tcc 2008 claudio melo - rev. 4 (12-11-2008)

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CURSO DE ENGENHARIA CIVIL

CLÁUDIO MELO

COMPARATIVO ENTRE LAJES TRELIÇA E STEEL DECK

Guarulhos2008

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CLÁUDIO MELO

COMPARATIVO ENTRE LAJES TRELIÇA E STEEL DECK

Projeto integrado de final de curso apresentado ao curso de Engenharia Civil da Universidade de Guarulhos - UNG, como requisito para obtenção do título de graduação em Engenharia Civil. Orientador:Professor Dr. Eng.º Nelson dos Santos Gomes.

Guarulhos2008

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CURSO DE ENGENHARIA CIVIL

A Comissão julgadora do Projeto Integrado de Final de curso, intitulada

“COMPARATIVO ENTRE LAJES TRELIÇA E STEEL DECK”, em sessão pública

realizada em 02 de Dezembro de 2008, considerou o candidato CLAUDIO MELO

aprovado.

COMISSÃO EXAMINADORA:

Professor Orientador (presidente da banca):

Nelson dos Santos Gomes (UNG)_________________________________________

Professores Avaliadores:

1. Oranda Borges Medeiros (UNG)________________________________________

2. Delson de Mendonça Falcão (UNG)_____________________________________

4

AGRADECIMENTOS

Primeiramente a Deus, pois sem ele não estaria aqui neste momento redigindo este

trabalho.

A minha família, minha esposa e meus filhos que, com muita paciência e

compreensão colaboraram com incentivos, apoio e carinho durante os momentos

mais difíceis.

Ao professor mentor Ms. Wander Nassif, que com sua dedicação e paciência em

transmitir seus conhecimentos para realização deste trabalho.

Ao meu orientador professor Dr. Nelson dos Santos Gomes, que com seu

entendimento técnico, contribuiu muito para o meu desenvolvimento.

Á universidade UnG que proporcionou a chance de alcançar os objetivos.

A todos os professores da Engenharia Civil que de alguma forma colaboraram para

este acontecimento.

E a todos os meus amigos da época de graduação pelos momentos de

descontração.

5

RESUMO

Atualmente, ao se iniciar a concepção do sistema estrutural de uma construção que

muitas vezes é influenciado por imposições arquitetônicas, cabe ao engenheiro

projetista buscar a alternativa estrutural que garanta o melhor critério técnico e

econômico para a realização do projeto. Com este trabalho serão apresentados dois

diferentes tipos de lajes que podem ser utilizadas nas edificações, a laje treliçada, e

a laje mista aço-concreto “steel deck”, a primeira é o tipo mais utilizado, a segunda é

o método utilizado na construção de edificações em muitos países. Mostram-se

ainda, as características estruturais que cada laje possui e os materiais empregados,

pesos e ações atuantes sobre elas.

Através destas características podem-se perceber as vantagens e desvantagens da

aplicação que cada laje pode fornecer aos diferentes tipos de estruturas, adequando

o custo com a viabilidade da aplicação, bem como a facilidade para a execução. As

particularidades do sistema misto requerem um método de dimensionamento e

execução mais trabalhoso daquele utilizado em lajes convencionais treliçada, assim,

face às exigências estabelecidas pelas normas vigentes e sua execução adequada

são indicadas neste trabalho.

Palavras-chave: sistema estrutural, Laje treliçada. Laje steel deck.

6

ABSTRACT

Currently, when you start the design of the structural system of a construction that is

often influenced by taxes architectural, the structural engineer designer seek

alternative that ensures better criterion technical and economic criteria for completion

of the project. This work will be presented two different types of slabs that can be

used in buildings, the slab trellis and the mixed steel-concrete, known as slab steel

deck. The first is the most used, the second is the method used in the construction of

buildings in many countries. It was also show the structural features that each slab

has and the materials used, weights and actions that act on them.

Through these features you can realize the advantages and disadvantages of each

slab application that can provide different types of structures, bringing the cost for the

viability of the application, and the ease for implementation. The characteristics of

mixed system requires a method of design and execution more difficult than slabs

trellis used in conventional thus due to requirements set by standards and their

proper implementation in show in this work.

Keywords: structural system, truss slab, slab steel deck.

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SUMÁRIO

CURSO DE ENGENHARIA CIVIL................................................................................1


Fonte: ASCE (1992)...............................................................................................37

2.2.7 Profundidade da linha neutra de uma seção composta....................................37

.................................................................43

ANEXO A – ESPECIFICAÇÃO TÉCNICA DA CHAPA MF-50...................................71

ANEXO B – ESPECIFICAÇÃO TÉCNICA DA CHAPA MF-75 ..................................74

2.2.5 O modelo de folhas poliédricas de Wright........................................................31

2.2.6 Propriedades mecânicas de uma seção composta..........................................32

2.2.7 Profundidade da linha neutra de uma seção composta...................................34

2.2.8 Módulo de cálculo da capacidade de carga da fôrma......................................36

2.2.9 Descriçao do elemento utilizado no sistema de laje “steel deck”.....................37

2.2.9.1 Chapa metalica trapezoidal............................................................................37

2.2.9.2 Dummy elements............................................................................................38

2.2.9.3 Conectores....................................................................................................39

2.2.9.3.1 Conectores soldados – “stud bolt”..............................................................39

2.2.9.3.2 Conectores X-HVB marca “HILTI”..............................................................40

2.2.9.4 Armaduras.....................................................................................................41

2.2.10 Vantagens e desvantagens da utilização de laje “steel deck”........................43

2.2.10.1 Vantagens.....................................................................................................43

2.2.10.2 Desvantagens..............................................................................................43

2.3 Critérios para a escolha da laje – Custo e Benefícios.....................................44

2.3.1 Ações atuantes nas lajes..................................................................................44

2.3.1.1 Carga acidental...............................................................................................45

2.3.1.2 Carga permanente..........................................................................................45

8

2.3.1.3 Sobrecarga permanente.................................................................................46

2.3.2 Determinação do tipo de laje............................................................................46

2.3.3 Vãos teóricos....................................................................................................49

2.3.4 Fôrmas e escoras.............................................................................................49

2.3.5 A laje sobre análise térmica..............................................................................50

3 ESTUDO DE CASO...........................................................................................52

3.1 Analise de custos comparativos entre as lajes...............................................52

3.2 Exemplo prático de colocação de laje “steel deck”.........................................56

3.3 Resultados alcançados .....................................................................................59

4 CONCLUSÃO.....................................................................................................63

5 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS.............................................................65

ANEXOS..................................................................................................................68

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 Laje treliçada ............................................................................................... 14

Figura 2 Elementos de Enchimento - NBR 14859-1-(ABNT-2002) .......................... 16

Figura 3 Tavelas de cerâmicas.................................................................................17

Figura 4 Exemplos de laje treliçada. ......................................................................... 19



Figura 1 – Laje treliçada. ...........................................................................................16

2.1.2.2 Elementos de enchimento (tavelas)..................................................................18

Figura 2 - Elementos de Enchimento...........................................................................18

Fonte: NBR 14859-1-(ABNT-2002)............................................................................18

2.1.2.3 Concreto moldado no local...............................................................................19

9

Figura 4 – Exemplos de laje treliçada. .....................................................................21

Figura 5 – Esquema da laje com fôrma de aço incorporada. ......................................27

Fonte: Vieira (2003).....................................................................................................28

Figura 6 – Vista geral de uma laje com o “steel deck”, apoiada sobre viga de aço.....28

Fonte: Eurocode 4...................................................................29

...........................................................................................................................29

Figura 8 – Ilustração de possíveis seções críticas. ......................................................30

Fonte: EUROCODE 4 (1990)......................................................................................30

Figura 9 - Relações de carga x deflexão do vão central da laje composta...................31

Fonte: WRIGHT (1990)...............................................................................................31

Figura 10 - Modelagem da laje composta Steel Deck em folhas poliédricas..............34

Fonte: ASCE (1992)...............................................................................................37


Figura 11 - Seção composta típica...............................................................................38

.................................................................43

Figura 16 - Distribuição de temperatura na laje mista em escala de cores..................53

.....................................................................................................59

Figura 17 – Ilustração de instalação de laje “steel deck”..............................59

........................................................................................................60

Figura 19 – Colocação de armaduras...........................................................................61

.....................................................................................................................................61

Figura 20 – Concretagem.............................................................................................61

Figura 21 – Finalização da concretagem.......................................62

Figura 22 - Caesar Park Hotel......................................................................................63

Figura 23 - Mondial Airport Business Hotel ..............................................................63

Figura 24 - Edifício New Century ..............................................................................64

Figura 25 - Hospital Unimed Regional Maringá.........................................................64

Figura 26 - Tribunal de Justiça....................................................................................65



10

LISTA DE TABELAS



Figura 1 – Laje treliçada. ...........................................................................................16

2.1.2.2 Elementos de enchimento (tavelas)..................................................................18

Figura 2 - Elementos de Enchimento...........................................................................18

Fonte: NBR 14859-1-(ABNT-2002)............................................................................18

Tabela 1 - Dimensões, em cm, padronizadas dos elementos de enchimento ....18 Fonte: NBR 14859-1-(ABNT-2002).............................19

2.1.2.3 Concreto moldado no local...............................................................................19

Figura 4 – Exemplos de laje treliçada. .....................................................................21

Figura 5 – Esquema da laje com fôrma de aço incorporada. ......................................27

Fonte: Vieira (2003).....................................................................................................28

Figura 6 – Vista geral de uma laje com o “steel deck”, apoiada sobre viga de aço.....28

Fonte: Eurocode 4...................................................................29

...........................................................................................................................29

Figura 8 – Ilustração de possíveis seções críticas. ......................................................30

Fonte: EUROCODE 4 (1990)......................................................................................30

Figura 9 - Relações de carga x deflexão do vão central da laje composta...................31

Fonte: WRIGHT (1990)...............................................................................................31

Figura 10 - Modelagem da laje composta Steel Deck em folhas poliédricas..............34

..........................................................................................................36 Tabela 2 - Valores práticos para a razão modular........................37

Fonte: ASCE (1992)...............................................................................................37


Figura 11 - Seção composta típica...............................................................................38

.................................................................43

Figura 16 - Distribuição de temperatura na laje mista em escala de cores..................53

.....................................................................................................59

Figura 17 – Ilustração de instalação de laje “steel deck”..............................59

11

........................................................................................................60

Figura 19 – Colocação de armaduras...........................................................................61

.....................................................................................................................................61

Figura 20 – Concretagem.............................................................................................61

Figura 21 – Finalização da concretagem.......................................62

Figura 22 - Caesar Park Hotel......................................................................................63

Figura 23 - Mondial Airport Business Hotel ..............................................................63

Figura 24 - Edifício New Century ..............................................................................64

Figura 25 - Hospital Unimed Regional Maringá.........................................................64

Figura 26 - Tribunal de Justiça....................................................................................65



12

1 INTRODUÇÃO

O tema abordado neste trabalho estuda o comportamento de dois tipos de lajes:

lajes pré-fabricadas treliçada (ou treliça) e laje mista aço-concreto (conhecido como

“steel-deck”).

As lajes são constituídas por elementos estruturais laminares geralmente horizontais

e planos de comportamento bidimensional, que tem como função principal recolher e

transmitir as cargas dos diferentes pisos aos elementos de barra horizontais (vigas)

e dessas aos elementos verticais (pilares).

Estes elementos em uma construção são formados por vigas, que se apóiam em

pilares e estes nas fundações; este conjunto responde pela estabilidade e solidez da

edificação. Tratando-se da Alvenaria Estrutural – situação comum nos casos em que

a estrutura é de pequeno porte, as lajes e as vigas são apoiadas diretamente sobre

as paredes de alvenaria, pois as mesmas constituem os elementos verticais.

Elas também possuem outras funções importantes, como garantir o

contraventamento da estrutura através de chapas horizontais rígidas no seu plano,

que distribuem pelos diferentes pilares as forças horizontais atuantes.

São as lajes e as vigas que ficam responsáveis por transmitir estas forças

horizontais de contraventamento.

13

Cada tipo de laje tem suas potencialidades e limitações. No entanto, é importante

conhece-las para que a escolha recaia naquela que poderá atender melhor às

exigências do usuário.

Os custos vem sendo ainda um dos principais fatores analisados na hora de se fazer

a concepção estrutural, sendo que pensando na economia, estão sendo feitos

métodos de construção cada vez mais econômicos e com o máximo de eficiência.

As lajes treliça (ou treliçada) têm se intensificado nos últimos anos, o que era em

principio uma solução adotada para edificações de pequeno e médio porte, se tornou

viável em grandes obras como prédio de diversos andares, edificações de grandes

vãos e até mesmo pontes. Isso tudo devido a entrada do mercado das lajes com

vigotas treliçadas cerâmica e em EPS (Poliestireno expandido), conhecido como

isopor.

O sistema de lajes mistas (“steel deck”) é para as estruturas dos pisos considerados

por muitos técnicos, uma solução estrutural de execução com velocidade rápida,

utilizando-se de uma mão de obra especializada que agrega racionalidade,

economia e segurança.

Versa na utilização de uma fôrma de aço nervurada como fôrma permanente de

suporte para o concreto antes da cura e das cargas de utilização. Após a cura do

concreto, os dois materiais, a fôrma de aço e o concreto, combinam-se

estruturalmente, formando o sistema misto. A fôrma de aço substitui então a

armadura positiva da laje.

A utilização das lajes mistas em edifícios no Brasil é recente e tem aumentado

consideravelmente. Na Europa e nos Estados Unidos, a utilização desse sistema em

edifícios e pontes é mais comum. E surge como mais uma opção construtiva.

Neste sentido justifica-se a escolha do tema, com os seguintes objetivos:

Objetivo geral: Descrever a laje treliçada e a laje “steel deck”, para posteriormente

atingir aos objetivos específicos que são:

Comparar custos e benefícios entre os dois tipos de laje;

14

Apresentar as NBRs da Associação Brasileira de Normas Técnicas e

recomendações na instalação e uso das respectivas lajes.

A metodologia ou método científico é descrito por Gil (1999, p.26) como “o conjunto

de procedimentos intelectuais e técnicos adotados para atingir o conhecimento”.

Portanto, é importante que se esclareça a maneira com a qual esse trabalho será

realizado, bem como a ordem a ser seguida para que se possa entendê-lo

detalhadamente.

2 REFERENCIAL TEÓRICO

Este trabalho se enquadra no formato de pesquisa bibliográfica, pois de acordo com

Oliveira (2002, p.119) “a pesquisa bibliográfica tem por finalidade conhecer as

diferentes formas de contribuição científica que se realizaram sobre determinado

assunto ou fenômeno”. Como o assunto é sobre lajes treliçadas e “steel deck”, a

pesquisa será realizada com base nessas palavras chaves, por meio de livros

especializados, revistas conceituadas ligadas a essa área e jornais de grande

circulação no meio acadêmico, além de sites direcionados para esse estudo

científico.

E seguindo o raciocínio, essa pesquisa é denominada exploratória, pois segundo Gil

(2002, p.41) ela “tem como objetivo proporcionar maior familiaridade com o

problema, com vistas e torná-lo mais explícito ou a constituir hipóteses”. (GIL, 1999,

p. 65).

2.1 Laje treliçada

2.1.1 Nervuras pré-moldadas (vigotas pré-moldadas)

A laje nervurada treliçada, que também é conhecida como laje treliçada, é

constituída por uma armadura com estrutura metálica denominada treliça e por

15

vigotas treliçadas pré-fabricadas, dispostas na direção do menor vão. Pode ser

utilizada em obras grandes, pois ela oferece uma maior resistência e com ela podem

se obter vãos maiores aumentando-se as treliças. Pelo fato de suportar grandes

cargas, é permitida a execução de paredes diretamente sobre estas lajes. Este tipo

de laje também pode ser aplicado na construção de obras residenciais de pequeno

porte.

Elas possuem baixo peso próprio, proporcionando uma estrutura mais leve, com

redução na quantidade de vigas e pilares e alívio das cargas na fundação. A

configuração do sistema com treliças permite a confecção das lajes nervuradas em

uma ou em duas direções.

O primeiro caso também é chamado de unidirecional, enquanto que o segundo é

denominado por sistema bidirecional. A laje é considerada bidirecional, pois possui

nervuras resistentes em duas direções ortogonais, que serão muito importantes para

a diminuição das flechas e no travamento transversal da laje.

Segundo Knijnik (2006), a altura (h) das lajes treliçadas varia entre 10 e 30 cm e

vãos usuais de 4 a 6 m, podendo chegar a vãos de até 12 m. A laje tipo treliça

necessita de escoras no sentido transversal das treliças durante o processo de

concretagem, porque enquanto o concreto estiver fresco a compressão será resistida

pela armadura superior. Após a concretagem as treliças metálicas servem como

ligação entre o concreto do elemento pré-moldado e o concreto da capa.

O custo da estrutura ainda é diminuído, pois é possível reduzir em até 40% o volume

de concreto das lajes usando um enchimento de blocos de cerâmica, de concreto ou

EPS (isopor) apoiados entre as vigotas, criando uma laje nervurada sem fôrmas e

com escoramento muito simplificado. Na figura 1 o esquema de uma laje já montada

e as vigotas.

16

Figura 1 – Laje treliçada.

Fonte: Associação Brasileira de Cimento Portland (2008).

2.1.2 Descrição dos materiais utilizados na confecção da laje treliçada

17

Os materiais que compõem uma laje treliças, são: as vigas ou vigotas de concreto,

os elementos de enchimento, que são de cerâmica ou isopor (EPS), do concreto

para preenchimento da espessura desejada de projeto.

É utilizada também, uma malha de aço para reforço da estrutura e também, para

diminuir esforços do cisalhamento, onde veremos com mais detalhes no capitulo

seguinte que trata de laje mista.

2.1.2.1 Vigotas pré-moldadas

As vigotas geralmente em seção “T” invertido ou “I” são compostas por uma base de

concreto englobando parcialmente a armadura de treliça que é uma treliça espacial

de aço, constituída por dois fios de aço paralelos na base e um fio de aço no topo,

soldados por meio de eletrofusão, o que permite uma perfeita aderência ao concreto

lançado na obra. Esta armação treliçada, constitui um importante papel, pois é

através dessa estrutura espacial que se obtém a rigidez necessária para a sua

fabricação, transporte e montagem.

São executadas em fôrmas metálicas simples, em pequenas unidades de produção,

com instalações físicas modestas, quando são atendidas para uso residencial, e com

instalações mais modernas quando trata de obras maiores permitindo que sejam

feitas lajes com vãos maiores.

Cabe salientar, que com a utilização de nervuras com armadura treliçada, podem-se

obter efetivamente lajes armadas nas duas direções, também chamadas de lajes

bidirecionais. Nesse tipo de laje aplicam-se as indicações de projeto das lajes

nervuradas ou mistas das estruturas de concreto moldado no local, com as

particularidades do concreto pré-moldado apenas no que se refere às situações

transitórias.

18

2.1.2.2 Elementos de enchimento (tavelas)

No Brasil os elementos de enchimento mais utilizados são os produzidos a partir de

poliestireno expandido (EPS) e os blocos cerâmicos, e deve ser seguida a tabela 2

conforme 14859-1:2002 e conforme medidas da figura 14.

Figura 2 - Elementos de Enchimento.

Fonte: NBR 14859-1-(ABNT-2002).

Tabela 1 - Dimensões, em cm, padronizadas dos elementos de enchimento

19

Altura (he) nominal 7.0 (mínima); 8.0; 9.5; 11.5; 15.5; 19.5; 23.5; 28.5Larqura (be) nominal 25.0 (mínima); 30.0; 32.0; 37.0; 39,0; 40.0; 47.0; 50.0Comprimento (c)

nominal

20.0 (mínima); 25.0

Abas de encaixe(av) 3,0(ah) 1,5

Fonte: NBR 14859-1-(ABNT-2002)

As lajotas, normalmente cerâmicas, não trabalham estruturalmente, apenas servem

de forma para o concreto da capa. A capacidade resistente do piso é dada pelo trilho

e pela capa de concreto feita no local. É importante que o peso da lajota seja o

menor possível e que a capa de concreto seja bem resistente. Na figura 3 é

demonstrada os tipos de lajotas de cerâmica.

Figura 3 – Tavelas de cerâmicas

Fonte: www.concrefato.com.br – acesso em 20/08/2008

2.1.2.3 Concreto moldado no local

http://www.concrefato.com.br/

20

Como sabemos o concreto é constituído por cimento, areia e brita; para o caso de

lajes pré-moldadas, devem-se fazer alguns procedimentos para que a concretagem

seja executada sem desperdícios ou falta de materiais.

Antes de proceder a concretagem da capa, é importante que se faça uma limpeza

cuidadosa da interface dos elementos da laje (elementos de enchimento, vigotas,

forma das vigas, etc.) e o concreto a ser lançado, evitando-se a presença de

qualquer substância (areia, pó) que possa prejudicar a transferência de esforços

entre as superfícies de contato.

A concretagem da laje deve ser acompanhada por alguns cuidados. Devendo

colocar passadiços sobre a laje para o transito sobre a laje; é preciso instalar guias

como talíscas para “sarrafiar” o concreto lançado; antes do lançamento, deve ser

feito o umedecimento da interface entre os elementos da laje e o concreto a ser

lançado, evitando-se, porém, que haja água livre. A concretagem deve ser feita de

uma só vez procurando evitar deixar juntas da concretagem (juntas frias). Outro fator

que se deve levar em conta é a vibração do concreto, adensando o concreto

suficientemente para que ele penetre no espaço entre os elementos de enchimento e

as vigotas, evitando-se a presença de vazios (“bicheiras”) e solidarizando assim a

capa com as nervuras e é importante garantir o posicionamento das armaduras da

laje durante a concretagem, impedindo que elas se desloquem.

Segundo Knijnik (2006) “Ao endurecer o concreto da capa superior da laje, a laje se

torna monolítica, já que a treliça funciona como ponte, ligando o concreto da vigota

vindo da fábrica com o lançado na obra. É sempre vantajoso que a treliça seja

executada em aço nervurado, pois quando o concreto da capa é lançado sobre a

laje, o mesmo envolve a treliça favorecendo sua aderência e evitando o

aparecimento de trincas”.

Através da treliça e da capa de concreto que se obtém a capacidade resistente do

piso, os elementos de enchimento como as lajotas cerâmicas, servem apenas como

fôrma para o concreto de capa, pois elas não trabalham estruturalmente.

21

Figura 4 – Exemplos de laje treliçada.

22

Fonte: Koncrelar (2008).

Existem dois tipos diferentes de armaduras em treliça, uma com sapata conhecida

como vigota treliçada e a outra sem a sapata conhecida como treliça simples. A

treliça simples é utilizada em armadura de lajes concretadas inteiramente no local.

Este tipo de treliça exige o emprego de fôrmas completas, que podem ser feitas de

madeira ou especiais industrializadas.

A laje com vigotas treliçadas não exige a utilização de fôrmas, elas já vem

industrializadas e se torna mais econômica, e podem ser executadas com esse tipo

de armadura lajes maciças e nervuradas. Para as lajes nervuradas, através da

23

armadura em treliça, consegue-se vencer grandes vãos e sustentar cargas bem

elevadas.

2.1.3 Vantagens e desvantagens das lajes treliçadas

Segundo a Revista Arquitetura & Construção (1998):

a) Vantagens da laje treliça com bloco cerâmico

- É o sistema mais barato para lajes finas que cubram pequenos vãos.

b) Desvantagens da laje treliça com bloco cerâmico

- Frágeis, as lajotas podem quebras no transporte, na colocação e na

concretagem.

c) Vantagens da laje treliça com blocos de EPS

Segundo Concrefato (2008), são:

- Economia de mão de obra na montagem, graças a sua leveza e fácil

manuseio;

- Facilidade de recortes nas tubulações e cantos irregulares; - Economia

de concreto, por não ser vazado evita um grande desperdício nos topos e nas

nervuras de travamento;

- Grande redução no peso próprio da laje treliça;

- Isolamento térmico e acústico, pois 75% do calor de uma residência entra

pelo teto e logo se percebe o conforto proporcionado pela Laje EPS (Isopor).

- Lajes mais leves proporcionando menor carga nas estruturas e

fundações;

- Rapidez e economia de mão-de-obra na montagem;

- Menor consumo de escoramentos;

24

- Flexibilidade de medidas;

- Sem perdas (as peças de EPS não quebram durante o transporte);

- Não há absorção da água do concreto mantendo o fator água/cimento

constante o que proporciona a cura adequada do concreto nas lajes;

- As instalações elétricas são facilitadas permitindo a abertura de “sulcos”

no EPS para a passagem das tubulações que ficam embutidas e não sobre as

lajotas cerâmicas que podem ocorrer o enfraquecimento da capa de concreto sobre

a laje montada.

d) Desvantagens da laje treliça com blocos de EPS

- Não é possível fazer furos na parte inferior; é preciso passar uma cola especial na

face aparente do isopor para que o acabamento (chapisco ou gesso) possa aderir ao

material. (REVISTA ARQUITETURA & CONSTRUÇÃO, 1998).

2.1.4 Normas técnicas para aplicação às lajes

Para se fazer o dimensionamento das lajes é necessário fazer à utilização das

seguintes normas técnicas:

NBR – 6118:2003 – Projetos de estruturas de concreto;

NBR – 6120:1980 – Cargas para cálculo de estruturas de edificações;

NBR – 8681:2003 – Ações e segurança nas estruturas;

NBR – 14931:2003 – Execução de estruturas de concreto;

NBR - 14859-1:2002 - Laje pré-fabricada – Requisitos. Parte 1: Lajes unidirecionais;

NBR – 7480:1996-2007 – Barras e fios de aço destinados a armaduras de concreto

armado.

2.1.5 Nova norma técnica NBR 8800:2008.

25

Durante a realização desta pesquisa surgiu a notícia de que, em 11 de setembro de

2008 está sendo lançada, a nova norma técnica de estruturas, renomeada como

Projeto de Estrutura de Aço e de Estrutura Mista de Aço e Concreto de Edificações.

A NBR 8800:2008 substitui a norma Projeto e Execução de Estruturas de Aço de

Edifícios, publicada em 1986.

A revisão incorpora os resultados de novas pesquisas, realizadas na Europa, na

América do Norte e também no Brasil nos últimos 20 anos.

Segundo Fakury (2008):

O texto da NBR 8800:2008 possibilita procedimentos mais realísticos para análise e estabilidade estrutural, prescrições para assegurar a integridade estrutural, estabelecimento de critérios mais corretos para determinação de esforços resistentes para diversos estados-limites últimos (ruptura da área líquida de barras tracionadas e flambagem lateral com torção de vigas, por exemplo) e o uso de novos parâmetros para os estados-limites de serviço. Também foi introduzido um anexo com diretrizes sobre durabilidade de elementos de aço frente à corrosão e que as questões relacionadas à execução de estruturas foram eliminadas - estas serão tratadas por uma norma exclusiva.

Fakury (2008) explica ainda, que o texto possui compatibilidade com outras NBRs

que tiveram revisões publicadas nos últimos anos, como a ABNT NBR 6118 - Projeto

de Estruturas de Concreto - Procedimento e a ABNT NBR 8681 - Ações e Segurança

nas Estruturas - Procedimento. Os cálculos também são compatíveis com as

principais normas internacionais, como o ANSI/AISC 360-05 - Specification for

Structural Steel Buildings, o Eurocode 3:2007 - Design of Steel Structures e o

Eurocode 4 - Design of Composite Steel and Concrete Structures.

E complementa:

26

A ABNT NBR 8800 possui em seu escopo, além das estruturas de aço, as estruturas mistas de aço e concreto. Assim, há também regras completas para o projeto de elementos estruturais mistos de aço e concreto, como vigas, pilares, lajes e ligações.

Para Fakury (2008), uma das modificações mais importantes da nova NBR, é a

possibilidade do uso de métodos de cálculo modernos e que permitem estruturas

mais leves, competitivas e com confiabilidade relativamente uniforme. Outra questão

levantada pelo engenheiro é inclusão de elementos estruturais mistos de aço e

concreto (pilares, lajes e ligações mistas que podem constituir a solução estrutural

mais racional sob os aspectos funcional, arquitetônico e econômico).

2.2 Sistema de lajes “steel deck”

2.2.1 Breve histórico das lajes mistas “steel deck”

Segundo Crisinel e O’leary (1996), nos EUA, os primeiros sistemas de lajes mistas

surgiram no final da década de 30, apresentando-se como substitutos ao sistema

tradicional de lajes de concreto armado e sendo utilizados inicialmente em edifícios

altos em construções metálicas.

Na Europa, o sistema de lajes mistas surgiu no final dos anos 50, com o emprego de

fôrmas de aço corrugadas, amparadas em vigas de aço. A interação entre a fôrma

de aço e o concreto, naquela ocasião, era feita unicamente por atrito.

2.2.2 Descrição do funcionamento da estrutura da laje aço-concreto

O sistema de laje mista de concreto armado com fôrma de aço incorporada (ou,

ainda ‘forma colaborante’ – “steel deck”) começou a fazer parte da construção civil

brasileira apenas na década de 90. Nos Estados Unidos, na Europa e na Austrália,

este tipo de elemento estrutural é muito mais conhecido devido principalmente às

suas vantagens funcionais, estruturais e econômicas.

Utilizando uma chapa metálica trapezoidal como estrutura permanente na qual o

concreto é lançado. Durante a fase de construção, o concreto é líquido e a fôrma de

27

aço atua como escoramento e superfície de trabalho, suportando as ações

permanentes e as sobrecargas acidentais. Com o concreto endurecido, a fôrma

passa a atuar como uma armadura de tração da laje, trabalhando estruturalmente

em conjunto com o concreto.

Embora difundido mundialmente, este elemento estrutural depende muito de testes

laboratoriais para a sua total representação, motivo pela qual a análise numérica é

pouco utilizada.

Com a intenção de analisar o sistema de lajes “steel deck” por meio de tratamento

numérico, este capítulo apresenta algumas hipóteses e particularizações para que

este objetivo seja alcançado. Em outras palavras, considera-se inicialmente o

modelo de folhas poliédricas descrito por Wright (1990).

O sistema resiste aos carregamentos permanentes e acidentais de uma maneira

composta, com a ação de flexão no vão central sendo suportada pelo concreto em

compressão e a fôrma de aço em tração. O comportamento associado dos dois

materiais ocorre se houver a garantia de transmissão de esforços de cisalhamento

na interface aço/concreto, seja por meio de ligação química, ou ligação mecânica

entre o concreto e a fôrma de aço.

Em uma laje típica, a espessura do concreto gira em tomo de aproximadamente 120

a 200 mm e o comprimento (vão) da mesma fica entre 2 a 4 m. A ação deste

concreto durante a fase de construção depende de muitos fatores tais como

resistência, densidade, tipo de agregado, trabalhabilidade durante o lançamento, etc.

Isto mostra, portanto, a grande dificuldade de se prever com clareza o

comportamento exato da laje composta, quando a mesma for submetida a

acréscimos de carregamento ao longo do tempo.

Figura 5 – Esquema da laje com fôrma de aço incorporada.

28

Fonte: Vieira (2003).

Figura 6 – Vista geral de uma laje com o “steel deck”, apoiada sobre viga de aço.

Fonte: Metform (2008).

É de grande importância para a construção mista que exista uma boa aderência

entre o concreto e a chapa de aço. A ausência de aderência gera um deslizamento

29

entre os dois materiais fazendo com que ambos trabalhem de forma isolada, alem de

impossibilitar a transferência de esforços.

As mossas (“embossments”), figura 7 ou dispositivos similares de conexão ao

esforço cisalhante, perfilados nas reentrâncias e saliências do perfil metálico,

permitem que o concreto endurecido e a forma de aço atuem conjuntamente para

formar a laje composta.

Figura 7 – Mossas (reentrâncias) distribuídas pela chapa.

Fonte: Eurocode 4

As características das mossas influem bastante na resistência ao cisalhamento

horizontal do sistema, sendo comum cada fabricante desenvolver um padrão próprio.

O comportamento estrutural do sistema composto é influenciado grandemente pelo

concreto que forma a maior parte da laje. Este concreto deve resistir aos esforços de

compressão e cisalhamento vertical. Usualmente a sua resistência característica à

compressão (fCk) e igual ou superior a 20 MPa. A tela soldada, posicionada nas duas

direções da laje, é colocada para controlar as fissuras decorrentes do processo de

retração do concreto e da variação de temperatura. A armadura negativa é

normalmente colocada em locais onde haja continuidade da laje, existindo, portanto

regiões de momento negativo.

2.2.3 Verificação da laje mista aos estados limites últimos

30

A normalização atual da laje composta prevê que o modo de ruptura mais verificado

experimentalmente é o cisalhamento longitudinal entre a fôrma de aço e o concreto,

caracterizado pelo deslizamento relativo entre os dois materiais, conforme mostra a

Figura 8, seção crítica II (Eurocode 4, 1990). Os estados limites que devem ser

verificados são baseados nos seguintes modos de colapso:

Figura 8 – Ilustração de possíveis seções críticas.

Fonte: EUROCODE 4 (1990).

- seção critica I – flexão: resistência ao momento fletor. Este estado limite

pressupõe interação completa entre a fôrma e o concreto e pode ser critico se o vão

de cisalhamento for suficientemente grande.

- seção critica II – cisalhamento longitudinal: a carga máxima na laje é

determinada pela resistência ao cisalhamento longitudinal, não sendo possível

atingir-se a resistência ultima ao momento fletor.

- seção critica III – cisalhamento vertical: este limite pode ser critico

somente em casos especiais, por exemplo, em lajes espessas de vão curto, sujeita a

cargas elevadas.

2.2.4 Comportamento da laje ao aumento de carga

31

Figura 9 - Relações de carga x deflexão do vão central da laje composta.

Fonte: WRIGHT (1990).

Segundo Wright (1990), é possível estabelecer através de testes laboratoriais um

padrão de comportamento de uma laje típica sujeita a um aumento progressivo de

carga até sua ruptura, conforme mostra a Figura 9, sendo este padrão descrito

sucintamente a seguir:

Para pequenos carregamentos (Figura 9: fase a) a laje composta age teoricamente

como uma viga, com a linha neutra posicionada geralmente na porção de concreto

perto do topo da seção, Este comportamento continua até que a tensão no concreto

encontre sua tensão de ruptura.

O segundo estágio de comportamento ocorre com o início da ruptura (Figura 9: fase

b). As fissuras podem ser inicialmente micros fissuras, mas depois que isso ocorre, o

concreto diminui sua capacidade de tração e esta zona fissurada não faz mais parte

do momento resistente da laje. Como resultado, a linha neutra move-se para cima.

Este comportamento apresenta certo grau de não linearidade; contudo, na prática,

isto é muito pequeno, sendo normalmente ignorado na maioria dos métodos de

análise.

32

Um outro aspecto deste estágio é a transferência de cisalhamento no concreto

fissurado e entre o concreto e a fôrma de aço. De fato, pode-se observar que os

próximos estágios de comportamento da laje são dominados pela diminuição da

resistência ao cisalhamento. Como o concreto na zona de tração fissura, sua

capacidade de transferir cisalhamento diminui e o cisalhamento total sobre a seção é

redistribuído para o concreto não fissurado acima da linha neutra e também para o

perfil de aço.

Como resultado, a capacidade da seção ao cisalhamento é reduzida e ocorrem

deformações de cisalhamento. Pode-se deduzir então que a zona de tração no

concreto e o perfil de aço ganham urna parte substancial do carregamento

cisalhante. Embora este cisalhamento seja transferido pelo entrelaçamento dos

agregados do concreto, o esforço cisalhante longitudinal complementar pode ser

transferido pela interface entre a fôrma de aço e o concreto. Além do mais, as

ligações químicas formadas pela pasta de cimento com a fôrma de aço são

surpreendentemente fortes e adequadas para transferir este cisalhamento (Figura 9:

fase c).

Quando os carregamentos sobre a laje aumentam, as mossas são acionadas no

sentido de transferir mais e mais cisalhamento. Isto pode causar algum

escorregamento entre os materiais (Figura 9: fase e), com o concreto tendendo a

romper os dispositivos de conexão.

Crisinel et al. (1992) identificaram dois tipos de colapso. O primeiro, um colapso

frágil, ocorre quando as mossas ainda podem transferir pequenas cargas, que levam

ao rompimento da laje logo depois que as ligações químicas entre o aço e o concreto

se rompem.

O segundo, um colapso dúctil, ocorre quando as mossas continuam a transferir

cisalhamento mesmo depois que as ligações químicas entre o aço e o concreto

tenham se rompido.

Entretanto, segundo Wright (1990), o comportamento deste tipo de laje na fase de

colapso é relativamente imprevisível, mesmo com o uso de testes laboratoriais.

33

Segundo ele, depois que as mossas são requisitadas a trabalhar em sua capacidade

máxima, a análise do seu comportamento envolve deformações plásticas

consideráveis. Isto dependerá essencialmente da análise da extensão das fissuras

na zona de tração do concreto. Embora estas fissuras possam ocorrer em níveis de

carregamento relativamente baixos, a exata extensão das mesmas é de difícil

detecção.

Adicionalmente, mesmo que a largura da seção fissurada possa variar ao longo do

comprimento da laje, o seu efeito é pequeno em comparação com o comportamento

geral da peça.

Além do mais, as fissuras no concreto e o escorregamento entre o concreto e o aço

podem apresentar deformações cisalhantes relativamente grandes, a qual pode

influenciar grandemente o comportamento geral da laje. A quantificação da

deformação por cisalhamento é dependente da extensão das fissuras, da largura das

mesmas e da rigidez da transferência longitudinal de cisalhamento entre o concreto

e a fôrma de aço.

Em conseqüência disto, uma hipótese razoável e conservadora é a de que a laje

composta possa se comportar como uma viga prismática e que a tração no concreto

não é considerada no cálculo da flexão. Portanto, uma conservadora descrição da

análise linear elástica do comportamento da laje composta, deve permanecer

aproximadamente entre as fases (c) e (d) da Figura 9.

As normas de cálculo atuais ASCE (1992), Eurocode 4 (1992), BS 5950 Parte 4

(1994) e a norma brasileira NBR 14323 (1999) mostram que os procedimentos para

análise do comportamento da laje composta são baseados em equações derivadas

empiricamente. As mesmas prevêem dois métodos de verificação, ambos

dependentes de ensaios experimentais: o método m-k e o método da interação

parcial. Estes métodos empíricos dependem de testes individuais para cada tipo de

perfil de aço a ser utilizado, Uma alternativa aos ensaios experimentais foi

apresentada por Wright (1990), onde descreveu o sistema de lajes “steel deck”

através de um modelo de folhas poliédricas. A descrição deste modelo é feita a

seguir.

34

2.2.5 O modelo de folhas poliédricas de Wright

Uma seção transversal típica representativa do modelo em folhas poliédricas

apresentado por Wright (1990) pode ser vista na Figura 10.

Figura 10 - Modelagem da laje composta Steel Deck em folhas poliédricas.

Fonte: Adaptado de Wright (1990).

A ação principal de flexão na laje composta é registrada por um par formado pela

compressão do concreto e tensão no aço. A resistência ao cisalhamento, embora

sendo uma parte essencial do esforço na laje apresenta menor efeito na rigidez

global do que o par de momentos. Conseqüentemente, o sistema de lâminas

mostrado na Figura 10, foi concebido para separar a ação principal de flexão da

ação do cisalhamento.

Através desta hipótese o modelo de Wright (1990) assume que o componente

estrutural pode ser descrito por folhas poliédricas. Em outras palavras, a porção de

concreto não fissurada é assumida como uma placa fina e a porção em chapa

dobrada como uma associação de lâminas contendo o estado piano de tensão e de

flexão de placas finas. Duas lâminas verticais (“dummy elements”) contendo apenas

o estado plano de tensão são utilizadas para a ligação entre o concreto e o aço.

35

Adicionalmente, estas lâminas verticais são usadas para o estudo do efeito das

tensões de cisalhamento no contato aço-concreto e na influência do escorregamento

na capacidade, portanto, o modelo apresentado utiliza a superposição dos estados

de flexão de placas finas e estados planos para a formação de um sistema de

equações final. Este modelo foi utilizado por Wright para analisar os resultados de 32

testes laboratoriais.

Dentro deste contexto, uma aplicação potencial da formulação desenvolvida no

presente trabalho, é tratar a modelagem numérica da laje composta, através da

adoção de folhas poliédricas por sub-regiões do Método Direto dos Elementos de

Contorno.

Contudo, é preciso tecer antecipadamente algumas hipóteses e considerações a

respeito das propriedades individuais das folhas poliédricas (macro-elementos) a

serem consideradas.

2.2.6 Propriedades mecânicas de uma seção composta

As propriedades mecânicas dos materiais utilizados na laje composta “steel deck”,

têm importância fundamentai na análise deste elemento estrutural. Neste sentido é

preciso lembrar que pelo modelo descrito por Wright (1990), assume-se que na laje

composta submetida à flexão, a parte do concreto que está submetido à tração

encontra-se fissurada. Para quantificar a hipótese de que parte do concreto na laje

está fissurada, utilizam-se os conceitos de seção composta transformada

apresentado pela ASCE (1992), Uma das propriedades a serem determinadas para

a utilização dos conceitos de seção composta é a chamada razão modular.

Certas propriedades de uma seção composta aço-concreto podem ser determinadas

pelo método da seção transformada (“transformed section method”). Ao contrário das

especificações de concreto armado, onde uma barra de aço da armadura é

transformada em uma área equivalente de concreto, esta metodologia convenciona

que a laje de concreto da seção composta é equivalentemente transformada em aço.

Como resultado, a área de concreto é reduzida através do uso de uma largura de

36

laje igual a b/n, onde n = Es/Ec é a razão entre os módulos de elasticidade da fôrma

de aço e do concreto, respectivamente.

O módulo de elasticidade da fôrma de aço Es é adotado, normalmente, de acordo

com especificações do fabricante. O módulo de elasticidade do concreto E c pode ser

efetivamente calculado através da seguinte equação da ASCE:

Ec = w1,5 (0,043)√fck (MPa)

Onde w é a densidade do concreto em kg/m3 e fck é a resistência à compressão no

concreto em MPa.

A equação acima pode ser convertida aproximadamente para:

Ec = w1,5 (0,041)√fck (MPa)

A última equação mostra que Ec é aproximadamente 4% menor, quando comparado

com a equação anterior. Para um concreto com peso normal, a última equação

também pode ser escrita da seguinte forma:

Ec = 4600√fck (MPa)

Definidas as propriedades mecânicas dos materiais utilizados na laje composta, é

possível determinar a chamada razão modular. A Tabela 2 abaixo indica alguns

valores práticos usualmente utilizados do cálculo de uma seção composta.

37

Tabela 2 - Valores práticos para a razão modular

Razão modular fckn = Es/Ec (Mpa)

9 218 1/2 24

8 287 1/2 31

7 356 1/2 42

Fonte: ASCE (1992)

2.2.7 Profundidade da linha neutra de uma seção composta

No modelo descrito por Wright (1990), a ação principal de flexão é condicionada por

um par formado entre a compressão no concreto e a tensão no aço. Este princípio foi

aplicado ao modelo mostrado na Figura 10, onde um sistema de lâminas foi

idealizado para separar a ação de flexão e a ação de cisalhamento. As lâminas

horizontais representam a ação de flexão e as lâminas verticais a ação de

cisalhamento. É assumido que a maioria do concreto da parte (racionada está

fissurado e o concreto remanescente está submetido à compressão somente. A

espessura do concreto submetido a compressão é dependente da profundidade da

linha neutra (N.A.). Conseqüentemente, o concreto em compressão pode ser

modelado como uma placa fina de mesma espessura, posicionada no meio da seção

de concreto não fissurada.

A linha neutra da laje composta está posicionada normalmente na área de concreto

acima do topo da fôrma de aço. A distância ycc, da fibra extrema de compressão do

concreto à linha neutra da seção composta transformada, pode ser determinada

usando-se a notação dada pela Figura 11.

38

Figura 11 - Seção composta típica.

Fonte: Adaptado de ASCE (1992).

Pela figura, segundo a ASCE (1992), C.G.S. é o centróide da seção transversal da

fôrma de aço, N.A. é a linha neutra da seção composta transformada, b é a largura

da laje, Bb é a largura da nervura inferior da fôrma, Cs é o espaçamento de cada

célula, d é a altura efetiva da laje, distância entre a fibra extrema de compressão do

concreto e o centróide da seção transversal da fôrma de aço, dd é a altura total do

perfil de aço, h é a altura total da laje composta, hc é a altura de concreto sobre o

topo das nervuras da fôrma de aço, Wr é a largura média da nervura inferior, ycs é a

distância entre a linha neutra da seção composta ao centróide da fôrma de aço e ysb,

é a distância entre o centróide e a parte inferior da fôrma de aço.

A distância da fibra extrema de compressão é calculada da seguinte forma: quando

ycc é igual, ou menor que a altura do concreto, há sobre a parte superior das

nervuras da forma de aço, isto é, ycc ≤ hc, então (ASCE, 1992)

Ycc = d {[2ρn + (ρn)2] ½ - ρn}

Se ycc > hc, utiliza-se ycc = hc. Em (equação acima), p = As/bd é a razão de reforço

entre a área As da fôrma de aço e a área efetiva de concreto (bd), n = E s/Ec é a razão

modular, Es é o módulo de elasticidade da fôrma de aço e Ec é o módulo de

elasticidade do concreto.

39

A referida equação é baseada nos conceitos de seção de concreto armado

transformada, utilizando as hipóteses apresentadas pela ASCE (1992). O seu

desenvolvimento é baseado no conceito de que a parte de concreto submetida à

tração está fissurada.

Acredita-se que em um futuro próximo, estes elementos estruturais sejam menos

dependentes do estudo experimental e que se possa fazer uso dos resultados

obtidos neste trabalho.

2.2.8 Módulo de cálculo da capacidade de carga da fôrma

Exemplo de calculo de capacidade de carga em forma de laje MF-75 de espessura

0,8 mm, aço ZAR-280 com fy 280 Mpa, com altura total de 150 mm, sendo 75 mm da

forma mais 75 mm do concreto acima da forma. Considerando fck = 25Mpa o vão

isostático é de 3,50 m.

Figura 12 - Seção transversal da laje

Fonte: Deliberato, C. (2006)

- Verificação do momento fletor:

Mn = Npa (dp – 0,5a) onde Npa = Ap. fyp/1,15

Considerando Ap = 11,12 cm² (vide anexo-B) considerando 1,0 m de largura, fyp =

28,00 kN/cm², temos:

Npa = 11,12x28,00/1,15 = 270,75 kN

75 mm

75 mm

40

dp = Distancia de face superior da laje ao centro de gravidade da área efetiva da

forma, e neste caso é = 112,50 mm (fabricante)

a = espessura do bloco de concreto = Npa/(0,85fcdxb)

onde: b = largura considerada da laje = 100 cm

fcd = fck/1,40 = 25,00/1,4 = 1,79 kN/cm²

a = 270,75/0,85x1,79x100,00 = 1,78 cm < 7,50 cm - confirma que a linha está

acima da forma metálica.

Como: Mn – Npa (dp – 0,5a) = 270,75 x (11,25 – 0,50x1,78) = 2804,87 kN/cm

. ˙ . Mn = 28,05 kNm como Md = ql2/8 ------- 28,05 = q (3,50)2/8 ---------

q = 42,95 kN/m²

2.2.9 Descrição dos elementos utilizados no sistema de laje “steel deck”

2.2.9.1 Chapa metálica trapezoidal

“Steel deck” é uma laje mista constituída por uma capa de concreto e um conjunto de

chapas de aço conformadas a frio, em geral com perfil no formato trapezoidal. As

chapas utilizadas nas fôrmas são de pequena espessura, que variam de 0,80 mm a

1,25 mm, normalmente revestidas com zinco em ambos os lados, ou poderá ser

utilizado uma pintura por processo eletrostático na face inferior, para garantir a sua

fixação, passando por uma estufa de polimerização (promovendo a cura da tinta). A

geometria da seção e as características do aço conferem elevada rigidez ao conjunto

de trapézios, possibilitando sua utilização como fôrma autoportante para a

concretagem da capa de compressão.

41

2.2.9.2 Dummy elements

Segundo Wright (1990), os elementos verticais (“dummy elements”) que fazem a

conexão das placas de concreto com as placas do perfil de aço transferem o

cisalhamento entre o concreto e o aço, conforme mostra a Figura 11. Para que esta

transferência aconteça, e para que esses elementos sejam equivalentes ao concreto

que representam, os mesmos necessitam possuir grande rigidez ao cisalhamento.

Como no modelo o concreto é considerado fissurado, a adoção exata das dimensões

e propriedades dos elementos verticais não é correta. Em outras palavras, os

elementos verticais de cisalhamento precisam possuir grande rigidez ao

cisalhamento combinado com uma baixa resistência à flexão. Sabe-se que em um

material elástico e isotrópico, a relação entre rigidez ao cisalhamento e rigidez à

flexão é dada pela lei de Hooke, ou seja:

G = E/2(1+ν)

Qualquer mudança no módulo de Young E do elemento vertical causará uma

mudança diretamente proporcional ao módulo de cisalhamento G. Infelizmente,

mudanças do módulo de Young causam mudanças na rigidez à flexão do elemento

vertical. Além disto, as mudanças no coeficiente de Poisson afetariam a rigidez ao

cisalhamento do elemento vertical. Todavia, neste caso, esta mudança afetará um

pouco a rigidez à flexão. No caso extremo, o coeficiente de Poisson pode ser feito

negativo.

Como os dois elementos verticais mostrados na Figura 10 possuem a mesma rigidez

ao cisalhamento, eles podem ser determinados através do equacionamento desta

rigidez, conforme mostra a Figura 11. Por exemplo, assumindo que o concreto seja

um material elástico, o seu módulo de cisalhamento é de aproximadamente 10000

N/mm2. Uma placa de concreto de largura b mm teria uma rigidez ao cisalhamento

de 10000 b N/mm. Usando a equação anterior, pode-se escrever que (Wright, 1990):

10000 b = G = E x 2h/2(1+ν)

42

2.2.9.3 Conectores

Para que exista um comportamento eficiente, uma correta interação entre ambos

torna-se preponderante os materiais aço-concreto, a qual é garantida por elementos

metálicos denominados de conectores, aplicados nas vigas de suporte. Os

conectores podem ser classificados em dois tipos, flexíveis e rígidos.

Neste artigo apenas são abordados os casos dos conectores flexíveis, ou seja,

aqueles que apresentam com comportamento dúctil, em particular os do tipo “pino

com cabeça” (“stud bolt”) e os conectores X-HVB da marca “HILTI”, pois de um modo

geral são os mais empregados na construção.

2.2.9.3.1 Conectores soldados – “stud bold”

Este tipo de conector é soldado à mesa superior do perfil metálico, através de uma

pistola automática ligada a um equipamento de soldagem (figura 12). O processo é

iniciado quando se encosta a base do pino ao material base (mesa superior do

perfil), quando então se aperta o gatilho da pistola, forma-se um arco elétrico

provocando consequentemente a fusão entre o material da base e o conector, onde

é diminuído em cerca de 5 mm ao ser soldado. De um modo geral, os conectores

soldados através das chapas são de 19 mm de diâmetro e de 75 mm a 150 mm de

altura, com uma cabeça de aproximadamente 28 mm de diâmetro, sendo o limite da

tensão de ruptura do material de 450 N/mm². Deverão ser respeitadas as seguintes

disposições construtivas, de acordo com o Eurocódigo 4 (1992):

I - As espessuras da mesa da viga de suporte não devem ser inferiores a

7,6mm (para conectores soldados de 19 mm). Este limite aumenta para diâmetros

superiores;

II - Os conectores devem sobressair 35 mm, acima da face superior da

chapa e devem ter um recobrimento mínimo de concreto, acima do topo do conector,

com cerca de 15 mm. Para impedir danos na chapa os conectores devem ser

colocados sobre linhas predeterminadas e marcadas sobre a chapa. A distância

entre o limite do conector e o limite da chapa, não deve ser inferior a 20 mm (devido

43

a esta limitação não é aconselhável usar vigas de suporte com mesas inferiores a

120 mm). A distância entre conectores não deve ser inferior a 95 mm na direção dos

esforços de cisalhamento, e 76 mm na direção perpendicular aos esforços de

cisalhamento;

III - A distância entre conectores não deve ser superior a 450 mm;

IV- Os conectores são colocados normalmente nas nervuras,

alternadamente, em alguns casos aos pares em cada nervura.

Figura 13 – Disposição dos conectores na obra.

Fonte: Eurocode 4

2.2.9.3.2 Conectores X-HVB marca “HILTI”

Os conectores da “Hilti” X-HVB são fixos por pregos zincados aos elementos da

estrutura. Este processo é realizado através de uma pistola que faz disparar tiros de

cartuchos de pólvora. Este sistema é rápido e econômico, por não haver a

necessidade da utilização de energia elétrica para o seu funcionamento. Permite

ainda que qualquer trabalhador com prática seja capaz de instalar os conectores

com máxima segurança e confiabilidade. Podendo ser empregados em condições

adversas (chuva, neve, condensação, etc.), pois em nenhuma circunstância diminui

a qualidade da fixação.

44

Para execução da aplicação dos conectores são necessários a pistola, os pregos, os

conectores e os cartuchos de pólvora como se pode observar na figura 14. Os

conectores do tipo Hilti X-HVB são em aço zincado de 3 µm, apresentando uma

resistência mínima à tração de 295 N/mm².. Os pregos tipo Hilti são em aço zincado

8 -16 mm e apresentam uma resistência mínima à tração de 2.000 N/mm². As

propriedades geométricas do conector e dos pregos estão indicadas em Saúde e

Raimundo (2006).

A escolha do tipo de cartucho é igual ao tipo de prego e depende da espessura da

chapa e da qualidade do aço da viga metálica onde se fixam os conectores. Uma vez

disparado, é necessário comprovar que o prego está saliente entre os 8,5 e 11 mm

sobre o conector.

Figura 14 – Colocação dos conectores hilti na obra e a pistola de aplicação.

Fonte: Eurocode 4

2.2.9.4 Armaduras

As armaduras utilizadas na construção de lajes mistas aço-concreto, normalmente

são do tipo em malha em forma quadrada e de pequeno diâmetro, exceto nos

grandes vãos, onde é necessário proceder ao cálculo de uma armadura superior (ver

figura 15). A malha é a mesma utilizada nas lajes treliçadas.

45

Figura 15 – Disposição construtiva.

Fonte: Eurocode 4

A armadura atua principalmente na direção normal das vigas e cumpre as seguintes funções:

• Atua como uma armadura transversal que impede a fissuração ao longo do

alinhamento de conectores;

• Faz com que se obtenha uma resistência à flexão nos apoios da laje no caso da

ocorrência de fogo;

• Ajuda a reduzir a fissuração nos apoios;

• O controle a fissuração nos estados limites de serviço em lajes mistas é efetuado

pela chapa perfilada. Algumas fissuras sobre as vigas e apoios da laje podem

ocorrer, no entanto essas fraturas não afetam a durabilidade e o desempenho da

laje. No caso de ambientes agressivos as armaduras adicionais são imprescindíveis;

• Devem ser colocadas armaduras superiores em lajes de espessura reduzida a uma

distância de 20 mm, suportadas sobre a superfície superior da chapa. Na prática,

tendo em conta as sobreposições, a malha deve situa-se entre os 20 e os 45 mm da

face superior da chapa. A sobreposição deve ser no mínimo de 300 mm no caso de

malha leve e de 400 mm para malha pesada.

É necessária a colocação de armadura suplementar nos seguintes casos:

• Por resistência ao fogo, normalmente barras no fundo das nervuras;

• Armadura transversal na zona de conectores. Este reforço é apenas utilizado

quando os conectores são soldados;

• Reforço (barras adicionais) em aberturas de grande dimensão.

46

2.2.10 Vantagens e desvantagens da utilização de laje “steel deck”

2.2.10.1 Vantagens

Dentre as muitas vantagens do uso de laje com fôrma de aço incorporada,

destacam-se:

• a fôrma de aço substitui as armaduras de tração da laje, gerando economia de

tempo, material e mão de obra, uma vez que os serviços de corte, dobramento e

montagem das armaduras são eliminados do processo;

• elimina a utilização de fôrmas de madeira que constitui uma parcela significativa do

custo total de uma estrutura de concreto;

• reduz sensivelmente a necessidade de escoramento tornando o canteiro de obra

mais organizado reduzindo o tempo gasto com a montagem e a desmontagem dos

escoramentos e da retirada da fôrma;

• a fôrma de aço pode servir de plataforma de trabalho nos andares superiores e

proteção aos operários em serviço nos andares inferiores;

• as fôrmas de aço são leves facilitando o manuseio e instalação simplificando as

tarefas no canteiro de obra;

• o uso de fôrmas de aço facilita a execução das diversas instalações e a fixação de

forros falsos;

• o somatório das vantagens citadas anteriormente resulta em uma razoável

economia na construção reduzindo prazos, desperdício de materiais e mão de obra e

incrementando a qualidade do produto final.

2.2.10.2 Desvantagens

Como desvantagens:

I - é necessário maior nível de especialização do pessoal e devem existir

planos de montagem;

II - detalhamento de aspectos construtivos;

III - da resistência do aço sob ação do fogo.

47

Existem hoje medidas preventivas ao fogo, que permitem mitigar este fenômeno

através se sistemas de isolamento ou proteção, que por falta de espaço não são

abordados neste trabalho.

2.3 Critérios para a escolha da laje – Custo e Benefícios

As lajes quanto mais esbeltas, isto é, quanto menor for sua espessura, mais

econômica será. Existe um limite indicado pela verificação dos estados limites

últimos e de serviço. Embora seja possível se construir lajes com pequena

espessura que atendam estas condições, o desconforto para o usuário é sensível ao

se caminhar sobre elas. A vibração pode caracterizar um estado limite de serviço,

embora este não seja um caso explicitamente indicado pela Norma.

Além disso, há que se atender às espessuras mínimas indicadas pela NBR

6118:2003. Existem diferentes tipos de lajes para projeto a ser executado, mas, não

basta apenas pensar na economia e praticidade na execução, deve-se levar em

consideração qual a laje que melhor se adapta ao projeto, para que se evitem

problemas patológicos futuros.

2.3.1 Ações atuantes nas lajes

Antes de se fazer a escolha da altura e da armadura de uma laje é necessário que

se conheçam as ações que nela atuarão. As ações verticais que podem atuar sobre

uma laje são:

q – carga acidental;

g1 - carga permanente estrutural;

g2 – sobrecarga permanente (revestimento do forro e pisos).

Os valores destas cargas são obtidos pela tabela 3 a seguir, que é fornecida pela

norma NBR 6120:1980.

48

Tabela 3 - Valores mínimos das cargas verticais para edificações.

Local Carga (kN/m²)Residências - dormitório, copa, cozinha e banheiro 1.5 kN/m²Forros não destinados a depósitos 0.5 kN/m²Dispensa, área de serviço, lavanderia e dependências de escritório 2.0 kN/m²Compartimentos destinados a reuniões ou ao acesso público 3.0 kN/m²Compartimentos destinados a bailes, ginástica ou esportes 5.0 kN/m²Escadas, corredores e terraços com acesso ao público 3.0 kN/m²Escadas, corredores e terraços sem acesso ao público 2.0 kN/m²Lojas 2.0 kN/m²

Fonte: NBR 6120:1980

2.3.1.1 Carga Acidental

As cargas acidentais são aquelas que podem variar sobre a estrutura em função do

seu uso, (pessoas, móveis, etc.).

No caso de habitações residenciais a NBR6120 determina que a sobrecarga adotada

seja igual a 1,50 kN/m² para ambientes tais como: dormitórios, sala, copa, cozinha e

banheiro e 2,50 kN/m² para os ambientes como: dispensa, área de serviço e

lavanderia.

2.3.1.2 Carga Permanente

A carga permanente no caso das lajes é constituída pelo peso próprio da estrutura e

por todas as cargas fixas, o qual depende da área por metro quadrado, e do peso

específico do material. Para o concreto armado seu valor é dado como γc = 25

kN/m³.

No caso dos perfis metálicos o peso próprio é função da área da seção transversal,

do comprimento linear da peça e do peso específico do material cujo valor é, γs =

78,50 kN/m³.

2.3.1.3 Sobrecarga permanente

49

Os carregamentos variam conforme o projeto e tornam-se permanentes em

conformidade estrutural (pisos, forros, alvenarias, etc.).

As alvenarias que atuam sobre as lajes são consideradas como sobrecarga

permanente, sendo o seu peso específico, γalv = 12kN/m³.

2.3.2 Determinação do tipo de laje

Para se determinar o tipo de laje a ser utilizada em cada edificação são necessários

que sejam analisados alguns critérios para que se possa fazer a escolha correta:

Altura da laje;

Vãos teóricos;

Vigas: No caso das lajes maciças as limitações dos vãos, conduzem a uma maior

quantidade de vigas. E esta quantidade de vigas faz com que a produtividade

construtiva da obra fique prejudicada;

Fôrmas e escoras: O grande consumo de fôrmas e o tempo excessivo para a sua

construção, gerando um custo elevado, são fatores que desestimulam a sua

execução;

Aço: O aço é o metal mais utilizado nas lajes, através das barras, fios trefilados, telas

soldadas e de estuque, arame recozido e pregos. O uso do aço na construção civil

tem aumentado a cada ano no Brasil. Entre 1999 e 2007, o consumo aparente de

aços planos e longos destinados ao setor subiu de 7,56% para 11,78%. (MEICOL,

2008).

Paredes: No caso das lajes pré-moldadas, quanto tiver parede a sustentar deve-se

utilizar material com um menor peso específico possível e a parede dever ser

apoiada na posição transversal às nervuras e nunca ao longo das nervuras. Outra

alternativa é a parede de meio tijolo para que a largura da parede seja a largura da

parede mais o revestimento. Já as lajes treliçadas e “steel-deck”, admitem o

emprego de paredes de alvenaria sobre elas, sem qualquer vigamento extra;

50

Concreto: Nas lajes pré-moldadas há um baixo consumo de concreto devido aos

elementos de enchimento que ocupam grande parte destes tipos de lajes.

Dentre todos os itens pautados acima, destacamos a seguir, as vantagens de

utilização do aço na construção civil, segundo o CBCA - Centro Brasileiro da

Construção em Aço (2008):

- Liberdade no projeto de arquitetura: A tecnologia do aço confere aos

arquitetos total liberdade criadora, permitindo a elaboração de projetos arrojados e

de expressão arquitetônica marcante.

- Precisão construtiva: Enquanto nas estruturas de concreto a precisão é

medida em centímetros, numa estrutura em aço a unidade empregada é o milímetro.

Isto é garantido através de pré-fabricação e montagem na fábrica, levando em níveis

mais atraentes de qualidade, custo, rapidez e economia. Uma estrutura

perfeitamente aprumada e nivelada facilita atividades como o assentamento de

esquadrias, instalação de elevadores, bem como redução no custo dos materiais de

revestimento.

- Maior área útil: As seções dos pilares e vigas de aço são substancialmente

mais esbeltas do que as equivalentes em concreto, resultando em melhor

aproveitamento do espaço interno e aumento da área útil, fator muito importante

principalmente em garagens.

- Flexibilidade: O material oferece a possibilidade de reabilitação e utilização

para construção de áreas anteriormente consideradas ruins ou inadequadas para

suportar edificações convencionais. A estrutura em aço mostra-se especialmente

indicada nos casos onde há necessidade de adaptações, ampliações, reformas e

mudança de ocupação de edifícios. Além disso, torna mais fácil, a passagem de

utilidades como água, ar condicionado, eletricidade, esgoto, telefonia, informática,

etc.

- Compatibilidade com outros materiais: O sistema construtivo em aço é

perfeitamente compatível com qualquer tipo de material de fechamento, tanto vertical

como horizontal, admitindo desde os mais convencionais (tijolos e blocos, lajes

51

moldadas in loco) até componentes pré-fabricados (lajes e painéis de concreto,

painéis "dry-wall", etc).

- Racionalização de materiais: Numa obra por meio de processos

convencionais, o desperdício de materiais pode chegar a 25% em peso. A estrutura

em aço possibilita a adoção de sistemas industrializados, fazendo com que o

desperdício seja sensivelmente reduzido.

- Alívio de carga nas fundações: O aço oferece excelente relação entre peso

e resistência e desempenho mecânico, reduzindo a massa total da construção,

tornando-a quase 50% mais leve em relação a materiais convencionais. A redução

de massa tem impacto técnico e econômico sobre fundações, guindastes, manuseio

e portabilidade e significa menor transporte de materiais. Por serem mais leves, as

estruturas em aço podem reduzir em até 30% o custo das fundações.

- Economia de tempo e custos: A fabricação da estrutura, em paralelo com a

execução das fundações, garante a possibilidade de se trabalhar em diversas frentes

de serviços simultaneamente. Com a diminuição de formas e escoramentos, a

montagem da estrutura não é afetada pela ocorrência de chuvas, contribuindo para

reduzir em até 40% o tempo de execução, quando comparado com os processos

convencionais. Com isso, se reduz os custos de financiamento e despesas

relacionadas a reparos e reclamações a ser considerados quando do cálculo do

custo total da operação.

- Garantia de qualidade: A fabricação de uma estrutura em aço ocorre dentro

de uma indústria e conta com mão-de-obra altamente qualificada, o que dá ao cliente

a garantia de uma obra com qualidade superior devido ao rígido controle existente

durante todo o processo industrial.

- Antecipação do ganho: Em função da maior velocidade de execução da

obra haverá um ganho adicional pela ocupação antecipada do imóvel e pela rapidez

no retorno do capital investido.

- Organização do canteiro de obras: Como a estrutura em aço é totalmente

pré-fabricada, há uma melhor organização do canteiro devido entre outros à

52

ausência de grandes depósitos de areia, brita, cimento, madeiras e ferragens,

reduzindo também o inevitável desperdício desses materiais.

- Mais segurança no trabalho: O aço contribui para reduzir o risco de

acidentes no canteiro de obras, uma vez que a maior parte do trabalho é

previamente feita na fábrica ou oficina. O ambiente limpo com menor geração de

entulho, também oferece melhores condições de segurança ao trabalhador.

Ainda, quanto maior a utilização do aço, maior a contribuição para o meio ambiente,

pois o aço é material totalmente reciclável.

2.3.3 Vãos teóricos

O vão teórico ou efetivo das lajes e placas é o valor da distância entre os apoios que

deve ser empregado no processo de análise em cada direção.

As lajes maciças não podem vencer grandes vãos devido ao seu peso próprio. É

usual adotar-se vãos entre 3,5 m e 5,0 m. Ao contrário das lajes nervuradas que

podem vencer maiores vãos.

2.3.4 Fôrmas e escoras

A utilização de fôrmas e escoras em lajes com vigotas pré-moldadas além de mais

econômica é a mais prática para as construções unifamiliares. Os blocos de

enchimento se apóiam sobre as nervuras, formando um plano que serve de fôrma

para a concretagem da capa, dispensando o uso das fôrmas de madeira. O pouco

tempo necessário para a sua execução, aliado ao baixo consumo de fôrmas e

escoramento, torna a obra um pouco mais limpa, facilitando os deslocamentos por

seu interior.

É importante lembrar que durante a concretagem das lajes pré-fabricadas, a mesma,

está sujeita a diversos esforços oriundos do peso próprio das vigotas pré-moldadas,

dos elementos de enchimento, dos operários e durante a concretagem também tem

que resistir ao peso dos equipamentos e o peso do concreto, que ainda não foi

espalhado formando concentrações de carregamento em algumas regiões. E para

53

que a laje suporte todos estes esforços é necessário que se façam escoramentos

apoiados sobre base firme.

2.3.5 A laje sobre análise térmica

Segundo estudo de Fakury et al. (2004), com relação a um incêndio, observou-se

que para temperaturas de até 700º C, as vigas mistas recebem a carga da laje e,

1100° C trabalhando isoladas, têm condições de resistir à totalidade da mesma. Mas

à medida que a temperatura aumenta, ocorre uma transferência percentual da

capacidade de resistência das vigas para a laje, ou seja, quanto maior a temperatura

do aço, menor é a carga suportada pelas vigas e maior a suportada pela laje.

Desta forma Fakury et al. (2004) estimou que a economia obtida com proteção

contra incêndio (custo do material aplicado), pelo fato das vigas internas ficarem sem

proteção, seja da ordem de 35%. E o autor declara:

“É interessante notar que aumentando a área da tela de aço pré-fabricada e/ou a altura da laje mista e/ou a inércia dos perfis de aço das vigas, seria possível estabelecer painéis com as vigas internas sem proteção de até 26,25 m por 9,30 m, reduzindo-se mais ainda o gasto com material de proteção térmica (estima-se uma redução de cerca de 50% no painel de 26,25 m por 9,30 m em relação ao que seria gasto caso fosse aplicado material de proteção térmica em todas as vigas)”. (p. 17).

A Figura 16 mostra a saída do programa “Thersys” para a laje mista, aplicado por

Fakury et al. (2004) com os resultados da análise térmica em escala de cores.

Figura 16 - Distribuição de temperatura na laje mista em escala de cores.

Fonte: Fakury et al. (2004).

54

Assim, podemos concluir que a laje “steel-deck” tende a ser mais vantajosa sob

todos os aspectos: financeiro, prático, oferece maior segurança quanto à

manipulação (trabalhadores), maior segurança quanto à construção por seu

completo enchimento e por ter como base placas compactas de aço, apresenta mais

rapidez na colocação,

55

3 ESTUDO DE CASO

3.1 Análise de custos comparativos entre as lajes

Para a composição dos custos, contou-se com a ajuda de renomadas empresas no

setor de execução de estruturas de concreto armado, com obras em várias regiões

de São Paulo. Pode-se ainda salientar a qualidade comprovada pelo recebimento do

certificado da ISO 9002 (serviços). Essas empresas constroem diversos edifícios,

tendo assim experiência em todas as alternativas apresentadas neste trabalho.

A metodologia adotada é à pesquisa orçamentária na colocação das lajes já com as

estruturas de vigamento executadas, pronta para o recebimento das mesmas nos

dois casos. Consideram-se implicitamente características como: mão-de-obra com

encargos sociais, tempo de execução, equipamentos necessários e materiais

consumidos.

De acordo com os dados obtidos, o serviço de concretagem (preparo, lançamento,

adensamento e cura) não apresenta diferenças significativas de preço entre os

elementos estruturais (laje, viga e pilar) e nem entre os diversos sistemas estruturais;

por isso o preço unitário por m³, é o mesmo.

O serviço de armação (dobramento de barras e colocação nas formas) geralmente é

empreitado em função da quantidade de aço (kg), por isso seu preço unitário

também não varia entre os elementos estruturais e nem entre os sistemas

estruturais. Já o item formas (preparo e montagem) caracteriza bem a diferença

existente entre os sistemas estruturais, variando seu preço unitário em função da

facilidade de execução.

O carregamento atuante sobre as lajes é constituído pelo seu peso próprio,

revestimentos, paredes de vedação e pelas ações variáveis decorrentes da

ocupação da edificação.

Para determinação sobre o preço de cada situação de projeto, considera-se a

analise sobre uma determinada situação, onde uma edificação com 150 m²

56

localizada na cidade de São Paulo, com laje no 2º. Piso a ser executada, com uma

sobrecarga de 250 kgf/m² (que são cargas permanentes e acidentais), de vão livre

de 3,50 m temos para cada caso a seguir:

1) - Laje treliça TRH-12 com cerâmica com sobrecarga 250 kgf/m² com

espessura de 16 cm.

Tabela 4 – Preço final da laje treliça com lajota de cerâmica

Quantidade por m²

Preço por m² (R$)

Preço da laje

31,86

Consumo de aço para armadura de distribuiçãoΦ 6,3 mm

0,25 kg 0,95

Consumo de aço para nervura de travamento e negativo φ 8,0 mm

0,40 kg 1,52

Escoramento para pé direito de até 4,00 m 1,00 pç 6,00

Consumo de concreto fck 25 Mpa (bombeado)

0,067 m³ 16,67

Mão de obra para montagem das escoras, das lajes e concretagem

1,00 unid. 21,00

Total geral 78,00

Fonte: o Autor – cotação com fabricantes

2) – Laje treliça TRH-12 com EPS com sobrecarga 250 kgf/m² com

espessura de 16 cm.

57

Tabela 5 – Preço final da laje treliça com lajota em EPS

Quantidade por m²

Preço por m² (R$)

Preço da laje

32,44

Consumo de aço para armadura de distribuiçãoΦ 6,3 mm

0,25 kg 0,95

Consumo de aço para nervura de travamento e negativo φ 8,0 mm

0,25 kg 0,95

Escoramento para pé direito de até 4,00 m 1,00 pç 6,00


0,073 m³ 18,25


1,00 unid. 19,80

Total geral 78,39


3) – Laje mista “steel deck” ASTM A653 grau 40 (ZAR 280),(ANEXO-B)

com revestimento de zinco tensão de escoamento de 280 Mpa com 0,8 mm com

sobrecarga de 400 kgf/m² espessura de 13 cm sem escoramentos

58

Tabela 6 –Preço final da laje mista aço-concreto “steel deck”l

Quantidade por m²

Preço por m² (R$)

Preço da laje

73,20

Consumo de aço para armadura de distribuição Φ 6,3 mm 0,25 kg 0,95Consumo de aço para nervura de travamento e negativo φ 8,0 mm

0,25 kg 0,95

Escoramento para pé direito de até 4,00 m


0,09 m³ 22,50


1,00 unid. 16,70

Total geral 114,30


Para a escolha do resultado final, foi levado em linha de conta, principalmente o

custo de cada solução, más também a rapidez e facilidade de execução, o peso

próprio, a deformidade e a facilidade de montagem de instalações da laje.

Não é válida a simples comparação dos dois sistemas construtivos, pois existem,

para cada tipo de construção, vantagens no uso de laje mistas e treliçada. Não

deveria existir uma mentalidade competitiva, mas sim a de se tirar proveito do melhor

de cada um dos sistemas, podendo ainda as soluções mistas, serem as mais

proveitosas, onde cada material é adequadamente utilizado num trabalho conjunto.

No caso de edifícios, onde mais se insiste em comparações, é quase impossível

afirmar "a priori", que a laje “steel deck” seja melhor ou pior que a de treliça. Cada

caso deverá ser examinado tecnicamente, visando o satisfatório resultado de custo-

benefício.

59

A tendência na área de construção é de aumentar a utilização das estruturas

metálicas, ainda carente no Brasil por um fato cultural e histórico. Hoje em dia, a

mentalidade está mudando, especialmente por parte dos arquitetos, que são sempre

os grandes aliados dos sistemas construtivos.

3.2 Exemplo prático de colocação de laje “steel deck”

Segundo publicação da Revista Téchne (2007), fora observada algumas etapas da

execução da laje de um grande shopping de São Paulo, que foram numeradas os

passos para colocação da laje:

1) Antes de elevar as chapas, é necessário que a estrutura metálica esteja

totalmente executada. A montagem das chapas deve ser realizada de acordo com os

planos de execução. Para um espaçamento entre vigas de suporte superior a 2,5 m,

torna-se necessário escoramento durante a concretagem e período de

endurecimento do concreto. É usual a necessidade de recortes e ajustes nos cantos

e no contorno de pilares, a fim de adaptar a laje à geometria da edificação. Uma vez

realizados todos os ajustes, os painéis devem ser fixados à estrutura por meio de

pontos de solda bujão ou solda tampão. A figura 17 visualiza o momento da

instalação da laje.

Figura 17 – Ilustração de instalação de laje “steel deck”.

Fonte: CBA, 2008.

60

2) Após o término da montagem da fôrma de aço, devem ser fixados os

conectores de cisalhamento. Esses conectores deverão ser soldados à viga, através

da fôrma de aço, com um equipamento de solda por eletrofusão. O conector mais

utilizado no sistema de lajes e vigas mistas é o tipo pino com cabeça (“stud bolt”). Os

conectores são colocados normalmente nas nervuras, alternadamente, em alguns

casos aos pares, como mostrado na figura 18.

Figura 18 – Fixação de conectores de cisalhamento.

Fonte: CBA, 2008.

3) Concluídas a montagem, a fixação da fôrma e a instalação dos

conectores de cisalhamento, pode-se dar início à instalação das armaduras

adicionais das lajes. Como regra, utiliza-se armaduras em malha quadrada e de

pequeno diâmetro, (como detalhado no capítulo 2.2.9.4), exceto em grandes vãos,

onde é necessário proceder ao cálculo de uma armadura superior. Na figura 19

temos uma idéia da colocação dessas armaduras.

61

Figura 19 – Colocação de armaduras.

Fonte: CBA, 2008.

4) Parte-se, então, para o lançamento do concreto por meio de bomba,

figura 20. A saída do concreto deve ser movimentada freqüentemente e

cuidadosamente para minimizar os problemas de acumulação em zonas críticas da

laje como, por exemplo, no meio do vão.

Figura 20 – Concretagem.

Fonte: CBA, 2008.

5) Como em toda concretagem, o tempo de cura deve ser respeitado

rigorosamente. O cobrimento mínimo definido em normas estrangeiras, bem como

na "NBR 14323 – Dimensionamento de Estruturas de Aço de Edifícios em Situação

62

de Incêndio" é de 50 mm de concreto acima do topo do “steel deck”. Para lajes de

piso, recomenda-se um cobrimento maior ou igual a 65 mm. A figura 21 ilustra parte

da laje, finalizada com acabamento.

Figura 21 – Finalização da concretagem.

Fonte: CBA, 2008.

3.3 Resultados alcançados

Assim, podemos concluir que a laje “steel-deck” tende a ser mais vantajosa, quando

se quer obter um resultado rápido e prático onde oferece maior segurança quanto à

manipulação (trabalhadores), maior segurança quanto à construção por seu

completo enchimento e por ter como base placas compactas de aço, apresenta mais

rapidez na colocação,

63

A seguir alguns exemplos de aplicação que utilizou o sistema de laje “steel-deck” MF

50 (ANEXO A):

Figura 22 - Caesar Park HotelFonte ABCEM (2008).

Local: Guarulhos - SPCliente: Inpar Construções e Empreendimentos Imobiliários LtdaÁrea total: 22.500 m2Nº de Pavimentos: 14 (o prédio é dividido em 3 asas com 14 pavimentos cada)Projeto Arquitetônico: Roberto CandussoCálculo Estrutural: Codeme Engenharia S.A.Gerenciamento e Construção: Inpar Construções e Empreendimentos Imobiliários LtdaFabricante das estruturas metálicas: Codeme Engenharia S.A.Perfis soldados com chapas: UsiminasSteel Deck: Metform S.A.

Figura 23 - Mondial Airport Business Hotel

Fonte ABCEM (2008).

Composto por dois Edifícios, um de Flats e Salas de Convençãoe outro um Hotel e Salas Comerciais / Serviços. Local: Guarulhos - SPÁrea total: 32.579 m2Nº de pavimentos: Flat: 22 pavimentos e Hotel: 27 Projeto Arquitetônico: Beatriz Ometto Moreno, KMD Kaplan McLaughlin Diaz e KOM Arquitetura e PlanejamentoCálculo Estrutural: Codeme Engenharia S.A.Gerenciamento e Construção: Setin Empreendimentos Imobiliários LtdaFabricante das estruturas

64

metálicas: Codeme Engenharia S.A.Aço empregado: ASTM-A36 Steel Deck: Metform S.A.

Figura 24 - Edifício New Century

Fonte ABCEM (2008).

Local: São Paulo - SPCliente: New Century LtdaÁrea total: 35.377 m2Nº de Pavimentos: 24 (115 metros de altura)Projeto Arquitetônico: Aflalo & Gasperini ArquitetosCálculo Estrutural: Codeme Engenharia S.A.Gerenciamento e fiscalização: Engineering S/AConstrução: Método Engenharia S/AFabricante das estruturas metálicas: CodemeEngenharia S.A.Perfis soldados com chapas: UsiminasSteel Deck: Metform S.A.

Figura 25 - Hospital Unimed Regional Maringá

Fonte ABCEM (2008).

Local: Maringá - PRCliente: Unimed Regional de MaringáÁrea total: 8.100 m2Peso: 305 toneladasCálculo Estrutural: Codeme Engenharia S.A.Gerenciamento: Unimed Regional de MaringáConstrução: Velmon Construções e Empreendimentos LtdaFabricante das estruturas metálicas: Codeme Engenharia S.A.

65

Perfis laminados: Gerdau Açominas; Perfis soldados com chapas: UsiminasSteel Deck: Metform S.A.Figura 26 - Tribunal de Justiça

Fonte ABCEM (2008).

Local: Betim - MGCliente: AP Engenharia e Arquitetura LtdaPeso: 180 toneladasCálculo Estrutural: Codeme Engenharia S.A.Execução da Obra: AP Engenharia e Arquitetura LtdaFabricante das estruturas metálicas: Codeme Engenharia S.A.Steel Deck: Metform S.A.Perfis soldados com chapas: UsiminasPerfis Laminados: Gerdau AçominasSteel Deck: Metform S.A.

66

4 CONCLUSÃO

Ao se avaliar o sistema estrutural de uma laje, não se deve levar em consideração

somente o consumo de materiais, e sim todos os aspectos pertinentes ao processo

construtivo, tais como: mão-de-obra, tempo de execução, recursos e materiais

necessários, para assim poder definir a laje adequada para determinada edificação.

Para uma avaliação mais completa, deve-se fazer, também, uma análise das

implicações que cada alternativa acarreta nas instalações, nas alvenarias e nos tipos

de forro.

No caso de se projetar a laje mista aço-concreto (“steel deck”) e laje treliçada, o

projetista deve verificar os materiais disponíveis na região de implantação da obra,

pois as mesmas são constituídas por diversos materiais.

A estrutura convencional com lajes mista aço-concreto apresentou o maior custo, e a

grande quantidade de vigas dificulta a execução e prejudica a arquitetura. O uso

desse sistema estrutural deve ser restringido a casos específicos.

Verificou-se que através de pesquisa bibliográfica que construções com lajes “steel

deck” têm menor prazo na entrega, logo menor custo indireto e por sua leveza,

permitiram a redução do peso da estrutura, empregabilidade na obra, por causa,

principalmente, da eliminação do uso de escoramentos. Outra característica

importante é que ela torna desnecessária a utilização de armadura positiva.

A principal desvantagem está nas chances de risco de corrosão.

Já as lajes treliçadas têm vantagens diretas sobre custo, facilidade de montagem,

etc., como foi visto na revisão bibliográfica.

Quanto ao material, o custo de uma laje “steel deck” pode estar em torno de R$

114,30, enquanto a laje treliça em torno de R$ 78,00, conforme tabela de

comparação.

67

Mesmo assim, a utilização do “steel deck” deve ser considerada, fazendo parte, pelo

menos, do processo de cotação de uma obra, dependendo das características do

empreendimento.

A estrutura convencional com lajes treliçadas nervuradas utilizando lajotas

cerâmicas, foi ligeiramente a mais econômica, apresentando uma redução de

31,76% em relação à alternativa com laje mista.

A estrutura convencional com lajes nervuradas utilizando lajotas cerâmicas

apresentou praticamente o mesmo resultado que as lajotas em isopor (EPS), isso

devido a sua leveza que facilita a instalação e consequentemente a redução do

custo com mão de obra, apesar do preço da laje ser superior a anterior.

Por fim, volta-se a repetir que a escolha do sistema estrutural depende de muitas

variáveis; algumas fogem da competência do engenheiro de estruturas, inclusive. Há

ainda o aspecto em que o projeto de arquitetura pode inviabilizar um determinado

sistema estrutural, devido a suas particularidades e imposições. Por isso, este

trabalho não tem a intenção de generalizar os resultados aqui apresentados, mas se

bem extrapolados podem auxiliar na estruturação de edifícios semelhantes.

A real vantagem entre uma e outra, sempre será encontrada de acordo com o tipo do

imóvel a ser construído.

68

5 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

ABCEM - Associação Brasileira da Construção Metálica. Figuras: 22, 23, 24, 25 e 26. Disponível em: < www.abcem.org.br/revista_materia.php?Codigo=457>. Acesso em: 20 de ago., 2008.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE CIMENTO PORTLAND. Figura 1. Disponível em: <http://www.tcoeste.com.br/trelica.htm#aplica>. Acesso em: 20 de ago., 2008.

ASCE 3-92. Standard for the Structural Design of Composite Slabs. American Society of Civil Engineers, Steel Deck with concrete standards committee of management group F, New York, 1992.

ASCE 7-88. Minimum Design Loads for Buildings and Other Structures. American Society of Civil Engineers, American National Standards Institute, New York, 1989.

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ANEXO A – ESPECIFICAÇÃO TÉCNICA DA CHAPA MF-50

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ANEXO B – ESPECIFICAÇÃO TÉCNICA DA CHAPA MF-75