivo das lajes mistas de aço e concreto, simplesmente apoiadas,
após a cura do concreto, conforme a EN 1994-1-1:2004.
5.3.2 Modelo Analítico
O comportamento da laje mista na flexão é bastante complexo devido às variações das
propriedades da fôrma e do concreto e depende também da interação ao cisalhamento
longitudinal. Apesar disto, o modelo para análise a ser apresentado a seguir é bastante
simplificado, mas torna possível uma análise racional do comportamento deste sistema
misto.
O modelo analítico para o método da interação parcial pode ser melhor compreendido
estudando-se uma nervura típica da laje mista totalmente plastificada. A FIG. 5.4 mostra
a distribuição de tensões normais na seção transversal desta nervura, considerando-se a
interação total e a linha neutra de plastificação, LNP, situada no concreto (b) ou na
fôrma metálica (c).
FIGURA 5.4 - Distribuição de tensões normais no módulo típico da seção transversal da
laje mista considerando-se interação total
Há, basicamente, duas hipóteses de cálculo da resistência ao cisalhamento longitudinal
da laje mista: interação total e interação parcial ao cisalhamento longitudinal.
Na FIG. 5.4 distingue-se:
f
cm
h
t
e
d
F
e
p
t
c
f
y
CG
F
a
N
pa
f
y
N
cf
N
at
N
cf
a = t
c
f
y
N
ac
LNP
y
f
cm
(c)
(a)
(b)
LNP
F
LNP
73
h
t
- altura total da laje mista;
e - distância do centro de gravidade da área efetiva da fôrma metálica (à tração) à face
externa da mesa inferior;
d
F
- altura efetiva da laje mista:
ehd
tF
;
e
p
- distância da linha neutra plástica da fôrma metálica (à flexão) à face externa da
mesa inferior;
t
c
- altura de concreto acima da mesa superior da fôrma metálica;
f
y
- resistência ao escoamento do aço;
f
cm
- segundo a EN 1994-1-1:2004, é a resistência característica média do concreto à
compressão de cada grupo que deve ser tomada como o valor médio, quando o desvio
de cada modelo do valor médio não exceder 10%. Quando o desvio da resistência à
compressão média excede 10%, a resistência do concreto, deve ser tomada como o valor
máximo observado;
a - altura do bloco de tensão do concreto;
y - braço de alavanca;
N
cf
- força normal de compressão no concreto considerando interação total;
N
pa
- força normal de escoamento à tração da fôrma metálica;
N
ac
- força normal de compressão na fôrma metálica;
N
at
- força normal de tração na fôrma metálica.
A - Interação Total
A primeira hipótese considera a interação total entre os elementos da laje mista e se
caracteriza pela existência de uma única linha neutra plástica na seção.
A distribuição de tensões normais devidas à flexão da laje é mostrada na FIG. 5.4(b)
quando a linha neutra plástica, LNP, se localiza acima da fôrma metálica (no concreto) e
na FIG. 5.4(c), quando a linha neutra plástica, LNP, está na fôrma metálica.
LNP no concreto
Quando a linha neutra plástica, LNP, se encontra acima da fôrma, para haver equilíbrio
é necessário que a força de compressão no concreto, N
cf
, seja igual à força de
escoamento à tração da fôrma, N
pa
, ou seja:
74
yF,efpacf
fANN
(5.9)
sendo, A
F,ef
é a área efetiva da fôrma à tração reduzida pela influência das mossas. O
subíndice f em N
cf
provém da palavra inglesa full, significando interação total. A altura
do bloco do diagrama de tensão no concreto é dada por:
c
cm
cf
t
fb
N
a
(5.10)
O momento fletor positivo resistente nominal da laje mista, M
R
, é dado por:
a),(dNM
FcfR
50
(5.11)
Em todas as lajes de espessuras comerciais executadas com o Deck-60, com h
t
variando
de 110 mm a 200 mm de altura, a linha neutra plástica se localiza acima da fôrma.
LNP na fôrma metálica
No caso em que a linha neutra plástica, LNP, se localiza na fôrma metálica, a
compressão acontece em toda a altura do concreto acima da fôrma (a = t
c
) e em uma
parte da fôrma, conforme ilustra a FIG. 5.5(b). Neste caso, N
cf
é menor que N
pa
e é
calculado por:
cmccf
ftbN
(5.12)
FIGURA 5.5 - Distribuição de tensões normais no módulo típico da seção transversal da
laje mista considerando interação total e LNP na fôrma
(a)
(b)
(c)
d
F
h
t
e
t
c
N
ac
f
y
y
N
ac
a=t
c
N
at
f
y
N
cf
f
cm
N
a
=
N
cf
M
pr
+
N
ac
(d)
CG
F
e
p
LNP
LNP
F
75
O diagrama das forças atuantes na laje, ilustrado na FIG. 5.5(b), é decomposto, por
simplificação, nos diagramas das FIG. 5.5(c) e 5.5(d). A força de tração na fôrma, N
at
, é
decomposta nas forças N
ac
e N
a
, onde:
N
a
= N
cf
(5.13)
A resistência nominal ao momento fletor é, então, dada por:
prcfR
MyNM
(5.14)
As forças iguais e opostas N
ac
fornecem o momento resistente M
pr
, que é igual ao
momento plástico da fôrma M
pa
, reduzido pela presença da força normal de tração N
a
.
pa
pa
cf
papr
M
N
N
M,M
1251
(5.15)
A relação entre M
pr
/M
pa
e N
cf
/N
pa
depende da fôrma, mas segundo JOHNSON (1994),
ela é típica conforme a linha contínua ABC da FIG. 5.6. Nesta figura a linha tracejada
ADC, dada pela Eq. 5.15, se aproxima da curva, conforme a EN 1994-1-1:2004.
FIGURA 5.6 - Diagrama de interação entre a força axial e o momento fletor na fôrma
de aço
O braço de alavanca y é variável, depende da relação N
cf
/N
pa
e pode ser calculado
segundo as Eq. 5.16 e 5.17, validadas por ensaios, ilustradas graficamente na FIG. 5.7.
0,0
0.20
0.40
0.60
0.80
1.00
1.20
0.20
0.40
0.60
0.80
1.00
1.20
A
B
C
D
N
cf
/N
pa
M
pr
/M
pa
pa
pa
cf
papr
M
N
N
M,M
1251
76
vt
ea,hy 50
(5.16)
pa
cf
ppv
N
N
e)(eee
(5.17)
FIGURA 5.7 - Variação da posição do centro de gravidade da fôrma metálica, e
v
, em
função da relação N
cf
/ N
pa
B - Interação Parcial
Na hipótese de haver interação parcial, ocorre o deslizamento horizontal relativo entre o
concreto e fôrma de aço, e formam-se duas linhas neutras na seção da laje: uma no
concreto (LNP
c
) e outra na fôrma metálica (LNP
f
), conforme a FIG. 5.8 (b).
FIGURA 5.8 - Distribuição de tensões normais no módulo típico da seção transversal da
laje mista considerando a interação parcial
d
F
h
t
e
t
c
CG
F
e
p
y
f
cm
N
ac
f
y
a
N
at
f
y
N
c
=
N
c
N
c
M
pr
N
ac
+
N
ac
(a)
(b)
(c)
(d)
f
cm
LNP
c
LNP
f
LNP
F
0.40
0.20
0,0
N
cf
/N
pa
1.00
0.80
0.60
e
v
e
p
e
pa
cf
ppv
N
N
e)(eee
77
A força de compressão no concreto, N
c
, é menor que N
cf
e depende da resistência ao
cisalhamento longitudinal. A altura a do bloco de tensão no concreto é dada por:
c
cm
c
t
fb
N
a
(5.18)
O cálculo da resistência da laje mista com interação parcial segue o mesmo
procedimento da laje com interação total com a linha neutra plástica na fôrma metálica,
sendo que N
cf
é substituído por N
c
, ou seja:
pa
c
ppt
N
N
e)(eea,hy 50
(5.19)
pa
pa
c
papr
M
N
N
M,M
1251
(5.20)
prcRp
MyNM
(5.21)
5.3.3 Determinação da Resistência ao Cisalhamento Longitudinal
Para se determinar a resistência ao cisalhamento longitudinal em lajes mistas através do
MIP, é necessário calcular a tensão de cisalhamento na interface fôrma de aço-concreto,
fornecida pelas mossas do deck metálico.
Com base nos resultados de ensaios dos materiais e dos modelos das lajes mistas é
possível determinar os parâmetros para verificação da resistência. Por meio dos
resultados de cada ensaio realizado é possível determinar o grau de interação parcial ao
cisalhamento,
, para cada modelo de laje mista com comportamento dúctil, que é
definido por:
cf
c
N
N
(5.22)
78
Com o auxilio da Eq. 5.22 calcula-se a força de compressão N
c
transferida para o
concreto dentro do vão de cisalhamento L
s
:
cfc
NN
(5.23)
A hipótese básica, admitida no MIP, é que no estado limite último da laje ocorre uma
completa redistribuição das tensões de cisalhamento horizontais na interface aço-
concreto, de tal forma que a tensão última média de cisalhamento longitudinal,
u
, pode
ser calculada através da expressão a seguir:
)Lb(L
N
os
cf
u
(5.24)
onde b é a largura do modelo e L
o
é o comprimento do balanço nas extremidades do
modelo (L
o
=50mm).
FIGURA 5.9 – Hipótese para a distribuição da tensão de cisalhamento longitudinal
Determinação do grau de interação parcial
Para se determinar o grau de interação parcial ao cisalhamento (
), deve ser traçado o
diagrama de interação parcial de cada modelo ensaiado, que relaciona a resistência
nominal ao momento fletor, dada pela relação M
Rp
/M
R
com o grau de interação
,
conforme ilustra a FIG. 5.10.
L
x
L
0
u
L
0
N
c
=
b(L
0
+
L
s
)
u
L
s
79
O diagrama de interação parcial é traçado com o auxílio das Eq. 5.18 a 5.21, utilizando-
se as dimensões e resistências do concreto e do aço da fôrma medidas nos ensaios
realizados. Segundo a EN 1994-1-1:2004, a resistência do concreto a ser empregada
pode ser o valor médio, f
cm
, das resistências medidas de cada grupo avaliado.
FIGURA 5.10 - Diagrama de interação parcial para a determinação do grau de interação
O momento fletor último de ensaio, M
ensaio
, calculado pela Eq.2.3, é dividido pelo
momento fletor resistente nominal da laje, M
R
, que considera a interação total, e é
calculado pela Eq. 5.11. Seguindo o caminho A
B
C do diagrama de interação
parcial, o grau de interação ao cisalhamento longitudinal de um modelo específico,
η
ensaio
, é determinado.
Nas FIG.5.11 (a) e (b) são mostrados os diagrama de interação parcial dos modelos 01A
e 04B, respectivamente, bem como os graus de interação desses modelos, obtidos com
os dados de ensaios.
A determinação dos momentos resistentes plásticos da fôrma metálica, M
pa
, foi obtida
por meio de ensaios realizados no LAEES por RODRIGUES & LAVALL (2005),
considerando-se modelos de decks metálicos isolados que visavam comprovar a
capacidade portante das fôrmas com espessuras t=0,80 mm e t=0,95 mm.
M
Rp
/M
R
0
0,20
0,40
0,60
0,80
1,00
1,00
=N
c
/N
cf
M
ensaio
/M
R
M
pa
/M
R
A
B
C
N
cf
f
cm
f
y
f
y
f
y
N
c
f
cm
f
y
f
y
ensaio
80
(a) t = 0,80 mm
(b) t = 0,95 mm
FIGURA 5.11 - Diagrama de interação parcial para a determinação do grau de
interação (η)
A formulação analítica para a determinação do grau de interação parcial encontra-se
detalhada no Anexo C.
ensaio
= 0,592
0,00
0,20
0,40
0,60
0,80
1,00
1,20
0,00 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00 1,20
M
Rp
/M
R
η = N
c
/N
cf
Modelo 01A
Grau de Interação
A
B
C
ensaio
= 0,322
0,00
0,20
0,40
0,60
0,80
1,00
1,20
0,00 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00 1,20
M
Rp
/M
R
η = N
c
/N
cf
Modelo 04B
Grau de Interação
A
B
C
81
Determinação da resistência de cálculo ao cisalhamento longitudinal (
u,Rd
)
Após a determinação do valor de η
ensaio
, a intensidade da força de compressão no
concreto, N
c
, é dada por:
cfensaioc
NN
(5.25)
A resistência última ao cisalhamento longitudinal,
u
, para cada modelo ensaiado, é
dada por:
)Lb(L
N
os
c
u
(5.26)
Conforme a EN 1994-1-1:2004 a resistência característica ao cisalhamento,
u,Rk
, deve
ser calculada utilizando-se os valores dos ensaios com o quantil de 5%, através de um
modelo estatístico apropriado, de acordo com a EN 1990:2002, anexo D, ou seja:
st
u,mu,Rk
(5.27)
sendo,
u,Rk
é a resistência característica ao cisalhamento longitudinal;
u,m
é o valor
médio da resistência última ao cisalhamento longitudinal resultante dos ensaios; t é o
coeficiente de confiança da Distribuição de Student (t = 2,015) que depende da
probabilidade (quantil) de serem obtidos resultados inferiores a
u,Rk
; s é o desvio padrão
das resistências ao cisalhamento longitudinal.
Na TAB.5.4 são mostrados os graus de interação de cada modelo ensaiado, obtidos com
o auxílio das equações do Anexo B; as forças de compressão no concreto N
c
, dadas pela
Eq. (5.23), onde os valores de N
cf
foram calculados através da Eq. (5.9). A resistência
última ao cisalhamento longitudinal,
u
, para cada modelo ensaiado, é dada pela
Eq. (5.26). Utilizando-se t
0,95
= 2,015 na Distribuição de Student e os desvios padrão, s,
determinou-se a resistência característica
u,Rk
conforme Eq. (5.27).
82
TABELA 5.4 – Determinação da resistência característica
u,Rk
Modelos
η
ensaio
N
c
(N)
u
(MPa)
u.m
(MPa)
Desvio
Padrão(s)
u,Rk
(MPa)
01A
0,592
183.474
0,2522
0,2569
0,0142
0,2283
01B
0,619
191.904
0,2647
01C
0,604
187.237
0,2570
02A
0,357
110.716
0,2567
02B
0,344
106.713
0,2483
02C
0,396
122.687
0,2860
03A
0,528
224.689
0,3074
0,3006
0,0302
0,2397
03B
0,488
207.877
0,2840
03C
0,456
194.042
0,2661
04A
0,298
126.809
0,2937
04B
0,322
137.110
0,3186
04C
0,355
151.122
0,3523
A resistência de cálculo ao cisalhamento longitudinal,
u,Rd
, é dada por:
sl
u,Rk
u,Rd
(5.28)
Conforme já mencionado,
sl
é o coeficiente de ponderação da resistência ao
cisalhamento longitudinal que deve levar em conta as variações adversas na resistência
dos materiais e na mão de obra, bem como as aproximações inerentes à própria
formulação em relação ao comportamento real. A EN 1994-1-1:2004 recomenda que o
valor de cálculo obtido com esse coeficiente para as cargas de serviço não ultrapasse a
carga de deslizamento de extremidade inicial, obtidas nos ensaios, dividida por 1,2. O
valor de γ
sl
determinado para este sistema foi igual a 1,45.
A TAB. 5.5 apresenta, via MIP, os resultados da análise comparativa entre a carga de
deslizamento de extremidade inicial medida nos ensaios, (V
des
), e a resistência de
cálculo ao cisalhamento longitudinal para as cargas de serviço (V
s
) utilizando-se
sl
= 1,45. Note-se que, em todos os casos, os valores resultaram maiores ou iguais a 1,2.
83
TABELA 5.5 - Resultados da análise comparativa em serviço (MIP)
Modelo
u,Rk
(N/mm²)
V
des
(N)
V
s
(N)
V
des
/V
s
01A
0,2283
12.124
9.278
1,3
01B
12.133
9.324
1,3
01C
12.400
9.286
1,3
02A
26.795
15.184
1,8
02B
22.054
15.323
1,4
02C
19.019
15.373
1,2
03A
0,2397
14.299
10.000
1,4
03B
14.961
10.548
1,4
03C
14.464
10.306
1,4
04A
20.874
16.695
1,3
04B
19.959
16.356
1,2
04C
19.237
16.356
1,2
Finalmente, a TAB.5.6 apresenta os valores da resistência de cálculo ao cisalhamento
longitudinal,
u,Rd
conforme Eq. (5.28), para as duas espessuras do Deck-60.
TABELA 5.6 – Resistência de cálculo ao cisalhamento longitudinal,
u,Rd
t
(mm)
u,Rk
(MPa)
sl
u,Rd
(MPa)
0,80
0,2283
1,45
0,1574
0,95
0,2397
0,1653
5.3.4 Verificação da Resistência ao Cisalhamento Longitudinal
De posse da resistência de cálculo ao cisalhamento longitudinal para cada espessura de
fôrma,
u,Rd
, a força de compressão na laje pode ser calculada em qualquer seção a uma
distância L
x
a partir da extremidade, ou seja:
84
cfu,Rdxc
NLbN
(5.29)
Tomando-se o valor da força N
c
, levando-o nas equações do MIP (Eq. 5.18 a 5.21) e
utilizando valores de cálculo, determina-se o diagrama de interação parcial de cálculo,
M
Rd
x L
x
, ilustrado na FIG. 5.12, usado para o dimensionamento, onde M
Rd
é o momento
fletor resistente de cálculo à flexão da laje mista.
FIGURA 5.12 - Diagrama de interação parcial de cálculo
Como mostrado no gráfico, o comprimento mínimo, L
sf
, para haver interação total entre
o aço e o concreto é:
u,Rd
cf
sf
b
N
L
(5.30)
Observa-se ainda, que o valor mínimo para o comprimento L
sf
, é o valor a partir do qual
a interação ao cisalhamento é total e o colapso da laje ocorre por flexão. Dessa forma,
podem ocorrer as seguintes situações:
Para L
x
L
sf
, a interação ao cisalhamento é total, ocorrendo colapso por flexão;
Para L
x
L
sf
, a interação ao cisalhamento é parcial, ocorrendo colapso por
cisalhamento longitudinal.
N
c
0,85f
cd
f
yd
f
yd
f
yd
f
yd
0,85f
cd
N
cf
f
yd
L
x
L
0
u,Rd
N
c
0
L
sf
M
Rd
L
x
M
Rd
M
pa
85
A resistência de cálculo ao momento fletor em cada seção transversal de uma laje mista
bi-apoiada, M
Rd
, fica representada no diagrama de interação parcial de cálculo. Em lajes
sem ancoragem de extremidade, considera-se que a resistência da laje no apoio é
somente a da fôrma metálica.
A curva de resistência, M
Rd
, deve ficar sempre acima ou tangenciar o diagrama de
momento fletor para o carregamento aplicado, isto é, M
Sd
< M
Rd
, como mostra a
FIG. 5.13. Diferentes modos de carregamento podem ser utilizados na verificação pelo
diagrama, conforme também é mostrado na FIG. 5.13, para os casos de uma carga
concentrada (P) e carga uniformemente distribuída (w) de uma laje mista simplesmente
apoiada.
FIGURA 5.13 - Verificação da laje mista não ancorada – cisalhamento longitudinal
A seção transversal crítica é definida pelo ponto no qual a curva de M
Sd
tangencia a
curva de M
Rd
. Se tal seção estiver posicionada a uma distância do apoio menor que L
sf
, o
colapso é considerado por cisalhamento longitudinal, caso contrário, o colapso se dá por
flexão.
0
L
sf
L
x
M
pa
w
P
M
Sd
, M
Rd
M
Sd
(w)
M
Sd
(P)
M
Rd
86
6
INFLUÊNCIA DO ATRITO DA REGIÃO DOS APOIOS NA
RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO LONGITUDINAL
6.1 Considerações Iniciais
Em estudos já realizados, conforme VELJKOVIC‟ (1993), TENHOVUORI (1996),
MELO (1999) e SOUZA NETO (2001), entre outros, observou-se que em modelos com
vãos de cisalhamento relativamente curtos a influência do atrito nos apoios é relevante
no cálculo da resistência ao cisalhamento longitudinal, e em vãos maiores este efeito
fica reduzido. Desse modo, a metodologia utilizada pela EN 1994-1-1:2004 na
apresentação do método da interação parcial, desconsiderando o efeito do atrito nos
apoios, leva a resultados conservadores no cálculo da resistência ao cisalhamento
longitudinal.
Observou-se também que os valores de
u
obtidos dos valores de ensaio eram maiores
para lajes com vãos de cisalhamento L
s
curtos e menores em lajes com vãos L
s
longos,
isto ocorrendo porque lajes com pequenos valores de L
s
têm maior reação de apoio do
87
que lajes com elevados valores de L
s
e, consequentemente, apresentam maior resistência
ao cisalhamento longitudinal devido ao atrito.
Dessa forma, essa metodologia da EN 1994-1-1:2004 leva a projetos adequados para
lajes com grandes vãos, mas a projetos mais conservadores, portanto menos
econômicos, para as lajes curtas, nas quais o efeito do atrito nos apoios sobre a
resistência ao cisalhamento longitudinal não pode ser menosprezado.
A força de atrito, F
at
, é causada pela reação vertical concentrada nos apoios e aparece na
interface da fôrma com o concreto, como ilustra a FIG. 6.1, podendo ser considerada de
acordo com BODE & MINAS (1996) e outros pesquisadores, proporcional à reação de
apoio, V
ut
:
utat
VF
(6.1)
onde
é o coeficiente de atrito na interface fôrma metálica e concreto.
FIGURA 6.1 - Força de atrito na região do apoio na interface da laje mista
Para se levar em conta o efeito do atrito na resistência ao cisalhamento longitudinal das
lajes mistas são adotados métodos de análise que utilizam ensaios em pequena escala,
conforme DANIELS & CRISINEL (1993), VELJKOVIC‟ (1993), BODE & MINAS
(1996) e RONDAL & MOUTAFIDOU (1996). Nestes ensaios o deslizamento relativo é
F
at
V
ut
P
u
L
s
A
Corte A-A
L
0
A
88
induzido em um pequeno elemento de laje mista que simula as condições que ocorrem
em um apoio.
A FIG. 6.2 mostra um corpo de prova típico para ensaios da laje mista em pequena
escala. Os ensaios em pequena escala fornecem as propriedades relativas ao
cisalhamento longitudinal da fôrma através da curva carga horizontal x deslizamento
relativo aço-concreto e permitem estimar o coeficiente de atrito.
PLANTA ELEVAÇÃO
FIGURA 6.2 - Corpo de prova típico para ensaios da laje mista em pequena escala
Neste tipo de ensaio, primeiramente determina-se a curva apenas com a aplicação da
carga horizontal - push test - e posteriormente, faz-se outro ensaio aplicando-se as
cargas horizontais e verticais - friction test - para determinação do coeficiente de atrito.
Os resultados são muito úteis para o desenvolvimento de fôrmas metálicas para lajes
mistas e são utilizados no estudo da laje mista como parâmetros na simulação numérica,
pelo Método dos Elementos Finitos, por exemplo.
Segundo RONDAL & MOUTAFIDOU (1996), as resistências mecânica e de atrito
advêm do mesmo fenômeno, diferindo apenas em escala: a resistência mecânica é
Carga Vertical
Carga Horizontal
89
relacionada às variações geométricas macroscópicas (mossas) e a resistência por atrito
está relacionada às variações microscópicas na geometria da superfície (rugosidade).
VELJKOVIC‟ (1993) relata que o atrito entre o concreto e a fôrma pode depender de
vários fatores como o fator água-cimento do concreto, o tratamento da superfície da
fôrma e outros que estão relacionados às propriedades dos materiais. Do ponto de vista
estrutural, através da simulação numérica da laje mista, pequenas mudanças no valor do
coeficiente de atrito não interferem na resistência da laje. No seu trabalho,
VELJKOVIC‟ (1993) avaliou o coeficiente de atrito, µ, em 0,60.
6.2 Métodos de Cálculo para a consideração do Atrito
São abordados quatro métodos de cálculo de laje mista ao cisalhamento longitudinal
considerando a força de atrito nos apoios. Os três primeiros foram propostos e
apresentados em artigos por: PATRICK apud VELJKOVIC‟ (1996), VELJKOVIC‟
(1996) e CALIXTO & LAVALL et al (1998). O quarto método é proposto pela EN
1994-1-1:2004.
6.2.1 PATRICK
O método elaborado por PATRICK apud VELJKOVIC‟ (1996) foi proposto para ser
incorporado à norma australiana. De acordo com VELJKOVIC‟ (1996), o método se
baseia na tensão média de cisalhamento longitudinal e no atrito nos apoios. A
resistência ao cisalhamento longitudinal,
u
, e o coeficiente de atrito,
, são avaliados a
partir dos ensaios da laje mista em pequena escala. Obtém-se
u
da curva tensão de
cisalhamento x deslizamento horizontal relativo. Seu valor é definido por certa
quantidade de deslizamento horizontal, de 2 mm a 3 mm, como mostra a FIG. 6.3.
90
FIGURA 6.3 - Curva tensão de cisalhamento x deslizamento horizontal relativo
O modelo mecânico para o cálculo considerando duas cargas lineares é mostrado na
FIG. 6.4. O diagrama de corpo livre proposto por Patrick ilustra o estado limite último
da laje mista com interação parcial.
FIGURA 6.4 - Diagrama de corpo livre para duas cargas lineares
A fôrma é considerada como uma armadura externa e é assumida uma distribuição
uniforme das tensões normais na região comprimida da seção transversal da laje mista.
Neste caso as expressões oriundas do equilíbrio são:
V)Lb(LN
osuat
(6.2)
0
Deslizamento Relativo (mm)
1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0
0,05
0,10
0,15
0,20
0,25
0,30
Tensão de Cisalhamento (MPa)
0,35
u
h
t
V
V
V
N
at
N
c
u
L
s
A
A
Corte A-A
L
0
z
x
0,85f
ck
e
91
bf,
N
x
ck
at
850
(6.3)
e
x
hz
t
2
(6.4)
zNM
at
(6.5)
O modelo mecânico apresentado é aplicável principalmente às fôrmas baixas e segundo
VELJKOVIC‟ (1996), existe uma deficiência do método devido à hipótese de
distribuição uniforme de tensão longitudinal quando ocorre certo nível de deslizamento
e o método só é válido para lajes dúcteis.
6.2.2 VELJKOVIC’
O método apresentado por VELJKOVIC‟ (1996) é válido para as lajes dúcteis e não
dúcteis, considera os vários tipos de carregamento de uma maneira adequada e foi
desenvolvido para fôrmas baixas com resistência à flexão desprezível.
O método tem o mesmo modelo mecânico apresentado por Patrick, conforme a
FIG. 6.5, e depende de três tipos de ensaios em pequena escala e da análise não-linear
que, neste caso, foi realizada através do Método dos Elementos Finitos.
FIGURA 6.5 - Diagrama de corpo livre para carga distribuída
V
sd
V
sd
f
y
N
at
N
c
q
A
A
Corte A-A
L/2
L
t
L
0
0,85f
ck
x
z
e
h
t
92
Através do push test e do friction test, conforme apresentado no item 6.1, avalia-se a
resistência da ligação mecânica e do atrito, respectivamente. Um novo ensaio é adotado
- o tension-push test - para analisar a redução da resistência da ligação mecânica devida
às altas deformações na fôrma como mostra a FIG. 6.6.
ELEVAÇÃO
FIGURA 6.6 - Ensaio em pequena escala da laje mista com tração na fôrma - tension-
push test
Através da análise por Elementos Finitos são examinados: a fissuração do concreto, a
distribuição não uniforme das tensões de cisalhamento longitudinal e das tensões
normais na seção transversal da laje mista. Coeficientes de correção são empregados na
formulação para transformar os resultados dos cálculos por Elementos Finitos em um
modelo de cálculo simples.
A resistência à flexão da laje mista fica sendo:
v
n
xvmdSddRd
zLfcczVcM
(6.6)
sendo c
d
é o coeficiente de correção relacionado à diferença entre a distribuição real de
tensões normais na seção transversal da laje mista e a adotada no modelo mecânico;
é
o coeficiente de atrito; V
Sd
é a reação de apoio de cálculo da carga atuante; z é o braço
de alavanca; c
m
é o coeficiente de correção relativo à não uniformidade das tensões de
cisalhamento longitudinal entre o aço e o concreto e corrige a hipótese de distribuição
uniforme usada no modelo; f
v
é a tensão última de cisalhamento longitudinal dos ensaios
em pequena escala; L
x
é a distância do apoio até a seção desejada do vão da laje mista;
n
é o coeficiente de veracidade que considera a discrepância sistemática dos resultados
dos ensaios e das análises por Elementos Finitos e
v
é o coeficiente de resistência do
cisalhamento longitudinal.
Carga Horizontal Aplicada
Carga de Tração
Aplicada na Fôrma
93
Os coeficientes dependem do parâmetro de esbeltez da laje mista,
, definida como:
t
t
h
L
(6.7)
onde o comprimento de transferência - L
t
, que é definido como a distância da
extremidade da laje até o ponto de momento máximo, é introduzido para indicar a
região da laje mista mobilizada para a transferência do cisalhamento longitudinal.
O diagrama de interação parcial de cálculo ao cisalhamento longitudinal é mostrado na
FIG. 6.7.
FIGURA 6.7 - Diagrama de interação parcial de cálculo
sendo,
zVcM
SddV,Rd
(6.8)
z
fA
M
ap
yp
f,Rd
(6.9)
0,85f
cd
N
c
N
at
0
L
fd
M
Rd
L
x
M
Rd
z
M
V,Rd
M
f,Rd
94
O L
fd
é o comprimento da laje necessário para haver escoamento total à tração da fôrma
metálica, determinado ao se igualar as Eq. (6.6) e Eq. (6.9).
6.2.3 CALIXTO & LAVALL (1998)
Através dos ensaios feitos por MELO (1999), CALIXTO & LAVALL et al. (1998)
propuseram uma melhoria no método da interação parcial da EN 1994-1-1:1993 ao
supor que o valor de
u
calculado conforme esta norma possui um valor mínimo sem a
influência do atrito.
A ideia fundamental do método é que os efeitos da influência do atrito no apoio e da
resistência das mossas na resistência ao cisalhamento longitudinal sejam considerados
separadamente. Do método da interação parcial, sabe-se que:
)L(Lb
N
os
c
u
(6.10)
Admitindo-se que o esforço N
c
seja devido às contribuições do atrito no apoio, F
at
, e das
mossas, F
M
, tem-se:
)L(Lb
F
)L(Lb
F
)L(Lb
FF
os
M
os
at
os
Mat
u
(6.11)
sendo,
VF
at
(6.12)
)L(LbF
osMM
(6.13)
onde
é o coeficiente de atrito; V é a reação de apoio;
M
é a resistência última ao
cisalhamento fornecida pelas mossas.
A Eq. 6.11 torna-se:
95
M
osos
osM
os
u
)L(Lb
V
)L(Lb
)L(Lb
)L(Lb
V
(6.14)
Os efeitos do atrito,
, e das mossas,
M
, são avaliados, de forma aproximada, por meio
da regressão multilinear de todos os valores de
u
das lajes mistas sem ancoragem de
extremidade, calculados segundo a EN 1994-1-1:1993, conforme mostra a FIG. 6.8.
FIGURA 6.8 - Análise de regressão multilinear para determinação de
M
e
Na FIG. 6.8 os eixos das abscissas e das ordenadas são
)L(Lb
V
os
e
u
,
respectivamente. As resistências mecânicas dispostas somente pelas mossas,
M/0,80
para
a fôrma com t =0,80 mm e
M/1,25
para t =1,25 mm, são dadas pela interseção das retas
com o eixo das ordenadas. O coeficiente de atrito,
, corresponde à inclinação das retas
da regressão multilinear.
Neste método, o coeficiente
é determinado supondo que a força de atrito no apoio, F
at
,
é distribuída em toda a área do vão de cisalhamento, b(L
s
+L
o
), e não apenas na área real
de contato do apoio. Desse modo, como essa hipótese pode distorcer os valores reais de
, este será denominado de coeficiente de atrito aparente,
ap
. A Eq. 6.14 é, então, dada
por:
V/b(L
s
+L
0
)
0
u
M/1,25
Dados ensaio t
=1,25 mm
Regr. multilinear t
=0,80 mm
Dados ensaio t
=0,80 mm
Regr. multilinear t
=1,25 mm
M/0,80
96
M
os
apu
)L(Lb
V
(6.15)
A verificação das lajes mistas por este método, denominado Método do Atrito Aparente,
segue os mesmos critérios da EN 1994-1-1:1993. Na determinação do diagrama de
interação parcial, o valor da força de compressão transferida para o concreto, N
c
, é
calculado com as contribuições separadas das mossas e do atrito nos apoios,
respectivamente, conforme a Eq. 6.16 a seguir, onde V é a reação de apoio nominal da
laje mista.
VLbN
apxMc
(6.16)
6.2.4 EN 1994-1-1:2004
A EN 1994-1-1:2004 apresenta, no método da interação parcial, outra maneira de se
calcular o valor de
u
, o qual é determinado sem a parcela do atrito, conforme a Eq.6.17,
utilizando-se os mesmos procedimentos de ensaios em escala real dos modelos das lajes
mistas.
)L(Lb
VN
os
utcf
u
(6.17)
onde
é o coeficiente de atrito; η é o grau de interação do modelo.
O valor de cálculo da força N
c
considerando-se a influência do atrito da região dos
apoios é:
l,RdxRd,uc
VLbN
(6.18)
O valor do coeficiente de atrito µ, recomendado pela EN 1994-1-1:2004, é igual a 0,50.
97
6.3 Determinação da Resistência ao Cisalhamento Longitudinal
considerando a Influência do Atrito da Região dos Apoios
Para se determinar a resistência ao cisalhamento longitudinal em lajes mistas
considerando a influência do atrito da região dos apoios, a EN 1994-1-1:2004 utiliza
novamente o MIP seguindo, praticamente, os mesmo procedimentos dos apresentados
no item 5.3.3 deste trabalho.
Com base nos resultados de ensaios dos materiais e dos modelos das lajes mistas
determina-se o grau de interação parcial ao cisalhamento,
, para cada modelo de laje
mista com comportamento dúctil, dado pela Eq. (5.22):
cf
c
N
N
Para se determinar o grau de interação parcial ao cisalhamento, deve ser traçado o
diagrama de interação parcial de cada modelo ensaiado, que relaciona a resistência
nominal ao momento fletor, dada pela relação M
Rp
/M
R
com o grau de interação
,
conforme ilustra a FIG. 6.9.
FIGURA 6.9 - Diagrama de interação parcial para a determinação do grau de interação
M
Rp
/M
R
0
0,20
0,40
0,60
0,80
1,00
1,00
=N
c
/N
cf
M
ensaio
/M
R
M
pa
/M
R
A
B
C
N
cf
f
cm
f
y
f
y
f
y
N
c
f
cm
f
y
f
y
ensaio
98
O diagrama de interação parcial é traçado com o auxílio das Eq. 5.18 a 5.21, utilizando-
se as dimensões e resistências do concreto e do aço da fôrma medidas nos ensaios
realizados. O momento fletor último de ensaio, M
ensaio
, calculado pela Eq.2.3, é dividido
pelo momento fletor resistente nominal da laje, M
R
, que considera a interação total, e é
calculada pela Eq. 5.11. Seguindo o caminho A
B
C do diagrama de interação
parcial, o grau de interação ao cisalhamento longitudinal de um modelo específico,
η
ensaio
, é determinado.
O grau de interação parcial também pode ser determinado analiticamente utilizando-se a
formulação detalhada no Anexo B.
Após a determinação do valor de η
ensaio
, a resistência última ao cisalhamento
longitudinal,
u
, para cada modelo ensaiado, considerando a influência do atrito é dada
pela Eq. (6.19):
)L(Lb
VN
os
utcfensaio
u
(6.19)
Conforme a EN 1994-1-1:2004 a resistência característica ao cisalhamento,
u.Rk
, deve
ser calculada utilizando-se os valores dos ensaios, através de um modelo estatístico
apropriado, dado pela Distribuição de Student (t
0,95
= 2,015), segundo a Eq. (5.27).
st
u,mRk,u
Na TAB.6.1 são mostrados os graus de interação de cada modelo ensaiado, obtidos com
o auxílio das equações do Anexo B; as forças de compressão no concreto N
c
, dadas pela
Eq. (5.23), onde os valores de N
cf
foram calculados através da Eq. (5.9); o coeficiente de
atrito µ = 0,50, adotado pela EN 1994-1-1:2004; as reações de apoio obtidas nos
ensaios, V
ut
. A resistência última ao cisalhamento longitudinal,
u
, para cada modelo
ensaiado, é dada pela Eq. (6.19). Utilizando-se t
0,95
= 2,015 na Distribuição de Student e
os desvios padrão, s, determinou-se a resistência característica
u,Rk
conforme Eq. (5.27).
99
TABELA 6.1 – Determinação da resistência característica
u,Rk
considerando a
influência do atrito
Modelos
η
ensaio
N
c
(N)
µ
V
ut
(N)
u
(MPa)
u,m
(MPa)
Desvio
Padrão
s
u,Rk
(MPa)
01A
0,592
183.474
20.109
0,2383
0,2407
0,0177
0,2050
01B
0,619
191.904
20.873
0,2503
01C
0,604
187.237
20.385
0,2430
02A
0,357
110.716
33.405
0,2179
02B
0,344
106.713
32.959
0,2100
02C
0,396
122.687
0,50
36.534
0,2434
03A
0,528
224.689
23.864
0,2910
0,2696
0,0214
0,2265
03B
0,488
207.877
23.975
0,2677
03C
0,456
194.042
22.399
0,2507
04A
0,298
126.809
39.066
0,2485
04B
0,322
137.110
40.511
0,2715
04C
0,355
151.122
43.586
0,3015
A resistência de cálculo ao cisalhamento longitudinal,
u,Rd
, é dada pela Eq. (5.28):
sl
u,Rk
u,Rd
O coeficiente de ponderação da resistência,
sl
, leva em conta as variações adversas na
resistência dos materiais e na mão de obra, bem como as aproximações inerentes à
própria formulação em relação ao comportamento real. Além disso, a EN 1994-1-
1:2004 recomenda que o valor de cálculo obtido com esse coeficiente para as cargas de
serviço não ultrapasse a carga de deslizamento de extremidade inicial, obtida nos
ensaios, dividida por 1,2. O valor de γ
sl
determinado para este sistema, considerando
o efeito do atrito, foi igual a 1,60.
A TAB. 6.2 apresenta, via MIP, os resultados da análise comparativa, considerando a
influência do atrito da região dos apoios, entre a carga de deslizamento de extremidade
100
inicial medida nos ensaios, (V
des
), e a resistência de cálculo ao cisalhamento longitudinal
para as cargas de serviço (V
s
) utilizando-se
sl
= 1,60. Note-se que, em todos os casos,
os valores resultaram maiores ou iguais a 1,2.
TABELA 6.2 - Resultados da análise comparativa em serviço considerando o atrito
Modelo
u,Rk
(N/mm²)
V
des
(N)
V
s
(N)
V
des
/V
s
01A
0,2050
12.124
8.180
1,5
01B
12.133
8.234
1,5
01C
12.400
8.191
1,5
02A
26.795
14.387
1,9
02B
22.054
14.507
1,5
02C
19.019
14.729
1,3
03A
0,2265
14.299
9.137
1,6
03B
14.961
9.642
1,6
03C
14.464
9.394
1,5
04A
20.874
16.503
1,3
04B
19.959
16.229
1,2
04C
19.237
16.382
1,2
Finalmente, a TAB.6.3 apresenta os valores da resistência de cálculo ao cisalhamento
longitudinal,
u,Rd
conforme Eq. (5.28), para as duas espessuras do Deck-60
considerando a influência do atrito da região dos apoios.
TABELA 6.3 – Resistência de cálculo ao cisalhamento longitudinal,
u,Rd
considerando
o atrito
t
(mm)
u,Rk
(MPa)
sl
u,Rd
(MPa)
0,80
0,2050
1,60
0,1281
0,95
0,2265
0,1416
101
6.4 Verificação da Resistência ao Cisalhamento Longitudinal
considerando o Atrito
Com a determinação da resistência ao cisalhamento longitudinal de cálculo,
u.Rd
, para
cada espessura de fôrma, e da reação de apoio de cálculo, V
l,Rd
, pode-se proceder à
verificação da resistência ao cisalhamento longitudinal da laje mista. A força transferida
para o concreto, N
c
, em qualquer seção a uma distância L
x
a partir da extremidade pode
ser determinada através da Eq. 6.18.
l,Rdxu.Rdc
VLbN
Tomando-se o valor da força N
c
, levando-o nas equações do MIP (Eq. 5.18 a 5.21) e
utilizando valores de cálculo, determina-se o diagrama de interação parcial de cálculo,
M
Rd
x L
x
, ilustrado na FIG. 6.10, usado para o dimensionamento, onde M
Rd
é o momento
fletor resistente de cálculo à flexão da laje mista.
FIGURA 6.10 - Diagrama de interação parcial de cálculo
Como mostrado no gráfico, o comprimento mínimo, L
sf
, para haver interação total entre
o aço e o concreto, considerando a influência do atrito, é dado por:
N
c
0,85f
cd
f
yd
f
yd
f
yd
f
yd
0,85f
cd
N
cf
f
yd
L
x
L
0
u,Rd
N
c
0
L
sf
M
Rd
L
x
M
Rd
M
pa
µV
l,Rd
102
u,Rd
l,Rdcf
sf
b
VN
L
(6.20)
Dessa forma, podem ocorrer as seguintes situações: para L
x
L
sf
, a interação ao
cisalhamento é total, ocorrendo colapso por flexão;para L
x
L
sf
, a interação ao
cisalhamento é parcial, ocorrendo colapso por cisalhamento longitudinal.
A curva de resistência, M
Rd
, deve ficar sempre acima ou tangenciar o diagrama de
momento fletor para o carregamento aplicado, isto é, M
Sd
< M
Rd
, como mostra a
FIG. 6.11.
FIGURA 6.11 - Verificação da laje mista ao cisalhamento longitudinal considerando o
atrito
Neste capítulo, são apresentados os cálculos para determinação e verificação da
resistência ao cisalhamento longitudinal considerando a influência do atrito, segundo a
EN 1994-1-1:2004. Comparações dos cálculos utilizando os procedimentos
apresentados no CAP. 5 e considerando o atrito serão feitas para demonstrar a
importância do atrito da região dos apoios.
0
L
sf
L
x
M
pa
w
P
M
Sd
, M
Rd
M
Sd
(w)
M
Sd
(P)
M
Rd
103
6.5 Análises e Comparações
A TAB.6.4 e as FIG. 6.12 são apresentadas com o objetivo de se comparar os resultados
dos métodos de cálculo apresentados neste trabalho, na verificação da resistência ao
cisalhamento longitudinal de lajes mistas, a saber: o método semi-empírico “m-k” e o
método da Interação Parcial. No caso do MIP os resultados são calculados
considerando-se a influência do atrito da região dos apoios e desconsiderando-se esta
influência.
Na TAB. 6.4 são mostrados os valores das resistências à força cortante obtidos nos
ensaios, V
ut
, e os respectivos valores calculados das resistências nominais à força
cortante, V
l,R
, segundo os diversos métodos apresentados.
TABELA 6.4 – Correlação entre os resultados dos ensaios pelos métodos “m-k” e MIP
Modelos
V
ut
(ensaio)
(N)
V
l,R
(m-k)
(N)
V
l,R
(MIP
sem
atrito)
(N)
V
l,R
(MIP
com
atrito)
(N)
(m-k)
(MIP
sem
atrito)
(MIP
com
atrito)
01A
20.109
18.500
18.834
18.322
0,92
0,94
0,91
01B
20.873
18.578
18.927
18.444
0,89
0,91
0,88
01C
20.385
18.518
18.850
18.347
0,91
0,93
0,90
02A
33.405
29.764
30.823
32.227
0,89
0,92
0,97
02B
32.959
30.144
31.106
32.496
0,92
0,94
0,99
02C
36.534
30.232
31.207
32.993
0,83
0,85
0,90
03A
23.864
18.264
20.299
20.467
0,77
0,85
0,86
03B
23.975
19.422
21.413
21.598
0,81
0,89
0,90
03C
22.399
18.919
20.921
21.042
0,85
0,93
0,94
04A
39.066
32.792
33.891
36.967
0,84
0,87
0,95
04B
40.511
31.955
33.203
36.354
0,79
0,82
0,90
04C
43.586
31.966
33.202
36.696
0,73
0,76
0,84
104
(a) Modelos dos grupos 01 e 02 (t = 0,80 mm)
(b) Modelos dos grupos 03 e 04 (t = 0,95 mm)
FIGURA 6.12 Resistência nominal ao cisalhamento longitudinal dos ensaios e os dos
métodos “m-k” e MIP
0,00
0,10
0,20
0,30
0,40
0,0010 0,0015 0,0020 0,0025 0,0030
Y=V
l,R
/bd
F
X=A
F,ef
/bL
s
ENSAIO
m-k
MIP sem atrito
MIP com atrito
0,00
0,10
0,20
0,30
0,40
0,50
0,0010 0,0015 0,0020 0,0025 0,0030
Y=V
l,R
/bd
F
X=A
F,ef
/bL
s
ENSAIO
m-k
MIP sem atrito
MIP com atrito
105
Nas FIG. 6.12 (a) e (b) são apresentados os resultados das resistências nominais ao
cisalhamento longitudinal obtidos nos ensaios, bem como as retas características dessas
resistências obtidas dos valores calculados pelos métodos “m-k” e MIP.
Analisando-se os resultados da TAB. 6.4 e os gráficos da FIG. 6.12 (a) para espessura
de 0,80 mm, observa-se uma excelente correlação entre as resistências determinadas por
todos os métodos com os resultados dos ensaios. Nesse caso, para os vãos de
cisalhamento, L
s
, maiores, os resultados obtidos pelos diversos métodos são bastante
próximos, permitindo concluir que, nessas situações, a influência do atrito da região dos
apoios é pequena. Para vãos de cisalhamento menores, observa-se que os resultados da
formulação do MIP, que considera explicitamente a influência do atrito, apresentam
uma melhor aproximação com os resultados dos ensaios, podendo-se concluir que a
influência do atrito, no caso de vãos menores, é significativa para a determinação da
resistência longitudinal das lajes mistas.
Na FIG. 6.12 (b) para espessura de 0,95 mm, observa-se também uma boa correlação
entre as resistências determinadas por todos os métodos com os resultados dos ensaios.
Nesse caso, para os vãos de cisalhamento, L
s
, maiores, os resultados obtidos pelo MIP
são bastante próximos, podendo-se concluir novamente que, a influência do atrito é
pequena para grandes vãos de cisalhamento. Para vãos de cisalhamento menores, os
resultados da formulação do MIP, que considera explicitamente a influência do atrito,
apresentam uma melhor aproximação com os resultados dos ensaios, concluindo-se que
a influência do atrito, no caso de vãos menores, é significativa para a determinação da
resistência longitudinal das lajes mistas.
106
7
EXEMPLOS
7.1 Considerações Iniciais
Visando avaliar e comparar os vários procedimentos apresentados, considere-se uma
laje mista de aço e concreto, simplesmente apoiada, de largura unitária, b = 1,00 m, que
utiliza a fôrma metálica Deck-60. Pede-se determinar a carga máxima que pode ser
aplicada nessa laje considerando a resistência ao cisalhamento longitudinal, através do
método “m-k” e do MIP, neste caso, desconsiderando e considerando a influência do
atrito da região dos apoios, e o deslocamento vertical máximo. São verificados três
casos distintos de carregamentos:
1. Carga uniformemente distribuída;
2. Duas cargas concentradas aplicadas em linha, equidistantes dos apoios;
3. Uma carga concentrada aplicada no meio do vão.
Os coeficientes de ponderação das ações estão de acordo com a ABNT NBR 8800:2008
e ABNT NBR 6118:2003. Os dados necessários para a resolução do exemplo são
apresentados a seguir referindo-se à FIG. 7.1.
107
FIGURA 7.1 – Desenho esquemático para a laje mista utilizando-se o Deck-60
Dados:
A) Fôrma Metálica Deck-60:
t =0,80 mm; A
F,ef
= 1.060,47mm
2
/m; h
F
= 60 mm; e = e
p
= 30 mm;
f
y
=280 N/mm²; E
a
= 200.000 N/mm
2
; m = 35,172 N/mm²; k = 0,2233 N/mm
2
;
u,Rd
= 0,1574 N/mm
2
(sem atrito);
u,Rd
= 0,1281 N/mm
2
(com atrito).
onde t é a espessura nominal da fôrma de aço; A
F,ef
é a área efetiva da fôrma; h
F
é a
altura da fôrma; e é a distância do centro de gravidade da área efetiva da fôrma metálica
à face externa da mesa inferior; e
p
é a distância da linha neutra plástica da fôrma
PLANTA
ELEVAÇÃO
60
80
108
metálica à face externa da mesa inferior; f
y
é a resistência ao escoamento do aço da
fôrma; E
a
é o módulo de elasticidade do aço; m e k são os parâmetros do método;
u.Rd
é
a resistência de cálculo ao cisalhamento longitudinal da laje mista.
B) Laje mista:
h
t
= 140 mm; d
F
= 110 mm; b = 1.000 mm; L = 2.500 mm;
pp
laje
= 0,00276 N/mm
2
; f
ck
= 20 N/mm
2
; E
c
=21.287 N/mm
2
;
f
= 1,40;
µ = 0,50.
onde h
t
é a altura total da laje mista; d
F
é a altura efetiva da laje mista; b é a largura
unitária da laje; L é o vão total da laje; pp
laje
é o peso próprio da laje mista; f
ck
é a
resistência característica à compressão do concreto; E
c
é o módulo de elasticidade do
concreto;
f
é o coeficientes de ponderação das ações; µ é o coeficiente de atrito.
7.2 Carga Uniformemente Distribuída
A FIG. 7.2 mostra, esquematicamente, o carregamento uniformemente distribuído
aplicado na laje mista simplesmente apoiada, onde w
sp
é a carga sobreposta a ser
determinada.
FIGURA 7.2 – Exemplo com carga uniformemente distribuída
V
l,Rd
V
l,Rd
(w
sp
+ pp
laje
)
L
L
x
A
B
109
7.2.1 Verificação da Laje Mista quanto ao Cisalhamento Longitudinal
a) Método “m-k’
A resistência ao cisalhamento longitudinal pelo método m-k é obtida com auxílio da
Eq. (5.4), mostrada a seguir:
k
Lb
A
m
db
V
s
F,ef
sl
F
l,Rd
sendo V
l,Rd
é a força cortante resistente de cálculo; γ
sl
é o coeficiente de ponderação da
resistência igual a 1,40; L
s
é o vão de cisalhamento, que para carga uniformemente
distribuída vale L
s
=L/4.
Logo, aplicando-se os coeficientes de ponderação das ações,
f
, adequados para os
materiais empregados e igualando-se a reação de apoio da FIG. 7.2 com V
l,Rd
da
Eq. (5.4), tem-se:
k
bL
A
m
db
)]Lw()pp[(
F,ef
sl
F
spflajef
4
2
22330
50020001
4706014
17235
401
1100001
2
500241000100276041
,
..
,.
,
,
.
.)w,.,,(
sp
w
sp
= 9,95 kN/m²
b) Método da interação parcial (MIP)
A resistência de cálculo ao momento fletor em cada seção transversal de uma laje mista
biapoiada, M
Rd
, fica representada no diagrama de interação parcial de cálculo. Para um
dimensionamento seguro, a curva de resistência, M
Rd
, deve ficar sempre acima ou
110
tangenciar o diagrama de momento fletor para o carregamento aplicado, isto
é,M
Sd
< M
Rd
, como mostra a FIG. 7.3.
FIGURA 7.3 - Verificação da resistência ao cisalhamento longitudinal para lajes mistas
Considerando carga uniformemente distribuída, a seção crítica, onde ocorrerá o colapso,
se encontra entre o apoio (L
x
= 0 mm) e a seção de momento fletor máximo, isto é,
L
x
= 1.250 mm. Como a carga máxima é função do ponto onde a curva do momento
fletor solicitante de cálculo, M
Sd
, tangencia a curva de resistência, M
Rd
, de acordo com a
FIG.7.3, os outros pontos onde as curvas se interceptam fornecerão, conseqüentemente,
uma carga maior que a máxima admitida. Portanto, pode-se calcular a carga máxima
igualando-se o momento de cálculo, M
Sd
, com o de resistência , M
Rd
, em várias seções
no intervalo entre o apoio e a seção de momento máximo, ou seja 0 < L
x
≤ 1250mm,
tirando-se o menor valor da carga encontrada.
Considerando-se a FIG. 7.2, a expressão do momento fletor solicitante de cálculo, M
sd,
,
é dada conforme a Eq. 7.1.
0
L
sf
L
x
M
pa
w
P
M
Sd
, M
Rd
M
Sd
(w)
M
Sd
(P)
M
Rd
111
lajesp
xf
xl,Rdsd
ppw
L
LVM
2
2
(7.1)
sendo,
lajesp
f
l,Rd
ppwL
V
2
(7.2)
Tem-se então,
)L(LLpp
w)L(LL
M
xxlaje
f
spxx
f
sd
22
(7.3)
Assim, para se determinar a carga máxima sobreposta, deve-se igualar M
Sd
(Eq. 7.3) a
M
Rd
(Eq.5.21).
prcRd
MyNM
Na verificação através do MIP, a influência do atrito está contida no cálculo da força de
compressão N
c
dada pela Eq.(6.18). Portanto, a partir deste instante pode-se fazer a
verificação considerando-se, ou não, a influência do atrito da região dos apoios.
Rdl,xRdu,c
VLbN
Desconsiderando-se a influência do atrito da região dos apoios - µ = 0
A TAB.7.1 a seguir, resume o procedimento de cálculo da carga sobreposta máxima,
w
sp
, considerando-se µ = 0. Na tabela, L
x
é a distância da seção considerada ao apoio; N
c
é a força de compressão no concreto (Eq. 6.18); a é a altura do bloco de tensão do
concreto (Eq. 5.18); y é o braço de alavanca (Eq.5.19); M
pr
é o momento plástico
reduzido da fôrma metálica (Eq. 5.20) e M
Rd
é o momento resistente de cálculo da laje
mista (Eq 5.21).
112
TABELA 7.1 – MIP – Carga uniformemente distribuída - µ = 0
Seção
L
x
(mm)
N
c
≤ N
pa
(N)
a
(mm)
y
(mm)
M
pr
≤ M
pa
(Nmm)
M
Rd
(Nmm)
w
sp
(kN/m
2
)
M
Sd
(Nmm)
1
0
0
0,00
110,00
2.937.500
2.937.500
-
0
2
100
15.744
1,30
109,35
2.937.500
4.659.115
28,07
2.612.720
3
200
31.488
2,59
108,70
2.937.500
6.360.318
17,94
5.007.714
4
300
47.231
3,89
108,06
2.937.500
8.041.107
14,84
7.184.980
5
400
62.975
5,19
107,41
2.815.238
9.579.223
13,53
9.144.521
6
500
78.719
6,48
106,76
2.601.079
11.005.028
12,96
10.886.334
7
600
94.463
7,78
106,11
2.386.920
12.410.421
12,79
12.410.421
8
700
110.207
9,08
105,46
2.172.761
13.795.401
12,88
13.716.781
9
800
125.951
10,37
104,81
1.958.602
15.159.968
13,16
14.805.414
10
900
141.694
11,67
104,17
1.744.443
16.504.123
13,61
15.676.321
11
1.000
157.438
12,97
103,52
1.530.284
17.827.864
14,22
16.329.501
12
1.100
173.182
14,26
102,87
1.316.125
19.131.194
14,99
16.764.954
13
1.200
188.926
15,56
102,22
1.101.965
20.414.110
15,93
16.982.681
14
1250
196.798
16,21
101,90
994.886
21.047.914
16,48
17.009.897
15
1.300
204.670
16,86
101,57
887.806
21.676.614
17,09
16.982.681
16
1.400
220.414
18,15
100,92
673.647
22.918.705
18,50
16.764.954
17
1.500
236.157
19,45
100,28
459.488
24.140.384
20,23
16.329.501
18
1.600
251.901
20,74
99,63
245.329
25.341.650
22,38
15.676.321
19
1.700
267.645
22,04
98,98
31.170
26.522.503
25,10
14.805.414
20
1.800
269.937
22,23
98,88
0
26.692.669
27,33
13.716.781
21
1.900
269.937
22,23
98,88
0
26.692.669
30,28
12.410.421
22
2.000
269.937
22,23
98,88
0
26.692.669
34,66
10.886.334
23
2.100
269.937
22,23
98,88
0
26.692.669
41,49
9.144.521
24
2.200
269.937
22,23
98,88
0
26.692.669
53,18
7.184.980
25
2.300
269.937
22,23
98,88
0
26.692.669
76,95
5.007.714
26
2.400
269.937
22,23
98,88
0
26.692.669
148,99
2.612.720
27
2.500
269.937
22,23
98,88
0
26.692.669
-
0
De acordo com a TAB. 7.1 a carga w
sp
= 12,79 kN/m
2
foi a de menor valor ao longo do
vão L, nas seções indicadas, sendo definida como a carga sobreposta uniformemente
distribuída máxima permitida para este modelo estrutural. Os momentos fletores
solicitantes de cálculo, M
sd
, ao longo dessas seções, foram calculados considerando-se
este valor máximo.
A FIG. 7.4 ilustra a relação entre o momento fletor solicitante de cálculo, M
Sd
,
e o
momento fletor resistente de cálculo, M
Rd
, mostrando um dimensionamento seguro, uma
vez que M
Sd
≤ M
Rd
em todo o vão da laje mista. A seção transversal crítica é definida
113
pelo ponto no qual a curva de M
Sd
tangencia a curva de M
Rd
. Como
L
x
= 600 mm ≤ L
sf
= 1.715 mm, o colapso é considerado por cisalhamento longitudinal.
FIGURA 7.4 - Verificação da laje mista ao cisalhamento longitudinal (MIP sem atrito)
Neste diagrama o comprimento mínimo, L
sf
, para haver interação total entre o aço e
concreto, é dado de uma forma geral, considerando-se o atrito, pela Eq. (6.20).
u,Rd
l,Rdcf
sf
b
VN
L
Neste exemplo, fazendo-se µ = 0 e tomando-se N
cf
dado pelo menor dos valores a
seguir, determina-se L
sf
.
N.
,
,.
f,bt
N.
,
,.
fA
N
c
ckc
a
yF,ef
cf
429971
401
20850000180850
937269
101
280470601
1
Sendo
a1
e
c
coeficientes de ponderação da resistência do aço e do concreto, conforme
ABNT NBR 8800:2008 e ABNT NBR 6118:2003.
0
5.000.000
10.000.000
15.000.000
20.000.000
25.000.000
30.000.000
0 500 1.000 1.500 2.000 2.500
M
Rd
, M
Sd
(Nmm)
L
x
(mm)
Carga Uniformemente Distribuída
MRd
MSd
Lsf
114
Considerando-se a influência do atrito da região dos apoios - µ = 0,50
A TAB.7.2 a seguir, resume o procedimento de cálculo da carga sobreposta máxima,
w
sp
, considerando-se µ = 0,50. Na tabela, L
x
é a distância da seção considerada ao apoio;
N
c
é a força de compressão no concreto (Eq. 6.18); a é a altura do bloco de tensão do
concreto (Eq. 5.18); y é o braço de alavanca (Eq.5.19); M
pr
é o momento plástico
reduzido da fôrma metálica (Eq. 5.20) e M
Rd
é o momento resistente de cálculo da laje
mista (Eq. 5.21).
TABELA 7.2 – MIP – Carga uniformemente distribuída - µ = 0,50
Seção
L
x
(mm)
N
c
≤ N
pa
(N)
a
(mm)
y
(mm)
M
pr
≤ M
pa
(Nmm)
M
Rd
(Nmm)
w
sp
(kN/m
2
)
M
Sd
(Nmm)
1
0
13.034
1,07
109,46
2.937.500
4.364.275
-
0
2
100
25.845
2,13
108,94
2.937.500
5.752.974
53,98
2.502.582
3
200
38.656
3,18
108,41
2.937.500
7.128.157
22,69
4.796.615
4
300
51.467
4,24
107,88
2.937.500
8.489.824
16,44
6.882.100
5
400
64.278
5,29
107,35
2.797.516
9.697.990
13,98
8.759.037
6
500
77.089
6,35
106,83
2.623.251
10.858.361
12,83
10.427.425
7
600
89.900
7,40
106,30
2.448.987
12.005.216
12,30
11.887.264
8
700
102.711
8,46
105,77
2.274.723
13.138.555
12,14
13.138.555
9
800
115.522
9,51
105,24
2.100.458
14.258.378
12,22
14.181.298
10
900
128.333
10,57
104,72
1.926.194
15.364.686
12,51
15.015.492
11
1.000
141.144
11,62
104,19
1.751.930
16.457.477
12,97
15.641.137
12
1.100
153.955
12,68
103,66
1.577.665
17.536.753
13,61
16.058.234
13
1.200
166.766
13,73
103,13
1.403.401
18.602.512
14,43
16.266.783
14
1.250
173.172
14,26
102,87
1.316.269
19.130.324
14,91
16.292.851
15
1.300
179.577
14,79
102,61
1.229.136
19.654.756
15,46
16.266.783
16
1.400
192.388
15,84
102,08
1.054.872
20.693.484
16,74
16.058.234
17
1.500
205.199
16,90
101,55
880.608
21.718.696
18,33
15.641.137
18
1.600
218.010
17,95
101,02
706.343
22.730.393
20,35
15.015.492
19
1.700
230.821
19,01
100,50
532.079
23.728.573
22,93
14.181.298
20
1.800
243.632
20,06
99,97
357.815
24.713.237
26,33
13.138.555
21
1.900
256.443
21,12
99,44
183.550
25.684.386
30,97
11.887.264
22
2.000
269.254
22,17
98,91
9.286
26.642.019
37,64
10.427.425
23
2.100
269.937
22,23
98,88
0
26.692.669
47,99
8.759.037
24
2.200
269.937
22,23
98,88
0
26.692.669
63,63
6.882.100
25
2.300
269.937
22,23
98,88
0
26.692.669
98,05
4.796.615
26
2.400
269.937
22,23
98,88
0
26.692.669
229,50
2.502.582
27
2.500
269.937
22,23
98,88
0
26.692.669
-
0
115
De acordo com a TAB. 7.2 a carga w
sp
= 12,14 kN/m
2
foi a de menor valor ao longo do
vão L, nas seções indicadas, sendo definida como a carga sobreposta uniformemente
distribuída máxima permitida para este modelo estrutural. Os momentos fletores
solicitantes de cálculo, M
sd
, ao longo dessas seções, foram calculados considerando-se
este valor máximo.
A FIG. 7.5 ilustra a relação entre o momento fletor solicitante de cálculo, M
Sd
,
e o
momento fletor resistente de cálculo, M
Rd
, mostrando um dimensionamento seguro, uma
vez que M
Sd
≤ M
Rd
em todo o vão da laje mista. A seção transversal crítica é definida
pelo ponto no qual a curva de M
Sd
tangencia a curva de M
Rd
. Como
L
x
= 700 mm ≤ L
sf
= 2.005 mm, o colapso é considerado por cisalhamento longitudinal.
FIGURA 7.5 - Verificação da laje mista ao cisalhamento longitudinal (MIP com atrito)
A TAB. 7.3 apresenta os resultados das cargas sobreposta uniformemente distribuídas
máximas, calculadas pelos métodos “m-k”, MIP sem atrito e MIP com atrito,
considerando a verificação quanto ao cisalhamento longitudinal.
TABELA 7.3 – Cargas sobrepostas máximas
Verificação ao Cisalhamento Longitudinal
Métodos
“m-k”
MIP sem atrito
MIP com atrito
w
sp
(kN/m
2
)
9,95
12,79
12,14
0
5.000.000
10.000.000
15.000.000
20.000.000
25.000.000
30.000.000
0 500 1.000 1.500 2.000 2.500
M
Rd
, M
Sd
(Nmm)
L
x
(mm)
Carga Uniformemente Distribuída
MRd
MSd
Lsf
116
7.2.2 Verificação da Laje Mista quanto ao Deslocamento Vertical (flecha)
Conforme ABNT NBR 8800:2008, o deslocamento vertical de lajes mistas de aço e
concreto não pode ser maior do que L/350, considerando apenas os efeitos das ações
variáveis, onde L é o vão teórico da laje na direção das nervuras.
mm,
.L
adm
147
350
5002
350
(7.4)
Para a laje simplesmente apoiada deste exemplo, com carga uniformemente distribuída,
o cálculo da flecha se faz através da Eq. 7.5:
lmc
sp
máx
IE
Lw
384
5
4
(7.5)
Na Eq. (7.5) I
lm
é o momento de inércia efetivo da seção transversal da laje mista. Neste
exemplo, considerando-se os estudos realizados no CAP.4, serão utilizados no cálculo
de I
lm
a média simples (I
med
) dos momentos de inércia da seção não-fissurada (I
cf
) e da
seção fissurada (I
II
) e os momentos de inércia efetivos oriundos das propostas 1, 2 e 3.
Considerando-se os dados do exemplo, os momentos de inércia I
cf
e I
II
foram calculados
com o auxílio das Eq. (4.7) e (4.11), respectivamente, sendo:
4
303277189 mm..I
cf
;
4
82009195 mm..I
II
a) Média simples (Eq. 4.12)
4
561184142
2
mm..
II
II
IIcf
medlm
Igualando-se a Eq. 7.4 com a Eq. 7.5, tem-se:
117
44
50025
14756118414228721384
5
384
.
,...
L
IE
w
admmedc
sp
2
sp
kN/m 42,51w
b) Proposta 1 (Eq. 4.25)
Quando M
a
M
r
;
cf
a
r
cflm
I
M
M
III
2
1
Com o auxílio da Eq. (4.14) determina-se M
r
= 4.992.483 Nmm. Igualando-se a
Eq. (7.4) com a Eq. (7.5), utilizando-se as Eq. (4.25) e sabendo-se que M
a
= w
sp
L
2
/8,
pode-se determinar a carga sobreposta máxima admissível.
3
8
2
5
8384
L
MIE
w
radmcfc
sp
(7.6)
3
8
2
50025
4839924814730327718928721384
.
..,...
w
sp
2
sp
kN/m 13,22w
Verificando a validade da formulação, tem-se:
Nmm..MNmm..
.,
M
ra
483992412532810
8
50022213
2
Portanto,
4
2
1
13022744
12532810
4839924
303277189 mm..
..
..
..I
118
c) Proposta 2 (Eq. 4.26)
Quando M
a
M
r
;
cf
a
rII
a
r
cflm
I
M
MI
M
M
III
22
2
1
10
Com o auxílio da Eq. (4.14) determina-se M
r
= 4.992.483 Nmm. Igualando-se a
Eq. (7.4) com a Eq. (7.5), utilizando-se as Eq. (4.26) e sabendo-se que M
a
= w
sp
L
2
/8,
pode-se determinar a carga sobreposta máxima admissível, após desenvolvimento
algébrico.
2
sp
kN/m 14,02w
Verificando a validade da formulação, tem-se:
Nmm..MNmm..
.,
M
ra
483992412595310
8
50020214
2
Portanto,
4
22
2
39185746
12595310
4839924
1
10
82009195
12595310
4839924
303277189 mm..
..
....
..
..
..I
d) Proposta 3 (Eq. 4.27)
Quando M
a
M
r
;
med
a
r
IIlm
I
M
M
III
2
3
Com o auxílio da Eq. (4.14) determina-se M
r
= 7.132.118 Nmm. Igualando-se a
Eq. (7.4) com a Eq. (7.5), utilizando-se as Eq. (4.27) e sabendo-se que M
a
= w
sp
L
2
/8,
pode-se determinar a carga sobreposta máxima admissível, após desenvolvimento
algébrico.
2
sp
kN/m 13,33w
119
Verificando a validade da formulação, tem-se:
Nmm..MNmm..
.,
M
ra
118132706241410
8
50023313
2
Portanto,
4
2
3
51660044
06241410
1181327
82009195 mm..
..
..
..I
A TAB. 7.4 apresenta os resultados das cargas sobreposta máximas, calculadas
considerando-se a verificação quanto ao deslocamento vertical utilizando os momentos
de inércia efetivo da seção mista conforme a média simples e as propostas 1, 2 e 3 deste
trabalho.
TABELA 7.4 – Cargas sobrepostas máximas
Verificação ao Deslocamento Vertical (flecha)
Propostas
I
med
I
1
I
2
I
3
w
sp
(kN/m
2
)
42,51
13,22
14,02
13,33
7.3 Duas Cargas Concentradas aplicadas equidistantes dos Apoios
A FIG. 7.6 mostra, esquematicamente, o carregamento com duas cargas concentradas
em linha, equidistantes dos apoios, aplicadas na laje mista simplesmente apoiada, onde
P
sp
é a carga concentrada sobreposta a ser determinada.
FIGURA 7.6 – Exemplo com duas concentradas equidistantes dos apoios
V
l,Rd
V
l,Rd
pp
laje
P
sp
P
sp
L
L
s
L
s
L
x
A
B
C
D
120
7.3.1 Verificação da Laje Mista quanto ao Cisalhamento Longitudinal
a) Método “m-k’
A resistência ao cisalhamento longitudinal pelo método “m-k” é obtida com auxílio da
Eq. (5.4), mostrada a seguir:
k
bL
A
m
db
V
s
ef,F
sl
F
Rd,l
onde V
l,Rd
é a força cortante resistente de cálculo; γ
sl
é o coeficiente de ponderação da
resistência igual a 1,40; L
s
é o vão de cisalhamento igual a 450 mm.
Logo, aplicando-se os coeficientes de ponderação das ações,
f
, adequados para os
materiais empregados e igualando-se a reação de apoio da FIG. 7.6 com V
l,Rd
da
Eq. (5.4), tem-se:
k
bL
A
m
db
)P(L)pp(
s
F,ef
sl
F
spflajef
2
2
22330
4500001
470601
17235
401
1100001
2
2415002000100276041
,
.
,.
,
,
.
)P,..,,(
sp
kN13,74 N13.735 P
sp
b) Método da interação parcial (MIP)
Conforme já mencionado, para um dimensionamento seguro, a curva de resistência de
cálculo, M
Rd
, deve ficar sempre acima ou tangenciar o diagrama de momento fletor
solicitante de cálculo para o carregamento aplicado, isto é, M
Sd
< M
Rd
, como mostra a
FIG. 7.3.
121
Considerando-se a FIG. 7.6, podem-se identificar três trechos, A-C, A-D e A-B de
diferentes equações do momento fletor. Usando-se funções de descontinuidade a
expressão do momento fletor solicitante de cálculo M
sd
, pode ser escrita numa única
equação dada conforme a Eq. 7.7, onde as barras verticais delimitam os trechos.
sxspfsxspf
x
lajefxRd,lsd
LLLPLLP
L
ppLVM
2
2
(7.7)
Sendo,
22
L
ppPV
lajesp
f
Rdl,
(7.8)
Assim, para se determinar a carga concentrada máxima sobreposta, deve-se igualar M
Sd
(Eq. 7.7) a M
Rd
(Eq.5.21).
prcRd
MyNM
Desconsiderando-se a influência do atrito da região dos apoios - µ = 0
A TAB.7.5 resume o procedimento de cálculo da carga concentrada sobreposta máxima,
P
sp
, considerando-se µ = 0. Na tabela, L
x
é a distância da seção considerada ao apoio; N
c
é a força de compressão no concreto (Eq. 6.18); a é a altura do bloco de tensão do
concreto (Eq. 5.18); y é o braço de alavanca (Eq.5.19); M
pr
é o momento plástico
reduzido da fôrma metálica (Eq. 5.20) e M
Rd
é o momento resistente de cálculo da laje
mista (Eq. 5.21).
A
A
A
C
D
B
122
TABELA 7.5 – MIP – Duas Cargas concentradas eqüidistante do apoio - µ = 0
Seção
L
x
(mm)
N
c
≤ N
pa
(N)
a
(mm)
y
(mm)
M
pr
≤ M
pa
(Nmm)
M
Rd
(Nmm)
P
sp
(N)
M
Sd
(Nmm)
1
0
0
0,00
110,00
2.937.500
2.937.500
-
0
2
100
15.744
1,30
109,35
2.937.500
4.659.115
33.683
2.355.326
3
200
31.488
2,59
108,70
2.937.500
6.360.318
20.634
4.672.012
4
300
47.231
3,89
108,06
2.937.500
8.041.107
16.328
6.950.058
5
400
62.975
5,19
107,41
2.815.238
9.579.223
14.208
9.189.464
6
450
70.847
5,83
107,08
2.708.159
10.294.677
13.512
10.294.677
7
500
78.719
6,48
106,76
2.601.079
11.005.028
14.402
10.444.407
8
600
94.463
7,78
106,11
2.386.920
12.410.421
16.203
10.714.887
9
700
110.207
9,08
105,46
2.172.761
13.795.401
18.033
10.946.727
10
800
125.951
10,37
104,81
1.958.602
15.159.968
19.893
11.139.927
11
900
141.694
11,67
104,17
1.744.443
16.504.123
21.781
11.294.487
12
1.000
157.438
12,97
103,52
1.530.284
17.827.864
23.698
11.410.407
13
1.100
173.182
14,26
102,87
1.316.125
19.131.194
25.644
11.487.687
14
1.200
188.926
15,56
102,22
1.101.965
20.414.110
27.619
11.526.327
15
1.250
196.798
16,21
101,90
994.886
21.047.914
28.618
11.531.157
16
1.300
204.670
16,86
101,57
887.806
21.676.614
29.623
11.526.327
17
1.400
220.414
18,15
100,92
673.647
22.918.705
31.656
11.487.687
18
1.500
236.157
19,45
100,28
459.488
24.140.384
33.718
11.410.407
19
1.600
251.901
20,74
99,63
245.329
25.341.650
35.809
11.294.487
20
1.700
267.645
22,04
98,98
31.170
26.522.503
37.929
11.139.927
21
1.800
269.937
22,23
98,88
0
26.692.669
38.268
10.946.727
22
1.900
269.937
22,23
98,88
0
26.692.669
38.358
10.714.887
23
2.000
269.937
22,23
98,88
0
26.692.669
38.510
10.444.407
24
2.100
269.937
22,23
98,88
0
26.692.669
43.563
9.189.464
25
2.200
269.937
22,23
98,88
0
26.692.669
58.495
6.950.058
26
2.300
269.937
22,23
98,88
0
26.692.669
88.498
4.672.012
27
2.400
269.937
22,23
98,88
0
26.692.669
178.782
2.355.326
28
2.500
269.937
22,23
98,88
0
26.692.669
-
0
De acordo com a TAB. 7.5 a carga P
sp
= 13,51 kN foi a de menor valor ao longo do vão
L, nas seções indicadas, sendo definida como a carga concentrada sobreposta máxima
permitida para este modelo estrutural. Os momentos fletores solicitantes de cálculo, M
sd
,
ao longo dessas seções, foram calculados considerando-se este valor máximo.
A FIG. 7.7 ilustra a relação entre o momento fletor solicitante de cálculo, M
Sd
,
e o
momento fletor resistente de cálculo, M
Rd
, mostrando um dimensionamento seguro, uma
123
vez que M
Sd
≤ M
Rd
em todo o vão da laje mista. A seção transversal crítica é definida
pelo ponto no qual a curva de M
Sd
tangencia a curva de M
Rd
. Como
L
x
= 450 mm ≤ L
sf
= 1.715 mm, o colapso é considerado por cisalhamento longitudinal.
FIGURA 7.7 - Verificação da laje mista ao cisalhamento longitudinal (MIP sem atrito)
O comprimento mínimo, L
sf
, para haver interação total entre o aço e concreto, é dado de
uma forma geral, considerando-se o atrito, pela Eq. (6.20).
Rdu,
Rd,lcf
sf
b
VN
L
Neste exemplo, fazendo-se µ = 0 e tomando-se N
cf
dado pelo menor dos valores a
seguir, determina-se L
sf
.
N.
,
,.
f,bt
N.
,
,.
fA
N
c
ckc
a
yF,ef
cf
429971
401
20850000180850
937269
101
280470601
1
0
5.000.000
10.000.000
15.000.000
20.000.000
25.000.000
30.000.000
0 500 1.000 1.500 2.000 2.500
M
Rd
, M
Sd
(Nmm)
L
x
(mm)
Duas Cargas Concentradas equidistantes dos Apoios
MRd
MSd
Lsf
124
Considerando-se a influência do atrito da região dos apoios - µ = 0,50
A TAB.7.6 a seguir, resume o procedimento de cálculo da carga concentrada sobreposta
máxima, P
sp
, considerando-se µ = 0,50. Na tabela, L
x
é a distância da seção considerada
ao apoio; N
c
é à força de compressão no concreto (Eq. 6.18); a é a altura do bloco de
tensão do concreto (Eq. 5.18); y é o braço de alavanca (Eq.5.19); M
pr
é o momento
plástico reduzido da fôrma metálica (Eq. 5.20) e M
Rd
é o momento resistente de cálculo
da laje mista (Eq. 5.21).
TABELA 7.6 – MIP – Duas Cargas concentradas equidistante do apoio - µ = 0,50
Seção
L
x
(mm)
N
c
≤ N
pa
(N)
a
(mm)
y
(mm)
M
pr
≤ M
pa
(Nmm)
M
Rd
(Nmm)
P
sp
(N)
M
Sd
(Nmm)
1
0
11.725
0,97
109,52
2.937.500
4.221.580
-
0
2
100
24.536
2,02
108,99
2.937.500
5.611.660
62.501
2.325.664
3
200
37.347
3,08
108,46
2.937.500
6.988.225
25.406
4.612.688
4
300
50.158
4,13
107,93
2.937.500
8.351.273
17.638
6.861.072
5
400
62.969
5,19
107,41
2.815.327
9.578.632
14.323
9.070.816
6
450
69.374
5,71
107,14
2.728.194
10.161.198
13.300
10.161.198
7
500
75.780
6,24
106,88
2.641.062
10.740.384
14.057
10.310.928
8
600
88.591
7,30
106,35
2.466.798
11.888.621
15.603
10.581.408
9
700
101.402
8,35
105,82
2.292.534
13.023.341
17.188
10.813.248
10
800
114.213
9,41
105,30
2.118.269
14.144.546
18.813
11.006.448
11
900
127.024
10,46
104,77
1.944.005
15.252.234
20.478
11.161.008
12
1.000
139.835
11,52
104,24
1.769.740
16.346.407
22.182
11.276.928
13
1.100
152.646
12,57
103,71
1.595.476
17.427.064
23.925
11.354.208
14
1.200
165.457
13,63
103,19
1.421.212
18.494.205
25.708
11.392.848
15
1.250
171.862
14,15
102,92
1.334.080
19.022.707
26.614
11.397.678
16
1.300
178.268
14,68
102,66
1.246.947
19.547.830
27.530
11.392.848
17
1.400
191.079
15,74
102,13
1.072.683
20.587.940
29.390
11.354.208
18
1.500
203.890
16,79
101,60
898.419
21.614.533
31.290
11.276.928
19
1.600
216.701
17,85
101,08
724.154
22.627.611
33.227
11.161.008
20
1.700
229.512
18,90
100,55
549.890
23.627.173
35.203
11.006.448
21
1.800
242.323
19,96
100,02
375.626
24.613.219
37.218
10.813.248
22
1.900
255.134
21,01
99,49
201.361
25.585.749
39.270
10.581.408
23
2.000
267.945
22,07
98,97
27.097
26.544.763
41.360
10.310.928
24
2.100
269.937
22,23
98,88
0
26.692.669
49.456
9.070.816
25
2.200
269.937
22,23
98,88
0
26.692.669
68.761
6.861.072
26
2.300
269.937
22,23
98,88
0
26.692.669
110.845
4.612.688
27
2.400
269.937
22,23
98,88
0
26.692.669
271.069
2.325.664
28
2.500
269.937
22,23
98,88
0
26.692.669
-
0
125
De acordo com a TAB. 7.6 a carga P
sp
= 13,30 kN foi a de menor valor ao longo do vão
L, nas seções indicadas, sendo definida como a carga concentrada sobreposta máxima
permitida para este modelo estrutural. Os momentos fletores solicitantes de cálculo, M
sd
,
ao longo dessas seções, foram calculados considerando-se este valor máximo.
A FIG. 7.8 ilustra a relação entre o momento fletor solicitante de cálculo, M
Sd
,
e o
momento fletor resistente de cálculo, M
Rd
, mostrando um dimensionamento seguro, uma
vez que M
Sd
≤ M
Rd
em todo o vão da laje mista. A seção transversal crítica é definida
pelo ponto no qual a curva de M
Sd
tangencia a curva de M
Rd
. Como
L
x
= 450 mm ≤ L
sf
= 2.016 mm, o colapso é considerado por cisalhamento longitudinal.
FIGURA 7.8 - Verificação da laje mista ao cisalhamento longitudinal (MIP com atrito)
A TAB. 7.7 apresenta os resultados das cargas concentradas sobreposta máximas,
calculadas pelos métodos “m-k”, MIP sem atrito e MIP com atrito, considerando a
verificação quanto ao cisalhamento longitudinal.
TABELA 7.7 – Cargas concentradas sobrepostas máximas
Verificação ao Cisalhamento Longitudinal
Métodos
“m-k”
MIP sem atrito
MIP com atrito
P
sp
(kN)
13,74
13,51
13,30
0
5.000.000
10.000.000
15.000.000
20.000.000
25.000.000
30.000.000
0 500 1.000 1.500 2.000 2.500
M
Rd
, M
Sd
(Nmm)
L
x
(mm)
Duas Cargas Concentradas equidistantes dos Apoios
MRd
MSd
Lsf
126
7.3.2 Verificação da Laje Mista quanto ao Deslocamento Vertical (flecha)
Para a laje simplesmente apoiada deste exemplo, com duas cargas concentradas em
linha, eqüidistantes dos apoios, o cálculo da flecha se faz através da Eq. 7.9:
22
43
24
s
lmc
ssp
max
LL
IE
LP
(7.9)
Na Eq. (7.9) I
lm
é o momento de inércia efetivo da seção transversal da laje mista. Neste
exemplo, considerando-se os estudos realizados no CAP.4, serão utilizados no cálculo
de I
lm
a média simples (I
med
) dos momentos de inércia da seção não-fissurada (I
cf
) e da
seção fissurada (I
II
) e os momentos de inércia efetivos oriundos das propostas 1, 2 e 3.
Considerando-se os dados do exemplo, os momentos de inércia I
cf
e I
II
foram calculados
com o auxílio das Eq. (4.7) e (4.11), respectivamente, sendo:
4
303277189 mm..I
cf
;
4
82009195 mm..I
II
a) Média simples (Eq. 4.12)
4
561184142
2
mm..
II
II
IIcf
medlm
Igualando-se a Eq. 7.4 com a Eq. 7.9, tem-se:
).(
,...
)LL(L
IE
P
ss
admmedc
sp
2222
450450023450
1475611841422872124
43
24
kN 64,27 N 64.272 P
sp
127
b) Proposta 1 (Eq. 4.25)
Quando M
a
M
r
;
cf
a
r
cflm
I
M
M
III
2
1
Com o auxílio da Eq. (4.14) determina-se M
r
= 4.992.483 Nmm. Igualando-se a
Eq. (7.4) com a Eq. (7.9); utilizando-se as Eq. (4.25) e sabendo-se que M
a
= P
sp
L
s
,
pode-se chegar a determinação da carga sobreposta máxima admissível.
3
223
2
43
24
)LL(L
MIE
P
ss
radmcfc
sp
(7.10)
3
223
2
450450023450
48399241473032771892872124
).(
..,...
P
sp
kN 21,92 N 21.919P
sp
Verificando a validade da formulação, tem-se:
Nmm..MNmm...M
ra
4839924550863945091921
Portanto,
4
2
1
45649148
5508639
4839924
303277189 mm..
..
..
..I
c) Proposta 2 (Eq. 4.26)
Quando M
a
M
r
;
cf
a
rII
a
r
cflm
I
M
MI
M
M
III
22
2
1
10
128
Com o auxílio da Eq. (4.14) determina-se M
r
= 4.992.483 Nmm. Igualando-se a Eq.
(7.4) com a Eq. (7.9); utilizando-se as Eq. (4.26) e sabendo-se que M
a
= P
sp
L
s
, pode-se
chegar a determinação da carga concentrada sobreposta máxima admissível, após
desenvolvimento algébrico.
kN 23,08 N 23.078P
sp
Verificando a validade da formulação, tem-se:
Nmm..MNmm...M
ra
48399241003851045007823
Portanto,
4
22
2
73105451
10038510
4839924
1
10
82009195
10038510
4839924
303277189 mm..
..
....
..
..
..I
d) Proposta 3 (Eq. 4.27)
Quando M
a
M
r
;
med
a
r
IIlm
I
M
M
III
2
3
Com o auxílio da Eq. (4.14) determina-se M
r
= 7.132.118 Nmm. Igualando-se a Eq.
(7.4) com a Eq. (7.9); utilizando-se as Eq. (4.27) e sabendo-se que M
a
= P
sp
L
s
, pode-se
chegar a determinação da carga sobreposta máxima admissível, após desenvolvimento
algébrico.
kN22,10 N 22.103P
sp
Verificando a validade da formulação, tem-se:
Nmm..MNmm...M
ra
1181327350946945010322
129
Portanto,
4
2
3
68089348
3509469
1181327
82009195 mm..
..
..
..I
A TAB. 7.8 apresenta os resultados das cargas sobreposta concentradas máximas,
calculadas considerando-se a verificação quanto ao deslocamento vertical utilizando os
momentos de inércia efetivo da seção mista conforme a média simples e as propostas 1,
2 e 3 deste trabalho.
TABELA 7.8 – Cargas sobrepostas máximas
Verificação ao Deslocamento Vertical (flecha)
Propostas
I
med
I
1
I
2
I
3
P
sp
(kN)
64,27
21,92
23,08
22,10
7.4 Uma Carga Concentrada aplicada no meio do vão
A FIG. 7.9 mostra, esquematicamente, o carregamento com uma carga concentrada em
linha, aplicada no meio do vão da laje mista simplesmente apoiada, onde P
sp
é a carga
concentrada sobreposta a ser determinada.
FIGURA 7.9 – Exemplo com uma concentrada no meio do vão
P
sp
V
l,Rd
V
l,Rd
pp
laje
L
L
s
L
x
A
C
B
130
7.4.1 Verificação da Laje Mista quanto ao Cisalhamento Longitudinal
a) Método “m-k”
A resistência ao cisalhamento longitudinal pelo método “m-k” é obtida com auxílio da
Eq. (5.4), mostrada a seguir:
k
bL
A
m
db
V
s
ef,F
sl
F
Rd,l
onde V
l,Rd
é a força cortante resistente de cálculo; γ
sl
é o coeficiente de ponderação da
resistência igual a 1,40; L
s
é o vão de cisalhamento igual a 1.250 mm.
Logo, aplicando-se os coeficientes de ponderação das ações,
f
, adequados para os
materiais empregados e igualando-se a reação de apoio da FIG. 7.9 com V
l,Rd
da
Eq. (5.4), tem-se:
k
bL
A
m
db
)P()Lpp(
s
F,ef
sl
F
spflajef
2
22330
25010001
470601
17235
401
1100001
2
415002000100276041
,
..
,.
,
,
.
)P,..,,(
sp
kN 22,52 N22.515 P
sp
b) Método da interação parcial (MIP)
Novamente, para um dimensionamento seguro, a curva de resistência de cálculo, M
Rd
,
deve ficar sempre acima ou tangenciar o diagrama de momento fletor solicitante de
cálculo para o carregamento aplicado, isto é, M
Sd
< M
Rd
, como mostra a FIG. 7.3.
131
Considerando-se a FIG. 7.9, podem-se identificar dois trechos, A-C e A-B de diferentes
equações do momento fletor. Usando-se funções de descontinuidade a expressão do
momento fletor solicitante de cálculo M
sd
, pode ser escrita numa única equação dada
conforme a Eq. 7.11, onde as barras verticais delimitam os trechos.
22
2
L
LP
L
ppLVM
xspf
x
lajefxRd,lsd
(7.11)
Sendo,
LppP
V
lajesp
f
Rd,l
2
(7.12)
Então, para se determinar a carga concentrada máxima sobreposta, deve-se igualar M
Sd
(Eq. 7.11) a M
Rd
(Eq.5.21).
prcRd
MyNM
Desconsiderando-se a influência do atrito da região dos apoios - µ = 0
A TAB.7.9 a seguir, resume o procedimento de cálculo da carga concentrada sobreposta
máxima, P
sp
, considerando-se µ = 0. Na tabela, L
x
é a distância da seção considerada ao
apoio; N
c
é a força de compressão no concreto (Eq. 6.18); a é a altura do bloco de
tensão do concreto (Eq. 5.18); y é o braço de alavanca (Eq.5.19); M
pr
é o momento
plástico reduzido da fôrma metálica (Eq. 5.20) e M
Rd
é o momento resistente de cálculo
da laje mista (Eq 5.21).
A
C
A
B
132
TABELA 7.9 – MIP – Uma carga concentrada no meio do vão - µ = 0
seção
L
x
(mm)
N
c
≤ N
pa
(N)
a
(mm)
y
(mm)
M
pr
≤ M
pa
(Nmm)
M
Rd
(Nmm)
P
sp
(N)
M
S
(Nmm)
1
0
0
0,00
110,00
2.937.500
2.937.500
-
0
2
100
15.744
1,30
109,35
2.937.500
4.659.115
67.366
1.906.013
3
200
31.488
2,59
108,70
2.937.500
6.360.318
41.269
3.773.386
4
300
47.231
3,89
108,06
2.937.500
8.041.107
32.657
5.602.119
5
400
62.975
5,19
107,41
2.815.238
9.579.223
28.416
7.392.212
6
500
78.719
6,48
106,76
2.601.079
11.005.028
25.923
9.143.665
7
600
94.463
7,78
106,11
2.386.920
12.410.421
24.305
10.856.479
8
700
110.207
9,08
105,46
2.172.761
13.795.401
23.186
12.530.652
9
800
125.951
10,37
104,81
1.958.602
15.159.968
22.379
14.166.185
10
900
141.694
11,67
104,17
1.744.443
16.504.123
21.781
15.763.078
11
1.000
157.438
12,97
103,52
1.530.284
17.827.864
21.328
17.321.331
12
1.100
173.182
14,26
102,87
1.316.125
19.131.194
20.982
18.840.944
13
1.200
188.926
15,56
102,22
1.101.965
20.414.110
20.715
20.321.917
14
1.250
196.798
16,21
101,90
994.886
21.047.914
20.605
21.047.914
15
1.300
204.670
16,86
101,57
887.806
21.676.614
24.505
20.321.917
16
1.400
220.414
18,15
100,92
673.647
22.918.705
28.365
18.840.944
17
1.500
236.157
19,45
100,28
459.488
24.140.384
32.986
17.321.331
18
1.600
251.901
20,74
99,63
245.329
25.341.650
38.625
15.763.078
19
1.700
267.645
22,04
98,98
31.170
26.522.503
45.662
14.166.185
20
1.800
269.937
22,23
98,88
0
26.692.669
52.370
12.530.652
21
1.900
269.937
22,23
98,88
0
26.692.669
60.881
10.856.479
22
2.000
269.937
22,23
98,88
0
26.692.669
72.838
9.143.665
23
2.100
269.937
22,23
98,88
0
26.692.669
90.822
7.392.212
24
2.200
269.937
22,23
98,88
0
26.692.669
120.863
5.602.119
25
2.300
269.937
22,23
98,88
0
26.692.669
181.044
3.773.386
26
2.400
269.937
22,23
98,88
0
26.692.669
361.788
1.906.013
27
2.500
269.937
22,23
98,88
0
26.692.669
-
0
De acordo com a TAB. 7.9 a carga P
sp
= 20,61 kN foi a de menor valor ao longo do vão
L, nas seções indicadas, sendo definida como a carga concentrada sobreposta máxima
permitida para este modelo estrutural. Os momentos fletores solicitantes de cálculo, M
sd
,
ao longo dessas seções, foram calculados considerando-se este valor máximo.
A FIG. 7.10 ilustra a relação entre o momento fletor solicitante de cálculo, M
Sd
,
e o
momento fletor resistente de cálculo, M
Rd
, mostrando um dimensionamento seguro, uma
vez que M
Sd
≤ M
Rd
em todo o vão da laje mista. A seção transversal crítica é definida
133
pelo ponto no qual a curva de M
Sd
tangencia a curva de M
Rd
. Como
L
x
=
1.250
mm ≤ L
sf
= 1.715 mm, o colapso é considerado por cisalhamento longitudinal.
FIGURA 7.10 - Verificação da laje mista ao cisalhamento longitudinal (MIP sem atrito)
Neste diagrama o comprimento mínimo, L
sf
, para haver interação total entre o aço e
concreto, é dado de uma forma geral, considerando-se o atrito, pela Eq. (6.20).
u.Rd
Rd,lcf
sf
b
VN
L
Neste exemplo, fazendo-se µ = 0 e tomando-se N
cf
dado pelo menor dos valores a
seguir, determina-se L
sf
.
N.
,
,.
f,bt
N.
,
,.
fA
N
c
ckc
a
yF,ef
cf
429971
401
20850000180850
937269
101
280470601
1
0
5.000.000
10.000.000
15.000.000
20.000.000
25.000.000
30.000.000
0 500 1.000 1.500 2.000 2.500
M
Rd
, M
Sd
(Nmm)
L
x
(mm)
Uma Carga Concentrada no meio do vão
MRd
MSd
Lsf
134
Considerando-se a influência do atrito da região dos apoios - µ = 0,50
A TAB.7.10 a seguir, resume o procedimento de cálculo da carga concentrada
sobreposta máxima, P
sp
, considerando-se µ = 0,50. Na tabela, L
x
é a distância da seção
considerada ao apoio; N
c
é a força de compressão no concreto (Eq. 6.18); a é a altura do
bloco de tensão do concreto (Eq. 5.18); y é o braço de alavanca (Eq.5.19); M
pr
é o
momento plástico reduzido da fôrma metálica (Eq. 5.20) e M
Rd
é o momento resistente
de cálculo da laje mista (Eq. 5.21).
TABELA 7.10 – MIP – Uma Carga concentrada no meio do vão - µ = 0,50
seção
L
x
(mm)
N
c
≤ N
pa
(N)
a
(mm)
y
(mm)
M
pr
≤ M
pa
(Nmm)
M
Rd
(Nmm)
P
sp
(N)
M
S
(Nmm)
1
0
8.717
0,72
109,64
2.937.500
3.893.295
-
0
2
100
21.528
1,77
109,11
2.937.500
5.286.548
125.003
1.724.179
3
200
34.339
2,83
108,59
2.937.500
6.666.285
50.813
3.409.719
4
300
47.150
3,88
108,06
2.937.500
8.032.507
35.276
5.056.618
5
400
59.961
4,94
107,53
2.856.236
9.303.948
28.647
6.664.878
6
500
72.772
5,99
107,00
2.681.971
10.468.873
25.025
8.234.497
7
600
85.583
7,05
106,48
2.507.707
11.620.282
22.778
9.765.477
8
700
98.394
8,10
105,95
2.333.443
12.758.175
21.275
11.257.816
9
800
111.205
9,16
105,42
2.159.178
13.882.553
20.219
12.711.515
10
900
124.016
10,21
104,89
1.984.914
14.993.415
19.452
14.126.575
11
1.000
136.827
11,27
104,37
1.810.650
16.090.760
18.884
15.502.994
12
1.100
149.638
12,32
103,84
1.636.385
17.174.590
18.458
16.840.774
13
1.200
162.449
13,38
103,31
1.462.121
18.244.904
18.137
18.139.913
14
1.250
168.855
13,91
103,05
1.374.989
18.774.993
18.007
18.774.993
15
1.300
175.260
14,43
102,78
1.287.857
19.301.702
19.439
18.139.913
16
1.400
188.071
15,49
102,26
1.113.592
20.344.985
22.732
16.840.774
17
1.500
200.882
16,54
101,73
939.328
21.374.751
26.744
15.502.994
18
1.600
213.693
17,60
101,20
765.063
22.391.002
31.724
14.126.575
19
1.700
226.504
18,65
100,67
590.799
23.393.736
38.053
12.711.515
20
1.800
239.315
19,71
100,15
416.535
24.382.955
46.337
11.257.816
21
1.900
252.126
20,76
99,62
242.270
25.358.658
57.611
9.765.477
22
2.000
264.937
21,82
99,09
68.006
26.320.845
73.798
8.234.497
23
2.100
269.937
22,23
98,88
0
26.692.669
98.913
6.664.878
24
2.200
269.937
22,23
98,88
0
26.692.669
137.521
5.056.618
25
2.300
269.937
22,23
98,88
0
26.692.669
221.691
3.409.719
26
2.400
269.937
22,23
98,88
0
26.692.669
542.139
1.724.179
27
2.500
269.937
22,23
98,88
0
26.692.669
-
0
135
De acordo com a TAB. 7.10 a carga P
sp
= 18,01 kN foi a de menor valor ao longo do
vão L, nas seções indicadas, sendo definida como a carga concentrada sobreposta
máxima permitida para este modelo estrutural. Os momentos fletores solicitantes de
cálculo, M
sd
, ao longo dessas seções, foram calculados considerando-se este valor
máximo.
A FIG. 7.11 ilustra a relação entre o momento fletor solicitante de cálculo, M
Sd
,
e o
momento fletor resistente de cálculo, M
Rd
, mostrando um dimensionamento seguro, uma
vez que M
Sd
≤ M
Rd
em todo o vão da laje mista. A seção transversal crítica é definida
pelo ponto no qual a curva de M
Sd
tangencia a curva de M
Rd
. Como
L
x
= 1.250 mm ≤L
sf
= 2.039 mm, o colapso é considerado por cisalhamento longitudinal.
FIGURA 7.11 - Verificação da laje mista ao cisalhamento longitudinal (MIP com atrito)
A TAB. 7.11 apresenta os resultados das cargas concentradas sobreposta máximas,
calculadas pelos métodos “m-k”, MIP sem atrito e MIP com atrito, considerando a
verificação quanto ao cisalhamento longitudinal.
TABELA 7.11 – Cargas concentradas sobrepostas máximas
Verificação ao Cisalhamento Longitudinal
Métodos
“m-k”
MIP sem atrito
MIP com atrito
P
sp
(kN)
22,52
20,61
18,07
0
5.000.000
10.000.000
15.000.000
20.000.000
25.000.000
30.000.000
0 500 1.000 1.500 2.000 2.500
M
Rd
, M
Sd
(Nmm)
L
x
(mm)
Uma Carga Concentrada no meio do vão
MRd
MSd
Lsf
136
7.4.2 Verificação da Laje Mista quanto ao Deslocamento Vertical (flecha)
Para a laje simplesmente apoiada deste exemplo, com duas cargas concentradas
equidistantes do apoio, o cálculo da flecha se faz através da Eq. 7.13:
lmc
3
sp
máx
IE48
LP
(7.13)
Na Eq. (7.13) I
lm
é o momento de inércia efetivo da seção transversal da laje mista.
Neste exemplo, considerando-se os estudos realizados no CAP.4, serão utilizados no
cálculo de I
lm
a média simples (I
med
) dos momentos de inércia da seção não-fissurada
(I
cf
) e da seção fissurada (I
II
) e os momentos de inércia efetivos oriundos das propostas
1, 2 e 3.
Considerando-se os dados do exemplo, os momentos de inércia I
cf
e I
II
foram calculados
com o auxílio das Eq. (4.7) e (4.11), respectivamente, sendo:
4
303277189 mm..I
cf
;
4
82009195 mm..I
II
a) Média simples (Eq. 4.12)
4
561184142
2
mm..
II
II
IIcf
medlm
Igualando-se a Eq. 7.4 com a Eq. 7.13, tem-se:
33
5002
147561184142287214848
.
,...
L
IE
P
admmedc
sp
kN 66,42 N66.415 P
sp
b) Proposta 1 (Eq. 4.25)
Quando M
a
M
r
;
cf
a
r
cflm
I
M
M
III
2
1
137
Com o auxílio da Eq. (4.14) determina-se M
r
= 4.992.483 Nmm. Igualando-se a Eq.
(7.4) com a Eq. (7.13); utilizando-se as Eq. (4.25) e sabendo-se que M
a
= P
sp
L
s
/2, pode-
se chegar a determinação da carga sobreposta máxima admissível.
3
23
2
192
s
radmcfc
sp
LL
MIE
P
(7.14)
3
23
2
25015002
483992414730327718928721192
..
..,...
P
sp
kN17,80 N 17.802 P
sp
Verificando a validade da formulação, tem-se:
Nmm..MNmm..
..
M
ra
483992425012611
2
250180217
Portanto,
4
2
1
57510938
25012611
4839924
303277189 mm..
..
..
..I
c) Proposta 2 (Eq. 4.26)
Quando M
a
M
r
;
cf
a
rII
a
r
cflm
I
M
MI
M
M
III
22
2
1
10
Com o auxílio da Eq. (4.14) determina-se M
r
= 4.992.483 Nmm. Igualando-se a
Eq. (7.4) com a Eq. (7.13); utilizando-se as Eq. (4.26) e sabendo-se que M
a
= P
sp
L
s
/2,
pode-se chegar a determinação da carga concentrada sobreposta máxima admissível,
após desenvolvimento algébrico.
kN 19,11 N 19.111P
sp
138
Verificando a validade da formulação, tem-se:
Nmm..MNmm..
..
M
ra
483992437594411
2
250111119
Portanto,
4
22
2
64491540
37594411
4839924
1
10
82009195
37594411
4839924
303277189 mm..
..
....
..
..
..I
d) Proposta 3 (Eq. 4.27)
Quando M
a
M
r
;
med
a
r
IIlm
I
M
M
III
2
3
Com o auxílio da Eq. (4.14) determina-se M
r
= 7.132.118 Nmm. Igualando-se a Eq (7.4)
com a Eq. (7.13); utilizando-se as Eq. (4.27) e sabendo-se que M
a
= P
sp
L
s
/2, pode-se
chegar a determinação da carga sobreposta máxima admissível, após desenvolvimento
algébrico.
kN17,95 N 17.951P
sp
Verificando a validade da formulação, tem-se:
Nmm..MNmm..
..
M
ra
118132737521911
2
250195117
Portanto,
4
2
3
56542738
37521911
1181327
82009195 mm..
..
..
..I
139
A TAB. 7.12 apresenta os resultados das cargas sobreposta máximas, calculadas
considerando-se a verificação quanto ao deslocamento vertical utilizando os momentos
de inércia efetivo da seção mista conforme a média simples e as propostas 1, 2 e 3 deste
trabalho.
TABELA 7.12 – Cargas sobrepostas máximas
Verificação ao Deslocamento Vertical (flecha)
Propostas
I
med
I
1
I
2
I
3
P
sp
(kN)
66,42
17,80
19,11
17,95
7.5 Conclusões
A TAB. 7.13 mostra o resumo dos resultados das verificações quanto ao cisalhamento
longitudinal feitas nos exemplos com carga uniformemente distribuída, duas cargas
concentradas aplicadas eqüidistantes dos apoios e uma carga concentrada aplicada no
meio do vão.
TABELA 7.13 – Resumo dos resultados dos exemplos (ELU) - cargas sobrepostas
máximas
Verificação quanto ao Cisalhamento Longitudinal
Tipos de Carregamentos
Cargas
Máximas
Métodos
“m-k”
MIP sem
atrito
MIP com
atrito
Carga distribuída
w
sp
(kN/m
2
)
9,95
12,79
12,14
2 Cargas concentradas
P
sp
(kN)
13,74
13,51
13,30
1 Carga concentrada
P
sp
(kN)
22,52
20,61
18,07
Observando-se a TAB. 7.13, pode-se concluir que para o caso em que se têm duas
cargas aplicadas em linha, o modelo analítico utilizado pelo MIP retrata muito bem as
condições de aplicação de carga nos ensaios, uma vez que os resultados de todos os
métodos foram muito próximos. Já para o caso com uma carga concentrada em linha,
140
aplicada no meio do vão, apesar dos resultados obtidos por todos os métodos
mostrarem-se satisfatórios, o menor valor apresentado pelo MIP considerando o atrito,
confirma a pequena influência do atrito da região dos apoios quando os vãos de
cisalhamento, L
s
, crescem.
Para o exemplo com carga distribuída, o resultado pelo método “m-k” mostrou-se mais
conservador em relação ao MIP, o que pode ser atribuído à aproximação utilizada no
método “m-k”, para transformar a condição do ensaio em laboratório, com duas cargas
concentradas, numa condição equivalente de carga uniformemente distribuída, utilizada
em projetos, que, segundo a literatura, é conservadora.
A TAB. 7.14 mostra o resumo dos resultados das verificações quanto ao deslocamento
vertical feitas nos exemplos com carga uniformemente distribuída, duas cargas
concentradas aplicadas eqüidistantes dos apoios e uma carga concentrada aplicada no
meio do vão.
TABELA 7.14 – Resumo dos resultados dos exemplos (ELS) - cargas sobrepostas
máximas
Verificação quanto ao Deslocamento Vertical (flecha)
Tipos de Carregamentos
Cargas
Máximas
Inércias Efetivas
I
med
I
1
I
2
I
3
Carga distribuída
w
sp
(kN/m
2
)
42,51
13,22
14,02
13,33
2 Cargas concentradas
P
sp
(kN)
64,27
21,92
23,08
22,10
1 Carga concentrada
P
sp
(kN)
66,42
17,80
19,11
17,95
Pode-se observar na TAB. 7.14, que o uso de I
med
para o cálculo da flecha resulta em
uma rigidez bastante elevada para as lajes mistas que utilizam a fôrma metálica Deck-
60, como já analisado no CAP. 4, assim não sendo recomendada sua utilização em
projetos. Observa-se também, que os resultados obtidos utilizando-se os momentos de
inércia efetivos das propostas 1, 2 e 3, mantém uma excelente correlação entre eles.
Como analisado no CAP.4, estas propostas representam mais adequadamente o
comportamento das lajes mistas, sendo, portanto, recomendadas para o uso em projetos.
141
8
CONCLUSÕES E SUGESTÕES PARA CONTINUIDADE DA
PESQUISA
8.1 Considerações Iniciais
O objetivo deste trabalho foi analisar o comportamento e a resistência de um sistema de
lajes mistas com fôrma de aço incorporada, durante todas as fases do carregamento após
a cura do concreto, avaliando criteriosamente o momento de inércia efetivo da seção
mista e a influência do atrito da região dos apoios. A fôrma de aço incorporada utilizada
foi o “Deck-60” fabricado pela USIMINAS S/A.
Para identificar e considerar os vários parâmetros que têm maior influência no
comportamento estrutural e na resistência desse sistema misto foi necessário utilizar o
programa de ensaios em laboratório realizado por RODRIGUES & LAVALL (2005),
com modelos de diferentes combinações de espessuras da laje, vãos de cisalhamento e
espessuras da fôrma de aço. Durante a pesquisa foram ensaiados 12 modelos com vão
simples e bi-apoiados submetidos à flexão. Dos 12 modelos, 6 foram fabricados com
espessura da fôrma de aço igual a 0,80 mm, enquanto os outros 6 tiveram fôrmas com
espessura de 0,95 mm.
142
8.2 Conclusões
As dimensões dos modelos das lajes ensaiadas seguiram as recomendações normativas
mais utilizadas na literatura técnica internacional sobre o assunto, permitindo concluir
que o trabalho executado adotou uma metodologia adequada para o objetivo proposto.
Consequentemente pode-se afirmar que os resultados obtidos são confiáveis e seguros.
A análise global dos resultados revelou um comportamento das lajes mistas, fabricadas
com “Deck-60” e concreto estrutural convencional, bastante similar ao apresentado
pelas lajes mistas já estudadas por outros pesquisadores. Inicialmente existe uma
interação completa entre o perfil de aço e o concreto; com o aumento das solicitações,
ocorre a fissuração da laje acompanhada de acomodações de carga, provocando,
consequentemente, a quebra da aderência química na ligação “deck - concreto”. A partir
daí, como as mossas presentes no perfil de aço são incapazes de transferir o
cisalhamento total nessa interface, surge um deslizamento relativo entre a fôrma de aço
e o concreto, fazendo com que a interação entre os mesmos, passe a ser parcial. Em
todos os casos, a ruptura se deu por cisalhamento longitudinal.
Para o Estado-Limite de Serviço (ELS), onde se estudou o comportamento carga x
flecha no meio do vão, foi mostrado que o momento de inércia efetivo das seções
mistas, sugerido por algumas normas para a verificação das flechas, não definem bem a
realidade do funcionamento do sistema de lajes mistas. Então, através dos resultados
dos ensaios deste trabalho e de outros já publicados, estudos foram feitos mostrando o
real comportamento da laje mista. As propostas 1, 2 e 3, dadas pelas Eq.(4.25), (4.26) e
(4.27), respectivamente, para o cálculo do momento de inércia efetivo em lajes mistas,
representam mais adequadamente as curvas carga x flecha com comportamento dúctil.
Os estudos realizados permitiram concluir que, as propostas 1 e 2, são recomendáveis
para o uso corrente nas especificações de projeto e construção de lajes mistas com
comportamento dúctil, e a proposta 3, pode ser utilizada em lajes mistas que tenham
comportamento, tanto dúctil quanto frágil.
143
Para o Estado-Limite Último (ELU), já com o modo de colapso definido, foram
estudados dois métodos recomendados pela EN 1994-1-1:2004 e ABNT NBR
8800:2008 para o cálculo da resistência: método “m-k” e método da interação parcial.
O método “m-k” é considerado internacionalmente o método padrão para o cálculo da
resistência ao cisalhamento longitudinal do sistema de lajes mistas. A resistência é dada
por uma equação que relaciona a resistência nominal ao esforço cortante com os
parâmetros dos ensaios.
Na expressão da ABNT NBR 8800:2008 utilizada neste trabalho, as constantes m e k
foram determinadas a partir dos dados experimentais, considerando a reta característica
traçada a partir de um modelo estatístico apropriado. As análises realizadas para se
definir os valores de m e k e para determinar o coeficiente de ponderação da resistência
ao cisalhamento longitudinal,
sl
= 1,40, apresentaram boa correlação quando levada em
conta a análise comparativa em serviço. Os resultados alcançados, atendendo aos
critérios exigidos, quando comparados com outras normas técnicas internacionais,
confirmam a consistência e confiabilidade da metodologia adotada.
O método da Interação Parcial (MIP) surge como uma alternativa ao método “m-k” para
a verificação da resistência ao cisalhamento longitudinal, explorando melhor o
comportamento dúctil das fôrmas com boa ligação mecânica e grandes vãos. Além do
mais, esse método permite que se considerem as contribuições do atrito na região dos
apoios, das ancoragens de extremidade e das armaduras de reforço, aumentando a
resistência ao cisalhamento longitudinal do sistema de laje mista.
Os dois métodos mostraram-se bastante eficazes no cálculo da resistência nominal ao
cisalhamento longitudinal dos modelos ensaiados, e apresentaram boa correlação com
os resultados obtidos nos ensaios, como se observou na TAB. 6.4. Para os vãos de
cisalhamento, L
s
, maiores, os resultados obtidos pelos diversos métodos são bastante
próximos, permitindo-se concluir que a influência do atrito da região dos apoios é
pequena. Para vãos de cisalhamento menores, observou-se que os resultados da
formulação do MIP, que considera explicitamente a influência do atrito, apresentaram
uma melhor aproximação com os resultados dos ensaios, podendo-se concluir que a
144
influência do atrito, no caso de vãos menores, é significativa para a determinação da
resistência longitudinal das lajes mistas.
A EN 1994-1-1:2004 recomenda que o coeficiente de ponderação da resistência ao
cisalhamento longitudinal (
sl
) adotado seja igual a 1,25 tanto para o método “m-k”
quanto para o MIP. Entretanto, recomenda-se que o valor de cálculo obtido com esse
coeficiente para as cargas de serviço não ultrapasse a carga de deslizamento de
extremidade inicial, obtida nos ensaios, dividida por 1,2. Verificou-se então, que nesse
sistema, Deck-60, para que
sl
atenda à condição da norma, ele deve ser tomado igual a
1,40, 1,45 e 1,60 para método “m-k”, MIP desconsiderando-se a influência do atrito e o
MIP considerando-se a influência do atrito, respectivamente, mostrando que não se
pode considerar diretamente o
sl
sem uma avaliação criteriosa.
O exemplo prático de aplicação desenvolvido no CAP. 7 permitiu fazer uma análise
comparativa da resistência de cálculo ao cisalhamento longitudinal (ELU) através dos
dois métodos apresentados. Também permitiu fazer uma análise do deslocamento
vertical (ELS) utilizando as propostas de momento de inércia efetivo apresentadas.
As aplicações nos exemplos com cargas concentradas mostraram uma excelente
correlação entre os resultados obtidos pelos métodos “m-k” e MIP, considerando-se e
desconsiderando-se a influência do atrito da região dos apoios, ao se verificar a laje
mista quanto ao cisalhamento longitudinal.
Para o exemplo com carga distribuída o resultado pelo método “m-k” mostrou-se
conservador em relação ao MIP, o que pode ser atribuído à aproximação utilizada no
método “m-k”, para transformar a condição do ensaio em laboratório, com duas cargas
concentradas, numa condição equivalente de carga uniformemente distribuída, utilizada
em projetos, que, segundo a literatura, é conservadora.
Já na verificação da laje mista quanto ao deslocamento vertical (flecha), observou-se
que a utilização do I
med
para o cálculo da flecha resultou em uma rigidez bastante
elevada para as lajes mistas que utilizam a fôrma metálica Deck-60, não sendo, portanto,
recomendada sua utilização em projetos. Observou-se também, que os resultados
obtidos utilizando-se os momentos de inércia efetivos das propostas 1, 2 e 3,
145
mantiveram uma excelente correlação entre eles. Uma vez que os momentos de inércia
efetivos dados pelas propostas 1, 2 e 3 representam mais adequadamente o
comportamento das lajes mistas, são, portanto, recomendados para o uso em projetos.
8.3 Sugestões para continuidade de pesquisa
Após as considerações feitas, algumas propostas para desenvolvimento em estudos
posteriores podem ser apresentadas, uma vez que vários aspectos interessantes e
relevantes surgiram no decorrer do trabalho, os quais devem ser pesquisados e
estudados:
O uso de conectores de cisalhamento, do tipo Stud Bolt, nas extremidades das
lajes mistas aumenta a resistência ao cisalhamento longitudinal, uma vez que
dificulta o deslizamento horizontal relativo entre o concreto e a fôrma de aço,
contribuindo para o aumento do grau de interação ao cisalhamento longitudinal.
O efeito desse uso pode ser estudado pelo MIP.
É importante ressaltar que esse sistema de lajes mistas também pode ser
empregado em construções convencionais de concreto armado. Sugere-se, então,
a realização de um estudo mais aprofundado da aplicação desse sistema de piso
em estruturas de concreto armado, tendo em vista que no Brasil esse sistema tem
sido usado, principalmente, em construções com estruturas de aço.
Considerando que a resistência ao cisalhamento longitudinal do sistema de laje
mista depende principalmente da vinculação mecânica entre a fôrma de aço e o
concreto, acredita-se que possam ser estudados outros tipos de mossas, com
formas e direções diferentes, para se avaliar sua eficiência e influência na
resistência do sistema misto.
Utilização dos ensaios de pequena escala para a determinação ou verificação do
coeficiente de atrito e da resistência ao cisalhamento longitudinal, utilizando
diversos tipos de fôrmas e mossas, permitindo a utilização em análise numérica.
146
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152
ANEXO A
APRESENTAÇÃO DOS GRÁFICOS DOS ENSAIOS
153
A.1 Gráficos de Carga x Deslizamento Relativo de Extremidade
FIGURA A.1 – Modelo 01A (t = 0,80 mm)
FIGURA A.2 – Modelo 01B (t = 0,80 mm)
154
FIGURA A.3 – Modelo 01C (t = 0,80 mm)
FIGURA A.4 – Modelo 02A (t = 0,80 mm)
155
FIGURA A.5 – Modelo 02B (t = 0,80 mm)
FIGURA A.6 – Modelo 02C (t = 0,80 mm)
156
FIGURA A.7 – Modelo 03A (t = 0,95 mm)
FIGURA A.8 – Modelo 03B (t = 0,95 mm)
157
FIGURA A.9 – Modelo 03C (t = 0,95 mm)
FIGURA A.10 – Modelo 04A (t = 0,95 mm)
158
FIGURA A.11 – Modelo 04B (t = 0,95 mm)
FIGURA A.12 – Modelo 04C (t = 0,95 mm)
159
A.2 Gráficos de Carga x Flecha no Meio do Vão
FIGURA A.13 – Modelo 01A (t = 0,80 mm)
FIGURA A.14 – Modelo 01B (t = 0,80 mm)
0
5.000
10.000
15.000
20.000
25.000
30.000
35.000
0 10 20 30 40 50
Carga (N)
Flecha (mm)
Modelo 01A
Seção não-fissurada
Seção fissurada
Flecha de serviço
0
5.000
10.000
15.000
20.000
25.000
30.000
35.000
0 10 20 30 40 50
Carga (N)
Flecha (mm)
Modelo 01B
Seção não-fissurada
Seção fissurada
Flecha de serviço
160
FIGURA A.15 – Modelo 01C (t = 0,80 mm)
FIGURA A.16 – Modelo 02A (t = 0,80 mm)
0
5.000
10.000
15.000
20.000
25.000
30.000
35.000
0 10 20 30 40 50
Carga (N)
Flecha (mm)
Modelo 01C
Seção não-fissurada
Seção fissurada
Flecha de serviço
0
10.000
20.000
30.000
40.000
50.000
60.000
70.000
0 2 4 6 8 10 12 14 16
Carga (N)
Flecha (mm)
Modelo 02A
Seção não-fissurada
Seção fissurada
Flecha de serviço
161
FIGURA A.17 – Modelo 02B (t = 0,80 mm)
FIGURA A.18 – Modelo 02C (t = 0,80 mm)
0
10.000
20.000
30.000
40.000
50.000
60.000
0 5 10 15 20 25 30
Carga (N)
Flecha (mm)
Modelo 02B
Seção não-fissurada
Seção fissurada
Flecha de serviço
0
10.000
20.000
30.000
40.000
50.000
60.000
70.000
0 5 10 15 20 25 30
Carga (N)
Flecha (mm)
Modelo 02C
Seção não-fissurada
Seção fissurada
Flecha de serviço
162
FIGURA A.19 – Modelo 03A (t = 0,95 mm)
FIGURA A.20 – Modelo 03B (t = 0,95 mm)
0
5.000
10.000
15.000
20.000
25.000
30.000
35.000
40.000
45.000
0 10 20 30 40 50
Carga (N)
Flecha (mm)
Modelo 03A
Seção não-fissurada
Seção fissurada
Flecha de serviço
0
5.000
10.000
15.000
20.000
25.000
30.000
35.000
40.000
45.000
0 10 20 30 40 50
Carga (N)
Flecha (mm)
Modelo 03B
Seção não-fissurada
Seção fissurada
Flecha de serviço
163
FIGURA A.21 – Modelo 03C (t = 0,95 mm)
FIGURA A.22 – Modelo 04A (t = 0,95 mm)
0
5.000
10.000
15.000
20.000
25.000
30.000
35.000
40.000
0 10 20 30 40 50
Carga (N)
Flecha (mm)
Modelo 03C
Seção Não-Fissurada
Seção Fissurada
Flecha de serviço
0
10.000
20.000
30.000
40.000
50.000
60.000
70.000
80.000
0 5 10 15 20 25
Carga (N)
Flecha (mm)
Modelo 04A
Seçãon não-fissurada
Seção fissurada
Flecha de serviço
164
FIGURA A.23 – Modelo 04B (t = 0,95 mm)
FIGURA A.24 – Modelo 04C (t = 0,95 mm)
0
10.000
20.000
30.000
40.000
50.000
60.000
70.000
80.000
0 5 10 15 20 25 30
Carga (N)
Flecha (mm)
Modelo 04B
Seção não-fissurada
Seção fissurada
Flecha de Serviço
0
10.000
20.000
30.000
40.000
50.000
60.000
70.000
80.000
90.000
0 5 10 15 20 25 30
Carga (N)
Flecha (mm)
Modelo 04C
Seção Não-Fissurada
Seção Fissurada
Flecha de serviço
165
A.3 Gráficos de Carga x Deformação no Aço
FIGURA A.25 – Modelo 01A (t = 0,80 mm)
FIGURA A.26 – Modelo 01B (t = 0,80 mm)
166
FIGURA A.27 – Modelo 01C (t = 0,80 mm)
FIGURA A.28 – Modelo 02A (t = 0,80 mm)
167
FIGURA A.29 – Modelo 02B (t = 0,80 mm)
FIGURA A.30 – Modelo 02C (t = 0,80 mm)
168
FIGURA A.31– Modelo 03A (t = 0,95 mm)
FIGURA A.32 – Modelo 03B (t = 0,95 mm)
169
FIGURA A.33 – Modelo 03C (t = 0,95 mm)
FIGURA A.34 – Modelo 04A (t = 0,95 mm)
170
FIGURA A.35 – Modelo 04B (t = 0,95 mm)
FIGURA A.36 – Modelo 04C (t = 0,95 mm)
171
ANEXO B
APRESENTAÇÃO DOS GRÁFICOS PARA O ESTUDO DO
MOMENTO DE INÉRCIA EFETIVO DA SEÇÃO MISTA
172
B.1 Gráficos da Variação do Momento de Inércia Efetivo da Seção Mista em
função do Momento Fletor
FIGURA B.1 – Modelo 01A (t = 0,80 mm)
FIGURA B.2 – Modelo 01B (t = 0,80 mm)
0,00
0,20
0,40
0,60
0,80
1,00
1,20
0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50
I
lm
/I
cf
M
a
/M
r
Ilm/Icf (Modelo 01A)
Ilm/Icf (Média)
Ilm/Icf (Tenhovuori)
Ilm/Icf (ANSI/ASCE)
Ilm/Icf (EUROCODE)
Ilm/Icf (Souza Neto)
Ilm/Icf (Proposta 1)
Ilm/Icf (Proposta 2)
Ilm/Icf (Proposta 3)
0,00
0,20
0,40
0,60
0,80
1,00
1,20
0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50 4,00 4,50 5,00
I
lm
/I
cf
M
a
/M
r
Ilm/Icf (Modelo 01B)
Ilm/Icf (Média)
Ilm/Icf (Tenhovuori)
Ilm/Icf (ANSI/ASCE)
Ilm/Icf (EUROCODE)
Ilm/Icf (Souza Neto)
Ilm/Icf (Proposta 1)
Ilm/Icf (Proposta 2)
Ilm/Icf (Proposta 3)
173
FIGURA B.3 – Modelo 01C (t = 0,80 mm)
FIGURA B.4 – Modelo 02A (t = 0,80 mm)
0,00
0,20
0,40
0,60
0,80
1,00
1,20
0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50 4,00 4,50
I
lm
/I
cf
M
a
/M
r
Ilm/Icf (Modelo 01C)
Ilm/Icf (Média)
Ilm/Icf (Tenhovuori)
Ilm/Icf (ANSI/ASCE)
Ilm/Icf (EUROCODE)
Ilm/Icf (Souza Neto)
Ilm/Icf (Proposta 1)
Ilm/Icf (Proposta 2)
Ilm/Icf (Proposta 3)
0,00
0,20
0,40
0,60
0,80
1,00
1,20
0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50
I
lm
/I
cf
M
a
/M
r
Ilm/Icf (Modelo 02A)
Ilm/Icf (Média)
Ilm/Icf (Tenhovuori)
Ilm/Icf (ANSI/ASCE)
Ilm/Icf (EUROCODE)
Ilm/Icf (Souza Neto)
Ilm/Icf (Proposta 1)
Ilm/Icf (Proposta 2)
Ilm/Icf (Proposta 3)
174
FIGURA B.5 – Modelo 02B (t = 0,80 mm)
FIGURA B.6 – Modelo 02C (t = 0,80 mm)
0,00
0,20
0,40
0,60
0,80
1,00
1,20
0,00 0,50 1,00 1,50 2,00
I
lm
/I
cf
M
a
/M
r
Ilm/Icf (Modelo 02B)
Ilm/Icf (Média)
Ilm/Icf (Tenhovuori)
Ilm/Icf (ANSI/ASCE)
Ilm/Icf (EUROCODE)
Ilm/Icf (Souza Neto)
Ilm/Icf (Proposta 1)
Ilm/Icf (Proposta 2)
Ilm/Icf (Proposta 3)
0,00
0,20
0,40
0,60
0,80
1,00
1,20
0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50
I
lm
/I
cf
M
a
/M
r
Ilm/Icf (Modelo 02C)
Ilm/Icf (Média)
Ilm/Icf (Tenhovuori)
Ilm/Icf (ANSI/ASCE)
Ilm/Icf (EUROCODE)
Ilm/Icf (Souza Neto)
Ilm/Icf (Proposta 1)
Ilm/Icf (Proposta 2)
Ilm/Icf (Proposta 3)
175
FIGURA B.7 – Modelo 03A (t = 0,95 mm)
FIGURA B.8 – Modelo 03B (t = 0,95 mm)
0,00
0,20
0,40
0,60
0,80
1,00
1,20
0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50 4,00 4,50 5,00 5,50
I
lm
/I
cf
M
a
/M
r
Ilm/Icf (Modelo 03A)
Ilm/Icf (Média)
Ilm/Icf (Tenhovuori)
Ilm/Icf (ANSI/ASCE)
Ilm/Icf (EUROCODE)
Ilm/Icf (Souza Neto)
Ilm/Icf (Proposta 1)
Ilm/Icf (Proposta 2)
Ilm/Icf (Proposta 3)
0,00
0,20
0,40
0,60
0,80
1,00
1,20
0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50 4,00 4,50
I
lm
/I
cf
M
a
/M
r
Ilm/Icf (Modelo 03B)
Ilm/Icf (Média)
Ilm/Icf (Tenhovuori)
Ilm/Icf (ANSI/ASCE)
Ilm/Icf (EUROCODE)
Ilm/Icf (Souza Neto)
Ilm/Icf (Proposta 1)
Ilm/Icf (Proposta 2)
Ilm/Icf (Proposta 3)
176
FIGURA B.9 – Modelo 03C (t = 0,95 mm)
FIGURA B.10 – Modelo 04A (t = 0,95 mm)
0,00
0,20
0,40
0,60
0,80
1,00
1,20
0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50 4,00 4,50
I
lm
/I
cf
M
a
/M
r
Ilm/Icf (Modelo 03C)
Ilm/Icf (Média)
Ilm/Icf (Tenhovuori)
Ilm/Icf (ANSI/ASCE)
Ilm/Icf (EUROCODE)
Ilm/Icf (Souza Neto)
Ilm/Icf (Proposta 1)
Ilm/Icf (Proposta 2)
Ilm/Icf (Proposta 3)
0,00
0,20
0,40
0,60
0,80
1,00
1,20
0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00
I
lm
/I
cf
M
a
/M
r
Ilm/Icf (Modelo 04A)
Ilm/Icf (Média)
Ilm/Icf (Tenhovuori)
Ilm/Icf (ANSI/ASCE)
Ilm/Icf (EUROCODE)
Ilm/Icf (Souza Neto)
Ilm/Icf (Proposta 1)
Ilm/Icf (Proposta 2)
Ilm/Icf (Proposta 3)
177
FIGURA B.11 – Modelo 04B (t = 0,95 mm)
FIGURA B.12 – Modelo 04C (t = 0,95 mm)
0,00
0,20
0,40
0,60
0,80
1,00
1,20
0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00
I
lm
/I
cf
M
a
/M
r
Ilm/Icf (Modelo 04B)
Ilm/Icf (Média)
Ilm/Icf (Tenhovuori)
Ilm/Icf (ANSI/ASCE)
Ilm/Icf (EUROCODE)
Ilm/Icf (Souza Neto)
Ilm/Icf (Proposta 1)
Ilm/Icf (Proposta 2)
Ilm/Icf (Proposta 3)
0,00
0,20
0,40
0,60
0,80
1,00
1,20
0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00
I
lm
/I
cf
M
a
/M
r
Ilm/Icf (Modelo 04C)
Ilm/Icf (Média)
Ilm/Icf (Tenhovuori)
Ilm/Icf (ANSI/ASCE)
Ilm/Icf (EUROCODE)
Ilm/Icf (Souza Neto)
Ilm/Icf (Proposta 1)
Ilm/Icf (Proposta 2)
Ilm/Icf (Proposta 3)
178
B.2 Gráficos de Carga x Flecha no Meio do Vão
FIGURA B.13 – Modelo 01A (t = 0,80 mm)
FIGURA B.14 – Modelo 01B (t = 0,80 mm)
0
5.000
10.000
15.000
20.000
25.000
30.000
35.000
0 40 80 120 160
Carga (N)
Flecha (mm)
Modelo 01A
Média
Tenhovuori
ANSI/ASCE
EUROCODE
Souza Neto
Proposta 1
Proposta 2
Proposta 3
Flecha de serviço
0
5.000
10.000
15.000
20.000
25.000
30.000
35.000
0 40 80 120 160 200 240 280
Carga (N)
Flecha (mm)
Modelo 01B
Média
Tenhovuori
ANSI/ASCE
EUROCODE
Souza Neto
Proposta 1
Proposta 2
Proposta 3
Flecha de serviço
179
FIGURA B.15 – Modelo 01C (t = 0,80 mm)
FIGURA B.16 – Modelo 02A (t = 0,80 mm)
0
5.000
10.000
15.000
20.000
25.000
30.000
35.000
0 40 80 120 160 200 240
Carga (N)
Flecha (mm)
Modelo 01C
Média
Tenhovuori
ANSI/ASCE
EUROCODE
Souza Neto
Proposta 1
Proposta 2
Proposta 3
Flecha de serviço
0
10.000
20.000
30.000
40.000
50.000
60.000
70.000
0 5 10 15 20 25 30 35
Carga (N)
Flecha (mm)
Modelo 02A
Média
Tenhovuori
ANSI/ASCE
EUROCODE
Souza Neto
Proposta 1
Proposta 2
Proposta 3
Flecha de serviço
180
FIGURA B.17 – Modelo 02B (t = 0,80 mm)
FIGURA B.18 – Modelo 02C (t = 0,80 mm)
0
10.000
20.000
30.000
40.000
50.000
60.000
0 5 10 15 20 25 30
Carga (N)
Flecha (mm)
Modelo 02B
Média
Tenhovuori
ANSI/ASCE
EUROCODE
Souza Neto
Proposta 1
Proposta 2
Proposta 3
Flecha de serviço
0
10.000
20.000
30.000
40.000
50.000
60.000
70.000
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
Carga (N)
Flecha (mm)
Modelo 02C
Média
Tenhovuori
ANSI/ASCE
EUROCODE
Souza Neto
Proposta 1
Proposta 2
Proposta 3
Flecha de serviço
181
FIGURA B.19 – Modelo 03A (t = 0,95 mm)
FIGURA B.20 – Modelo 03B (t = 0,95 mm)
0
5.000
10.000
15.000
20.000
25.000
30.000
35.000
40.000
45.000
0 50 100 150 200 250 300 350
Carga (N)
Flecha (mm)
Modelo 03A
Média
Tenhovuori
ANSI/ASCE
EUROCODE
Souza Neto
Proposta 1
Proposta 2
Proposta 3
Flecha de serviço
0
5.000
10.000
15.000
20.000
25.000
30.000
35.000
40.000
45.000
0 50 100 150 200 250
Carga (N)
Flecha (mm)
Modelo 03B
Média
Tenhovuori
ANSI/ASCE
EUROCODE
Souza Neto
Proposta 1
Proposta 2
Proposta 3
Flecha de serviço
182
FIGURA B.21 – Modelo 03C (t = 0,95 mm)
FIGURA B.22 – Modelo 04A (t = 0,95 mm)
0
5.000
10.000
15.000
20.000
25.000
30.000
35.000
40.000
0 50 100 150 200 250
Carga (N)
Flecha (mm)
Modelo 03C
Média
Tenhovuori
ANSI/ASCE
EUROCODE
Souza Neto
Proposta 1
Proposta 2
Proposta 3
Flecha de serviço
0
10.000
20.000
30.000
40.000
50.000
60.000
70.000
80.000
0 10 20 30 40 50
Carga (N)
Flecha (mm)
Modelo 04A
Média
Tenhovuori
ANSI/ASCE
EUROCODE
Souza Neto
Proposta 1
Proposta 2
Proposta 3
Flecha de serviço
183
FIGURA B.23 – Modelo 04B (t = 0,95 mm)
FIGURA B.24 – Modelo 04C (t = 0,95 mm)
0
10.000
20.000
30.000
40.000
50.000
60.000
70.000
80.000
0 10 20 30 40 50 60
Carga (N)
Flecha (mm)
Modelo 04B
Média
Tenhovuori
ANSI/ASCE
EUROCODE
Souza Neto
Proposta 1
Proposta 2
Proposta 3
Flecha de serviço
0
10.000
20.000
30.000
40.000
50.000
60.000
70.000
80.000
90.000
0 10 20 30 40 50 60
Carga (N)
Flecha (mm)
Modelo 04C
Média
Tenhovuori
ANSI/ASCE
EUROCODE
Souza Neto
Proposta 1
Proposta 2
Proposta 3
Flecha de serviço
184
ANEXO C
FORMULAÇÃO ANALÍTICA E DIAGRAMAS DE
INTERAÇÃO PARCIAL PARA DETERMINAÇÃO DO GRAU
DE INTERAÇÃO (
) DOS MODELOS ENSAIADOS
185
C.1 Formulação Analítica para Determinação do Grau de Interação Parcial
Para determinar o grau de interação parcial ao cisalhamento, mostrou-se no item 5.3.3
que deve ser traçado o diagrama de interação parcial de cada modelo ensaiado, o qual
relaciona a resistência nominal ao momento fletor, dada pela relação M
Rp
/M
R
com o
grau de interação
= N
c
/N
cf
, conforme ilustra a FIG. C.1.
O diagrama de interação parcial é traçado com o auxílio das Eq. 5.18 a 5.21, utilizando-
se as dimensões e resistências do concreto e do aço da fôrma medidas nos ensaios
realizados. Segundo a EN 1994-1-1:2004, a resistência do concreto a ser empregada
pode ser o valor médio, f
cm
, das resistências medidas de cada grupo avaliado.
FIGURA C.1 - Diagrama de interação parcial para a determinação do grau de interação
O momento fletor último de ensaio, M
ensaio
, calculado pela Eq.2.3, é dividido pelo
momento fletor resistente nominal da laje, M
R
, que considera a interação total, e é
calculada pela Eq. 5.11. Seguindo o caminho A
B
C do diagrama de interação
parcial, o grau de interação ao cisalhamento longitudinal de um modelo específico,
η
ensaio
, é determinado.
M
Rp
/M
R
0
0,20
0,40
0,60
0,80
1,00
1,00
=N
c
/N
cf
M
ensaio
/M
R
M
pa
/M
R
A
B
C
N
cf
f
cm
f
y
f
y
f
y
N
c
f
cm
f
y
f
y
ensaio
186
O grau de interação,
, pode ser determinado analiticamente ao se igualar o M
ensaio
,
dado pela Eq. (2.3), ao momento resistente nominal (M
Rp
), dado pela Eq.(5.21). Dessa
forma, tem-se:
prcensaio
MyNM
(C.1)
Os parâmetros N
c
, y e M
pr
são dados pelas Eq. (5.23), (5.19) e (5.20), respectivamente.
Desenvolvendo-se, com auxílio da Eq. (5.18), tem-se:
pa
cf
pa
pa
cf
pp
cm
cf
tcfensaio
N
N
M,
N
N
e)(ee
fb
N,
hNM 1251
50
(C.2)
Desenvolvendo-se a Eq. (C.2) tendo em vista as duas equações oriundas da Eq. (5.20) e
sabendo-se que N
cf
= N
pa
[Eq. (5.9)], tem-se:
Para η ≥ 0,20:
pa
pa
pa
ptcf
cmpa
p
cfensaio
M,
N
M,
ehN
fb
,
N
ee
NM 251
251
50
22
(C.3)
A Eq. (C.3) é uma equação do segundo grau tendo como incógnita o grau de interação
parcial η. Esta equação pode ser escrita da seguinte forma:
0
2
kji
(C.4)
onde,
cmpa
p
cf
fb
,
N
ee
Ni
50
2
(C.5)
pa
pa
ptcf
N
M,
ehNj
251
(C.6)
187
ensaiopa
MM,k 251
(C.7)
Para η < 0,20:
paptcf
cmpa
p
cfensaio
MehN
fb
,
N
ee
NM
50
22
(C.8)
Pode-se ver que a Eq.(C.8) também é uma equação do segundo grau em η. Assim, será
utilizada novamente a Eq.(C.4), onde as constantes são:
A constante i será calculada pela Eq.(C.5).
ptcf
ehNj
(C.9)
ensaiopa
MMk
(C.10)
O valor positivo e menor que um de η que satisfaz a Eq. (C.4) é o valor procurado do
grau de interação parcial ao cisalhamento (η
ensaio
). Esse η
ensaio
deve ser calculado para
cada modelo de laje ensaiado.
188
C.2 Diagramas de Resistência à Interação Parcial dos Modelos Ensaiados
FIGURA C.2 – Modelo 01A (t = 0,80 mm)
FIGURA C.3 – Modelo 01B (t = 0,80 mm)
ensaio
= 0,592
0,00
0,20
0,40
0,60
0,80
1,00
1,20
0,00 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00 1,20
M
Rp
/M
R
η = N
c
/N
cf
Modelo 01A
Grau de Interação
A
B
C
ensaio
= 0,619
0,00
0,20
0,40
0,60
0,80
1,00
1,20
0,00 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00 1,20
M
Rp
/M
R
η = N
c
/N
cf
Modelo 01B
Grau de Interação
A
B
C
189
FIGURA C.4 – Modelo 01C (t = 0,80 mm)
FIGURA C.5 – Modelo 02A (t = 0,80 mm)
ensaio
= 0,604
0,00
0,20
0,40
0,60
0,80
1,00
1,20
0,00 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00 1,20
M
Rp
/M
R
η = N
c
/N
cf
Modelo 01C
Grau de Interação
A
B
C
ensaio
= 0,357
0,00
0,20
0,40
0,60
0,80
1,00
1,20
0,00 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00 1,20
M
Rp
/M
R
η = N
c
/N
cf
Modelo 02A
Grau de Interação
A
B
C
190
FIGURA C.6 – Modelo 02B (t = 0,80 mm)
FIGURA C.7– Modelo 02C (t = 0,80 mm)
ensaio
= 0,344
0,00
0,20
0,40
0,60
0,80
1,00
1,20
0,00 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00 1,20
M
Rp
/M
R
η = N
c
/N
cf
Modelo 02B
Grau de Interação
A
B
C
ensaio
= 0,396
0,00
0,20
0,40
0,60
0,80
1,00
1,20
0,00 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00 1,20
M
Rp
/M
R
η = N
c
/N
cf
Modelo 02C
Grau de Interação
A
B
C
191
FIGURA C.8– Modelo 03A (t = 0,95 mm)
FIGURA C.9– Modelo 03B (t = 0,95 mm)
ensaio
= 0,528
0,00
0,20
0,40
0,60
0,80
1,00
1,20
0,00 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00 1,20
M
Rp
/M
R
η = N
c
/N
cf
Modelo 03A
Grau de Interação
A
B
C
ensaio
= 0,488
0,00
0,20
0,40
0,60
0,80
1,00
1,20
0,00 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00 1,20
M
Rp
/M
R
η = N
c
/N
cf
Modelo 03B
Grau de Interação
A
B
C
192
FIGURA C.10– Modelo 03C (t = 0,95 mm)
FIGURA C.11– Modelo 04A (t = 0,95 mm)
ensaio
= 0,456
0,00
0,20
0,40
0,60
0,80
1,00
1,20
0,00 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00 1,20
M
Rp
/M
R
η = N
c
/N
cf
Modelo 03C
Grau de Interação
A
B
C
ensaio
= 0,298
0,00
0,20
0,40
0,60
0,80
1,00
1,20
0,00 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00 1,20
M
Rp
/M
R
η = N
c
/N
cf
Modelo 04A
Grau de Interação
A
B
C
193
FIGURA C.12– Modelo 04B (t = 0,95 mm)
FIGURA C.13– Modelo 04C (t = 0,95 mm)
ensaio
= 0,322
0,00
0,20
0,40
0,60
0,80
1,00
1,20
0,00 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00 1,20
M
Rp
/M
R
η = N
c
/N
cf
Modelo 04B
Grau de Interação
A
B
C
ensaio
= 0,355
0,00
0,20
0,40
0,60
0,80
1,00
1,20
0,00 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00 1,20
M
Rp
/M
R
η = N
c
/N
cf
Modelo 04C
Grau de Interação
A
B
C
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