STEEL DECK METFORM
Manu al Técn ic o: Esp eci fi cações para P ro jeto, Manu seio e Mont agem
Betim - MG Revisão Geral - Abril/2006
STEEL DECK METFORM MANUAL TÉCNICO: ESPECIFICAÇÕES PARA PROJETO, MANUSEIO E MONTAGEM ÍNDICE Pág. 1.
INTRODUÇÃO ........................................................................................................................ 01
2.
RESUMO ................................................................................................................................ 02
3.
DIMENSIONAMENTO EM TEMPERATURA AMBIENTE 3.1 STEELDECK METFORM ................................................................................................ 03 3.2 VANTAGENS DO STEEL DECK METFORM................................................................... 04 3.3 MATERIAIS ADOTADOS E CRITÉRIOS DE CÁLCULO ................................................. 05 3.4 CARGAS LINEARES E PONTUAIS ................................................................................. 13 3.5 LAJES MISTAS COM ARMADURA DE REFORÇO......................................................... 24 3.6 DIMENSIONAMENTO DE VIGAS MISTAS COM STEEL DECK ..................................... 32 3.7 ABERTURAS EM LAJES COM STEEL DECK METFORM.............................................. 43 3.8 DETALHES CONSTRUTIVOS COM STEEL DECK METFORM...................................... 45
4.
DIMENSIONAMENTO DE LAJES COM STEEL DECK METFORM EM SITUAÇÕES DE INCÊNDIO......................................................................................................................... 52
5.
INSTRUÇÕES P/ TRANSPORTE/MANUSEIO/MONTAGEM DO STEEL DECK METFORM 5.1 TRANSPORTE, DESCARGA E ARMAZENAMENTO PROVISÓRIO .............................. 63 5.2 MONTAGEM DOS MATERIAIS....................................................................................... 64 5.3 CONECTORESDE CISALHAMENTO ............................................................................. 66 5.4 ARMADURAS ADICIONAIS E CONCRETAGEM ............................................................ 67
6.
PROCEDIMENTOS PARA MANUSEIO, INSTALAÇÃO E INSPEÇÃO DE CONECTORES STUD BOLT 6.1 CONDIÇÕES ADEQUADAS PARACONECTORES, CERÂMICAS E LOCAL DE SOLDAGEM ............................................................................................................... 70 6.2 CONDIÇÕES PARA OPERAÇÃ DO EQUIPAMENTO DE SOLDA.................................. 70 6.3 CONDIÇÕES ESPECÍFICAS PARASUPERFÍCIE DE SOLDAGEM: SOLDA ATRAVÉS DO STEEL DECK ........................................................................................... 70 6.4 INÍCIO DE OBRA: TESTE PARA QUALIFICAÇÃO DO EQUIPAMENTO E DOS PROCEDIMENTOS DE SOLDAGEM.................................................................. 71 6.5 INÍCIO DE TURNO DE TRABALHO: TESTES PARA AFERIÇÃO E INSPEÇÃO ANTES DO INÍNIO DA SODAGEM EM ESCALA............................................................. 71 6.6 SOLDAGEM EM ESCALA: TESTE PARA CONTROLE INSPEÇÃO ............................... 71 6.7 RECOMENDAÇÃO FINAL................................................................................................ 72 METFORM S.A. - Betim/MG - Brasil - Abril/2007 i
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INTRODUÇÃO _______________________________________________________
Para atender a rígidos índices de produtividade e a necessidade de rapidez durante a execução de lajes, vários métodos têm sido adotados para eliminar escoras e suportar o carregamento relativo ao concreto fresco. Atualmente o sistema de lajes com Steel Deck prevalece como o método mais eficiente para atender essas exigências. Além da eliminação completa de escoramentos durante a execução da obra, as lajes com Steel Deck proporcionam um sistema construtivo (misto de aço e concreto) otimizado, que permite redução relevante no peso (e, como conseqüência, no custo) dos componentes estruturais. É muito comum o uso de lajes com Steel Deck tanto em edificações industriais quanto em urbanas, tais como hotéis/flats, hospitais, escritórios, shopping centers, edifícios garagens, etc. Nos países mais industrializados (USA, Canadá, Inglaterra, Japão, etc ...) esse sistema é adotado como tecnologia padrão, onde em mais de 90% dos edifícios estruturados em aço as lajes são executadas com o sistema Steel Deck. Durante a década de 1990 e início dos anos 2000, somente nos USA, registrou-se consumo anual superior a 1.000.000 de toneladas de aço destinados apenas à produção deSteel Deck . A principal característica do sistema de lajes Steel Deck é a rapidez de execução da estrutura. Devido à eliminação completa de escoras, o sistema torna possível a simultaneidade de tarefas durante a obra. Quando o Steel Deck é utilizado sobre estruturas de aço, a velocidade de montagem das lajes é praticamente igual ou superior à velocidade de montagem da estrutura. Isso permite ganhos de tempo e eliminação de interferências entre as atividades envolvidas no caminho crítico para a construção do empreendimento. Os principais fatores responsáveis pelo desenvolvimento e crescimento da tecnologia de lajes com Steel Deck são: • Melhoria da geometria das fôrmas de aço, com seções cada vez mais resistentes e leves; • Desenvolvimento de mossas eficientes, com melhoria na capacidade de resistência às tensões de cisalhamento longitudinal na interface fôrma/concreto; • Maior disponibilidade de insumos para projeto, execução e otimização de estruturas mistas aço-concreto que permite concepções que reduzem o peso dos componentes estruturais; • Possibilidade de consideração do Steel Deck como diafragma horizontal, mesmo antes da concretagem das lajes; • Acessibilidade a normas com aplicações de pesquisas recentes sobre o comportamento de lajes com Steel Deck , em temperatura ambiente e em situação de incêndio;
No Brasil a METFORM foi pioneira e líder na implantação e divulgação da tecnologia para projeto e execução de lajes com o sistema Steel Deck . Desde 1996, quando se iniciaram os primeiros testes e pesquisas da METFORM em conjunto com a Universidade Federal de Minas Gerais , até o presente (abril/2006), já foram utilizados mais de 2.700.000 metros quadrados de Steel Deck METFORM para edificações industriais/urbanas, pontes, viadutos e obras diversas no Brasil, América Latina e África. Atualmente (abril/2006), a METFORM produz 02 modelos de Steel Deck : MF-75 e MF-50. Ambos são utilizados, principalmente, para a execução de lajes sobre vigas de aço. Durante a concretagem, os modelos de Steel Deck METFORM suportam o concreto fresco e eliminam a necessidade de escoramentos. Após a cura do concreto, os modelos de Steel Deck METFORM são incorporados como elementos estruturais das lajes e substituem as armaduras positivas usualmente utilizadas em lajes de concreto armado. Os critérios adotados para o Steel Deck METFORM são baseados na norma doCSSBI – Canadian Sheet Steel Building Institute , do EUROCODE 4 – ENV-1994 e nas especificações do SDI – Steel Deck Institute . No Brasil, em 2001, todos os procedimentos adotados pela METFORM foram certificados pela norma NBR 14323 (Anex o C). 1
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RESUMO _________________________________________________________
Este trabalho apresenta conceitos e critérios referentes ao comportamento/dimensionamento e manuseio/montagem doSteel Deck METFORM. São fornecidas orientações sobre critérios de cálculo para engenheiros estruturais, sobre detalhes construtivos para projetistas e sobre transporte, manuseio, montagem e concretagem para equipe de montagem de lajes comSteel Deck MF-75 e MF-50. São abordados os seguintes tópicos:
• tabelas e critérios de cálculo para verificações de lajes com Steel Deck METFORM sob cargas uniformes e/ou concentradas; • tabelas e orientações específicas para utilização de armaduras adicionais para controle de fissuração e também para aumento da capacidade de carga das lajes comSteel Deck METFORM; • especificações e exemplo de dimensionamento de vigas aço, com comportamento misto , suportando lajes com Steel Deck METFORM; • procedimentos recomendados para aberturas em lajes com Steel Deck METFORM; • detalhes construtivos, tipo de fixação recomendado e sugestão de peças de acabamentos/arremates padronizados, pela METFORM, para lajes com Steel Deck ; • tabelas de resistência e informações sobre o comportamento de lajes com Steel Deck METFORM em situações de incêndio (tal como especificado pela NBR 14.432).
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DIMENSIONAMENTO EM TEMPERATURA AMBIEMTE ____________________
3.1 STEEL DECK METFORM O Steel Deck METFORM é uma fôrma de aço estrutural formada a frio que tem como funções básicas:
• atuar como fôrma autoportante para o concreto fresco, suportando todo o carregamento durante a etapa de construção; • incorporar-se estruturalmente à laje, atuando como armadura positiva, para suportar as cargas impostas à estrutura durante seu período de vida útil. Todo modelo de Steel Deck produzido pela METFORM foi desenvolvido para classificação “wide rib”. As seções transversais possuem nervuras largas o suficiente para possibilitar a solda de conectores de cisalhamento, dentro das ondas e através do Steel Deck, na mesa superior das vigas (por exemplo: conector tipo pino com cabeça - “stud bolt”). Desta forma o Steel Deck METFORM permite o dimensionamento e posterior comportamento das vigas de aço como “vigas mistas”. O Steel Deck METFORM é usualmente disponibilizado em aço galvanizado, tipo ZAR-280 (ASTM A-653 gr.40), com limite de escoamento 280MPa e galvanização tipo Z-275 (275 g/m2). O material é fornecido em espessuras nominais de 0,80mm, 0,95mm e 1,25mm, com larguras úteis padronizadas (915mm para MF50 e 820mm para MF-75) e comprimentos variados (de acordo com projetos específicos) limitados a 12m. Seguem dimensões e propriedades físicas referentes ao Steel Deck MF-50 e MF-75, METFORM: STEEL DECK MF-50: 915mm 152,5mm
305mm
152,5mm
305mm
m m 0 5
175mm
130mm
PROPRIEDADES FÍSICAS: Esp. Final
Esp. Projeto
Altura Total
mm
mm
mm
0,80 0,95 1,25
0,76 0,91 1,21
52,26 52,41 52,71
Peso
kg/m 2kN
8,39 9,97 13,11
Reações Máximas de Apoio Externo kN
4,95 6,51 11,41
Interno mm
14,67 20,89 35,43
Módulo de Inércia p/ Área de Resistência Deformação Aço 3
14.599 18.778 27.791
Centro Gravi-
Mm 4
mm 2
dades mm
449.419 562.372 786.502
997 1.193 1.587
26,13 26,21 26,36
Propriedades para largura de 1.000 mm; Material: aço ZAR-280 (ASTM A-653 gr.40), limite de escoamento: 280MPa, galvanização Z-275.
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STEEL DECK MF-75 820mm 137mm
274mm
135mm
274mm
m m 5 7
155mm
119mm
PROPRIEDADES FÍSICAS: Esp. Final
Esp. Projeto
Altura Total
mm
mm
mm
0,80 0,95 1,25
0,76 0,91 1,21
74,98 75,13 75,43
Peso
Reações Máximas de Módulo de Inércia p/ Área de Apoio Resistência Deformação Aço Externo Interno 3 kg/m 2kN kN mm Mm 4 mm 2
Centro Gravidades Mm
9,37 11,12 14,62
37,49 37,57 37,72
6,76 8,90 14,62
21,01 29,70 49,53
22.710 28.788 40.599
1.017.138 1.254.749 1.666.741
1.112 1.332 1.771
Propriedades para largura de 1.000 mm; Material: aço ZAR-280 (ASTM A-653 gr.40), limite de escoamento: 280MPa, galvanização Z-275.
3.2
VANTAGENS DO STEEL DECK METFORM:
As vantagens do Steel Deck METFORM em relação aos sistemas alternativos consistem, principalmente, dos seguintes aspectos:
• O Steel Deck METFORM permite a utilização de vigas mistas, com conseqüente economia por redução de peso dos perfis de apoio; • O Steel Deck METFORM é leve (8,5kg/m2 a 14,5kg/m2) o que possibilita fácil manuseio e ágil instalação. Como resultado há simplificação e redução dos trabalhos no canteiro de obras. • Usualmente o Steel Deck METFORM não necessita ser escorado durante a concretagem. Dessa forma são excluídos os prazos gastos com montagem de escoramentos e desforma; • Durante a montagem, o Steel Deck METFORM transforma-se em plataforma de trabalho nos andares superiores e em proteção aos operários em serviço nos andares inferiores. • Ao ser fixado na estrutura, o Steel Deck METFORM funciona como diafragma horizontal, travando a estrutura e acrescentando mais segurança ao trabalho durante a construção do edifício. • O Steel Deck METFORM funciona como armadura de tração para os momentos fletores positivos. • O Steel Deck METFORM permite uma fácil execução dos sistemas elétrico, hidráulico e de ar condicionado, além de facilitar a fixação de forros suspensos; • Para lajes com Steel Deck METFORM , em situações de incêndio, não énecessário o uso de material para proteção térmica superficial das lajes. As lajes podem ser especificadas com armaduras adicionais, dimensionadas de acordo com tabelas disponibilizadas pela METFORM e calculadas de acordo com as exigências da NBR 14323; • Todas as vantagens descritas podem ser traduzidas em uma grande economia na construção, com uma redução significativa no prazo de execução, nos desperdícios de materiais e no custo com mão-de-obra no canteiro. Logo, o retorno financeiro do empreendimento é aumentado em grande escala.
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3.3 MATERIAIS ADOTADOS E CRITÉRIOS DE CÁLCULO: LA JES COM STEEL DECK METFORM Os materiais utilizados como componentes de lajes mistas são a fôrma de aço incorporada, usualmente designada Steel Deck , o concreto estrutural e uma armadura em tela soldada, utilizada para controle de fissuração, de retração e de temperatura.
• STEEL DECK METFORM: MF-50 e/ou MF-75 formados a frio a partir de bobinas de aço especial ZAR-280 com galvanização mínima Z-275 e limite de escoamento maior ou igual a280MPa. Durante a etapa de construção o Steel Deck METFORM assume a função de fôrma (autoportante) para a concretagem. Posteriormente, após a cura do concreto, substitui a armadura de tração para momentos fletores positivos. Usualmente, são utilizadas espessuras nominais 0,80mm, 0,95mm e 1,25mm.
• CONCRETO: Deverá sempre ser adotado concreto estrutural convencional (densidade 24kN/m 3), com resistência característica à compressão, fc k maior ou igual a 20MPa. Mediante aprovação do Departamento Técnico da METFORM poderá ser utilizado concreto leve de densidade mínima 18kN/m 3. Em qualquer caso, aditivos à base de cloretos não devem ser utilizados por agredirem o revestimento (galvanização Z-275) do Steel Deck METFORM. • ARMADURA DE FISSURAÇÃO: São utilizadas telas soldadas, ou malhas de barras trefiladas, em aço com limite de escoamento 500MPa ou 600MPa. Essa armadura tem a função de evitar fissuras oriundas da retração e variação térmica do concreto e deverá estar localizada sempre no topo da laje, com cobrimento mínimo 20mm. De acordo com especificações da NBR 14323 a armadura de fissuração deverá possuir área de seção, em ambas as direções, superior a 0,10% da área de capeamento de concreto acima doSteel Deck METFORM (em situações em que a abertura das fissuras deva ter um controle mais rigoroso, em função das características do ambiente em que as lajes estejam inseridas, a área de capeamento cit ada acim a deve ser aumentada ) . Conforme tabelas e orientações deste Manual é permitido considerar a armadura de fissuração para: - verificações de balanços, cargas concentradas e/ou aumento da capacidade de carga das lajes, em temperatura ambiente, desde que a armadura adotada atenda às verificações e especificações da NBR 6118; - suportar todo o carregamento de serviço em eventual situação de incêndio, desde que atendam aos critérios da NBR 14.323.
Além da armadura de fissuração, deverão sempre ser adotadas ”armaduras adicionais” em junção de vigas e contorno de pilares para evitar possíveis fissuras por rotação das vigas de aço e tendência de continuidade da laje sobre os apoios. No Item “Detalhes Construtivos” são definidas as “armaduras adicionais ” mínimas a serem adotadas para as lajes com Steel Deck METFORM.
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Armadura
Concreto
Steel Deck
Mossas
• CRITÉRIOS E VERIFICAÇÕES: CARGAS DURANTE CONSTRUÇÃO E CARGAS DE SERVIÇO: O dimensionamento do Steel Deck METFORM deverá ser sempre realizado em duas fases, correspondentes às funções de fôrma para a concretagem (durante a construção) e de armadura positiva das lajes (após a cura do concreto). A primeira fase corresponde à verificação do vão máximo sem escoramento, que poderá ser adotado para o Steel Deck METFORM de forma a eliminar a necessidade de escoramentos durante a etapa de construção da laje (montagem e concretagem). A METFORM disponibiliza Tabela de Cargas com “Vãos Máximos Sem Escoramentos” para Steel Deck MF-50 e MF-75. Estas tabelas foram elaboradas conforme os seguintes critérios de carregamento de construção (NBR 14432): • Carrega mento 1: Peso próprio do Steel Deck METFORM; 3
•• Carrega Carrega mento mento 2: 3:
Peso própriode doconstrução, concreto fresco antes dacomo cura,ocom 2.400kg/m Sobrecarga considerada maisdensidade nocivo dos seguintes; casos: - carga uniformemente distribuída de 1kN/m2; - somente para verificação do efeito de flexão, carga linear de 2,2kN/m perpendicular às nervuras do Steel Deck, posicionada sempre na posição mais desfavorável.
Os “ Vãos Máximos Sem Escoramentos” para o Steel Deck MF-50 e MF-75 encontram-se listados nas tabelas de cargas correspondentes. Estes valores foram obtidos considerando-se a atuação dos carregamentos anteriormente descritos bem como a possibilidade de continuidade do Steel Deck METFORM sobre as vigas de apoio (formando vãos duplos ou triplos), conforme figura anexa.
l l
l
l
l
l
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A segunda fase envolve a verificação do sistema “Steel Deck / concreto após a cura ” para suportar as cargas da edificação. Nessa etapa, admite-se que o concreto já tenha atingido uma resistência à compressão maior ou igual a 75% do fc k de projeto (fc k mínimo 20MPa). Devido à existência das “mossas” (saliências) na superfície do Steel Deck METFORM , após a cura, o comportamento misto aço-concreto passa a ocorrer e a fôrma de aço e o concreto formam um único elemento estrutural. As “mossas” (saliências) na superfície do Steel Deck METFORM garantem a integridade do sistema e proporcionam travamento mecânico entre a fôrma de aço e o concreto, sendo capaz de transmitir tensões de cisalhamento entre um elemento e outro. Dessa forma, sob cargas de serviço, não há escorregamento por cisalhamento longitudinal entre o Steel Deck e o concreto. O piso comporta-se como uma peça de estrutura mista, com o aço doSteel Deck METFORM resistindo às tensões de tração e a parte superior do concreto resistindo às tensões de compressão. Para verificação das lajes às cargas de serviço, deverão ser comparados os valores de “Carga Sobrepost a Máxima” (indicados nas Tabelas d e Cargas METFORM) com a soma das cargas sobrepostas a atuarem após a cura do concreto. Para a soma das cargas sobrepostas (revestimentos e sobrecargas) deverão ser consideradas todas as cargas, exceto o peso próprio das lajes. Não é necessária a utilização dos coeficientes de majoração, devendo-se portanto trabalhar com valores de cargas nominais. As Tabelas de Cargas elaboradas pela METFORM para MF-50 e MF-75 consideram, após a cura, lajes mistas isostáticas , sem continuidade estrutural na região dos apoios. No entanto, existem casos em que é necessário o dimensionamento das lajes mistas com Steel Deck METFORM com cont inuidade e strutur al sobre os apoios. Ocorrem obrigatoriamente em balanços , para os quais deverão sempre ser previstas armaduras negativas, e nos casos em que é necessário o aumento da capacidade de carga das lajes mistas com Steel Deck METFORM. Este aumento poderá ser considerado por meio de armaduras positivas (dentro das ondas baixas) ou armaduras negativas (no capeamento de concreto), já que a armadura de controle de fissuração usada neste caso não possui área suficiente para resistir às tensões oriundas da continuidade das lajes. Para os casos de continuidade estrutural das lajes mistas são apresentadas Tabelas no Item 3.5 (elaboradas conforme NBR 6118) que indicam a resistência à flexão de seções transversais, armadas, sob a geometria do Steel Deck MF-50 e MF-75. São indicadas armaduras de reforço positivas (dentro das nervuras do Steel Deck METFORM) ou negativas (no capeamento de concreto). No dimensionamento de lajes mistas com continuidade estrutural, a capacidade de cargas devido à resistência a flexão das seções armadas (Tabelas do Item 3.5) poderá ser somada à ” Carga Sobreposta Máxima ” da Tabela de Cargas para lajes mistas dos modelos MF-50 e MF-75. Esse procedimento foi aferido por ensaios e pesquisas realizados pela METFORM, em conjunto com a Universid ade Federal de Minas Gerais . Em qualquer caso de aplicação, após a cura do concreto, todo Steel Deck disponibilizado pela METFORM deverá ser dimensionado para trabalhar como armadura positiva e resistir apenas às tensões de tração nas regiões de momentos positivos.
• LANÇAMENTO ESTRUTURAL: SUGESTÕES De posse do carregamento atuante o engenheiro estrutural deverá posicionar as vigas de sustentação da laje. Os vãos cobertos pelo Steel Deck METFORM deverão proporcionar aproveitamento adequado dos materiais utilizados.
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Na definição da posição das vigas deverá ser priorizado o dimensionamento do Steel Deck METFORM durante a fase de construção. As vigas de apoio da laje deverão ser locadas, preferencialmente, de forma a evitar escoramentos durante a etapa de concretagem. No dimensionamento para as cargas que atuarão após a cura do concreto, caso a capacidade resistente da laje mista (Tabelas de Cargas METFORM) seja inferior ao carregamento atuante, pode-se optar entre o aumento da espessura do Steel Deck ou o uso de armaduras adicionais de reforço tal como indicado nas Tabelas do Item 3.5. Durante o detalhamento do material a ser fornecido é importante observar que o comprimento final das peças de METFORM deverá ser tal o transporte e o manuseio O nãotransporte fiquem comprometidos. Peças atéSteel 8m Deck poderão ser transportadas emque caminhões convencionais. de peças de comprimento entre 8m e 12m deverá ser realizado por carretas. Peças acima de 12m deverão ser evitadas devido a dificuldades no transporte (carretas especiais), na descarga e no manuseio no canteiro de obras.
• CONSUMO ESTIMADO DE CONCRETO & ARMADURA DE FISSURAÇÃO EM TELA SOLDADA As tabelas anexas indicam o consumo estimado teórico
de concreto (em m 3/m2 e sem considerar acréscimos e o tipo de armadura mínima de fissuração (em telas soldadas) que deverá ser especificada com Steel Deck METFORM . As armaduras de controle de fissuração atendem ao critério de 0,10% da área de capeamento de concreto, definida na NBR 14.323 (em situações em que o controle da abertura das fissuras seja mais rigoroso, em função das características do ambiente em que as lajes estejam inseridas, a área de capeamento cit ada acim a deve ser a umentada) . A denominação das telas soldadas segue a padronização do Instituto Brasileiro de Telas Soldadas (IBTS), onde o prefixo “ Q” indica que a tela é simétrica nas duas direções e 2 o número seguinte indica a área de aço da tela, em mm para uma faixa de 1m de largura. devido a perdas durante a concretagem e a deslocamentos verticais da estrutura de apoio)
STEEL DECK MF-50 Consumo Esti mado de Concreto - Tipo de Armadur a de Fissur ação em Tela Soldada Altu ra Tot al da Laje Consumo de Concreto Tipo de Armadura em Tela Soldada ( mm ) ( m3/m2 ) Peso ( kg/m2 ) Denominação Composição 100 110 120 130 140 150 160 170
0,0750 0,0850 0,0950 0,1050 0,1150 0,1250 0,1350 0,1450
Q - 75 Q - 75 Q - 75 Q - 92 Q - 92 Q - 113 Q - 113 Q - 138
φ3,8xφ3,8 – 150x150 φ3,8xφ3,8 – 150x150 φ3,8xφ3,8 – 150x150 φ4,2xφ4,2 – 150x150 φ4,2xφ4,2 – 150x150 φ3,8xφ3,8 – 100x100 φ3,8xφ3,8 – 100x100 φ4,2xφ4,2 – 100x100
1,21 1,21 1,21 1,48 1,48 1,80 1,80 2,20
STEEL DECK MF-75 Consum o Estimado de Concreto - Tipo de Armadur a de Fissu ração em Tela Soldada Altura Total da Laje ( mm )
Consumo de Concr eto ( m3/m2 )
130 140 150
0,0925 0,1025 0,1125
Tipo de Armadura em Tela Soldada Peso ( kg/m2 ) Denominação Composição Q - 75 Q - 75 Q - 75
φ3,8xφ3,8 – 150x150 φ3,8xφ3,8 – 150x150 φ3,8xφ3,8 – 150x150
1,21 1,21 1,21 8
160 170 180 190 200
0,1225 0,1325 0,1425 0,1525 0,1625
Q - 92 Q - 113 Q - 113 Q - 138 Q - 138
φ4,2xφ4,2 – 150x150 φ3,8xφ3,8 – 100x100 φ3,8xφ3,8 – 100x100 φ4,2xφ4,2 – 100x100 φ4,2xφ4,2 – 100x100
1,48 1,80 1,80 2,20 2,20
Conforme o Item 3.8 DETALHES CONSTRUTIVOS, além da Armadura de Contr ole de Fissu ração (indicada acima) é necessário que sempre seja utilizada armadura adicional, nas regiões de junção de vigas de sustentação do piso e no contorno de pilares. Utilizada nestas situações particulares a armadura adicional evita trincas e fissuras devido a tendência de continuidade da laje sobre os apoios e devido a rotação e deslocamento vertical das vigas de aço.
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• EXEMPLO DE UTILIZAÇÃO DA “ TABEL A DE CARGAS METFORM” Suponha que seja necessário projetar uma laje com Steel Deck METFORM , modelo MF-75, para piso de uma edificação, cuja modulação dos pilares seja de 9m × 9m. A disposição das vigas do piso submete o Steel Deck METFORM a vãos múltiplos de 3m, conforme representado na figura abaixo. A laje de piso terá um revestimento cujo peso é de 1,5kN/m 2 e será submetida à uma sobrecarga de 4,0kN/m2.
• SOLUÇÃO: Será adotada uma laje de espessura total de concreto de 140mm (75mm doSteel Deck + 65mm de cobrimento acima do Steel Deck MF-75), com MF-75 de espessura de 0,95mm. O limite de escoamento do aço do Steel Deck MF-75 será fy = 280MPa. A resistência mínima à compressão do concreto deve ser fck ≥ 20MPa. Cargas de Construção: De acordo com as tabelas de cálculo do Steel Deck MF-75 , para a laje em análise o máximo vão triplo admissível é de 3.600mm. Logo, o vão de 3.000mm utilizado suporta satisfatoriamente as cargas de construção da estrutura, sem que se faça necessário o uso de escoramentos. Cargas de S erviç o: As cargas nominais de serviço para a laje mista ( após a cura do concreto ) são: • Peso próprio Steel Deck MF-75 + concreto:............................ 2,52kN/m 2 • Revestimento:............................................................................ 1,50kN/m2 2
• Sobrecarga:......................... ...................................................... 4,00kN/m A carga sobreposta nominal total (excluindo-se o peso próprio da laje) será: w d = 1,50kN/m 2 + 4,00kN/m 2 = 5,50kN/m 2 Para a laje mista em análise, em um vão de 3.000 mm a carga sobreposta máxima (já descontado o peso próprio) fornecida pelas tabelas do steel deck MF-75 é: w n = 5,76 kN/m 2. Como a resistência da laje mista é superior às cargas atuantes ( wn > wd ) , a escolha do steel deck a ser utilizado está correta. Armadura: 12
Para o combate às fissuras de retração do concreto, será adotada uma malha de barras trefiladas soldadas. A área de aço mínima, desta malha ( nas duas direções ) deve ser 0,1% da área da concreto acima do deck. Logo, em uma faixa de um metro de largura, deve-se ter: As ≥ 0,1% × ( 6,5 × 100) = 0,65 cm 2/m Uma malha simétrica, constituída por barras de 3,8 mm de diâmetro e com espaçamento entre os fios de 150 mm possui uma área de 0,75 cm 2/m. Conforme a especificação do catálogo do Instituto Brasileiro de Telas Soldadas ( IBTS ) , esta malha é designada porTela Q-75. Possuindo uma área de aço maior que a requerida, a Tela Q-75 está adequada à laje especificada.
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3.4 CARGAS CONCENTRADAS OU LINEARES As Tabelas de Cargas apresentadas para dimensionamento das lajes mistas com Steel Deck METFORM são baseadas em cargas uniformemente distribuídas na área da laje. Porém, não é rara a ocorrência de cargas concentradas ou lineares na superfície da laje mista. Essas cargas podem ser concentradas (bases de equipamentos ou veículos e pilares cuja base é sustentada diretamente pelo piso) ou lineares (representadas por paredes em alvenaria que não estão situadas acima do eixo das vigas de sustentação do piso).
• LARGURA DE APLICAÇÃO: As cargas concentradas ou lineares são aplicadas na laje mista através de uma largura de cálculo ( bm ) , conforme representado na figura abaixo. A distribuição das cargas concentradas ao longo da faixa bm é garantida mediante a utilização de uma armadura de distribuição na região, colocada acima do topo do Steel Deck METFORM.
bp dp
hr hc
d
hp bm bem ou bev
A largura de aplicação das cargas concentradas ou lineares deverá ser tomada como:
bm b=p
(
+2 hr ×hc
+
)
onde: bp = largura da carga concentrada perpendicular ao vão da laje; hr = espessura da camada de revestimento da laje, caso a carga seja aplicada acima desta; hc = espessura da camada de concreto acima do flange superior do Steel Deck METFORM.
Para cargas lineares perpendiculares às nervuras, bp deverá ser tomado como o comprimento da carga linear. Em nenhum caso bm deverá ser superior à largura total da laje.
•
LARGURA EFETIVA:
No cálculo da resistência da laje mista às cargas concentradas ou lineares deverão ser consideradas larguras efetivas correspondentes à solicitação de flexão e de cisalhamento vertical. Para a verificação da flexão, a largura efetiva ( bem ) deve ser obtida da seguinte forma: • em lajes mistas bi-apoiadas ou tramos extremos de lajes mistas contínuas: ⎛ Lp ⎞ bem = mb + 2p L × ⎜ 1 − ⎟ L⎠ ⎝
14
• em tramos internos de lajes mistas contínuas: ⎛ Lp ⎞ bem =mb + 1,33 ⎟ p L × ⎜1 − L⎠ ⎝ Para a verificação do cisalhamento transversal, a largura efetiva ( bev ) deverá ser dada por: ⎛ Lp ⎞ bev = b ⎟ m +pL × ⎜ 1 − L⎠ ⎝ Para cargas concentradas ou lineares paralelas às nervuras, a largura efetiva ( bem ou bev) deverá ser no máximo igual a 2700[hc / ( hp + hc ) ] mm. Esse limite não se aplica para cargas lineares perpendiculares às nervuras ou para qualquer situação quando a armadura de distribuição for igual ou superior a 0,2% da área de concreto acima da fôrma de aço. Em nenhum caso a largura efetiva (bem ou bev) deverá ser superior à largura total da laje. Para as situações em que atuam cargas lineares paralelas ao vão da laje, sendo que estas cargas se prolongam em toda a extensão do vão, deverá ser adotado:Lp = L/4. Nas equações acima: Lp = distância do centro da carga ao apoio próximo; L = vão da laje mista; hp = altura das nervuras do modelo adotado para o Steel Deck METFORM.
•
ARMADURA DE DISTRIBUIÇÃO:
A armadura de distribuição, posicionada acima do Steel Deck METFORM, garante que a carga concentrada ou linear seja aplicada ao longo da largura de cálculo bem ou bev . Conforme especificado na NBR 14323, em qualquer caso de carregamento, esta armadura deverá ser superior a 0,1% da área de concreto acima do Steel Deck METFORM. Para cargas concentradas ou lineares paralelas às nervuras, esta armadura deverá prolongar-se além da maior largura efetiva (bem ou bev) , sendo ancorada conforme a NBR 6118. Esta armadura deverá ser suficiente para resistir ao momento fletor de cálculotransversal dado por: P × be Md = γ × 15w onde: γ = coeficiente de majoração de cargas (conforme a NBR 6118 = 1,40); P = para carga pontual, P é igual à carga concentrada nominal. Para carga linear paralela ao vão da laje, P corresponde ao valor da carga nominal, ao longo do comprimento bl ou L , o que for menor; be = máximo valor entre bem ou bev ; w = L/2 + b1 ≤ L ; L = vão da laje mista; bl = largura da carga concentrada, paralelo ao vão da laje mista.
Para cargas lineares perpendiculares às nervuras poderá ser adotada a armadura nominal de 0,1% não sendo necessárias verificações adicionais. Na ausência da armadura de distribuição, a resistência da laje mista a cargas concentradas ou lineares paralelas às nervuras deverá ser obtida considerando-se a largura efetiva ( bem ou bev ) igual a bm . 15
•
RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO VERTI CAL:
φVn em Conforme especificações da NBR 14.323, a resistência de cálculo ao cisalhamento transversal kN por metro de uma laje mista executada com Steel Deck METFORM , poderá ser obtida através da seguinte equação: φV n
= φ c × bo × d p × τ Rd × k v × (1,2 + 40 ×η ) / b f
Sendo:
φc = coeficiente de minoração da resistência ao cisalhamento do concreto, φc = 0,70; bo = largura média das nervuras do Steel Deck (152,5mm para MF-50 ou 137mm para MF-75); dp = distância do topo da camada de concreto ao centro da gravidade do Steel Deck METFORM, em mm; τRd = resistência básica ao cisalhamento do concreto, tomada igual a 0,375 MPa para fck = 20 MPa; kv = 1,6 − d p / 1000 ≥ 1 ; η = relação entre a área da forma de aço ( Af) e a área de concreto (bo × dp) da seção transversal da laje,
relativa à largura média bo: η
= A f / bo × d p ≤ 0,02 ;
bf = largura entre duas nervuras consecutivas (305mm para MF-50 ou 274 mm para MF-75). bf
p d f h
bo
/2 f h
A partir dos valores de φ.Vn ( resistência de cálculo) poderão ser obtidos os valores da resistência nominal, considerando-se um fator de majoração de cargas (permanentes ou sobrecargas) γ = 1,4. Logo, as resistências nominais ao cisalhamento vertical das lajes mistas com Steel Deck MF-50 e MF-75 da METFORM deverão serem obtidas por: .Vn / . Estes valores de resistência devem ser comparados com a soma de todas as cargas nominais atuantes na laje, incluin do-se o peso próprio da mesma. São apresentados a seguir os valores da resistência nominal ao cisalhamento vertical das lajes mistas com o Steel Deck MF-50 e MF-75 da METFORM, .Vn / . Na elaboração das tabelas, adotou-se f y = 280MPa, fc k = 20MPa e = 1,4.
16
•
RESISTÊNCIA A O CISALHAMENTO VER TICAL (em k nN/m ): STEEL DECK MF-50
•
STEEL DECK MF-75
Altura Total da Laje Mista
Esp. Steel Deck MF-50
Vn /
Altura Total da Esp. Steel Laje Mista Deck MF-75
( mm )
( mm )
( kN/m )
( mm )
( mm )
( kN/m )
100
0,80 0,95 1,25
18,57 19,69 21,45
130
0,80 0,95 1,25
21,97 23,22 25,70
110
0,80 0,95 1,25
20,15 21,26 23,50
140
0,80 0,95 1,25
23,51 24,75 27,21
120
0,80 0,95 1,25
21,71 22,82 25,04
150
0,80 0,95 1,25
25,03 26,26 28,71
130
0,80 0,95 1,25
23,25 24,35 26,56
160
0,80 0,95 1,25
26,52 27,74 30,17
140
0,80 0,95 1,25
24,76 25,86 28,05
170
0,80 0,95 1,25
27,99 29,21 31,62
150
0,80 0,95 1,25
26,26 27,34 29,52
180
0,80 0,95 1,25
29,44 30,65 33,05
160
0,80 0,95 1,25
27,73 28,80 30,97
190
0,80 0,95 1,25
30,87 32,06 34,45
170
0,80 0,95 1,25
29,17 30,24 32,39
200
0,80 0,95 1,25
32,27 33,46 35,83
Vn /
RESISTÊNCIA À PUNÇÃO:
De acordo com a NBR 14323 a resistência de cálculo à punção
das lajes mistas com Steel Deck
Pn
METFORM ( φ ) poderá ser obtida de maneira análoga à resistência ao cisalhamento vertical. A equação seguinte fornece os valores de φPn em kN: φφPn = ×c u× crhτ c × kRd × v× η+ × (1,2 40 ) / 1.000 sendo:
φc = 0,70; ucr
= perímetro crítico da área de aplicação da carga concentrada. Para cargas concentradas aplicadas no Steel Deck através de bases retangulares, o valor de Cp pode ser obtido por:
17
ucr
= b2p[b( +d + 1p ) + 2h−
c
(π
2)
]
onde os termos dp , bl e bp representados na figura seguinte indicam: dp = distância do topo da camada de concreto ao centro da gravidade do Steel Deck , em mm; bp = dimensão da base da carga concentrada perpendicular às nervuras do Steel Deck , em mm; bl = dimensão da base da carga concentrada paralela às nervuras do Steel Deck , em mm.
τRd = 0,375MPa para fck = 20MPa; hc
= representa a altura da camada de concreto acima do topo do Steel Deck , tal como representado na
figura seguinte;
(
) ≥ 1;
kv
= 1,6 − d p / 1.000
η
= Ao / bo × d p ≤ 0,02.
hc
hc Ucr
dp bl
dp bp dp
hc
A resistência nominal à punção das lajes mistas poderá ser obtida à partir da resistência de cálculo , considerando-se um coeficiente de majoração = 1,4 para a carga pontual. Desta forma, o valor da resistência nominal deve ser dado por: Pn / . A seguir são apresentados os valores de Pn / para o Steel Deck MF-50 e MF-75 da METFORM, considerando-se várias dimensões usuais para a base de aplicação da carga concentrada. Na determinação destes valores, ucr foi obtido a partir da equação anterior e τRd tomado igual a 0,375MPa (fck igual a 20MPa). O coeficiente γ foi tomado igual a 1,4.
18
• RESISTÊNCIA À PUNÇÃO EM ( kN/m ) para STEEL DECK MF-50 Altu ra Total Espessura da Laje ( mm )
Pn /
( kN )
Steel Deck Dimensão da Base de Carga ( mm ) ( mm ) 100x100 100x200 200x200 200x300 200x400 300x400 400x400 400x500 400x600 50x150 150x150 150x250 250x250 300x300 350x350 350x450 450x450 500x500 0,80 0,95
25,1 30,1 35,0 40,0 44,9 49,9 54,8 59,8 21,4 26,6 31,9 37,1 42,4 47,6 52,9 58,1 63,4
1,25 0,80 0,95 1,25
23,3 24,9 26,3 29,1
29,0 30,6 32,3 35,7
34,7 36,3 38,3 42,4
40,4 42,0 44,3 49,0
46,2 47,7 50,3 55,6
51,9 53,4 56,3 62,3
57,6 59,1 62,4 68,9
63,3 64,8 68,4 75,6
69,0 70,5 74,4 82,2
120
0,80 0,95 1,25
30,1 31,6 34,7
36,5 38,3 42,1
42,9 45,1 49,4
49,3 51,8 56,8
55,7 58,5 64,2
62,1 65,2 71,6
68,5 72,0 79,0
74,9 78,7 86,3
81,3 85,4 93,7
130
0,80 0,95 1,25
35,5 37,2 40,6
42,6 44,6 48,7
49,7 52,0 56,8
56,8 59,5 64,9
63,9 66,9 72,9
70,9 74,3 81,0
78,0 81,7 89,1
85,1 89,1 97,2
92,2 96,6 105,3
140
0,80 0,95 1,25
41,3 43,1 46,8
49,1 51,2 55,6
56,8 59,3 64,3
64,6 67,4 73,1
72,3 75,5 81,9
80,1 83,6 90,7
87,8 91,7 99,5
95,6 99,8 108,2
103,3 107,9 117,0
150
0,80 0,95 1,25
47,4 49,4 53,3
55,8 58,1 62,7
64,2 66,9 72,2
72,6 75,6 81,6
81,0 84,4 91,1
89,4 93,1 100,5
97,8 101,9 110,0
106,2 110,6 119,4
114,6 119,4 128,9
160
0,80 0,95 1,25
53,8 55,9 60,1
62,9 65,3 70,2
71,9 74,7 80,3
80,9 84,1 90,4
90,0 93,5 100,5
99,0 102,9 110,6
108,0 112,2 120,7
117,1 121,6 130,8
126,1 131,0 140,9
170
0,80 0,95 1,25
60,6 62,8 67,2
70,2 72,8 78,0
79,9 82,8 88,7
89,5 92,8 99,4
99,2 102,8 110,1
108,8 112,8 120,9
118,5 122,8 131,6
128,2 132,9 142,3
137,8 142,9 153,0
100
110
20,2
19
•
RESISTÊNCIA À PUNÇÃO EM ( kN/m ) para STEEL DECK MF-75
Altu ra Total Espessura da Laje ( mm )
Pn /
( kN )
Steel Deck Dimensão da Base de Carga ( mm ) ( mm ) 100x100 100x200 200x200 200x300 200x400 300x400 400x400 400x500 400x600 50x150 150x150 150x250 250x250 300x300 350x350 350x450 450x450 500x500 0,80 0,95
28,6 33,9 39,1 44,3 49,5 54,8 60,0 65,2 24,7 30,2 35,8 41,3 46,8 52,3 57,9 63,4 68,9
1,25 0,80 0,95 1,25
27,4 28,6 30,1 33,1
33,5 34,5 36,4 40,0
39,6 40,5 42,6 46,9
45,7 46,5 48,9 53,8
51,8 52,4 55,2 60,7
57,9 58,4 61,5 67,6
64,0 64,4 67,7 74,5
70,2 70,3 74,0 81,4
76,3 76,3 80,3 88,3
150
0,80 0,95 1,25
34,1 35,8 39,1
48,8 42,8 46,7
47,4 49,8 54,4
54,1 56,8 62,1
60,8 63,8 69,7
67,5 70,8 77,4
74,1 77,8 85,0
80,8 84,8 92,7
87,5 91,8 100,3
160
0,80 0,95 1,25
39,9 41,7 45,4
47,3 49,4 53,8
54,6 57,1 62,1
62,0 64,8 70,5
69,3 72,5 78,9
76,7 80,2 87,3
84,1 87,9 95,6
91,4 95,6 104,0
98,8 103,3 112,4
170
0,80 0,95 1,25
46,0 48,0 52,0
54,1 56,4 61,1
61,1 64,8 70,1
70,1 73,2 79,2
78,2 81,5 88,3
86,2 89,9 97,3
94,2 98,3 106,4
102,2 106,7 115,5
110,3 115,0 124,6
180
0,80 0,95 1,25
52,5 54,6 58,9
61,2 63,7 68,7
69,8 72,7 78,4
78,5 81,7 88,1
87,2 90,8 97,9
95,9 99,8 107,6
104,6 108,8 117,3
113,2 117,9 127,1
121,9 126,9 136,8
190
0,80 0,95 1,25
59,2 61,5 66,1
68,6 71,2 76,5
77,9 80,9 86,9
87,2 90,6 97,3
96,5 100,2 107,7
105,8 109,9 118,1
115,1 119,6 128,5
124,4 129,2 138,8
133,7 138,9 149,2
200
0,80 0,95 1,25
66,3 68,7 73,6
76,2 79,0 84,6
86,2 89,3 95,7
96,1 99,6 106,7
106,0 109,9 117,7
116,0 120,2 128,7
125,9 130,5 139,7
135,8 140,8 150,8
145,7 151,1 161,8
130
140
23,4
20
• EXEMPLO: VERIFICAÇÃO DE CARGA CONCENTRADA SOBRE LAJ E COM STEEL DECK METFORM Suponha que uma laje mista de altura total de 140mm, comSteel Deck MF-75 da METFORM, cobrindo um vão de 2,7m seja adotada na execução do piso de uma garagem de automóveis. O peso de camada de revestimento a ser utilizado é 0,50kN/m2. Será verificada a resistência da laje, utilizando-se um Steel Deck MF-75 de espessura de 0,80mm, em aço galvanizado ZAR-280, de limite de escoamento igual a280MPa. O concreto a ser utilizado possui fck igual a 20MPa. Será dimensionada a armadura de distribuição a ser posicionada no capeamento de concreto, acima das nervuras do Steel Deck METFORM.
• SOLUÇÃO: Para a execução de piso de garagens, uma laje mista com Steel Deck MF-75 deverá ser verificada para o caso mais crítico entre uma sobrecarga uniformemente distribuída e uma carga pontual (por eixo do veículo). Inicialmente, será realizada uma verificação das cargas de serviço atuantes, considerando-se uma sobrecarga uniformemente distribuída de 3kN/m2. Posteriormente, será realizada uma segunda verificação, considerando-se a ação de uma carga de 9,0kN concentrada em uma área de 150mm× 150mm, atuando em qualquer região da laje. A) VERIFICAÇÃO PARA SOBRECARGA UNIFORME: As cargas distribuídas nominais atuantes na laje mista são: 2
• Peso próprio Steel Deck MF-75 + concreto ......... 2,50 kN/m 2 • Revestimento......................................................... 0,50 kN/m • Sobrecarga uniforme............................................. 3,00 kN/m2 A carga sobreposta nominal total (excluindo-se o peso próprio da laje) será: 2 w d = 0,50 + 3,00 = 3,50 kN/m Para a laje mista em questão (d = 140 mm , esp. 0,80mm ZAR 280MPa), a resistência nominal fornecida pela tabela de cargas do Steel Deck MF-75 é: w n = 6,11 kN/m 2. wn > wd
OK!
B) VERIFICAÇÃO PARA CARGA CO NCENTRADA NOMINAL : A verificação para a carga concentrada de 9,0kN será realizada em três etapas, correspondentes às solicitações de flexão, cisalhamento e punção. Posteriormente será dimensionada a armadura de distribuição. • A carga distribuída nominal sobreposta será :...... wdd = 0,50 kN/m2 (excluindo-se o peso próprio)
• A carga concentrada nominal será :...................... P = 9,0 kN. P = 9,0kN
hc = 65mm
d=
bp = 150mm
hp = 75mm
L = 2.700mm
140mm
bl = 150 mm
dp = 102,5 mm
Lp=1.350mm (p/ flexão) Lp = 140mm (p/ verificação ao cisalhamento vertical)
21
bl P
dp d Lp
L bp P
hc hp
bo
A largura de aplicação da carga concentrada é dada por: 2r hc+( = + bm b=p + ×h + = ( 06 5) 280 mm ) ×1502
B.1) VERIFICAÇÃO AO MOMENTO FLETOR: Na verificação ao momento fletor deve-se considerar a carga concentrada P aplicada no meio do vão , por se tratar da situação mais desfavorável em termos do diagrama do momento fletor atuante e, conseqüentemente, da carga distribuída equivalente. Vejamos a situação a seguir:
Pab . L 8 Pab Igualando este momento ao de uma carga distribuída equivalente qL ( 2 / 8 ) temos q eq = . L L 2P L 3L 1,5 P Considerando-se a = b = , temos q eq = . Agora considerando-se a = e b= , q eq = , 2 L 4 4 L ou seja, aplicando-se a carga a ¼ do vão, tem-se umaredução de 33% na carga distribuída equivalente. L 9L 0,72 P Considerando-se ainda a = e b= , q eq = , uma redução de 64% na carga distribuída 10 10 L equivalente para uma carga aplicada a 1/10 do vão. Portanto deve-se considerar sempre a carga concentrada aplicada no meio do vão. Neste caso, L = Lp = 1.350 mm. Para uma situação em que a carga concentrada esteja a uma distância a do apoio, tem-se M at
=
A parcela de carga distribuída equivalente relativa à carga concentrada nominal P é portanto dada por (a carga P atua ao longo da largura efetiva bem ): 2 PL ⎛ 1 ⎞ q eq L 2P ⎛ 1 ⎞ ×⎜ ⎟= q eq = ×⎜ ⎟ 4 8 L ⎝ bem ⎠ ⎝ bem ⎠ ∴ A largura efetiva para a resistência à flexão é dada por:
22
⎧ ⎛ Lp ⎞ ⎪bm + 2 L p × ⎜ 1 − =+⎟ 280 − 2 × 1.350 ×=(1. 1.350 ./ 2 700) L⎠ ⎝ ⎪ bem ≤ ⎨ hc ⎪2 .700 × = 2 .700 × [65 / (75 + 65)] = 1.254 mm ⎪⎩ ( h p + hc )
1 630mm
bem = 1.254 mm
logo:
q eq
=
2 × 9,0 2,7
⎛ 1 ⎞ ×⎜ ⎟⎠ = 5,32 kN/m2 ⎝ 1254 ,
A parcela de carga nominal de serviço relativa à carga distribuída atuante (revestimento) é: w dd = 0,50 kN/m 2. Somando-se as parcelas de carga distribuída e carga concentrada, têm-se: w d = 0,50 + 5,32 =5,82 kN/m 2 As resistências das lajes mistas são dadas pelas tabelas da pág. 12: w n = 6,11 kN/m 2 wn > wd
OK!
B.2) VERIFICAÇÃO AO CISAL HAMENTO VERTICAL: Na verificação ao cisalhamento transversal, será admitido que a carga concentrada P encontra-se próxima a um dos apoios, com um afastamento igual à altura total da laje. Logo o vão de cisalhamento será: Lp = 140 mm. Conforme comentários anteriores, a resistência da laje mista ao cisalhamento transversal deve ser dada por φ.Vn / γ. O valor desta resistência deverá ser comparado com a soma das cargas nominais atuantes na laje, incluindo-se o peso próprio da mesma. Nos apoios, a força cortante oriunda das cargas nominais distribuídas (incluindo-se o peso próprio) é: 2,7 Vdd = (25 , 0 + 0,50) × = 4,05 kN/m 2 No apoio mais solicitado, a força cortante relativa à carga concentrada P , ao longo da largura efetiva bev , é dada por:
Vcd
= P×
(L − L ) × p
L
1
bev
A largura efetiva para a resistência ao cisalhamento transversal é dada por:
⎧ ⎛ Lp ⎞ ⎪bm + L p × ⎜ 1 − =⎟+ 280− 140 × (1= 140 / 2700) 413mm L⎠ ⎝ ⎪ bev ≤ ⎨ hc ⎪2 700 2 700 × 65 75 65 1 254 mm ⎪⎩ . × (h p + hc ) = . [ / ( + )] = . bev = 413 mm logo:
Vcd
= 9,0 ×
(2,7 − 0,14) 2,7
×
1 0,413
= 20,66 kN/m
Somando-se as parcelas de carga distribuída e carga concentrada, têm-se: Vd = 4,05 + 20,66 =24,71 kN/m. 23
A resistência tabelada da laje mista adotada é igual a: Vn/ Vn /
~ Vd
= 23,51 kN/m
OK!
Neste caso a resistência da laje mista ao cisalhamento transversal é cerca de 5% inferior à força cortante atuante, o que pode ser considerado admissível em função da representatividade dos coeficientes de majoração de carga e minoração de resistência ; pode-se ainda recorrer a outras fontes para determinação da resistência ao cisalhamento transversal, como o American Concrete Institute (ACI); neste caso a resistência ao cisalhamento ( Vn/ = 57,48 kN/m ) seria superior ao dobro da forç a cortante de cá lculo (V d = 24,71 kN/m ). B.3) VERIFICAÇÃO À PUNÇÃO: A carga nominal para verificação à punção é P = 9,0 kN; atuando em uma área de (150× 150) mm2. A resistência nominal da laje mista à punção é diretamente proporcional ao valor do perímetro da base de aplicação da carga, e pode ser considerada como:
φPnφ/ γ = ×c uc×hτr c R ×k d ×v × η+ × (1,2
40
)/γ
Para a laje mista em questão ( d = 140 mm , # 0,80 mm ZAR 280 MPa ), as resistências nominais a punção podem ser dadas por: Pn / = 34,5 kN Pn /
> P
OK!
C) ARMADURA DE DISTRIBUIÇÃO: A armadura de distribuição posicionada transversalmente às nervuras do Steel Deck deve prolongar-se ao longo da maior largura efetiva ( na situação em questão bem = 1.254 mm ). Esta armadura deve resistir ao momento fletor de cálculo transversal dado por: Md
=γ ×
P × be 15w
onde : γ = 1,40 (coeficiente de majoração de cargas, conforme a NBR 6118); P = 9,0 kN be = máx.( bem , bev ) = 1.254 mm w = L / 2 + bl ≤ L
∴
w = 2.700 / 2 + 150 = 1.500 mm < 2.700 mm
logo : Md = 0,75 kN.m / m Este esforço deve ser analisado na seção retangular de altura hc = 65mm e largura correspondente à faixa de 1.000mm. Nesta seção, será verificado se a armadura nominal mínima (0,1% da área da seção), colocada a 25mm abaixo do topo do concreto é suficiente para resistir a Md . A área da armadura mínima é dada por: Asmin= 0,1×% × 100 =
6,5
0,65 cm2/m.
Conforme a especificação do catálogo do Instituto Brasileiro de Telas Soldadas ( IBTS ), a malha imediatamente superior a Asmin é a designada por Tela Q-75 (As = 0,75 cm2/m). Esta malha é simétrica nas duas direções e é constituída por barras de 3,8mm de diâmetro com espaçamento entre os fios de 150mm. O aço das barras possui limite de escoamento f y = 600MPa. A altura da camada de concreto que é comprimida durante a atuação de Md é :
24
a
=
As
× fy
0,85 × fck
×b
=
0,75 × 60 0,85 × 2 × 100
= 0,27 cm
a d' hc
hp
em que o coeficiente 0,85 refere-se ao efeito Rüsch no concreto ( fck = 20 MPa ) e b corresponde à largura da seção ( b = 1 metro ). O momento fletor resistente da seção é dado por: M=n ×0,× 85× −As =f y ×( d')× a× / 2− 0,85=( 0,75 ) 60 Mn > Md
=2 ,5
0,272/
90,4 kNcm / m
0,904kNm / m
OK!
obs: No exemplo acima, a tela deverá ser colocada 25mm abaixo do topo do concreto.
25
3.5
LA JES MISTAS COM ARMADURA DE REFORÇO
Conforme descrito no Item 3.3 a Tabela de Cargas para dimensionamento das lajes mistas com Steel Deck METFORM apresenta valores de“ Cargas Sobre postas” admissíveis, considerando lajes mistas isostáticas , sem continuidade estrutural após a cura do concreto. Em regiões em que o carregamento atuante (distribuído ou concentrado) ultrapasse os valores apresentados na Tabela de Cargas, a laje mista deverá ser dimensionada com continuidade estrutural, com armaduras adicionais de reforço para garantir que a laje atinja a capacidade de carga necessária. As tabelas deste Item indicam valores de resistência a flexão (para momentos positivos e/ou negativos) de seções armadas, com armaduras adicionais de reforço e geometria dos modelos Deck METFORM de Steel(geralmente . Sãoemindicadas com armaduras positivas, dentro das ondas baixas adotadas TRAMOSseções EXTERNOS) e com de armaduras negativas, no capeamento de concreto (adotada em TRAMOS INTERNOS).
Para as armaduras positivas foram consideradas barras trefiladas em aço CA-50 (limite de escoamento 500MPa), posicionadas no centro das nervuras doSteel Deck . Para as armaduras negativas foram consideradas telas soldadas em aço CA-60 (limite de escoamento 600MPa), posicionadas a 20mm do topo de concreto. Em todas as tabelas foi considerado concreto estrutural com resistência a compressãofck igual a 20MPa. As tabelas indicam resistências a flexão emkN.m para faixas de um metro de largura de laje. Todos os valores foram obtidos de acordo com as especificações daNBR 6118 . Os valores tabelados correspondem às resistências nominaisMn , já divididas pelo coeficiente de majoração (igual a 1,4), portanto poderão ser utilizadas cargas nominais para determinar os esforços solicitantes que serão comparados com os valores de resistência tabelados. bf
bf C T Mn +
t h f h
T
0 2
t h
Mn C
2 / f h
=
=
bw
bw
Nas situações em que a armadura adicional de reforço for a única armadura da seção (por exemplo armadura negativa sobre apoios em TRAMOS INTERNOS), recomenda-se que os critérios de armadura mínima daNBR 6118 sejam atendidas. Os critérios de armadura mínima não precisam ser verificados caso a armadura complementar não seja a única armadura responsável pela seção. Esta situação é usual em TRAMOS EXTERNOS, quando a capacidade total da seção para momentos positivos é obtida pela soma entre a seção armada (tabelas anexas) com aTabela de Cargas do Item 3.3 . Caso a Tabela de Cargas (Item 3.3 ) seja desprezada na capacidade da seção, os critérios de armadura mínima da NBR-6118 necessitam serem atendidos. Para determinação da resistência da laje mista recomenda-se utilizar 90% do vão livre para TRAMOS EXTERNOS e 80% para TRAMOS INTERNOS.
24
−
STEEL DECK MF-50 Seção Armada: Resistência a Momento Fletor (positi fck = 20 MPa fyb = 500 MPa
vo)
Altura total Armaduras de Barra @ onda baixa
da laje
100
1 φ 5,0 2 φ 5,0 Mn + (kN.m/m) 1,45 2,81
110
Mn + (kN.m/m) 1,65
120
Mn + (kN.m/m) 1,85
(mm)
+
1 φ 6,3 2,26
2 φ 6,3 4,30
1 φ 8,0 3,54
2 φ 8,0 1 φ 10,0 1 φ 12,5 6,47 5,26 -
3,21
2,58
4,93
4,05
7,49
6,06
-
3,61
2,90
5,57
4,56
8,52
6,86
-
130
Mn (kN.m/m) 2,05
4,01
3,22
6,20
5,07
9,54
7,66
11,32
140
Mn + (kN.m/m) 2,25
4,41
3,53
6,84
5,58
10,56
8,46
12,57
150
Mn + (kN.m/m) 2,45
4,81
3,85
7,47
6,10
11,59
9,26
13,82
160
Mn + (kN.m/m) 2,65
5,21
4,17
8,11
6,61
12,61
10,06
15,07
170
Mn + (kN.m/m) 2,85
5,61
4,49
8,74
7,12
13,63
10,86
16,32
STEEL DECK MF-75 Seção Armada: Resistência a Momento Fletor (positi fck = 20 MPa fyb = 500 MPa Altura total da laje (mm)
vo)
Armaduras de Barra @ onda baixa
130
1 φ 5,0 2 φ 5,0 Mn + (kN.m/m) 2,00 3,89
140
Mn + (kN.m/m) 2,22
150
Mn + (kN.m/m) 2,45 +
1 φ 6,3 3,12
2 φ 6,3 5,96
1 φ 8,0 4,90
2 φ 8,0 1 φ 10,0 1 φ 12,5 9,04 7,32 10,64
4,33
3,48
6,67
5,47
10,18
8,21
12,03
4,78
3,83
7,37
6,04
11,32
9,10
13,42
160
Mn (kN.m/m) 2,67
5,22
4,18
8,08
6,60
12,46
9,99
14,81
170
Mn + (kN.m/m) 2,89
5,67
4,54
8,79
7,17
13,60
10,88
16,20
+
180
Mn (kN.m/m) 3,11
6,11
4,89
9,49
7,74
14,74
11,77
17,59
190
Mn + (kN.m/m) 3,34
6,56
5,24
10,20
8,31
15,88
12,66
18,98
200
Mn + (kN.m/m) 3,56
7,00
5,60
10,91
8,88
17,02
13,55
20,37
25
STEEL DECK MF-50 Seções Ar madas: Resistência ao Momento Fletor Negativo fck = 20 MPa fyb = 600 MPa Altura total Armaduras em telas soldadas
da laje
100
X 75 M - (kN.m/m) 2,15
110
Mn - (kN.m/m)
-
120
Mn - (kN.m/m)
-
(mm)
X 92 2,61
X 113 3,16
X 138 3,81
X 159 4,34
X 196 5,23
X 246 6,37
X 283 7,15
2,95
3,59
4,32
4,93
-
4,01
4,84
5,52
5,96
7,28
8,21
6,69
8,20
9,26
n
-
130
Mn (kN.m/m)
-
-
-
5,35
6,11
7,42
9,12
10,32
140
Mn - (kN.m/m)
-
-
-
5,87
6,71
8,15
10,03
11,37
150
Mn - (kN.m/m)
-
-
-
-
7,30
8,88
10,95
12,43
-
160
Mn (kN.m/m)
-
-
-
-
-
9,61
11,87
13,48
170
Mn - (kN.m/m)
-
-
-
-
-
10,34
12,78
14,54
STEEL DECK MF-75 Seções Ar madas: Resistência ao Momento Fletor Negativo fck = 20 MPa fyb = 600 MPa Altura total Armaduras em telas soldadas
da laje
130
Mn - (kN.m/m)
X 75 -
X 92 3,64
X 113 4,43
X 138 5,35
X 159 6,11
X 196 7,42
X 246 9,12
X 283 10,32
140
Mn - (kN.m/m)
-
-
4,85
5,87
6,71
8,15
10,03
11,37
150
Mn - (kN.m/m)
-
-
5,27
6,38
7,30
8,88
10,95
12,43
(mm)
-
160
Mn (kN.m/m)
-
-
-
6,90
7,89
9,61
11,87
13,48
170
Mn - (kN.m/m)
-
-
-
-
8,48
10,34
12,78
14,54
180
Mn - (kN.m/m)
-
-
-
-
9,08
11,07
13,70
15,59
190
Mn - (kN.m/m)
-
-
-
-
-
11,80
14,62
16,65
200
Mn - (kN.m/m)
-
-
-
-
-
12,53
15,53
17,70
A indicação “X” da tabela corresponde a armadura em tela soldada, não necessariamente simétrica (tela tipo “ Q” ). No sentido das nervuras doSteel Deck a armadura deverá possuir a área mínima indicada. 26
EXEMPLO DE DETERMINAÇÃO DE ARMADURAS DE REFORÇO Suponha a mesma laje do item anterior, porém cobrindo agora vãos adjacentes iguais a 3,2m. A laje será executada para utilização de garagem de automóveis. O peso de camada de 2 revestimento que será utilizado será 0,50kN/m . Será verificada a resistência da laje mista comSteel Deck MF-75 de espessura de 0,80mm , fabricado em aço galvanizado cujo limite de escoamento é igual a280MPa. O concreto utilizado possui fck = 20MPa. Será dimensionada a armadura adicional necessária para garantir que a laje suporte as considerações das cargas de serviço.
SOLUÇÃO:
Para a execução de piso de garagens, uma laje mista comSteel Deck deverá ser verificada para o caso mais crítico entre uma sobrecarga uniformemente distribuída e uma carga pontual (por eixo do veículo). Inicialmente, será realizada uma verificação das cargas de serviço atuantes, 2 considerando-se uma sobrecarga uniformemente distribuída de 3kN/m . Posteriormente, será feita uma segunda verificação, considerando-se a ação de uma carga de 9,0kN concentrada em uma área de 150mm × 150mm, atuando em qualquer região da laje. A) VERIFICAÇÃO PARA SOBRECARGA UNIFORME:
As cargas distribuídas nominais atuantes na laje mista são: • Peso próprio Steel Deck MF-75 + concreto:.............. 2,50 kN/m2 • Revestimento ............................................................ 0,50 kN/m2 • Sobrecarga uniforme ................................................. 3,00 kN/m2 A carga sobreposta nominal total (excluindo-se o peso próprio da laje) será: w n = 0,50 + 3,00 = 3,50 kN/m 2. Para a laje mista em questão ( d = 140 mm , # 0,80 mm ZAR 280MPa ), a resistência2 nominal fornecida pela tabela de cargas doSteel Deck MF-75 da METFORM é : w n = 3,64 kN/m . wn > wd OK!
B ) VERIFICAÇÃ O PARA CARGA CONCENTRADA NOMINAL : A verificação para a carga concentrada de 9,0 kN será realizada em três etapas, correspondentes às solicitações de flexão, cisalhamento e punção. Posteriormente será dimensionada a armadura adicional de reforço. • A carga distribuída nominal sobreposta será :w d = 0,50 kN/m2 (excluindo-se o peso próprio) •A carga concentrada nominal será : P = 12 kN. P = 12 kN
hc = 65 mm
d=
bp = 150 mm
hp = 75 mm
L = 3.200 mm
140 mm
bl = 150 mm
dp = 102,5 mm
Lp = 1.600mm (verif. à flexão) Lp = 140mm (verif. ao cisalhamento)
A largura de aplicação da carga concentrada é dada por: ( +) 2 × 0 + 65 = 280 mm bm = b p + 2 × (hr +) hc = 150
27
B.1) VERIFICAÇÃO AO MOMENTO FLETOR:
Na verificação ao momento fletor deve-se considerar a carga concentrada P aplicada no meio do vão , por se tratar da situação mais desfavorável em termos do diagrama do momento fletor atuante e, conseqüentemente, da carga distribuída equivalente. Vejamos a situação a seguir: Para uma situação em que a carga concentrada esteja a uma distânciaa do apoio, tem-se Pab M at = . Igualando este momento ao de uma carga distribuída equivalente ( qL2 / 8) temos L 8 Pab 2P L L q eq = . Considerando-se a = b = , temos q eq = . Agora considerando-se a = 2 4 L L e b = 3L , q eq 4
= 1,5 P , ou seja, aplicando-se a carga a ¼ do vão, tem-se umaredução d e 33% L
9L 0,72 P L e b= , q eq = , uma 10 10 L redução de 64% na carga distribuída equivalente para uma carga aplicada a 1/10 do vão. Portanto deve-se considerar sempre a carga concentrada aplicada no meio do vão. Neste caso, L = Lp = 1.600 mm.
na carga distribuída equivalente. Considerando-se aindaa =
A parcela de carga distribuída equivalente relativa à carga concentrada nominalP é portanto dada por (a carga P atua ao longo da largura efetiva bem ): 2 PL ⎛ 1 ⎞ q eq L 2P ⎛ 1 ⎞ ×⎜ ⎟ = ×⎜ ⎟ q eq = 4 8 L ⎝ bem ⎠ ⎝ bem ⎠ ∴ A largura efetiva para a resistência à flexão é dada por: ⎧ ⎛ Lp ⎞ ⎪bm + 2 L p × ⎜⎜1 − ⎟⎟ = 280 + 2 × 1.600 × (1 − 1.600/3.200) = 1880mm L ⎪ bem ≤ ⎨ h ⎝ c ⎪2.700 × = ⎠2.700 × [65/ (75 + 65)] = 1.274 mm ⎪⎩ (h p + hc ) bem = 1.274 mm
logo:
q eq
=
2 × 12 ⎛ 1 ⎞ ×⎜ ⎟ = 5,89 kN/m2 3,2 ⎝ 1,274 ⎠
A parcela de carga nominal de serviço relativa à carga distribuída atuante (revestimento) é: w dd = 0,50 kN/m 2. Somando-se as parcelas de carga distribuída e carga concentrada, têm-se: w d = 0,50 + 5,89 = 6,39 kN/m 2 Para o Steel Deck MF-75 especificado, a tabela de cargas daMETFORM indica uma resistência para a laje mista igual a: w n = 3,64 kN/m 2 wn < wd
NÃO OK!
A laje necessita de armadura
28
B.2) VERIFICAÇÃO A O CISALHAMENTO TRANSVERSAL:
Na verificação ao cisalhamento transversal, será admitido que a carga concentradaP encontrase próxima a um dos apoios, com um afastamento igual à altura total da laje. Logo o vão de cisalhamento será: Lp = 140mm. Conforme comentários anteriores, a resistência da laje mista ao cisalhamento transversal deve ser dada por φ.Vn / γ. O valor desta resistência deve ser comparado com a soma das cargas nominais atuantes na laje, incluindo-se o peso próprio da mesma. Nos apoios, a força cortante oriunda das cargas nominais distribuídas (incluindo-se o peso 3,2 próprio)é: Vdd = (2,50 + 0,50 ) × = 4,80 kN/m 2 No apoio mais solicitado, a força cortante relativa à carga concentradaP, ao longo da largura bev , é dada por: efetiva L − Lp 1 Vcd = P × × L bev
(
)
A largura efetiva para a resistência ao cisalhamento transversal é dada por: ⎧ ⎛ Lp ⎞ ⎪bm + L p × ⎜⎜1 − ⎟⎟ = 280 + 140 × (1 − 140/3200) = 414 mm L ⎠ ⎪ ⎝ bev ≤ ⎨ ⎪2.700 × hc = 2.700 × [65/ (75 + 65)] = 1.254mm ⎪⎩ (h p + hc ) bev = 414 mm logo:
Vcd
= 12 ×
(3,2 − 0,14) 3,2
×
1 0,414
= 27,72 kN/m
Somando-se as parcelas de carga distribuída e carga concentrada, têm-se: Vd = 4,80 + 20,79 = 32,52 kN/m . Para o Steel Deck MF-75 em questão, a tabela de resistência ao cisalhamento transversal indica φ .Vn /y = 23,51kN/m . Vn /
< Vd
NÃO OK!
Neste caso a resistência da laje mista ao cisalhamento transversal é 28% inferior à força cortante atuante; deve-se então alterar a altura total da laje ou aumentar a espessura do Steel Deck para que a resistênci a ao cisalhamento seja atingid a.
B.3) VERIFICAÇÃ O À PUNÇÃO:
A carga nominal para verificação à punção é P =9,0 kN atuando em uma área de (150 × 150) mm2. A resistência nominal da laje mista à punção é diretamente proporcional ao valor do perímetro da base de aplicação da carga, e pode ser considerada como: φPnφ/ γ = ×c uc×hτr c R ×k d ×v × η+ × (12 , 40 )/γ Para a laje mista em questão (d = 140 mm , # 0,80mm ZAR 280MPa ), a tabela de resistência nominal a punção ( φPn / γ ) do Steel Deck MF-75 da METFORM indica: Pn / = 34,5kN Pn / > P OK!
29
B.4) ARMADURAS A DICIONAIS
Para a determinação das armaduras adicionais serão consideradas 2 situações. Análise do TRAMO EXTERNOS (primeiro e último vão, com momento resistente obtido considerando-se 90% do vão livre) e análise dos TRAMOS INTERNOS (segundo ao penúltimo vão, com momento resistente obtido considerando-se 80% do vão livre). TRAMOS EXTERNOS (primeir o e úl tim o vão): Carga atuante :
w d = 6,39 kN/m 2
Capacidade resistente da laje: Tabela de cargas Steel Deck MF-75 (pág. 10) para um vão igual a90% do vão liv re : L = 0,9 x 3.200mm = 2.880mm ~ 2.900mm w n = 4,97 kN/m 2 Momento a ser resistido pela M ar
=
Δq × (0,9 L) 2 8
=
armadura a dicio nal:
(6,39 − 4,97 ) × (0,9 × 3,20) 2 8
= 1,47 kN.m/m
De acordo com a tabela de resistências a momentos positivos paraSteel Deck MF-75 , para uma laje com altura total igual a 140mm o momento nominal resistente da laje reforçada por uma barra de diâmetro 5mm no interior da nervura do Steel Deck é Mn + = 2,22 kN.m/m. Portanto, Mn +
> M ar e a laje será reforçada com1 5mm/nervura.
TRAMOS INTERNOS: Verificação de necessidade de Armadura po
sitiva:
2
Carga atuante : w d = 6,39 kN/m Capacidade resistente da laje: Tabela de cargas Steel Deck MF-75 (pág. 10) para um vão igual a80% do vão l ivre : w n = 7,24 kN/m 2
L = 0,8 x 3.200mm = 2.560mm
w n > w d OK! NÃO HÁ NECESSIDADE DE ARMADURA POSITIVA NOS VÃOS INTERNOS
Verificação d a Armadura negativa Momento negativo atuante : M at = 50% × Momento a ser resistido pela M ar = M at = 5,69 kN.m/m
q × L2 8
= 50% ×
(6,39 + 2,50) × 3,20 2 8
= 5,69 kN.m/m
armadura a dicio nal :
De acordo com a tabela de resistências a momentos negativos paraSteel Deck MF-75 para uma laje com altura total igual a 140mm o momento nominal resistente da laje reforçada por uma tela Mn − = 5,87 Mn − > M ear a laje será reforçada por uma soldada X 138 é kN.m/m. Portanto, 2 tela com área mínima de 1,38 cm/m no sentido das nervuras. Para definição do tipo de tela a ser usada basta verificar a área mínima de aço necessária no sentido paralelo às nervuras:
30
As min
= 0,15% × bw × hef = 0,15% × 100 × 10,25 = 1,52 cm2/m;
Para atender ao critério de armadura mínima deverá ser adotada aTela M-159; (1,59cm2/m de 2 área de aço no sentido paralelo às nervuras e 0,75 cm /m no sentido perpendicular às nervuras).
C) ARMADURA DE DISTRIBUIÇÃO:
A armadura de distribuição posicionada transversalmente às nervuras doSteel Deck deve prolongar-se ao longo da maior largura efetiva (na situação em questãobem = 1.254 mm). Esta armadura deve resistir aomomento fletor de cálculo transversal dado por:
Md
= γ × P × be 15w
onde : γ = 1,40 (coeficiente de majoração de cargas, conforme aNBR 6118 ); P = 12kN be = máx.( bem , bev ) = 1.254 mm w = L / 2 + bl ≤ L
∴
w = 3.200 / 2 + 140 = 1.740 mm < 3.000 mm
logo : Md = 0,81 kN.m/m Este esforço deve ser analisado na seção retangular de altura hc = 105mm e largura correspondente à faixa de 1.000 mm. Nesta seção, será verificada a armadura especificada no Item anterior (Tela M-159), posicionada a 20mm abaixo do topo do concreto é suficiente para resistir a Md . Esta malha é simétrica nas duas direções e é constituída por barras de 3,8mm de diâmetro com espaçamento entre os fios de 100mm. O aço das barras possui limite de escoamentofy = 600MPa. Md é : A altura da camada de concreto que é comprimida durante a atuação de
a=
As × f y 0,85 × fck × b
=
1,59 × 60 0,85 × 2 × 100
= 0,56cm
onde o coeficiente 0,85 refere-se aoefeito Rüsch no concreto ( fck = 20MPa ) e b corresponde à largura da seção (b = 1m). O momento fletor resistente da seção é dado por: φM n
= 0,85 × As × f y × (d)´− a 2 = 0,85 ×( 1,59 ×) 60 × 2,0 − 0,56 2 = 139,5kNcm / m = 1,395kNm / m Mn > Md
OK!
31
3.6
DIMENSIONAMENTO DE VIGAS MISTAS COM STEEL DECK
O dimensionamento de vigas mistas cuja laje é executada com o sistemaSteel Deck deve ser NBR 8800 (2007). realizado obedecendo-se todas as limitações e recomendações prescritas na Tais recomendações abordam as situações em que o eixo da viga é paralelo ou perpendicular às nervuras do Steel Deck , conforme ilustrado na figura abaixo.
> 15 mm hc > 50 mm
> 40 mm
hf < 75 mm
bf > 50 mm
dcs = 19 mm hcs > 4 dcs
LIMITAÇÕES CONSTRUTIVAS: a) Para que as vigas de aço sejam consideradas no sistema misto, a altura máxima das nervuras do Steel Deck ( hf ) deverá ser 75mm. A largura média das nervuras (bf ) não deve ser inferior a 50mm. Os modelos deSteel Deck MF-50 e MF-75 da METFORM atendem a estas prescrições. b) A ligação do concreto da laje com aviga de aço deve ser executada mediante conectores tipo pino com cabeça (stud bolt), com diâmetro igual a 19mm ( 3/4” ). Após a instalação, os conectores devem ter comprimento maior ou igual a 4 vezes o diâmetro dos mesmos. Caso o conector seja soldado à viga através doSteel Deck , as seguintes observações devem ser atendidas: - A espessura da chapa do Steel Deck deve ser inferior a 1,5mm para chapa simples. Para trespasse de duas chapas, aespessura máxima de cada chapadeve ser 1,2mm; - A soma das camadas de galvanização doSteel Deck deve ser inferior a 385g/m2.
Caso uma das condições acima não seja satisfeita, deve-se perfurar S o teel Deck , antes da execução da solda do conector. c) Após a instalação dos conectores, a projeção dosmesmos acima do flange superior doSteel Deck não deverá ser inferiora 40mm. d) A camada de cobrimento de concreto acima do flange superior doSteel Deck deve ter no mínimo 50mm de espessura. Recomenda-se que o cobrimento de concreto acima dos
32
conectores seja de pelo menos 10mm. Lateralmente (exceto no interior das nervuras) o cobrimento de concreto para os conectores deve ser 25mm. e) A METFORM disponibiliza conectores de cisalhamento Stud Bolt com diâmetro nominal 19mm com 02 alternativas de comprimento nominal antes da fusão: 110mm para utilização com Steel Deck MF-50 e 135mm para utilização comSteel Deck MF-75 .
RESISTÊNCIA DOS CONECTORES AO CISAL HAMENTO
A resistência nominal ao cisalhamento (QRd ) de um conector stud bolt totalmente embutido em uma laje de concreto é dada pelo menor dos valores representados na equação abaixo:
Q Rd
=
Q Rd
=
1 Acs × 2
f ck × E c γ cs
R g × R p × Acs × f ucs γ cs
Tais valores correspondem respectivamente aos estados limites de esmagamento do concreto ou ruptura da seção dos conectores. Os termos componentes da equação anterior indicam: fck = Resistência à compressão do concreto das lajes ( 20 MPa ≤ fck ≤ 50 MPa ); Acs
= Área da seção transversal do conector;
fucs
= Resistência à ruptura do aço do conector ( fucs = 415 MPa );
Ec
= Módulo de elasticidade secante do concreto:E c
γ cs
= 4760 f ck
(Ec e fck em
MPa); = Coeficiente de ponderação da resistência do conector, igual a 1,25 para combinações últimas de ações normais, especiais ou de construção e igual a 1,10 para ações excepcionais;
Rg
= Coeficiente
para consideração do efeito de atuação de grupos de conectores:
R g = 1,00, para (a) conector soldado em uma nervura de Steel Deck
perpendicular ao perfil de aço; (b) qualquer número de conectores em uma linha soldados diretamente no perfil de aço; (c) qualquer número de conectores em uma linha soldados através doSteel Deck em uma nervura paralela ao perfil de aço; R g = 0,85, para (a) dois conectores soldados em uma nervura deSteel Deck
perpendicular ao perfil de aço; (b) um conector soldado através doSteel Deck em uma nervura paralela ao perfil de aço;
33
R g = 0,70, para três ou mais conectores soldados em uma nervura deSteel Deck perpendicular ao perfil de aço;
Rp
= Coeficiente
para consideração da posição do conector:
R p = 1,00, para conectores soldados diretamente no perfil de aço e, no caso de
haver uma nervura paralela a esse perfil, a mesma deve possuir base com largura mínima de 50% da largura da mesa superior do perfil de aço; R p = 0,75, para (a) conectores soldados em uma nervura de Steel Deck
perpendicular ao perfil de aço e
emh igual ou superior a 50mm (ver figura
abaixo); (b) um conector soldado através do Steel Deck em uma nervura paralela ao perfil de aço; R p = 0,60, para conectores soldados em uma nervura de Steel Deck
perpendicular ao perfil de aço e emh inferior a 50mm (ver figura abaixo); ESPAÇAMENTO ENTRE OS CONECTORES DE CISALHA MENTO:
No sentido longitudinal, a partir da seção de momento fletor máximo, os conectores de cisalhamento deverão ser uniformemente espaçados entre essa seção e as seções adjacentes de momento nulo, exceto que, nas regiões de momento fletor positivo, o número de conectores necessários entre qualquer seção com carga concentrada e a seção adjacente de momento nulo (ambas situadas do mesmo lado, relativamente à seção de momento máximo), não pode ser inferior a n p , dado por:
np
⎛ M − M aRd = n⎜⎜ PSd ⎝ M Sd − M aRd
⎞ ⎟⎟ , ⎠
Onde:
M PSd = Momento fletor solicitante de cálculo na seção da carga concentrada (inferior ao momento resistente de cálculo máximo); M aRd FLA; M Sd
= Momento fletor resistente de cálculo da viga de aço isolada, baseada no estado limite = Momento fletor solicitante de cálculo máximo;
n = Número de conectores de cisalhamento a serem colocados entre a seção de momento fletor positivo solicitante de cálculo máximo e a seção adjacente de momento nulo. A expressão acima deve ser ajustada adequadamente quando a resistência dos conectores não for constante. Longitudinalmente à seção considerada, o espaçamento entre as linhas de centro dos conectores deverá ser menor ou igual a 8 vezes a espessura total da laje. Para o caso em que a
34
nervura do Steel Deck é perpendicular ao eixo da viga este espaçamento também deverá ser inferior a 915mm. Ainda no sentido longitudinal, o espaçamento mínimo entre as linhas de centro dos conectores Steel deverá ser igual a 6 vezes o diâmetro dos mesmos, exceto no interior das nervuras de Deck , onde este limite poderá ser reduzido para 4 vezes o diâmetro dos conectores. Caso o diâmetro dos conectores seja superior a 2,5 vezes a espessura da mesa àqual serão instalados, estes devem ser soldados diretamente sobre a alma da viga de aço. Caso seja possível a instalação de mais de um conector transversalmente à viga de aço, o espaçamento entre suas linhas de centro neste sentido deverá sermaior ou igual a 4 vezes o diâmetro dos mesmos. EXEMPLO DE VERIFIC AÇÃ O DE VIGA MISTA COM STEEL DECK METFORM
Será verificado o dimensionamento da viga mistaV2 representada na figura abaixo. As cargas 2 atuantes no piso, além do peso próprio, correspondem a 2kN/m de revestimento impermeabilizante e 5kN/m2 de sobrecarga de utilização. A laje deverá ser executada comSteel Deck MF-75 da METFORM, com altura total de concreto igual a 150mm. A chapa doSteel Deck possui 0,80mm de espessura e limite de resistênciafy =280MPa. O concreto possuifck = 20MPa e o aço estrutural das vigas é o ASTM A36 “MULTIGRADE” f(y = 300 MPa e fu = 410 MPa ). Steel Deck MF-50 é Ressalta-se que o procedimento de cálculo para vigas suportando lajes com análogo ao abordado neste exemplo.
Serão verificadas, também, a quantidade e a distribuição dos conectores de cisalhamento do tipo stud bolt
35
GEOMETRIA DO PISO: V1
0 0 5 7 4 V
5 V
5 V
Laje Adotada
4 V
V2
hc = 75 mm tc = 150 mm
0 5 3 7 4 V
5 V
5 V
hf = 75 mm
4 V
V3
2500
2500 2500 7500
SOLUÇÃO: A viga V2 é do tipo paralela ao eixo das nervuras doSteel Deck . Será verificada a resistência do perfil PS 500 52 , cujas dimensões e propriedades geométricas encontram-se representadas abaixo:
PS 500x52 8
6,3
0 0 5 5 , 0 0 2
6 1
150 2
Wxsup = 878 cm
4
Wxinf = 1.240 cm
Ag = 65,99 cm Ix = 25.855 cm
3
3
Zx = 1.181 cm
3
CARGAS A TUANTES NO PISO:
Cargas Permanentes: peso próprio da laje ....... : 2,74 kN/m2 2 revestimento .................. : 2,00 kN/m 2 4,74 kN/m Sobrecarga .......................................................... : 5,00 kN/m2
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CARGAS E ESFORÇOS ATUANTES NA VIGA MISTA: As somas das reações verticais das vigas secundárias ( 5V) que se apoiam em V2 são:
• devido ao peso próprio ... : P1 = 50,9 kN • devido ao revestimento ...: P2 = 37,1 kN • devido à sobrecarga ........ : P3 = 92,8 kN As reações totais de cálculo atuando em V2 são: Pd = 1,4 × ( P1 + P2 ) + 1,5 × P3 = 262,4 kN
Pd
2500
Pd
2500
Momentos Fletores
2500
7500
O momento fletor de cálculo é: Md = Pd
Md
2,5 = 656,0 kNm
O esforço cortante de cálculo é: Vd = Pd = 262,4 kN DETERMINAÇÃO DA LARGURA EFETIVA b c
A largura efetiva de concreto acima da viga de aço é dada por:
⎧ L / 4 = 7.500 / 4 = 1.875mm b ≤⎩ ) + 7.200 / 2 = 7.425mm ⎨(e1 +) e(2 / 2 = 7.350 c
onde: e1 ou e2 = distância entre a linha de centro da viga V2 e a linha de centro da viga V1 ou V3; L = Vão da viga entre linhas de centro dos apoios. Logo : b c = 1.875 mm . VERIFICAÇÃO DA ESBELTEZ DA ALMA DA VIGA DE AÇO:
h / tw λp
Como h / t w
= (500 − 16 − 8) / 6,3 = 75,6
= 3,76 E / f y = 3,76 205.000 / 300 = 98,3 < λ p , a viga mista poderá ser calculada no limite plástico da seção.
Todas as verificações subseqüentes serão realizadas supondointeração total entre a viga de aço e a laje. POSIÇÃO DA LINHA NEUTRA PLÁ STICA ( LNP ): O esforço de tração máximo admissível na viga de aço é:
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Tad
=
Ag f y
a
γ a1
=
65,99 × 30 1,1
= 1.799,7 kN
O esforço de compressão máximo admissível na laje ( por simplificação ) desprezando-se o concreto existente no interior das nervuras do steel deck pode ser considerado como: 0,85 × fck × (bc × hc ) 0,85 × 2 × (187,5 × 7,5) C cd = = = 1.707,6 kN γc 1,4 Sendo γ a1 o coeficiente de ponderação da resistência do aço eγ c o coeficiente de ponderação da resistência do concreto. O termo 0,85 relaciona-se com a minoração da resistência do concreto, devido ao efeitoRüsch. O máximo esforço de tração que pode atuar na viga de aço é superior ao máximo esforço de compressão que pode atuar na laje de concreto, logo aLNP da seção está localizada na viga de aço. Ao realizar-se o equilíbrio das forças atuantes em relação àLNP , a parcela de esforço de compressão resistida pela viga de aço (Cad ) , deve ser dada por: C ad
1 ⎡ (Ag f y )a 0,85 × fck × (bc × hc )⎤ = ×⎢ − ⎥ = 46 kN 2 ⎣ γ a1 γc ⎦
O esforço de compressão atuante na laje de concreto é dado porCcd:
C cd
=
0,85 × fck × (bc
× hc )
γc
= 1.707,6 kN
O esforço de tração atuante na viga de aço é dado por:
Tad
= Ccd + C ad = 1.707,6 + 46 = 1.753,6 kN
O esforço Cad é inferior a
Ag f y
flange sup erior
γ a1
=
360 1,1
= 327,3 kN. Logo, a LNP da seção mista
está localizada no flange superior da viga de aço, distante y de sua fibra superior. A figura seguinte exibe a distribuição de tensões bem como os esforçosTad , Cad e Ccd , atuantes na seção mista. O valor de y é dado por: C ad y= (Af y ) flange _ sup erior γ a1
× t fls =
46 360
× 8 = 1,13 mm
1,1
onde tfls representa a espessurado flange superior da viga.
38
bc 0,85 fck
Ccd
hc hf
C
Cad
fy
y
LNP
Tad
hf
yc
yt
y
fy
LNP
O termo yc indica a distância do centro de gravidadeda área de aço comprimida à fibra superior do perfil: yc = y / 2 = 0,56 mm. O termo yt representa a distância do centro de gravidade da yt = 199,4 mm. área tracionada à fibra inferior da viga de aço. Para a viga em questão, RESISTÊNCIA A O MOMENTO FLETOR DA VIGA MISTA:
O momento fletor resistente da seção mista, deve ser dado por: ⎡ ⎛h ⎞⎤ M Rd = β vm ⎢C ad × (d − y t − y c ) + C cd × ⎜ c + h f + d − y t ⎟ ⎥ ⎝2 ⎠⎦ ⎣ Sendo d igual a altura total da viga de aço ( 500 mm ) e β vm = 1,00 para vigas mistas biapoiadas: MRd = 719,3 kNm. Md = 656,0 kNm.
MRd > Md
OK!
RESISTÊNCIA AO CISAL HAMENTO DA VIGA MISTA:
O cisalhamento atuante deve ser resistido apenas pela viga de aço: λ
= h / t w = 476 / 6,3 = 75,6
λp
= 1,1 K v E / f y = 64,3
λr
= 1,37 K v E / f y = 80,1
λp
< λ < λr
Vd = 262,5 kN
V pl
= 0,6 × (h × t w ) × f y = 539,8 kN
(Kv = 5)
∴ ∴
V Rd
=
λp λ
Vn > Vd
V
×
γ
pl
= 417,4 kN
a1
OK!
39
VERIFICAÇÃO DOS DESLOCAMENTOS VERTICAIS:
O deslocamento vertical total (flecha) da viga mista é dividido em duas parcelas. A primeira parcela corresponde ao deslocamento vertical daviga de aço isolada que ocorre antes da cura do concreto, caso não existam escoramentos. Para esta parcela, o carregamento atuante na viga 2 de aço ( qG’ ) corresponde ao peso próprio da laje após a concretagem (2,74 kN/m para MF-75 esp.= 0,80 mm, tc = 150 mm). A segunda parcela corresponde aos deslocamentos daviga mista devidos a todas as cargas de serviço da estrutura, subtraídas as cargas consideradas emqG’ . Para a verificação da segunda parcela, o carregamento utilizado é denominadoqL . O valor máximo admissível para o deslocamento vertical total éL / 250. q total
= qL + Gq= '
2+,74 + =2 5 9 74,
qG'
= 2 ,74 kN/m2 q L = q total − q G ' = 7 ,00 kN/m2
kN/m2
∴
PG’ = 50,9 kN
∴
PL = 129,9 kN
Para a determinação do momento de inércia da seção mista I(m ) , deve-se determinar a posição da linha neutra elástica da seção mista (LNE ) , isto porque as deformações estão limitadas ao regime elástico da peça. Ag y a + A' c d + h f + hc / 2 ym = Ag + A' c Onde : A’c = 1/3 × ( bc / n ) × hc n = Es / Ec
Es = 205.000MPa
Ec
= 4760 fck
Utilizando-se fck = 20MPa : Ec = 21.287MPa . O coeficiente 1/3 foi utilizado na equação de A’c para que a influência da retração e da deformação lenta do concreto sejam levadas em consideração no cálculo da flecha n = 205.000 / 21.287 = 9,63da viga mista. Logo: 2 A’c = 1/3 × 187,5 / 9,63 × 7,5 = 48,68 cm 65,99 × 20,05 + 48,68 × (50 + 7,5 + 7,5 / 2 ) = 37,54 cm ym = 65,99 + 48,68 O momento de inércia da viga mista para a análise das deformações será:
Im
= I x + Ag ( y m − )y a( 2 +) bc / 2n hc3 / 12 + A' c (d + h f + hc / 2 − y m )2
) (,05 2 + [187 ) ,5 / 2 × 9,63 ]× 7,53 / 12 + 48,68 × (50 + 7,5 + 7,5 / 2 − 37,54)2 = 25.855 + 65,99 × (37,54 − 20 4 I m = 73.751 cm Im
Para a viga em questão, a flecha total é dada por:
Δ total =
23PG ' × L3 648EI x
L / 250 = 30 mm total < L / 250
+
23PL × L3 648EI m
= 27,2 mm
OK!
40
bc Ac
hc hf
LNE
d
X
X
ym ya
Deve-se também verificar a flecha da viga mista devido às sobrecargas atuantes. PelaNBR 8800 (2007), o valor máximo admissível para o deslocamento vertical devido às sobrecargas é L / 350 .
q sc
= 5 kN/m2
∴
23Psc × L
Psc = 92,8 kN
3
Δ sc =
648EI m
L / 350
= 9,19 mm
= 21 , 4 mm sc
< L / 350
OK!
LIMITAÇÃO DAS TENSÕES DE TR AÇÃ O:
De acordo com a NBR 8800 (2007), a limitação da tensão de tração atuante na fibra inferior da viga de aço é exigida apenas para o caso em que3,76 E / f y < h / t w ≤ 5,7 E / f y , o que não ocorre neste exemplo. No entanto, para fins didáticos, faremos a verificação a seguir: A tensão total atuante, assim como Δtotal é dividida em duas parcelas. A primeira parcela corresponde à tensão atuante na viga de aço isolada ( carregamentoqG’ ) . A segunda parcela corresponde à tensão atuante na viga mista ( carregamentoqL ) . Para o cálculo desta parcela, o momento de inércia da viga mistaIm deve ser obtido considerando-se A’c = ( bc / n ) × hc .
qG '
= 2,74 kN/m2
∴
MG’ = 127,25 kNm
qL
= 7,00 kN/m
∴
ML = 324,75 kNm
2
3
Wxinf = 1.240 cm
Im = 103.335 cm
M G' W x inf
4
ym = 48,43 cm
3
Wminf = 2.134 cm
+ M L = 255MPa < f y = 300 = 270 MPa ⇒ ok! Wmin f
γ a1
1,1
41
QUANTIDADE E DISTRIBUIÇÃO DOS CONECTORES DE CISA LHAMENTO:
Todas as verificações realizadas somente têm validade se o número e a distribuição dos conectores (stud bolt) , sejam tais que a interação total da laje com a viga de aço seja garantida. Como a Linha Neutra Plástica (LNP) da seção mista situa-se na viga de aço, o esforço de cisalhamento a ser resistido pelos conectores deve ser dado por: Vn = 0,85 × fck × (bc × hc ) = 2.391 kN Ao utilizar-se o Steel Deck MF-75 da METFORM para as vigas mistas paralelas ao vão da laje há minoração de 24% da resistência nominal ao cisalhamento dos conectores stud bolt, assim C = 0,76. Logo, a resistência de um conector stud bolt deve ser dada por: red
qn
⎧0,76 × 0,5 Acs × fck × E c ≤⎨ ⎩0,76 × Acs × f u
Será utilizado um conector φ3/4” × 53/8” (Acs = 283 mm2 , fu = 415MPa). Conforme o cálculo anterior, o módulo de elasticidade do concreto com fck = 20MPa é Ec = 22.085MPa . Assim, têm-se: qn = 0,76 x 94 = 71,4 kN Logo, o número de conectores entre o ponto de momento fletor máximo e o apoio deve ser : V 2.391 = 32 conectores n= n = 71,4 qn A espessura do flange superior da viga de aço (tfl = 8 mm ) é superior a dcs / 2,5 . Logo os conectores podem ser soldados diretamente no flange superior da viga de aço, em uma fila dupla. O espaçamento entre os conectores (2.500 / ( 32 / 2 )≅ 156 mm), é superior ao espaçamento mínimo admissívelpara conectores, queé 6dcs .
Pd
32 studs
4 studs
Pd
32 studs
Na região de momento fletor constante devem sercolocados 4 conectores construtivos (em uma fila única), de forma a satisfazer o espaçamento máximo admissível entre os mesmos, que é 800mm.
42
3.7
ABERTURAS EM LAJES COM STEEL DECK METFORM
Geralmente aberturas em lajes são executadas realizadas após a concretagem. Durante a concretagem, deverão ser feitos nichos (utilizando-se madeira, chapas de aço de pequena espessura ou isopor) que isolem o concreto do Steel Deck . O Steel Deck deverá ser cortado somente depois que a resistência à compressão do concreto atinja 75% dofck de projeto. Após a concretagem, deverão ser evitadas aberturas de furos cujo processo provoque uma vibração excessiva que venha a prejudicar a superfície de contato concreto/Steel Deck . ABERTURAS PEQUENAS: São as aberturas cuja maior dimensão não ultrapasse 200 mm. Para estas aberturas não é necessário a consideração de algum reforço para a laje mista. Estas aberturas podem ser realizadas após a concretagem do piso, através de máquinas perfuradoras com coroas diamantadas. A distância mínima entre os centros dos furos deverá ser de duas vezes o diâmetro perfurado. Nas regiões em que o concreto perfurado participe da largura efetiva de vigas mistas, esta distância mínima deverá ser aumentada para cinco vezes o diâmetro da abertura. ABERTURAS GRANDES: São as aberturas em que uma das dimensões ultrapasse o valor de 200mm. Nestes casos, armaduras de reforço Longitudinais e Transversais deverão ser colocada na região. Esta armadura, consiste em:
ARMADURA LONGITUDINAL: Deve ser posicionada dentro dos canais do Steel Deck na região adjacente ao furo. A resistência desta armadura deve corresponder à resistência de área de aço da chapa doSteel Deck que foi retirada na
43
execução da abertura. O comprimento de ancoragem desta armadura deve ser determinado conforme a ABNT-NBR-6118. A área total da armadura longitudinal ( Asl ) poderá ser considerada como:
Asl = As × L × φfy / ( fyl / γs ) em que: As = Área por unidade de comprimento de steel deck recortada na abertura. Para os modelos de Steel Deck MF-50 e MF-75 estas áreas devem ser consideradas como: STEEL DECK MF-50 # Steel Deck ( mm ) 0,80 0,95 1,25
STEEL DECK MF-75
As ( cm2/m ) 9,97 11,93 15,87
# Steel Deck ( mm ) 0,80 0,95 1,25
A s ( cm2/m ) 11,12 13,32 17,71
L = Largura da abertura, perpendicular ao vão dalaje;
φ = Coeficiente de minoração da resistência do aço doSteel Deck (em analogia à ABNT-NBR8800 pode-se adotar φ = 0,9); fy = Limite de escoamento do aço doSteel Deck ;
γs = Coeficiente de segurança da armadura longitudinal (seguindo aABNT-NBR-6118, γs = 1,15);
fyl = Limite de escoamento do aço da armadura longitudinal.
ARMADURA TRANSVERSAL: Corresponde à armadura de distribuição de lajes convencionais armadas em uma só direção. Deve ser posicionada perpendicularmente aos canais do Steel Deck , podendo apoiar-se diretamente sobre o flange superior do mesmo. Esta armadura deve prolongar-se por no mínimo dois canais do Steel Deck , além da largura da abertura. A armadura transversal pode ser considerada como no mínimo 20% da armadura longitudinal, distribuída em no mínimo três barras, cujo espaçamento seja inferior a 300mm. Armadura transversal
Armadura de retração
Região da abertura Armadura longitudinal
Opcionalmente a armadura de distribuição poderá ser substituída por perfisU, laminados ou formados a frio, em chapas de pequena espessura. Embutidos no concreto, os perfis U trabalharão à flexão e deverão absorver as cargas atuantes na região da abertura, transmitindo-as para as regiões adjacentes. Deverão sempre serem previstas vigas no contorno de aberturas cuja dimensão perpendicular ao sentido das nervuras doSteel Deck maior que 600mm.
44
3.8
DETALHES CONSTRUTIVOS COM STEEL DECK METFORM
Para a correta instalação do Steel Deck METFORM sobre a estrutura de aço deverão ser utilizados acessórios tais como arremates de laje ( AL), suportes de arremates (SD), complementos de Steel Deck (CD) ou arremates de Steel Deck (AD). As peças de Steel Deck bem como todos os acessórios requeridos na montagem da laje deverão ser detalhados em um desenho denominado“Diagrama de Forma” . Cada cada pavimento tipo de uma edificação em projeto deve possuir o“ Diagrama de Forma” correspondente, o qual deverá retratar o posicionamento das peças deSteel Deck bem como as situações particulares existentes. Algumas destas situações serão ilustradas a seguir:
Arremates de Laje ( AL )
>15mm
b >25mm
>50mm AL
>15mm AL
b >50mm
Para a fabricação dos perfis dos arremates de laje é recomendável que sejam utilizadas chapas em aço ASTM A570 grau C com espessura maior ou igual a 2mm. O arremates de laje deverão ser soldados nas vigas de aço, apoiando-se sobre um comprimento de no mínimo 50mm. As soldas deverão ser de filete com comprimento de 25mm e espaçamento não superior a 300mm. A espessura da chapa de arremate é determinada em função dobalanço (b) ao qual a mesma fica submetida. As tabelas seguintes indicam as espessuras mínimas dos arremates de laje, baseadas nas recomendações do Steel Deck Institu te (SDI), para os modelos deSteel Deck MF-50 e MF-75:
45
STEEL DECK MF-75 & MF-50 Espessur a Mínima Para Arr emates de Laje ( mm ) Altura Total da Laje ( mm ) 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200
0 2,00 2,00 2,00 2,00 2,00 2,00 2,00 2,00 2,00 2,00 2,00
25 2,00 2,00 2,00 2,00 2,00 2,00 2,00 2,00 2,00 2,00 2,00
50 2,00 2,00 2,00 2,00 2,00 2,00 2,00 2,00 2,00 2,00 2,65
Espessura Mínim a da Chapa ( mm ) Balanço do Arremate de Laje b ( mm ) 75 100 125 150 175 200 2,00 2,00 2,00 2,00 2,00 2,65 2,00 2,00 2,00 2,00 2,00 2,65 2,00 2,00 2,00 2,00 2,65 2,65 2,00 2,00 2,00 2,00 2,65 2,65 2,00 2,00 2,00 2,00 2,65 2,65 2,00 2,00 2,00 2,65 2,65 2,65 2,00 2,00 2,65 2,65 2,65 2,65 2,00 2,00 2,65 2,65 2,65 3,35 2,00 2,65 2,65 2,65 3,35 3,35 2,65 2,65 2,65 2,65 3,35 3,35 2,65 2,65 2,65 3,35 3,35 3,35
225 2,65 2,65 2,65 2,65 2,65 3,35 3,35 3,35 3,35 3,35 -
250 2,65 2,65 3,35 3,35 3,35 3,35 3,35 3,35 -
275 3,35 3,35 3,35 3,35 3,35 3,35 -
Nas situações em que o balanço do Steel Deck em relação a extremidade do flange da viga de apoio for muito grande, o arremate de laje deverá ser fabricado em de aço galvanizado, apresentando uma seção transversal em U. A aba inferior doPerfil U deverá ser fixada com rebites nas ondas baixas do Steel Deck . A aba superior do Perfil U deverá ser fixada (também por rebites) ao suporte de arremate (SD), o qual deverá ser rebitado nas ondas altas do Steel Deck . Nas ondas altas ou baixas, o espaçamento entre os pontos de rebites não deverá ser superior a 500mm.
SD
AL
46
Compl emento s de Steel Deck ( CD ) Em situação de projeto, ao distribuir-se os painéis de Steel Deck para fôrma de uma laje, deverá ser levado em conta a largura útil de cada modelo 915mm ( para o Steel Deck MF-50 e 820mm para o Steel Deck MF75) e a largura total disponível da laje a ser coberta. Para completar a largura total da laje, na região próxima as vigas principais (comprimento l paralelo ao Steel Deck ), poderá ser utilizado umcomplemento de Steel Deck ( CD ). A principal função desta peça é de evitar recortes e perdas noSteel Deck . O Complemento de Steel Deck deverá ser executado em aço galvanizado, com limite de escoamento igual ao do Steel Deck utilizado. Baseado nas prescrições do Steel Deck Institute ( SDI ), recomenda-se a utilização de chapas galvanizadas com espessura nominal 1,55mm. A largura máxima admissível para os Complementos de Steel Deck ( l ) deverá ser de até 250mm.
l CD >25mm
Da mesma forma que as peças de Steel Deck , os Complementos de Steel De ck ( CD ) deverão ser fixados às vigas de aço da estrutura através de soldas tipo “bujão” (tampões) com 16mm de diâmetro. No sentido longitudinal (paralelo as vigas) o espaçamento máximo entre as linhas de centro dos pontos de soldas deverá ser inferior a 800mm. A largura mínima recomendada para apoio dos Complementos de Steel Deck sobre o flange superior das vigas de aço é igual a 25mm.
ARREMATES DE STEEL DECK ( A D ) O Arremate de Steel Deck é utilizado para complementar a vedação da fôrma e evitar que o concreto “molhado” passe por entre as ondas do Steel Deck . Este acessório poderá ser utilizado nas regiões de mudança de direção do vão da laje, e nas extremidades das lajes (acima das vigas). O Arremate de Steel Deck é fornecido em aço galvanizado (espessura nominal 0,95mm) e deverá serrebitado nas ondas altas do Steel Deck . Caso as vigas de sustentação da laje sejam analisadas como vigas mistas , deverão ser aplicados conectores de cisalhamento (stud bolt) sobre o flange superior. Devido à presença do conector, o comprimento das peças de Steel Deck deverá ser tal que na região de posicionamento do Arremate de Steel Deck não haja uma superposição entre os elementos envolvidos no detalheArremates ( de Steel Deck e conectores stud bolt).
AD
47
AL AD
RECORTES NO STEEL DECK Caso as vigas paralelas aos canais do Steel Deck sejam mistas, o posicionamento das peças de Steel Deck deve ser tal que seja formada uma mísula de concreto na região imediatamente acima da viga de aço. Desta forma, o Steel Deck deverá encontrar-se com o flange superior da viga em uma onda baixa, de modo que, após a concretagem da laje, os conectores de cisalhamento fiquem completamente envolvidos pelo concreto. De acordo com a relação entre a largura total da laje a ser coberta e a largura útil do Steel Deck (915mm para o MF-50 e 820mm para o MF-75), muitas vezes torna-se necessário a execução de recortes longitudinais na fôrma, durante seu processo de instalação. Assim sendo, permite-se a formação da mísula de concreto sobre a viga de aço. Após a execução dos recortes, as peças de Steel Deck serão soldadas diretamente na viga de aço (através de soldas tipo bujão - φ = 16 mm). Os recortes permitirão a solda dos conectores de cisalhamento diretamente stud bolt serão instalados diretamente sobre a viga de aço.
48
LARGURA MÍNIMA DE APOIO DO STEEL DECK Os valores para “vãos máximos sem escoramento ” anotados nas tabelas de cargas do Steel Deck MF75 foram obtidos adotando-se75mm para largura de apoio externo e150mm para largura de apoio interno do Steel Deck (vide desenho anexo). Estas larguras mínimas de apoio determinam o valor da resistência ao esmagamento da alma da fôrma S ( teel Deck solicitado durante a fase de construção). Para o Steel Deck MF-50 os valores de “vãos máximos sem escoramento” foram obtidos adotando-se 50mm para largura de apoios externos e100mm para largura de apoios internos. Ao se executar uma laje com o steel deck MF-50 ou MF-75 da METFORM, não deverão ser usadas larguras de apoio inferiores aos valores adotados. Entretanto, caso o flange superior da viga de aço não permita a utilização das larguras mínimas consideradas para apoio, o Departamento Técnico da METFORM deverá ser consultado, para uma análise da situação.
> 75mm
> 150mm
l
> 75mm
l
49
ARMADURAS ADICIONAIS SOBRE VIGAS PRINCIPAIS Geralmente, as vigas da estrutura de sustentação da laje são calculadas como simplesmente apoiadas, adotando-se condições de rótulas em suas extremidades. Porém, existe uma tendência de continuidade das vigas secundárias nas regiões de ligação destas com as vigas principais. Este efeito pode provocar a abertura de fissuras paralelas ao eixo das vigas principais. Visando-se a evitar a ocorrência destas fissuras, deverá ser utilizada uma armadura adicional sobre as vigas principais, além da armadura de retração. Esta armadura adicional deverá ser executada em barras redondas, colocadas na região das ligações entre as vigas secundárias e principais, com cobrimento de cerca de 20mm. O comprimento das barras redondas ( d ) bem como a área transversal desta armadura adicional variam em função do tipo e do vão da viga (Lp ou Lm ), conforme as equações abaixo:
Lsm = 0,5% × ⎛⎜ × hc ⎞⎟ (Vigas secundárias); ⎝ 8 ⎠ Lpm ⎛ × hc ⎞⎟ (Vigas principais); As 2 = 0,6% × ⎜ 8 ⎝ ⎠ Sendo: Lsm = Vão médio da viga secundária – Lsm = ( Ls1 + Ls 2 ) / 2 ; Lpm = Vão médio da viga principal – Lpm = ( Lp1 + Lp 2 ) / 2 ; As1
hc = Altura de concreto acima do Steel Deck (ver figura); Lp1
Lp2
Tela
CORTE A−A A
8 / 2 s L
2 s L
Ls2/8 As1 c h
1 s A
/8 1 s L
Ls1/8
As2
Lp1/8 Lp2/8 A
Tela
1 s L
Recomenda-se o uso de barras com diâmetro de 12,5mm. Conforme visto na figura as barras deverão ter comprimento para cada lado da viga igual a 1/8 do vão considerado, devendo ainda ser ancoradas no concreto da laje segundo as prescrições da ABNT-NBR 6118 (2003).
Exemplo de determinação de a rmadur as sobre vig as Suponha que na figura anterior a modulação entre pilares seja igual 8m x 8m (tanto o vão da viga principal quanto o da viga secundária seriam igual a 8m). A altura total das lajes com Steel Deck MF-75 METFORM seria igual a 150mm. Neste caso, as armaduras sobre as vigas seriam determinadas pelas equações abaixo:
50
Vigas secundárias: As1
800 = 0,5% × ⎛⎜ × 7,5 ⎞⎟ = 3,75 cm2 (3 φ 12,5mm); ⎝ 8 ⎠
Vigas principais:
800 = 0,6% × ⎛⎜ × 7,5 ⎞⎟ = 4,5 cm2 (4 φ 12,5mm); ⎝ 8 ⎠
As 2
Portanto, além da tela de combate à fissuração devida à retração, em cada encontro de viga secundária com viga principal seriam posicionadas 3 barras com diâmetro de 12,5mm a 20mm do topo da laje. Analogamente, em cada encontro da viga principal com a coluna seriam posicionadas 4 barras com diâmetro de 12,5mm a 20mm do topo da laje.
51
4
DIMENSIONAMENTO DE LAJES COM STEEL DECK METFORM EM SITUAÇÃO DE INCÊNDIO _______________________________________________________________
A verificação das lajes com Steel Deck METFORM em situação de incêndio segue as prescrições do Item C.3 – Anexo C – da AB NT-NBR 14323. Para TRRF (Tempo Mínimo de Resistência ao Fogo ) de até 30 minutos, seguindo as especificações da ABNT-NBR 14323, todas as lajes com Steel Deck METFORM atendem aos requisitos exigidos e não são necessárias verificações adicionais. Para TRRF superiores a 30 minutos (60, 90 ou 120 minutos) deverão ser realizadas verificações adicionais em situação de incêndio. Nestas verificações todo o carregamento aplicado (durante o incêndio) deverá ser suportado por armaduras adicionais (positivas e/ou negativas) com os elementos (concreto e aço de armaduras) com resistência minorada devido ao efeito da temperatura. A consideração de resistência da laje em incêndio garantida exclusivamente pelo concreto e armaduras utilizadas é econômica pois dispensa o gasto com material para proteção e isolamento térmico do Steel Deck. Para possibilitar a verificação especial em situação de incêndio, conforme o TRRF necessário, será exigido que as lajes com Steel Deck atendam aos critérios de isolamento térmico (lâmina média de concreto - h ef) tal com descrito na tabela abaixo. TRRF h ef ( min ) ( mm ) 30 60 60 80 90 100 120 120 Para a verificação de lajes em situação de incêndio (sem aplicação de materiais para proteção passiva) , além do critério de isolamento térmico acima descrito, também deverão ser atendidos os critérios de resistênciapositivo da seção aosnegativo carregamentos. Deverá verificada a resistência das lajes com Steel Deck ao momento e/ou de acordo com ser o modelo estático (simplesmente apoiado ou contínuo) adotado no TRAMO analisado (de maneira similar a verificação realizada em temperatura ambiente para lajes com armadura de reforço Item 3.5). Toda seção analisada (momentos positivos e/ou negativos) deverá ter resistência garantida exclusivamente pelas armaduras adicionais e pelo concreto (com resistências minoradas devido ao efeito de temperatura elevada). De acordo com a ABNT-NBR14.232 as combinações para cargas de cálculo em situação de incêndio deverão atender a seguinte formulação: Qd =
n
∑ γ gi Fgi + FQ,exc + α
FQ
i =1
Onde:
Fgi é o valor nominal da ação permanente; FQ,exc é o valor nominal das ações térmicas; FQ é o valor nominal das ações variáveis devidas às cargas acidentais;
γ g é o valor do coeficiente de ponderação para as ações permanentes, igual a: 1,1, 1,2, 1,0, 0,9,
para para para para
ação permanente desfavorável de pequena variabilidade; ação permanente desfavorável de grande variabilidade; ação permanente favorável de pequena variabilidade; ação permanente favorável de grande variabilidade;
52
α
é igual a: 0,2, para locais em que não há predominância de pesos de equipamentos que permaneçam fixos por longo períodos de tempo, nem de elevadas concentrações de pessoas; 0,4, para locais em que há predominância de pesos de equipamentos que permaneçam fixos por longo períodos de tempo, ou de elevadas concentrações de pessoas; 0,6, para bibliotecas, arquivos, depósitos, oficinas e garagens.
O momento fletor total atuante em um TRAMO poderá ser fornecido por:
Md =
Qd L2
,onde L é o vão da laje comSteel Deck .
8
A seguir são apresentadas tabelas com as resistências nominais das lajes com Steel Deck MF-50 e MF-75. A resistência momento fletor positivo deverá ser considerada em TRAMOS EXTERNOS de lajes contínuas e, também, em lajes BIAPOIADAS. Para a elaboração dasTabelas de Capacidade em Situação de Incêndio foram considerados aços com tensão de escoamento igual a 500MPa e concreto com resistência característica a compressão igual a 20 MPa.
Steel Deck MF-50 Resistênci a Nominal ao Momento Fletor (posi tiv o) TRRF = 60 min fc k = 20 MPa fy b = 500 MPa Altura total da laje (mm)
Armaduras de Barra @ onda baixa
100 110
1 φ5,0 2 φ5 ,0 Mn + (kN.m/m) 5,35 Mn + (kN.m/m) 2,71
120 130 140 150 160 170
Mn + (kN.m/m) Mn (kN.m/m) Mn + (kN.m/m) Mn + (kN.m/m) Mn + (kN.m/m) Mn + (kN.m/m)
1 φ6,3 4,27
2 φ6,3 8,38
1 φ8,0 6,80
2 φ8,0 1 φ 10,0 1 φ 12,5 13,21 10,46 15,91
4,78 5,29 5,80 6,31 6,82 7,33
9,40 10,42 11,45 12,47 13,49 14,51
7,63 8,45 9,28 10,10 10,92 11,75
14,86 16,51 18,15 19,80 21,45 23,10
+
3,03 3,35 3,67 3,99 4,31 4,64
5,99 6,64 7,28 7,93 8,57 9,21
11,74 13,03 14,32 15,61 16,89 18,18
17,92 19,93 21,95 23,96 25,97 27,98
Steel Deck MF-75 Resistênci a Nominal ao Momento Fletor (posi tiv o) TRRF = 60 min fc k = 20 MPa fy b = 500 MPa Altura total da laje (mm)
130 140 150 160 170 180 190 200
Armaduras de Barra @ onda baixa
1 φ 5,0 2 φ 5,0 Mn + (kN.m/m) 3,28 6,48 Mn + (kN.m/m) 3,63 7,19
1 φ 6,3 5,17
2 φ 6,3 10,14
1 φ 8,0 8,24
5,74
11,28
9,15
17,81
14,09
21,48
7,91 8,63
6,30 6,87
12,42 13,56
10,07 10,99
19,65 21,48
15,52 16,95
23,72 25,96
4,71
9,34
7,44
14,69
11,91
23,32
18,39
28,20
5,07
10,06
8,01
15,83
12,82
25,15
19,82
30,44
Mn + (kN.m/m) 2,11 Mn + (kN.m/m) 5,78
5,43
4,22
10,78
3,35
8,58
6,69
16,97
11,49
9,15
18,11
14,66
28,82
22,69
34,92
Mn + (kN.m/m) Mn + (kN.m/m) Mn + (kN.m/m) Mn + (kN.m/m)
3,99 4,35
2 φ 8,0 1 φ 10,0 1 φ 12,5 15,98 12,65 19,24
53
Steel Deck MF-50 Resistênci a Nominal ao Momento Fletor (posi tiv o) TRRF = 90 min fc k = 20 MPa fy b = 500 MPa Altura total da laje (mm)
100 110 120 130 140 150 160 170
Armaduras de Barra @ onda baixa
Mn + (kN.m/m) Mn + (kN.m/m) Mn + (kN.m/m) Mn + (kN.m/m) Mn + (kN.m/m) Mn + (kN.m/m) Mn + (kN.m/m) Mn + (kN.m/m)
1 φ 5,0 2 φ 5,0 3,20 6,34 3,51 6,96 3,81 7,57 4,12 8,19 4,43 8,80
1 φ 6,3 5,05 5,54 6,03 6,52 7,01
2 φ 6,3 9,97 10,94 11,92 12,90 13,87
1 φ 8,0 8,08 8,87 9,65 10,44 11,23
2 φ 8,0 1 φ 10,0 1 φ 12,5 15,80 12,47 19,09 17,37 13,70 21,01 18,95 14,93 22,93 20,52 16,15 24,85 22,09 17,38 26,77
Steel Deck MF-75 Resistênci a Nominal ao Momento Fletor (posi tiv o) TRRF = 90 min Fck = 20 MPa fyb = 500 MPa Altura total da laje (mm)
Armaduras de Barra @ onda baixa
130 140 150
1 φ 5,0 2 φ 5,0 Mn + (kN.m/m) 6,88 Mn + (kN.m/m) 3,47 7,56 Mn + (kN.m/m) 3,82
160 170 180 190 200
Mn + (kN.m/m) Mn (kN.m/m) Mn + (kN.m/m) Mn + (kN.m/m) Mn + (kN.m/m)
1 φ 6,3 5,48 6,02
2 φ 6,3 10,79 11,88
1 φ 8,0 8,75 9,63
2 φ 8,0 1 φ 10,0 1 φ 12,5 17,05 13,48 20,58 18,81 14,85 22,71
6,57 7,11 7,65 8,20 8,74
12,96 14,05 15,14 16,22 17,31
10,51 11,38 12,26 13,13 14,01
20,56 22,31 24,06 25,81 27,57
+
4,16 4,50 4,84 5,18 5,53
8,25 8,93 9,61 10,30 10,98
16,22 17,58 18,95 20,32 21,69
24,85 26,99 29,13 31,27 33,41
Steel Deck MF-50 Resistênci a Nominal ao Momento Fletor (posi tiv o) TRRF = 120 min Fck = 20 MPa fyb = 500 MPa Altura total da laje (mm)
Armaduras de Barra @ onda baixa
100 110 120
1 φ 5,0 2 φ 5,0 Mn + (kN.m/m) Mn + (kN.m/m) Mn + (kN.m/m)
130 140 150 160 170
Mn + (kN.m/m) Mn + (kN.m/m) Mn + (kN.m/m) 3,05 Mn + (kN.m/m) 3,30 Mn + (kN.m/m) 3,54
6,07 6,56 7,05
1 φ 6,3 -
2 φ 6,3 -
1 φ 8,0 -
4,83 5,22 5,61
9,57 10,35 11,13
7,74 8,37 9,00
2 φ 8,0 1 φ 10,0 1 φ 12,5 15,25 16,51 17,77
12,00 12,98 13,96
18,49 20,03 21,56
54
Steel Deck MF-75 Resistênci a Nominal ao Momento Fletor (posi tiv o) TRRF = 120 min Fck = 20 MPa fyb = 500 MPa Altura total da laje (mm)
130 140 150 160 170 180 190 200
Armaduras de Barra @ onda baixa
Mn + (kN.m/m) Mn + (kN.m/m) Mn + (kN.m/m) Mn + (kN.m/m) Mn + (kN.m/m) Mn + (kN.m/m) Mn + (kN.m/m) Mn + (kN.m/m)
1 φ 5,0 2 φ 5,0 3,33 6,61 3,60 7,16 3,87 7,70 4,15 8,25 4,42 8,80
1 φ 6,3 5,26 5,70 6,13 6,56 7,00
2 φ 6,3 10,41 11,28 12,15 13,02 13,88
1 φ 8,0 8,43 9,13 9,83 10,53 11,23
2 φ 8,0 1 φ 10,0 1 φ 12,5 16,57 13,04 20,07 17,97 14,14 21,78 19,37 15,23 23,49 20,77 16,32 25,20 22,17 17,42 26,91
A resistência a momentos negativos deverá ser considerada em TRAMOS INTERNOS, sobre os apoios. Para o cálculo da resistência a momento nos TRAMOS INTERNOS de lajes contínuas, dois sistemas estáticos podem ser considerados no dimensionamento. O primeiro sistema (mais econômico) considera a participação de armadura positiva e negativa para a determinação do momento total resistente (por exemplo, através do uso de tela soldada em forma de uma catenária – ver figura na página seguinte). O segundo sistema admite a formação de rótulas no centro do vão e considera a participação apenas de armadura negativa na resistência a flexão (por exemplo, através do uso de tela soldada posicionada a uma espessura constante do topo da laje – ver figura abaixo). Nas duas situações, procura-se utilizar como armadura em verificação de incêndio a tela soldada (com ou sem reforços) que foi adotadas, em temperatura ambiente, para controle da fissuração devida à retração do concreto. A
0 2
0 2
A
CORTE A−A
SISTEMA ESTÁTICO SEM ARMADURA POSITIVA
Para o sistema estático sem armadura positiva armaduras negativas sobre os apoios: Mn 2
a resistência a flexão é garantida apesas pelas
= Mn −
55
A
0 2
0 2 5 2
5 2
A
CORTE A−A
SISTEMA ESTÁTICO COM ARMADURA POSITIVA E NEGATIVA Para o sistema estático que considera a participação de armadura positiva e negativa são determinados dois valores de resistência ao momento fletor: um positivo Mn+ e um negativo Mn-. O momento final é obtido a partir da soma dos dois valores: Mn 1
= Mn + +
Mn −
As resistências nominais ao momento fletor de lajes contínuas podem ser resumidas pelas tabelas abaixo (para a elaboração das tabelas foram considerados concreto com resistência caracterísitca a compressão igual a 20 MPa e tela soldada fabricada a partir de aço com tensão de escoamento iguala 600 MPa):
Steel Deck MF-50 Resistênci a Nominal ao Momento Fletor (posi tiv o / negativo) TRRF = 60 min fc k = 20 MPa fy t = 600 MPa Altura total
Armaduras em tela soldada
da laje (mm)
100 110 120 130 140 150
Mn + (kN.m/m) Mn - (kN.m/m) Mn + (kN.m/m) Mn - (kN.m/m) Mn + (kN.m/m) Mn - (kN.m/m) Mn + (kN.m/m) Mn - (kN.m/m) Mn + (kN.m/m) Mn - (kN.m/m) Mn + (kN.m/m) Mn - (kN.m/m)
X 75 1,27 2,73 1,65 3,18 2,03 3,63 2,40 4,08 2,78 4,53
X 92 1,55 3,30 2,01 3,86 2,47 4,41 2,93 4,96 3,39 5,51
X 113 1,89 3,99 2,45 4,67 3,02 5,35 3,59 6,03 4,15 6,70
X 138 2,28 4,78 2,97 5,61 3,66 6,44 4,35 7,27 5,04 8,10
X 159 2,60 5,43 3,40 6,38 4,19 7,34 4,99 8,29 5,79 9,24
X 196 3,15 6,52 4,14 7,70 5,12 8,87 6,10 10,05 7,08 11,22
X 246 3,87 7,91 5,10 9,39 6,33 10,86 7,56 12,34 8,80 13,82
X 283 4,37 8,89 5,79 10,58 7,21 12,28 8,62 13,98 10,04 15,68
3,15 4,98 3,53 5,43
3,86 6,06 4,32 6,62
4,72 7,38 5,28 8,06
5,74 8,92 6,43 9,75
6,58 10,20 7,38 11,15
8,06 12,40 9,05 13,58
10,03 15,29 11,26 16,77
11,46 17,38 12,88 19,07
+
160 170
Mn - (kN.m/m) Mn (kN.m/m) Mn + (kN.m/m) Mn - (kN.m/m)
56
Steel Deck MF-75 Resistênci a Nominal ao Momento Fletor (posi tiv o / negativo) TRRF = 60 min fc k = 20 MPa fy t = 600 MPa Altura total Da laje (mm)
130 140
Armaduras em tela soldada
Mn + (kN.m/m) Mn - (kN.m/m) Mn + (kN.m/m)
X 75 1,09 3,07 1,46
X 92 1,32 3,72 1,78
X 113 1,60 4,50 2,17
X 138 1,93 5,41 2,62
X 159 2,20 6,14 3,00
X 196 2,66 7,40 3,64
X 246 3,25 9,02 4,48
X 283 3,66 10,16 5,08
3,52 1,84 3,97 2,21 4,42 2,59 4,87 2,96 5,32 3,34 5,77 3,72 6,22
4,27 2,24 4,82 2,70 5,37 3,16 5,93 3,62 6,48 4,09 7,03 4,55 7,58
5,18 2,74 5,86 3,30 6,53 3,87 7,21 4,43 7,89 5,00 8,57 5,57 9,25
6,23 3,32 7,06 4,01 7,89 4,70 8,72 5,39 9,55 6,08 10,37 6,77 11,20
7,10 3,80 8,05 4,59 9,01 5,39 9,96 6,19 10,91 6,98 11,87 7,78 12,82
8,58 4,63 9,75 5,61 10,93 6,59 12,11 7,57 13,28 8,55 14,46 9,54 15,63
10,50 5,72 11,97 6,95 13,45 8,18 14,92 9,41 16,40 10,65 17,88 11,88 19,35
11,86 6,50 13,56 7,92 15,25 9,33 16,95 10,75 18,65 12,17 20,35 13,59 22,05
X 246 5,01 10,35 5,97 11,83 6,92 13,30 7,88 14,78 8,84 16,25
X 283 5,71 11,65 6,82 13,35 7,92 15,04 9,02 16,74 10,13 18,44
-
150 160 170 180 190 200
Mn + (kN.m/m) M n (kN.m/m) Mn - (kN.m/m) Mn + (kN.m/m) Mn - (kN.m/m) Mn + (kN.m/m) Mn - (kN.m/m) Mn + (kN.m/m) Mn - (kN.m/m) Mn + (kN.m/m) Mn - (kN.m/m) Mn + (kN.m/m) Mn - (kN.m/m)
Steel Deck MF-50 Resistênci a Nominal ao Momento Fletor (posi tiv o / negativo) TRRF = 90 min fc k = 20 MPa fy t = 600 MPa Altura total da laje (mm)
100 110 120 130 140
Armaduras em tela soldada
Mn + (kN.m/m) Mn - (kN.m/m) Mn + (kN.m/m) Mn - (kN.m/m) Mn + (kN.m/m) Mn - (kN.m/m) Mn + (kN.m/m) Mn - (kN.m/m) Mn + (kN.m/m) -
150 160 170
(kN.m/m)
Mn + (kN.m/m) M n Mn - (kN.m/m) Mn + (kN.m/m) Mn - (kN.m/m) Mn + (kN.m/m) Mn - (kN.m/m)
X 75 1,58 3,56 1,88 4,01 2,17 4,46 2,46 4,91 2,75 5,36
X 92 1,94 4,31 2,29 4,86 2,65 5,41 3,01 5,96 3,37 6,52
X 113 2,37 5,20 2,81 5,88 3,25 6,56 3,69 7,24 4,13 7,92
X 138 2,87 6,24 3,41 7,06 3,95 7,89 4,49 8,72 5,03 9,55
X 159 3,30 7,08 3,92 8,03 4,54 8,99 5,16 9,94 5,78 10,89
X 196 4,03 8,51 4,80 9,69 5,56 10,86 6,33 12,04 7,09 13,21
57
Steel Deck MF-75 Resistênci a Nominal ao Momento Fletor (posi tiv o / negativo) TRRF = 90 min fc k = 20 MPa fy t = 600 MPa Altura total da laje (mm)
130 140 150 160 170 180 190 200
Armaduras em tela soldada
Mn + (kN.m/m)
X 75 -
X 92 -
X 113 -
X 138 -
X 159 -
X 196 -
X 246 -
X 283 -
Mn - (kN.m/m)
-
-
-
-
-
-
-
-
Mn + (kN.m/m)
1,14
1,40
1,71
2,07
2,37
2,89
3,57
4,06
Mn - (kN.m/m)
3,45
4,17
5,03
6,03
6,84
8,22
9,98
11,22
Mn + (kN.m/m)
1,44
1,76
2,15
2,61
2,99
3,65
4,53
5,16
Mn - (kN.m/m)
3,90
4,72
5,71
6,86
7,79
9,39
11,46
12,92
Mn + (kN.m/m)
1,73
2,11
2,59
3,14
3,61
4,41
5,49
6,26
Mn - (kN.m/m)
4,35
5,27
6,39
7,68
8,75
10,57
12,93
14,62
Mn + (kN.m/m)
2,02
2,47
3,03
3,68
4,23
5,18
6,45
7,37
Mn - (kN.m/m)
4,80
5,83
7,07
8,51
9,70
11,74
14,41
16,32
Mn + (kN.m/m)
2,31
2,83
3,47
4,22
4,85
5,94
7,40
8,47
Mn - (kN.m/m)
5,25
6,38
7,75
9,34
10,66
12,92
15,89
18,02
Mn + (kN.m/m)
2,61
3,19
3,91
4,76
5,47
6,71
8,36
9,58
Mn - (kN.m/m)
5,70
6,93
8,42
10,17
11,61
14,10
17,36
19,71
Mn + (kN.m/m)
2,90
3,55
4,35
5,30
6,09
7,47
9,32
10,68
Mn - (kN.m/m)
6,15
7,48
9,10
11,00
12,56
15,27
18,84
21,41
Steel Deck MF-50 Resistênci a Nominal ao Momento Fletor (posi tiv o / negativo) TRRF = 120 min fc k = 20 MPa fy t = 600 MPa Altura total da laje (mm)
100 110 120 130
Armaduras em tela soldada
Mn + (kN.m/m) Mn - (kN.m/m) Mn + (kN.m/m) Mn - (kN.m/m) Mn + (kN.m/m) Mn - (kN.m/m) Mn + (kN.m/m) Mn - (kN.m/m)
X 75 -
X 92 -
X 113 -
X 138 -
X 159 -
X 196 -
X 246 -
X 283 -
1,74 4,45 1,97 4,90 2,20 5,35
2,12 5,39 2,41 5,94 2,70 6,49
2,60 6,51 2,95 7,19 3,31 7,86
3,17 7,80 3,60 8,63 4,03 9,46
3,64 8,86 4,14 9,81 4,63 10,77
4,47 10,66 5,08 11,84 5,69 13,01
5,57 12,99 6,34 14,47 7,10 15,94
6,38 14,65 7,26 16,34 8,14 18,04
+
140 150 160 170
Mn - (kN.m/m) Mn (kN.m/m) Mn + (kN.m/m) Mn - (kN.m/m) Mn + (kN.m/m) Mn - (kN.m/m) Mn + (kN.m/m) Mn - (kN.m/m)
58
Steel Deck MF-75 Resistênci a Nominal ao Momento Fletor (posi tiv o / negativo) TRRF = 120 min fc k = 20 MPa fy t = 600 MPa Altura total da laje (mm)
130 140 150 160 170 180 190 200
Armaduras em tela soldada
Mn + (kN.m/m)
X 75 -
X 92 -
X 113 -
X 138 -
X 159 -
X 196 -
X 246 -
X 283 -
Mn - (kN.m/m)
-
-
-
-
-
-
-
-
Mn + (kN.m/m)
-
-
-
-
-
-
-
-
Mn - (kN.m/m)
-
-
-
-
-
-
-
-
Mn + (kN.m/m)
-
-
-
-
-
-
-
-
Mn - (kN.m/m)
-
-
-
-
-
-
-
-
Mn + (kN.m/m)
1,39
1,69
2,07
2,52
2,90
3,55
4,42
5,06
Mn - (kN.m/m)
4,34
5,25
6,34
7,59
8,62
10,37
12,62
14,22
Mn + (kN.m/m)
1,62
1,98
2,43
2,95
3,39
4,16
5,19
5,94
Mn - (kN.m/m)
4,79
5,80
7,02
8,42
9,57
11,54
14,10
15,92
Mn + (kN.m/m)
1,85
2,27
2,78
3,38
3,89
4,77
5,96
6,82
Mn - (kN.m/m)
5,24
6,35
7,69
9,25
10,53
12,72
15,58
17,62
Mn + (kN.m/m)
2,09
2,55
3,13
3,81
4,38
5,38
6,72
7,70
Mn - (kN.m/m)
5,69
6,90
8,37
10,08
11,48
13,90
17,05
19,32
Mn + (kN.m/m)
2,32
2,84
3,48
4,24
4,88
5,99
7,49
8,58
Mn - (kN.m/m)
6,14
7,46
9,05
10,91
12,44
15,07
18,53
21,01
EXEMPLO DE VERIFICAÇÃO DE LAJE COM STEEL DECK EM SITUAÇÃO DE INCÊNDIO Está sendo especificado o Steel Deck MF-75 para um edifício residencial de apartamentos, localizado em Porto Alegre/RS. A proteção será definida para o módulo típico da estrutura mostrado na figura abaixo. Após a análise pela ABNT-NBR 14432 das características da edificação, definiu-se um TRRF (Tempo Requerido de Resistência ao Fogo) igual a 120 minutos para a superestrutura, incluindo as lajes.
59
0 0 0 8
0 0 0 8
26672666 2667
2667
8000
2666 2667 8000
A verificação das lajes mistas para situação de incêndio inicia-se pelo critério de isolamento térmico. De acordo com a ABNT-NBR14.323, para o tempo de proteção definido, a altura efetiva (h ef) da laje deverá ser superior a 120mm. Assim, para que se atinja a altura efetiva requerida deverá ser utilizada uma laje com Steel Deck MF-75 com altura total 160mm (lâmina média de concreto igual a 122,5mm). A verificação pelo critério de resistência ao carregamento começa pela definição para os tramos externos do carregamento atuante em situação de incêndio, onde as lajes são consideradas como isostáticas: A) VERIFICAÇÃ O DOS TRAMOS EXTERNOS (LAJES ISOSTÁTICAS): As cargas distribuídas nominais atuantes na laje mista são: • Peso próprio deck + concreto 2,97 kN/m2 • Revestimento ....................... 1,00 kN/m2 • Sobrecarga uniforme ............ 3,00 kN/m2 O carregamento majorado é dado por: Qd = 1,2 × (2,97 + 1) + 0,2 × 3 = 5,4 kN/m2
O momento fletor atuante é dado por:
Md
=
5,4
× (2,67 ) 8
2
= 4,81 kN.m/m
Para a determinação da armadura recorre-se aos valores da tabela da página 41TRRF ( = 120 +
min., ht = 160 mm): + Mn
> Md
Mn (2 OK!
5 mm) = 6,61 kN.m/m
Portanto, deverão ser posicionadas 2 barras com diâmetro igual a 5mm no interior das nervuras do
Steel Deck , a cerca de 37mm da face inferior da fôrma.
60
B) VERIFICAÇÃO DOS TRAMOS INTERNOS (LAJES CONTÍNUAS): No caso dos TRAMOS INTERNOS das lajes podem ser considerados dois sistemas estáticos: o primeiro que considera a participação apenas de armadura negativa e uma segunda opção (mais econômica) que admite, também, acontribu ição de arma dura positiva na resistência a flexão No primeiro sistema o valor do momento negativo dado pela tabela da página 47TRRF ( = 120 min, ht = 160mm) deverá ser superior ao momento de solicitaçãoMd calculado anteriormente: Mn - (x-92) = 5,2 5 kN.m/m Mn - > Md
OK!
No segundo sistema, a soma dos valores de momento positivo e negativo dados pela tabela da página 47 (TRRF = 120 min, ht = 160 mm) deverá ser superior ao momento de solicitação Md: Mn+ (x-75) = 1,39 kN.m/m Mn- (x-75) = 4,34 kN.m/m Mn = Mn - + Mn + = 5,73 kN.m/m Mn > Md
OK!
Portanto, a simples opção pelo uso da tela em forma de uma catenária (sistema estático com armadura positiva e negativa) poderia resultar em uma redução de 18% na taxa de armadura da laje (substituição de uma tela Q-92, 0,92 cm2/m de aço, 1,48 kg/m 2, por uma tela Q-75, 0,75 cm2/m, 1,21 kg/m 2). Entretanto, quando da escolha da armadura a ser adotada para as lajes comSteel Deck METFORM, sempre deverá ser consultada a tabela de armadura para de controle de fissuração (0,10%) requerida. Para lajes com MF-75 e altura total de concreto igual a 160mm, a armadura de controle de fissuração recomendada é a tela tipoQ-92. Desta forma deverá ser adotada nos 2 TRAMOS INTERNOS uma armadura em tela soldada com pelo menos 0,92 cm /m de aço (Q-92).
61
O detalhamento final das armaduras das lajes poderá ser representado pelo engenheiro calculista da tal como representado na figura a seguir.
CORTE A−A TELA Q92 2φ5 mm p/ nervura
A
Tela Q−92
2φ5 mm p/ nervura
A
2φ5 p/nervura
CORTE B−B
2φ5 mm p/ nervura
B
B
TELA Q92 (catenária)
Tela Q−92
2φ5 mm p/ nervura
0 2 5 2
Steel Deck Vigas secundárias
62
5
INSTRUÇÕES PARA TRANSPORTE, MANUSEIO, E MONTAGEM DO STEEL DECK METFORM _________________________________________________________________
Para um perfeito desempenho do Steel Deck , durante a instalação algumas precauções deverão ser tomadas, dando atenção especial às etapas de transporte, descarga, conferência, armazenamento, manuseio e montagem dos materiais na obra. O Steel Deck e seus acessórios são produzidos em aço galvanizado. Portanto, todas as precauções a serem tomadas pela obra deverão sempre evitar o aparecimento de um tipo de corrosão causada pela penetração e retenção de água entre as peças galvanizadas. Este tipo de corrosão é popularmente conhecido como “ferrugem branca”. 5.1 Transpor te, descarga e armazenamento pro visó rio
Em geral, o Steel Deck é enviado para a obra em fardos, com os materiais firmemente cintados, de forma a evitar que a vibração durante o transporte possa amassar as peças. Para painéis com comprimento de até 8,00m são utilizados caminhões; painéis com comprimento entre 8,00m e 12,00m são transportados em carretas. Quando da chegada do material à obra, o responsável pela descarga deverá checar as etiquetas de identificação dos fardos, conferindo o número de peças e a espessura do Steel Deck. Deverá ser realizada uma inspeção visual, para certificar que nenhum painel esteja danificado. Somente após esta verificação é que o material poderá ser recebido pela obra. Usualmente a descarga dos fardos de Steel Deck é realizada por meio de grua ou guindaste, tomando-se as precauções necessárias, de forma a evitar danos aos painéis: - No içamento, para que os painéis não sejam amassados e para que as cintas não sejam rasgadas, é recomendável o uso de uma proteção de madeira ou borracha, de forma que as cintas não fiquem diretamente em contato com o Steel Deck . - Fardos com painéis de comprimento superior a 3,00m devem ser içados utilizando-se uma viga balança, na qual deverão ser presas as cintas. Fardos mais curtos, de comprimento inferior a 3,00m, podem ser erguidos sem a viga balança, porém utilizando-se pelo menos duas cintas. Em qualquer caso, é recomendável que a distância entre as cintas não seja superior a 3,50m.
< 3,50m
< 3,50m
< 3,50m
Na ausência guindaste ou gruadas na peças. obra, a descarga dos painéis poderá ser realizada manualmente, com a retirada e ode içamento individual Após o içamento dos fardos, o Steel Deck deverá ser posicionado sobre as vigas de aço da estrutura. Entretanto, caso a estrutura não esteja em condições de receber os painéis, estes deverão ser provisoriamente armazenados em pilhas, tomando-se as devidas precauções para que se evite a ocorrência da “ferrugem branca”no material galvanizado. O armazenamento temporário deverá ocorrer em local seco, coberto, arejado, com pequenas variações de temperatura e protegido de umidade. Conforme recomendações a seguir:
63
- As pilhas deverão ser posicionadas sobre “camas” de madeira ou aço, de forma a evitar o contato direto do Steel Deck com o solo. Por precaução, as pilhas deverão ser inclinadas para, em caso de acidentes, fazer o escoamento da água. É necessário ainda, deixar espaços entre os fardos de Steel Deck , possibilitando a ventilação e evitando a possível condensação de água entre os painéis. - Mesmo com o material estando embalado é indispensável que as pilhas sejam cobertas por um lona impermeável. - Deve-se impedir, de qualquer maneira, que o Steel Deck seja molhado. Entretanto, caso isto venha a ocorrer, as pilhas deverão ser provisoriamente desfeitas e todo o material deverá ser enxugado manualmente. O armazenamento material galvanizado na obra, temporário não deverá doocorrer por períodos de tempo superiores a 30 dias. É importante lembrar que, durante este período de armazenamento, em hipótese alguma deve-se colocar carga sobre as pilhas de Steel Deck .
“Armazenamento temporário em pilhas inclinadas, calçadas e protegidas com lona impermeável”. 5.2.
Montagem dos materiais
Todos os materiais a serem utilizados na montagem do Steel Deck deverão estar representados em um desenho detalhado, representando a geometria, a paginação e os detalhes de fixação das peças.
“Exemplo de desenho de paginação de Steel Deck e acessórios, com lista de materiais e indicação de detalhes de fixação”
Portanto, antes do início da instalação dos materiais a equipe de montagem deverá estar munida destes desenhos e bem informada sobre os detalhes de fixação indicados. Durante a montagem, as informações descritas nos desenhos de paginação deverão ser rigorosamente seguidas. Após a conclusão da montagem das vigas da estrutura, a instalação do Steel Deck e de seus acessórios poderá ser iniciada. Entretanto, é importante lembrar que o topo das vigas de aço deverá estar nivelado, seco e livre de sujeiras ou ferrugem. Inclusive, caso as vigas venham a requerer a posterior solda de conectores de cisalhamento do tipo Stud Bolt, é fundamental que a face superior destas esteja sem pintura, para que o processo de solda não seja prejudicado. Após a conferência de que as vigas da estrutura estejam atendendo às condições de nivelamento e de limpeza, os fardos de Steel Deck poderão ser içados, dando início aos serviços de montagem. Após o içamento dos fardos, os painéis individuais deverão ser retirados manualmente e posicionados sobre o vigamento, seguindo as cotas e medidas indicadas no desenho de paginação. É importante estar atento para o fato de que as peças não sejam montadas invertidas,“de cabeça para baixo”. Eventualmente, nos cantos, ou no contorno dos pilares, podem ser necessários recortes nas extremidades dos painéis, para possibilitar o ajuste final na geometria da estrutura da edificação. Caso necessário, estes recortes poderão ser facilmente realizados mediante o uso de máquinas com discos para corte de metal.
64
“Montagem dos painéis”
“Recortes para ajustes locais”
Após o ajuste e alinhamento, os painéis deverão ser fixados à estrutura. Recomenda-se que, inicialmente, seja executada uma fixação preliminar com rebites. Posteriormente, para que seja garantido o travamento das vigas de suporte, deverá ser executada a fixação definitiva dos painéis, através de solda elétrica. - Para a fixação preliminar, na extremidade de cada painel deverão ser utilizados pelo menos dois rebites, prendendo o Steel Deck no flange superior das vigas que o suportam. Esta fixação preliminar tem como objetivo garantir que os painéis não saiam da posição correta até que a fixação definitiva seja concluída. Com isto é evitado o desalinhamento e também que possam ocorrer acidentes, pela perda de apoio dos painéis, devido à movimentação das peças ou devido ao vento. - É importante lembrar que, ao final de um dia de trabalho, nenhumSteel Deck deverá ser deixado sobre a estrutura sem a fixação preliminar e que t odos os fardos abertos deverão ser novamente amarrados. - A fixação definitiva do Steel Deck à estrutura de aço deverá ser executada por meio de pontos de solda bujão ou solda de tampão. Primeiramente, para a execução de cada um destes pontos de solda, deve-se fazer uma abertura com diâmetro de aproximadamente 16mm na chapa galvanizada do Steel Deck , podendo-se utilizar para isto o próprio eletrodo de solda. Em seguida, o interior da abertura deverá ser preenchido com a deposição do material de solda. Para a execução das soldas bujão é recomendável o uso de eletrodos do tipo E70XX (limite de resistência igual a 70ksi), entretanto a especificação adequada sobre o tipo de eletrodo a ser utilizado deverá estar registrada no desenho de paginação do Steel Deck . - As vigas de suporte dos painéis são aquelas perpendiculares ao sentido das nervuras. Sobre estas vigas é recomendável que se faça um ponto desolda bujão em todas as ondas baixas do Steel Deck . - Para as vigas paralelas às nervuras é recomendável que os pontos de solda bujão sejam executados ao longo do comprimento dos painéis, com um espaçamento entre si de até 800mm.
65< 800mm U
Fixação preliminar com rebites
Fixação definitiva com solda bujão
U
Para proporcionar um bom acabamento à laje, além dos painéis do Steel Deck , são utilizados acessórios em aço galvanizado, que também deverão estar previamente marcados e detalhados nos desenhos de paginação. Geralmente estes acessórios são designados por Complementos de Steel Deck (CSD) e por Arrem ates de Steel Deck (ASD) . - Os Complementos de Steel Deck (CSD) têm a função de completar a área de projeção horizontal da fôrma da laje, eliminando a necessidade de recortes nos painéis de Steel Deck . Da mesma forma que o Steel Deck , os Complementos de Steel Deck (CSD) deverão ser fixados nas vigas de aço através de pontos de solda bujão com diâmetro igual a 16mm e espaçados entre si de até 800mm. - Os Ar remates de Steel Deck (ASD) ou “fechamentos de onda” têm a função de impedir que o concreto molhado escorra pelas ondas altas do Steel Deck durante a concretagem. Este acessório deverá ser fixado nas ondas altas do Steel Deck por meio de rebites.
“Steel Deck, acessórios e arremates de laje: - -Complementos de Steel Deck / CSD; -Arremates de Steel Deck / ASD;
Após execução da fixação definitiva do Steel Deck e dos acessórios, a junção longitudinal dos painéis deverá ser realizada através de “mordidas” com um alicate especial. Para as “junções longitudinais” é recomendável que as mordidas de alicate sejam executadas ao longo do comprimento dos painéis, com um espaçamento entre si de até 800mm. Geralmente, ao longo do perímetro externo das lajes e do contorno das aberturas, são utilizadas cantoneiras em aço, denominadas Ar remates de Laje (A L) . Basicamente os Arrem ates um de Laje (AL ) trabalham como uma Acontenção lateral para oàs concreto ser moldado, além possibilitar bom acabamento para as lajes. fixação dos arremates vigas daa estrutura deverá serde realizada por meio de soldas de filete, com comprimento igual a 25mm e espaçadas entre si de até 300mm. Durante a montagem dos Arrem ates de Laje (AL ), deve-se cuidar para que a aba horizontal das peças permaneça apoiada sobre o flange superior das vigas, em uma largura de pelo menos 50mm.
Durante e após a montagem dos painéis, não é recomendável o armazenamento de materiais sobre a plataforma. Equipamentos necessários à montagem, como por exemplo máquinas de soda ou tambores de eletrodos, deverão ser posicionados sobre a plataforma acima do eixo das vigas suporte. Recomenda-se o uso de placas em madeira para distribuir o peso dos equipamentos sobre o Steel Deck, evitando danos localizados. “Carga concentrada, apoiada na direção do eixo da viga suporte, sobre uma proteção de madeira”.
5.3. Conectores de cisalhamento
Após o término da montagem do Steel Deck , dos acessórios e dos Arrem ates de Laje (AL) a obra tem concluída uma plataforma de trabalho, o que poderia permitir ao construtor o início da instalação das armaduras adicionais da laje. Entretanto, geralmente as vigas que sustentam a laje são projetadas no sistema de vigas mistas , no qual o concreto, após o “endurecimento”, deverá estar conectado ao perfil de aço. Esta conexão é realizada por meio de conectores de cisalhamento aplicados nas vigas. Portanto, caso 66
as vigas de suporte sejam mistas estes conectores deverão ser necessários e, somente após o término de sua aplicação é que o construtor poderá iniciar instalação das armaduras adicionais da laje. Conforme acertos contratuais já realizados, a aplicação dos conectores de cisalhamento deverá ser executada ou pela equipe de montagem da estrutura metálica ou pela equipe de montagem do Steel Deck . Estes conectores somente deverão ser aplicados após o término da montagem do Steel Deck , sendo fixados às vigas através das ondas baixas dos painéis. Para executar seu trabalho, o aplicador deverá estar munido de um diagrama de locação dos conectores, com a correta indicação da quantidade e da distribuição destes ao longo do comprimento das vigas. Este diagrama deverá ser fornecido ao aplicador pelo engenheiro calculista da estrutura metálica da edificação. Steel Deck Emvigas estruturas cujas com , o conector de cisalhamento utilizado para as é o pino dolajes tipo são Studexecutadas Bolt . Estes conectores deverão ser soldados nas vigas,mais através do Steel Deck , mediante uma solda por eletrofusão. Conforme já dito antes, para que esta solda seja executada corretamente, é fundamental que as faces superiores das vigas estejam limpas e principalmente sem pintura e secas. A umidade é um fator que exerce uma influência desfavorável na solda dos Stud Bolts . Portanto, para que a qualidade da solda não seja comprometida é recomendável que a aplicação dos conectores ocorra logo após a montagem do Steel Deck , impedindo a possibilidade de acúmulo de água entre os painéis e a face superior das vigas de aço. Para evitar esta umidade é recomendável que, ao final de um dia de trabalho, sejam aplicados todos os conectores correspondentes às regiões com Steel Deck já montado. Chave trifásica, 220V ou 440V, ligada em gerador 225kVA.
< 30,0m
É importante lembrar que, para instalação dos conectores Stud Bolt , deverá ser providenciado: - Um transformador ou gerador com energia elétrica trifásica em chave, com potência de no mínimo 225kVA, com voltagem igual a 220V ou 440V (nunca 380V).
Pistola de soldagem
Máquina de solda por eletrofusão.
Extensão para ligação da pistola
( < 70,0m)
- Para quede nãosolda, exista aqueda de tensão durante processo distância do local de o aplicação dos conectores ao ponto de energia elétrica deverá ser inferior à 100m. Ainda, o equipamento de solda deverá estar localizado a no máximo 5,00m de seu aterramento. “Esquema típico do aparato necessário para a solda dos conectores de cisalhamento Stud Bolt.”
Cabo de aterramento
( < 5,0m)
Para as vigas perpendiculares às nervuras do Steel Deck , os conectores são instalados através dos painéis. Após a soldagem dos conectores é formado um cordão de solda na base destes. Este cordão de solda, indiretamente, faz a fixação do Steel Deck nas vigas. Portanto, nestes casos, nas ondas baixas onde ocorrer a instalação de conectores através do Steel Deck , a solda bujão para a fixação dos painéis poderá ser dispensada, podendo ser substituída pela solda dos conectores. 5.4.
Arm aduras adicio nais e conc retagem
Após a conclusão da montagem do Steel Deck e da instalação dos conectores de cisalhamento, o construtor poderá dar início às atividades relacionadas com o fornecimento e a instalação das armaduras adicionais das lajes. Estas armaduras deverão estar representadas e detalhadas em um desenho de armação, geralmente fornecido pelo calculista de concreto armado da obra. Somente após o recebimento deste desenho de armaçãoé que a equipe de trabalho do construtor deverá iniciar suas atividades sobre a plataforma de trabalho.
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Armadura Futura abertura
de reforço
“Armadura de reforço em abertura
As armaduras adicionais são constituídas em grande parte por telas soldadas, que deverão ser posicionadas próximo ao topo do concreto, com cobrimentos da ordem de 2,00cm. Para que sejam evitadas futuras fissuras na superfície do concreto, é muito importante que seja obedecido o posicionamento correto das armaduras em tela. As regiões de balanço do Steel Deck e as regiões de aberturas sem vigas de contorno, deverão estar previamente locadas no desenho de armação, o qual deverá indicar as armaduras de reforço adequadas.
sem vi as de contorno”.
Ao colocar as armaduras de reforço nas aberturas sem vigas de contorno, o construtor deverá também prever o uso de uma fôrma lateral, em isopor ou madeira, para que o concreto seja isolado da região do vazio. É importante lembrar que o Steel Deck somente deverá ser recortado após a cura do concreto.
“Fôrma de isopor ou madeira em aberturas pequenas”
A junção das peças de Steel Deck (na região das vigas de suporte) é realizada de topo, geralmente sem trespasse entre os painéis. Na junção entre os painéis, a critério da fiscalização da obra, o construtor poderá utilizar uma fita adesiva (tipo fita crepe), evitando possíveis vazamentos de nata de cimento durante a concretagem e proporcionando um melhor acabamento na parte inferior da laje. “Fita para vedação dos painéis” Antes de executar a concretagem das lajes, o construtor deverá realizar uma limpeza geral na superfície do Steel Deck utilizando jato de água. Uma fina camada de óleo na superfície dos painéis é aceitável, porém todas as sujeiras e impurezas que possam afetar a resistência do concreto deverão ser eliminadas. A concretagem das lajes deverá ser realizada com cautela, de forma a evitar o acúmulo de materiais e de pessoal sobre a plataforma. Em hipótese alguma deverá ser permitida a formação de “bolos” de concreto durante o lançamento. Caso o lançamento do concreto tenha que ser interrompido sem que toda a superfície da laje tenha sido concretada, recomenda-se que as interrupções sejam executadas fora dos eixos das vigas de suporte, da seguinte forma: “Concretagem de laje com Steel Deck”
68
- Na região sobre vigas perpendiculares às nervuras: deve-se executar a interrupção a uma distância equivalente à 1/3 do vão dos painéis; - Na região sobre vigas paralelas às nervuras: recomenda-se que a interrupção ocorra antes do eixo da viga, a cerca de 1,00m de seu eixo. É importante lembrar que o construtor deverá sempre consultar o calculista de concreto, para sejam definidos os detalhes sobre as juntas de concretagem ao longo da superfície da laje. Caso necessário, pode-se executar a concretagem e o polimento da superfície de concreto através de equipamento automatizado. Entretanto, antes da operação, é recomendável que o construtor consulte Departamento Técnico da METFORM, fornecendo aos técnicos dados referentes às características geométricas e ao peso dos equipamentos utilizados. Após o término da concretagem, deve-se executar a cura do concreto das lajes, de maneira similar ao processo usual das lajes maciças em concreto armado. O calculista de concreto sempre deverá ser consultado, para que seja especificado o tipo de cura a ser adotada bem como seu tempo de duração. Após a cura do concreto, deve-se zelar para que sejam aplicadas sobre a laje apenas as sobrecargas previstas nos projetos. Deve-se evitar o armazenamento, mesmo que provisório, de materiais sobre a superfície das lajes. Caso sejam aplicadas cargas elevadas, estas deverão ser posicionadas próximo ou sobre as vigas de suporte, distribuídas por meio de peças de madeira.
69
6 6.1
PROCEDIMENTOS PARA MANUSEIO, INSTALAÇÃO E INSPEÇÃO DE CONECTORES STUD BOLT ______________________________________________________________ Condiç ões adequadas para con ector es, cerâmic as e loc al de sol dagem
6.1.1 No ato da soldagem, os conectores deverão estar isentos de ferrugem, carepa delaminação, óleo, graxas, umidade ou de outro material que possa afetar adversamente a operação de soldagem. 6.1.2 Os conectores não deverão ser pintados, galvanizados ou cadmiados antes de serem soldados. 6.1.3 Os locais onde os conectores serão soldados deverão estar livres de ferrugem, carepa de laminação, umidade, pintura, etc. Poderão ser limpos com escova de aço, descamador, lixadeira, etc. 6.1.4 As cerâmicas deverão ser mantidas secas, limpas eem embalagens à prova de umidade. Quaisquer cerâmicas que mostrarem sinais de umidade na superfície deverão ser secas em estufa a 120ºC por duas horas antes de serem usadas. Após a soldagem todas as cerâmicas deverão ser quebradas e o local devidamente limpo.
6.2
Condições para operaçã o do equipamento de solda
6.2.1 Os conectores do tipo stud bolt deverão ser soldados com equipamento próprio. A voltagem, a amperagem de trabalho, o tempo de operação e a regulagem da pistola deverão seguir as orientações das tabelas fornecidas pelo fabricante do equipamento. 6.2.2 A regulagem da pistola, a voltagem, a amperagem de trabalho e o tempo de operação para a soldagem através do Steel Deck são completamente diferentes daquelas de soldagem diretamente sobre as vigas de aço. Em qualquer caso (soldagem através do Steel Deck ou diretamente sobre as vigas de aço) as orientações do fabricante do equipamento deverão ser seguidas. 6.2.3 Para a ligação do equipamento de solda à fonte deenergia elétrica recomenda-se o uso cabos de diâmetro 4/0 AWG (no mínimo), com o menor comprimento possível, a fim de se evitar perdas de potência no sistema. O comprimento máximo para o cabo de ligação não deverá ultrapassar 61m (incluindo o cabo terra). Caso, em determinada circunstância, não se obtenha amperagem adequada para a soldagem, recomenda-se a redução (encurtamento) do cabo de ligação e/ou a utilização de dois cabos 4/0 AWG em paralelo. 6.2.4 Quando em operação, a pistola de soldagem deverá estar posicionada na posição adequada e mantida imóvel até que a fusão e a solidificação dos materiais seja completada. 6.2.5 Se mais de uma pistola forem operadas através de um mesmoequipamento de solda deverão existir dispositivos de bloqueio, de forma que somente uma pistola esteja funcionando de cada vez. A segunda pistola somente deverá entrar em operação após o término da soldagem da primeira pistola e assim sucessivamente.
6.3
Condiç ões específic as para a sup erfíci e de sol dagem: Sold a através do Steel Deck
6.3.1 Cuidados extremos deverão ser tomados aose fazer a soldagem dos conectoresatravés do Steel Deck : - O Steel Deck deverá estar firmemente em contato com a viga de aço; - A presença de pintura (no flange superior das vigas e/ou noSteel Deck ), sujeiras, óleos, graxas, ferrugem, umidade, e, principalmente, lâminas d’água é extremamente danosa à soldagem, comprometendo a fusão dos materiais e causando porosidade nas soldas; - Caso exista, toda a tinta existente na região de instalação dos conectores deverá ser retirada. Para o
caso de Steel Deck previamente pintado deverão ser realizadas aberturas com serra copo antes da instalação dos conectores. Deverão ser utilizadas brocas com diâmetro igual a 24mm (para conectores com diâmetro igual a 19mm). Os conectores deverão ser soldados diretamente nas vigas de aço, dentro das aberturas previamente executadas; - Toda umidade existente sobre o Steel Deck ou lâmina d’água existente entre oSteel Deck e as vigas de aço deverá ser completamente eliminada antes da solda dos conectores (por exemplo, utilizando-se equipamento de ar comprimido e/ou aquecendo-se). 6.3.2 Para evitar umidade (devido acondensação ou chuvas noturnas) acolocação do Steel Deck sobre as vigas deverá ser realizada somente em tempo seco e deverá ser imediatamente seguida pela 70
colocação dos conectores. Ao final de um dia de trabalho todos os conectores stud bolt relativos aos painéis de Steel Deck já montados deverão estar soldados. Nenhum painel deSteel Deck deverá ser deixado sobre a estrutura sem a execução da solda dos conectores. 6.3.3 A soldagem não deverá ser executada através de duas espessuras de painéis deSteel Deck . Nas emendas transversais (de topo) não deverá existir trespasses entre os painéis de Steel Deck .
6.4 Início de obra: Te stes para qualific ação do equipamento e dos proc edimentos de soldagem 6.4.1 Devido a variações encontradas (voltagem, amperagem, condições climáticas, etc..) faz-se necessário a aplicação de testes de qualificação no procedimento de soldagem. Os testes deverão ser aplicados em todo o início de operação de soldagem de conectores (início de obra). Estes testes de qualificação deverão ser executados no campo, utilizando-se materiais representativos das condições normais de uso (conector, equipamento, etc..). -Após estarem estabelecidas as regulagens do equipamento e os parâmetros de soldagem a operação deverá ser iniciada, seguindo-se de uma inspeção visual do contorno da solda. Na região de fusão deverá haver filete de solda em todo o perímetro da base dos conectores; - Para o dobramento dos conectores deverá ser utilizado um tubo ou um martelo; - Para o caso de conector soldado diretamente sobre a viga de açoos conectores deverão ser dobrados em um ângulo de 30º com a vertical. O procedimento de soldagem diretamente sobre a viga estará qualificado se pelo menos dois conectores consecutivamente instalados não apresentarem sinais de fratura ou rompimento na solda. - Para o caso de conector soldado sobre oSteel Deck os conectores deverão ser dobrados em um ângulo de 90º com a vertical. O procedimento de soldagem através doSteel Deck estará qualificado se pelo menos dez conectores consecutivamente instalados não apresentarem sinais de fratura ou rompimento na solda.
6.5
Início de turno de traba lho: Testes para aferição e inspeção, a ntes do início da soldagem em escala
6.5.1 Tanto para soldas diretamente sobre a viga ou através doSteel Deck podem ser necessárias alterações na regulagem do equipamento (diariamente). Neste caso, no início da operação (antes da soldagem em escala), deverão ser testados pelo menos dois conectores, soldados consecutivamente. Para este teste a seguinte seqüência deverá ser obedecida: - Os cordões de solda dos conectores deverão ser examinados visualmente. Deverá haver filete de solda em todo o contorno da região de fusão; - O dobramento dos conectores deverá ser realizado utilizado-se um tubo ou um martelo; - Os conectores deverão ser dobrados em um ângulo de 30º com a vertical e não deverão apresentar sinais de fratura ou rompimento na solda. A operação em escala somente deverá ser iniciada após a soldagem (e dobra) satisfatória de dois conectores consecutivos. 6.5.2 É considerada alteração deregulagem qualquer umaentre as seguintes situações: - Troca de pistola e/ou mudanças no ajuste“lift” e “plunge”; - Alteração no “timer” (tempo) de soldagem; - Troca de fonte de energia; - Mudança no comprimento total ou na bitola dos cabos de soldagem; - Variações maiores que 5% no ajuste de amperagem (corrente elétrica).
6.6
Soldagem em escala: Testes para con tr ole e ins peção
6.6.1 Durante a durante a operação em escala, caso alguma solda não apresentar filete em todo o seu contorno, o respectivo conector poderá ser testado. Este deverá ser dobrado a um ângulo de 15º com a vertical, no sentido contrário à região com falta de filete. Se não houver sinais de fratura ou rompimento na solda, a soldagem poderá ser considerada satisfatória. A critério da fiscalização da obra, o conector poderá ou não ser retornado à posição srcinal. O procedimento descrito neste item deverá ser adotado sempre que for colocada em dúvida a fusão (soldagem) de algum conector. 6.6.2 Após a realização do teste do Item 6.6.1, caso a soldagem não seja considerada satisfatória, o conector deverá ser retirado e o local da soldagem deverá ser lixado. Caso o material base da viga 71
tenha sido arrancado juntamente com o conector a região de soldagem deverá ser preenchida com solda manual de filete antes da aplicação do novo conector. 6.6.3 A critério do responsável técnico pela instalação dos conectores e com a aprovação da fiscalização da obra, o conector com filete incompleto poderá ser recuperado utilizando-se solda manual com eletrodo E-70XX em todo o seu contorno. Deverão ser utilizadas soldas manuais com dimensões iguais a: 5mm para conector com diâmetro 10mm e 10mm para conector com diâmetro 19mm. 6.6.4 O conector cujo cordão foi recuperado com solda manual deverá ser testado conforme procedimento do Item 6.6.1. 6.6.5 Durante a operação em escala, caso seja grande (maior que 7%) o número de conectores com cordão com falta de filete em todo o contorno ou com a soldagem colocada em dúvida, a regulagem do equipamento deverá ser refeita e os testes dos Itens 6.5.1 e 6.6.1 deverão ser refeitos. Caso necessário os procedimentos dos Itens 6.6.2, 6.6.3 e 6.6.4 deverão ser repetidos.
6.7
Recom endação fin al
6.7.1 No caso de quaisquer dúvidas relativas à operação e/ou aos procedimentos indicados nesta publicação, deverão ser consultados o responsável técnico pela instalação, o responsável técnico pela fiscalização da obra e o responsável técnico pelo cálculo e projeto da estrutura de aço.
6.8
Bibliografia AMERICAN WELDING SOCIETY - “ Struct ural Weldin g Code – Steel – A NSI/AWS D1.1-92” American Welding Society, Miami, Florida - 1991.
72
