Lajes lisas em concreto armado

A utilização de mantas de Polímeros Reforçados com Fibra de Carbono (PRFC) como alternativa para o aumento da capaci- dade portante de lajes lisas é uma intervenção simples, rápida e cuja eiciência tem sido comprovada por pesquisas experi- mentais, nos últimos anos. A ideia principal do método de re- forço consiste em se instalar o PRFC como elemento resistente ao cisalhamento. A aplicação se dá pela colagem da manta de PRFC em furos que atravessam o plano da laje. Deve-se aten- tar ainda para as exigências de ancoragem da manta e para o posterior preenchimento dos furos com argamassa de resistên- cia e módulo de elasticidade compatíveis com as do substrato. Não existem normas que tratem especiicamente da utilização de PRFC como reforço à punção em lajes. Diante do exposto, o objetivo deste artigo é avaliar a segurança, economia e a preci- são da aplicação de algumas das principais normas de projeto na estimativa da resistência a punção de lajes lisas em concreto armado reforçadas à punção com PRFC.

ou distantes do pilar em oito lajes planas de concreto armado de 1800x1800x130 mm. As características e as cargas de rupturas das lajes são apresentadas na Tabela 2. Em cada laje foram feitos dois furos com dimensões variadas, e foram situados em relação ao pilar quadrado, com 150 mm de lado, conforme mostrado na Figura 3. Em nenhuma laje foi utilizada armadura de cisalhamento. As cargas de ruptura foram inversamente proporcionais às dimensões dos furos e as distâncias desses em relação ao pilar. O autor concluiu que furos em lajes lisas de qualquer dimensão situados próximos ao pilar re- duzem signiicativamente a resistência ao puncionamento. Também veriicou que os furos estudados a uma distância de 4d em relação à superfície do pilar não inluenciaram na carga e no modo de ruptura à punção. Em suas considerações inais, evidencia que mais estudos devem ser realizados para uma conclusão mais clara sobre a inluên- cia de furos distantes do pilar na resistência à punção.

Esta pesquisa está dividida em sete capítulos, incluindo essa introdução. No Capítulo 2 apresentam-se as considerações gerais sobre o sistema estrutural das lajes em concreto armado, o mecanismo de ruína das lajes lisas, os conceitos básicos adotados no cálculo da resistência à punção e algumas prescrições normativas aplicáveis ao caso em estudo. Também no Capítulo 2, apresentam-se os sistemas de reforço de estruturas de concreto armado com PRFC e as técnicas que viabilizam sua utilização como reforço à punção. O Capítulo 3 mostra o programa experimental das 12 lajes. Esse capítulo descreve as características geométricas dos modelos, a técnica de reforço utilizada, o sistema de ensaio, a instrumentação adotada e as propriedades mecânicas dos materiais constituintes.

Pesquisas experimentais desenvolvidas por diferentes autores confirmam que a utilização de armadura de cisalhamento pode conferir o aumento da resistência à punção das lajes lisas de concreto armado. No entanto, a eficiência prática dessa armadura está associada, além do aumento da capacidade resistente, a critérios de praticidade de instalação e viabilidade econômica. Nesse sentido, o presente estudo objetiva investigar, experimentalmente, a viabilidade do uso de estribos fechados como armadura de cisalhamento em ligações laje-pilar, quando variado o seu tipo de ancoragem na armadura de flexão de compressão e tração. Para tanto, avalia-se o comportamento à punção de cinco modelos locais de lajes lisas de concreto armado apoiadas em pilares internos e submetidas a carregamento simétrico. Tais modelos possuem dimensões de 2500 x 2500 mm de comprimento e uma altura nominal de 180 mm. Em todos os modelos manteve-se a mesma taxa e disposição da armadura de flexão, bem como a especificação de resistência à compressão do concreto de 30 MPa aos 28 dias. No tocante às armaduras de cisalhamento que compõem o presente estudo, tem-se que possuem taxa de armadura de aproximadamente 0,13% e foram distribuídas simetricamente em cinco camadas na região do contorno do pilar, em forma de “cruz”. Além disso, é válido destacar que os resultados desses ensaios também foram comparados a valores estimados pelo dimensionamento das seguintes normas de projeto: ABNT NBR 6118 (2014), ACI 318 (2014) e Eurocode 2 (2004). Por fim, com a análise dos resultados experimentais, observa-se que a presença da armadura de cisalhamento conferiu acréscimos de carga que variaram entre 26% e 38%. Sendo assim, no que se refere aos modelos considerados nesse estudo, os estribos que são colocados em lajes lisas de concreto armado e que não envolvem as barras das armaduras de flexão podem atuar como uma opção de armadura de cisalhamento admissível no combate à punção.

O presente trabalho é composto por quatro capítulos e três anexos. No capítulo 2 é apresentada uma revisão bibliográfica, do comportamento pós-puncionamento de lajes lisas de concreto armado e sua relação com o colapso progressivo, e são apresentados dois exemplos de acidentes de edifícios de concreto armado em decorrência de rupturas localizadas. São apresentadas também quatro pesquisas anteriores, duas que estudaram o comportamento global pós-puncionamento de lajes lisas e sua relação com o colapso progressivo (MELO, 1990 e MARTINS, 2003) e mais duas pesquisas experimentais que estudaram o comportamento de ligações laje/pilar (LIMA NETO, 2003 e MELO, 1990). A seguir são apresentadas sucintamente as recomendações das normas para dimensionamento de lajes lisas a punção e as prescrições das normas para o cálculo da armadura de colapso progressivo. Ao final do capítulo são apresentadas algumas considerações sobre a utilização do método das linhas de rupturas, ou método das charneiras plásticas.

Lajes lisas são placas de concreto armado que se apóiam diretamente nos pilares, sem a utilização de vigas. Este sistema estrutural tem sido bastante utilizado na última década, principalmente por vencer grandes vãos e permitir “layouts” flexíveis. Em contrapartida, estas lajes podem ser caracterizadas como bidirecionais ou unidirecionais, dependendo das condições de carregamento, ressalta-se ainda que a NBR 6118 não distingue os tipos de lajes e nem faz referência quanto às resistências ao puncionamento no caso das unidirecionais, além do que, normalmente é observado que estas lajes apresentam resistências últimas inferiores as das lajes bidirecionais. Neste trabalho apresenta-se uma proposta para previsão do modo de ruptura de lajes unidirecionais com pilares retangulares sem armadura de cisalhamento, baseada nas recomendações do CEB-FIP MC90 e na Teoria das Linhas de Ruptura. São fornecidas equações que descrevem o comportamento das lajes no limite entre a ruptura por punção e flexão, cujas equações envolvem as propriedades dos materiais, dimensões das lajes, a forma da seção transversais dos pilares, taxa de armadura de flexão nas duas direções, etc., fatores estes que interferem no comportamento das lajes. As estimativas foram satisfatórias e capazes de prever os modos de ruptura das lajes lisas unidirecionais.

Foram analisadas 8 lajes lisas de concreto armado quadradas com dimensões de 1.800 mm de lado e 110 mm de altura, visando investigar a influência do índice de po- larização, o qual representa a relação entre o maior e o menor lado da área carregada ou pilar (C max /C min ), e dos arranjos de estribos inclinados na ruína de lajes lisas bidire- cionais submetidas a puncionamento simétrico. A resistência à compressão do concreto ( ) ficou em torno de 40 MPa e tanto as lajes quanto os pilares apresentaram dimen- sões correspondentes a aproximadamente 70% das dimensões recomendadas pela NBR 6118 (ABNT, 2007) para se adequarem às dimensões da laje de reação do laboratório. A relação entre os lados dos pilares, C max /C min , variou em 1, 3 e 5, buscando-se evidenciar a polarização das tensões de cisalhamento, ou seja, a concentração de destas tensões nos extremidades da área carregada (em torno de C min ), levando a laje a uma distribuição não uniforme de tensões. Este comportamento é de grande importância no resultado da resistência última e no mecanismo de ruína das mesmas.

Os sistemas estruturais com lajes lisas nervuradas são os mais utilizados no Brasil quando a exigência principal é a disponibilidade de “layouts” lexíveis e grandes vãos com razoável economia. Entretanto, poucos estudos foram realizados no Brasil considerando o comportamento destas lajes quando a resistência à lexão é satisfatória e as resistências ao cisalhamento nas nervuras e ao puncionamento tornam-se concorrentes. Este trabalho traz as análises experimentais de 8 lajes lisas nervuradas bidirecionais de concreto armado sujeitas a carregamento centrado. As dimensões das lajes foram constantes e iguais a 1.800 mm x 1.800 mm x 140 mm. As nervuras apresentaram 80 mm de altura por 50 mm de base e a resistência do concreto à compressão foi de aproximadamente 40 MPa. Os resultados foram comparados aos estimados pela norma brasileira NBR 6118:2003 [1]. Veriicou-se que a resistência das nervuras não é satisfatoriamente estimada pela norma, subestimando demasia- damente os resultados para as nervuras sem e com armadura de cisalhamento.

Com o objetivo de melhor avaliar a influência do índice de retangularidade no comportamento das lajes sob flexão, e possivelmente uma ruptura mais dúc- til, procurou-se estabelecer as dimensões mínimas dos maiores lados dos pilares (c flex ) para que a resistência ao puncio- namento fosse elevada ao nível da resis- tência última de flexão (estimada pela te- oria das linhas de ruptura). Isto foi pos- sível pelo fato de a resistência à flexão ser considerada constante enquanto que a resistência ao puncionamento, para a mesma laje e estimada considerando os fatores de flexão incorporados às reco- mendações da NBR 6118:2003, varia de acordo com os valores de r e ρ (taxa ge- ométrica média de armadura), que leva em conta a armadura transversal da laje, com suas barras posicionadas perpen- dicularmente às barras da armadura prin- cipal (longitudinal). Os resultados obti- dos para uma laje (d = 167,0 mm) e pilar quadrado, que viabilizam a análise dire- ta, são apresentados na Tabela 3. A taxa geométrica da armadura utilizada (longi- tudinal: ρ Flex ) para determinação da car- ga última de flexão foi de 0,73% (em uma faixa de 1 m), lembrando que as barras dessa armadura estão perpendiculares aos maiores lados do pilar. A resistência à compressão do concreto foi adotada igual a 30 MPa.

Os pontos instrumentados na armadura conseguiram representar bem o comportamento do modelo, de acordo com cada excentricidade imposta. A intenção de instrumentar, nos mesmos pontos, as barras inferiores e superiores, se mostrou acertada, pois foi capaz de representar o comportamento de deformação em diferentes seções transversais. Além do que, com a pouca eficiência da instrumentação colocada na face inferior do concreto, os extensômetros do aço nesta região foram fundamentais. Em todos os modelos, não houve grandes deformações nas armaduras, sendo que poucas barras instrumentadas antigiram o escoamento. Concluindo que a armação de flexão foi bem definida, de modo que levasse a laje a uma ruptura por punção.

Para a armadura inferior da laje utilizou-se 15 barras de Ø16 mm espaçadas a cada 100 mm e dispostas na direção longitudinal, sendo dobradas em gancho na faixa extrema junto à borda li[r]

As deformações nas armaduras de flexão foram realizadas utilizando extensômetros elétricos de resistência (EER) da marca Kyowa, tipo KFG-2-120-C1-11. Em cada ponto de instrumentação foram instalados nas barras de aço dois extensômetros diametralmente opostos. A leitura de deformação apresentada para cada ponto foi tomada pela média dos registros nos pares de extensômetros. Devido a dificuldades de instrumentação do concreto, as armaduras inferiores também foram instrumentadas com vista a se obter resultados adicionais do nível de solicitação nesta região. Na série 2, baseado em outros estudos e em observações experimentais, adicionalmente foram instrumentadas as barras que passam por uma linha diagonal em relação ao canto do pilar e quina da laje, por suspeita-se que esta região seria mais solicitada devido a provável formação de um mecanismo neste local. O posicionamento da instrumentação das barras de aço está representados nas Figura 3.10 e Figura 3.11.

Na ausência de uma teoria capaz de explicar e prever com preci- são o mecanismo de ruptura por punção, em função das diversas variáveis envolvidas, o dimensionamento de lajes lisas é feito se- guindo recomendações de normas de projeto. Estas recomenda- ções são fundamentalmente empíricas e assumem uma tensão resistente ao cisalhamento constante ao longo de um perímetro de controle, sendo esta tensão normalmente estimada como uma fun- ção de parâmetros como a resistência à compressão do concreto, altura útil, taxa de armadura, geometria e dimensões do pilar. Em geral, as normas atuais de projeto tendem a ignorar em suas reco- mendações à inluência do índice de retangularidade dos pilares e das condições de contorno da ligação laje-pilar. Ambos podem favorecer a polarização das tensões de cisalhamento, conforme discutido por Ferreira e Oliveira [2], o que pode reduzir signiicati- vamente a capacidade resistente à punção da ligação laje-pilar. Este artigo apresenta resultados experimentais de 131 ensaios em modelos locais que representam a região da ligação laje-pilar de concreto armado. Foram selecionados casos de ligações unidi- recionais e bidirecionais apoiadas em pilares retangulares sem ar- madura de cisalhamento. Estes resultados são comparados com as estimativas teóricas utilizando a norma brasileira, a ABNT NBR 6118 [3], e também recomendações de normas internacionais, como o Eurocode 2 [4], ACI 318 [5] e ib Model Code 2010 [6, 7]. São feitas ainda adaptações e análises complementares, aplicando nas expressões da norma brasileira e do MC2010 o tratamento de

A evolução dos métodos construtivos, bem como os desempe- nhos dos materiais utilizados, mostrou ser vantajosa a eliminação de alguns elementos, com soluções mais enxutas e econômicas. Como exemplos, as estruturas com pavimentos em lajes lisas ou lajes cogumelo, que têm concepção totalmente diferente em relação aos sistemas convencionais. Nesses sistemas as lajes apóiam-se diretamente sobre os pilares. Na região da ligação pode haver um engrossamento do pilar (capitel) ou aumento da espessura da laje (ábaco, pastilha), nesse caso denominado pela NBR 6118:2003 [1] como lajes-cogumelo. Entretanto, é conve- niente evitar os capitéis e ábacos, de modo a se obter tetos planos e lisos (lajes lisas, de acordo com a NBR 6118) para melhor apro- veitar as vantagens do sistema.

A microssílica é uma adição mineral bastante empregada nas regiões Sul, Sudeste e Centro- Oeste do país. Porém, na região Norte, seu custo é elevado, inviabilizando a produção do CAR com materiais regionais em escala industrial. Assim, uma das soluções encontradas foi o aproveitamento do resíduo mineral metacaulim, proveniente de mineradoras que atuam principalmente no estado do Pará. Diversas pesquisas comprovaram a eficiência e viabilidade da utilização do metacaulim na produção de CAR, podendo-se substituir até 30% da quantidade de cimento (AMBROISE et al. , 1994, apud BARATA, 1998) contra apenas 15% de microssílica (MALHORA e METHA, 1996, Apud BARATA, 1998). Entretanto, o consumo de metacaulim deve ser ligeiramente reduzido para compensar a menor resistência do agregado graúdo seixo rolado, em relação à pedra britada. O seixo rolado, por ser o principal agregado utilizado na região Norte, será empregado neste trabalho, para permitir uma avaliação mais precisa da viabilidade de produção do concreto de alta resistência em escala industrial com materiais regionais. O CAR será utilizado e avaliado mecanicamente em lajes lisas de concreto armado.

Sob esse aspecto, os pavimentos de edifícios têm também apresentado crescente evolução, tanto no que se refere ao sistema estrutural quanto aos métodos e meios de cálculo. Basta relacionar alguns dos diversos tipos de pavimentos hoje disponíveis para executar uma edificação: lajes maciças, lajes nervuradas, lajes com vigotas pré-moldadas, lajes alveolares, lajes protendidas, lajes lisas e cogumelo, sendo este último um sistema estrutural no qual as lajes estão diretamente apoiadas e rigidamente ligadas aos pilares. O sistema de lajes-cogumelo, surgido em 1905 com a iniciativa pioneira de “C. A. P. TURNER” (MELGES, 2001), foi utilizado para garantir a segurança e diminuir as tensões de cisalhamento nas ligações dessas lajes com os pilares, usando capitéis e “drop panels”. Embora tenham a mesma função, de acordo com Ghosh (1983), capitel é o aumento da seção transversal do pilar próximo à sua ligação com a laje, ao passo que “drop panel” é o aumento da espessura da laje nessa região.

Buscando avaliar experimentalmente o comportamento de lajes cogumelo de concreto armado, foram ensaiadas 12 lajes (Tabela 3.1), das quais 2 eram lajes lisas, com variação da seção transversal do pilar, e as 10 restantes com capitel, tendo como variáveis a seção transversal dos pilares e capitéis, e assim como a variação da inclinação ( α ) destes capitéis. As lajes foram confeccionadas com dimensões de (2600 x 2600) mm e espessura nominal de 140 mm, apoiadas em segmentos de pilares centrais com seção transversal variando conforme apresenta a Tabela 3.1 e 200 mm de comprimento. Todas as lajes têm a mesma armadura de flexão e a mesma armadura para os pilares. A média da taxa geométrica de armadura de flexão das lajes ( ρ ), considerando-se as duas direções, é de 1,04% e altura útil (d) planejada para 112,5 mm. Apesar dos pilares utilizarem seções transversais diferentes (quadrado, circular e retangular), todos mantiveram o mesmo perímetro, para obter-se uma maior base de comparação do desempenho entre os capitéis utilizados e seus respectivos perímetros de controle para as mesmas condições de apoio e carregamento.

Diante da crescente utilização de lajes lisas nervuradas pelos pro- jetistas estruturais, importantes questões têm sido levantadas con- siderando o comportamento deste sistema estrutural em serviço como, por exemplo, em situações que haja furo na laje adjacente a um pilar. Como neste tipo de ligação a laje é apoiada diretamente sobre pilares, as tensões de cisalhamento tendem a se concentrar em torno da ligação laje-pilar e a reduzir a capacidade resistente da laje, que é penalizada pela presença de furos. Segundo SOU- ZA e CUNHA (1998) [1], se estas peças virem a sofrer uma falha na capacidade resistente pode-se ter o colapso total da ediicação, pois a ruptura por punção geralmente não apresenta aviso prévio, sendo uma ruptura frágil. Este fator é agravado quando são utili- zadas normas para projeto que notoriamente superestimam a re- sistência ao puncionamento e tende a piorar quando o pilar retan- gular apresenta grandes relações entre seus lados. Um exemplo deste tipo de ruptura, com lajes lisas apresentando furos adjacen- tes aos pilares, pode ter sido responsável pelo acidente ocorrido em julho de 2013 durante a construção do Shopping Rio Poty, em Teresina, onde aproximadamente 50% da estrutura desabou como provável consequência do colapso progressivo horizontal e verti- cal. Assim, o objetivo do trabalho é avaliar experimentalmente e analiticamente o comportamento de 6 (seis) lajes lisas nervuradas bidirecionais de concreto armado, sendo 1 (uma) de referência e 5 (cinco) com furos adjacentes ao pilar. Os resultados foram com- parados às estimativas normativas da ACI 318 (ACI, 2008) [2] e NBR 6118 (ABNT, 2007) [3]. As lajes não apresentaram armadura de cisalhamento nas nervuras nem armaduras de puncionamento, ou seja, a resistência ao cisalhamento foi determinada levando-se em consideração apenas a resistência característica do concreto e a inluência da armadura de lexão.

Este artigo apresenta um estudo sobre a confiabilidade da ligação laje-pilar interno de lajes lisas, sem armadura de cisalhamento, sob punção, dimensionadas de acordo com a norma brasileira NBR 6118:2014. A avaliação da confiabilidade foi feita através da comparação do índice de confiabilidade β com o índice de confiabilidade alvo recomendado pelo Código Modelo 2010 da fib. Os índices de confiabilidade foram calculados a partir da análise estatística dos dados obtidos com simulações numéricas utilizando o Método de Monte Carlo, com amostragem por Latin Hypercube, através do software ANSYS. Os resultados encontrados mostram que, para a maior parte das lajes analisadas nesse trabalho, os índices de confiabilidade β apresentam resultados satisfatórios. Entretanto, algumas das lajes analisadas apresentam resultados abaixo dos limites estabelecidos. Assim, o estudo indica que a NBR 6118:2014 está adequada para a maioria das lajes lisas sem armadura de cisalhamento. Palavras-chave: confiabilidade estrutural, lajes lisas, punção, concreto armado.

A medição dos deslocamentos na face superior da laje foi feita com relógios comparadores e transdutores de deslocamentos (po- tenciômetros lineares) e os pontos de medição foram distribuídos em linha reta sobre as lajes, nas direções x e y (Figura 4). Para a medição das deformações nas armaduras de lexão e cisalhamen- to foram utilizados extensômetros elétricos de resistência. A medição da carga aplicada foi feita por uma célula de carga liga- da a um sistema de aquisição automática de dados. Foram feitos incrementos de carga próximos de 10 kN, 20 kN ou 25 kN até que fosse alcançada a carga de ruptura, deinida como sendo a maior registrada durante o ensaio.