Lajes Mistas... Luciano Carvalhais Gomes 2001
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UNIVERSIDADE FEDERAL DE MINAS GERAIS Escola de Engenharia
Departamento de Engenharia de Estruturas
ESTUDO DO SISTEMA DE LAJES MISTAS COM FRMA DE AO INCORPORADA EMPREGANDO CONCRETO
ESTRUTURAL LEVE
Dissertao apresentada como requisito parcial
para a obteno do grau de Mestre
em Engenharia de Estruturas
por
Luciano Carvalhais Gomes
Novembro de 2001
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UNIVERSIDADE FEDERAL DE MINAS GERAIS
ESCOLA DE ENGENHARIA PROGRAMA DE PS-GRADUAO EM ENGENHARIA DE ESTRUTURAS
"ESTUDO DO SISTEMA DE LAJES MISTAS COM FRMA DE AO INCORPORADA EMPREGANDO CONCRETO ESTRUTURAL
LEVE"
Luciano Carvalhais Gomes
Dissertao apresentada ao Programa de Ps-Graduao em Engenharia de Estruturas da Escola de Engenharia da Universidade Federal de Minas Gerais, como parte dos requisitos necessrios obteno do ttulo de "Mestre em Engenharia de Estruturas".
Comisso Examinadora: ____________________________________ Prof. Jos Mrcio Fonseca Calixto DEES/UFMG - (Orientador) ____________________________________ Prof. Armando Csar Campos Lavall DEES/UFMG ____________________________________ Prof. Arlene Maria Sarmanho Freitas UFOP
Belo Horizonte, 12 de novembro de 2001
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EPGRAFE
Aprender descobrir aquilo que j se sabe.
Fazer demonstrar que voc sabe.
Ensinar mostrar aos outros que eles sabem tanto quanto voc.
ANNIMO
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DEDICATRIA
Dedico este trabalho s pessoas mais importantes da minha vida:
Aos meus pais, Luiz e Lucinda, e s minhas irms Patrcia e
Joice por ajudarem-me a transpor os obstculos da vida, sempre
confiantes que dias melhores viro.
Claudia, pela companhia, amizade e carinho.
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AGRADECIMENTOS
Ao meu orientador, Prof. Jos Mrcio Fonseca Calixto, pela sua disciplina, organizao,
cooperao e disponibilidade de auxiliar-me com os seus preciosos conhecimentos na
realizao desta pesquisa.
METFORM S.A. e Central Beton Ltda. por viabilizarem o estudo atravs do
fornecimento dos materiais e da infra-estrutura necessria.
Aos engenheiros Roberval Pimenta, Rodrigo Monteiro, Cristina Belchior da
METFORM e Guilherme Gallo da Central Beton; aos funcionrios dos laboratrios de
estrutura da UFMG e da UFOP, pela ajuda fundamental durante as etapas de
instrumentao, concretagem e ensaio da pesquisa.
Ao meu amigo Marcus Vinicius Vidigal, pela ajuda durante a fase dos ensaios dos
corpos de prova de concreto.
FAPEMIG, FIEMG e METFORM S. A. pela bolsa de estudos recebida, dando
uma tranqilidade financeira para o perfeito andamento da pesquisa.
Deus por ter me dado a vida.
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RESUMO
O objetivo deste trabalho foi avaliar o comportamento e a resistncia de um sistema de
lajes mistas com frma de ao incorporada empregando concreto estrutural leve. Laje
mista com frma de ao incorporada consiste de uma laje tendo em sua face inferior
uma chapa de ao, via de regra, com mossas, que utilizada como frma permanente
capaz de suportar o peso do concreto antes de sua cura, alm das cargas de construo.
Aps a cura do concreto, os dois materiais combinam-se estruturalmente e a frma de
ao aproveitada como armadura positiva da laje. O concreto estrutural leve foi
produzido usando-se tcnicas convencionais, apenas substituindo-se o agregado grado
por argila expandida. Para o perfil metlico foi empregado o Steel Deck MF-75 da
METFORM S.A. Prottipos de diferentes dimenses foram fabricados e ensaiados em
laboratrio aps a cura do concreto na condio de simplesmente apoiados e submetidos
a um modo de carregamento simtrico. O estudo dos comportamentos carga x flecha
no meio do vo, carga x deslizamento relativo de extremidadee carga x deformao
no steel deck revelou um comportamento similar em relao s lajes mistas fabricadas
com concreto de densidade usual. A anlise comparativa com o sistema empregando
concreto convencional em termos do modo e carga de ruptura, incluindo, inclusive, o
clculo da capacidade resistente atravs do mtodo semi emprico m e k, mostrou
boa correlao entre os resultados obtidos nos dois casos.
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ABSTRACT
The results of an experimental investigation on the behavior and strength of one-way
single span composite slabs with ribbed decking and lightweight concrete are presented.
The lightweight structural concrete was produced employing conventional techniques
and substituting the coarse aggregate by expanded clay. Prototypes with different
dimensions were built with steel deck MF 75 manufactured by METFORM S. A . The
specimens were tested, after the concrete curing, in a simply supported condition with
two line loads equidistant of each support. The test results indicate a similar behavior in
comparison to composite slabs with normal weight concrete. Similar results were also
obtained with respect to failure mode and ultimate load capacity, including the
estimation of design loads through the semi-empirical m and k method.
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I
SUMRIO
LISTA DE TABELAS ...............................................................................................V
LISTA DE FIGURAS ................................................................................................VII
SIMBOLOGIA ..........................................................................................................XII
CAPTULO 1 - INTRODUO..............................................................................1
1.1 - Consideraes iniciais................................................................................1
1.2 - Justificativa da pesquisa.............................................................................4
1.3 - Objetivos ....................................................................................................5
1.4 - Descrio resumida dos captulos ..............................................................6
CAPTULO 2 - REVISO BIBLIOGRFICA .......................................................7
2.1 - Introduo ..................................................................................................7
2.2 - Reviso de literatura sobre lajes mistas estudos realizados no exterior........................................................................................................10
2.3 - Reviso bibliogrfica sobre lajes mistas estudos realizados no Brasil....14
2.4 - Reviso bibliogrfica sobre o concreto estrutural leve ..............................19
CAPTULO 3 - CARACTERIZAO E FABRICAO DOS PROTTIPOS ...27
3.1 - Introduo ..................................................................................................27
3.2 - Caractersticas gerais..................................................................................27
3.3 - Materiais utilizados ....................................................................................28
3.3.1 - Frma de ao ...........................................................................................28
3.3.2 - Concreto estrutural leve...........................................................................32
3.4 - Processo de execuo dos prottipos .........................................................42
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II
CAPTULO 4 - ENSAIOS DOS PROTTIPOS E INSTRUMENTAO ..........44
4.1 - Introduo ..................................................................................................44
4.2 - Aparato de carga.........................................................................................44
4.3 - Instrumentao ...........................................................................................46
4.3.1 - Carga aplicada .........................................................................................46
4.3.2 - Deslizamento relativo de extremidade ....................................................48
4.3.3 - Flecha no meio do vo.............................................................................49
4.3.4 - Deformaes no steel deck ..................................................................49
4.3.5 - Deformaes no concreto........................................................................51
4.4 - Procedimento dos ensaios ..........................................................................52
CAPTULO 5 - APRESENTAO E ANLISE DOS RESULTADOS ..............53
5.1 - Introduo ..................................................................................................53
5.2 - Apresentao dos resultados ......................................................................53
5.2.1 - Srie C .....................................................................................................53
5.2.2 - Srie E .....................................................................................................55
5.2.3 - Srie G.....................................................................................................56
5.3 - Anlise dos resultados................................................................................58
5.3.1 - Srie C .....................................................................................................58
5.3.2 - Srie E .....................................................................................................64
5.3.3 - Srie G.....................................................................................................69
5.4 - Resumo dos resultados de todos os prottipos...........................................74
CAPTULO 6 - ANLISE COMPARATIVA COM AS LAJES MISTAS FABRICADAS COM CONCRETO CONVENCIONAL ............75
6.1 - Introduo ..................................................................................................75
6.2 - Srie A x prottipo 1..................................................................................75
6.3 - Srie B x prottipo 2 ..................................................................................79
6.4 - Srie C x prottipo 7 ..................................................................................83
6.5 - Srie D x prottipo 8..................................................................................86
6.6 - Srie G x prottipo 5..................................................................................89
6.7 - Clculo da resistncia nominal ao cisalhamento longitudinal mtodo m e k..........................................................................................92
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III
6.7.1 - Prottipos fabricados com concreto leve empregando steel deck de espessura igual a 0,80 mm.......................................................................92
6.7.2 - Prottipos fabricados com concreto leve empregando steel deck de espessura igual a 1,25 mm.......................................................................96
6.7.3 - Prottipos fabricados com concreto leve e com concreto convencional empregando steel deck de espessura igual a 0,80 mm .........................99
6.7.4 - Prottipos fabricados com concreto leve e com concreto convencional empregando steel deck de espessura igual a 1,25 mm .........................101
6.8 - Resistncia de clculo ao cisalhamento longitudinal .................................104
CAPTULO 7 - CONCLUSES E RECOMENDAES .....................................107
7.1 - Introduo ..................................................................................................107
7.2 - Concluses .................................................................................................108
7.2.1 - Dosagem do concreto estrutural leve ......................................................108
7.2.2 - Propriedades mecnicas do concreto estrutural leve ...............................109
7.2.3 - Comportamento e resistncia das lajes mistas confeccionadas com concreto estrutural leve...........................................................................110
7.3 - Recomendaes para estudos futuros.........................................................111
REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS ......................................................................112
APNDICE A TABELA DE RESULTADOS ......................................................116
A.1 - Introduo..................................................................................................116
A.2 - Tabelas ......................................................................................................117
APNDICE B APRESENTAO GRFICA DOS RESULTADOS...................131
B.1 - Introduo..................................................................................................131
B.2 - Relao carga x flecha no meio do vo.....................................................131
B.3 - Relao carga x deslizamento relativo de extremidade ............................139
B.4 - Relao carga x deformao no steel deck................................................143
B.5 - Relao carga x deformao no concreto..................................................150
-
IV
APNDICE C CLCULO DA FLECHA TERICA ...........................................154
C.1 - Introduo..................................................................................................154
C.2 - Momento de inrcia da seo no fissurada..............................................154
C.3 - Momento de inrcia da seo fissurada.....................................................156
C.4 - Flecha terica ............................................................................................157
APNDICE D FOTOGRAFIAS ............................................................................158
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V
LISTA DE TABELAS
2.1 - Exigncias para concreto estrutural leve ASTM C 330................................20
3.1 - Caractersticas dos prottipos ..........................................................................28
3.2 - Dimenses e propriedades geomtricas por metro de largura do Steel Deck MF - 75 ..........................................................................................29
3.3 - Propriedades mecnicas da chapa utilizada na fabricao do Steel Deck MF - 75 ..........................................................................................30
3.4 - Massa especfica do concreto...........................................................................34
3.5 - Propriedades mecnicas do concreto ...............................................................38
3.6 - Anlise comparativa entre os resultados obtidos para o concreto estrutural leve e o concreto de densidade usual ..............................................................41
5.1 - Deformao correspondente ao incio do escoamento do ao da frma utilizada ............................................................................................................62
5.2 - Resumo dos resultados obtidos nos ensaios dos prottipos ............................74
6.1 - Dados geomtricos e resultados dos ensaios dos prottipos das sries A, B e G..................................................................................................93
6.2 - Resultados da anlise de regresso linear dos prottipos das sries A, B e G..................................................................................................94
6.3 - Dados geomtricos e resultados dos ensaios dos prottipos das sries C e D ......................................................................................................96
6.4 - Resultados da anlise de regresso linear dos prottipos das sries C e D ......................................................................................................97
6.5 - Dados geomtricos e resultados dos ensaios dos prottipos desta pesquisa (sries A, B e G), de MELO e de SILVA.........................................................99
6.6 - Valores de usV calculados atravs do m e k encontrado por MELO ..........100
6.7 - Dados geomtricos e resultados dos ensaios dos prottipos desta pesquisa (sries C e D), de MELO e de SILVA.............................................................102
6.8 - Valores de usV calculados atravs do m e k encontrado por MELO ..........103
6.9 - Valores nominais para os parmetros m e k.................................................104
7.1 - Composio dos traos utilizados e propriedades do concreto no estado fresco...............................................................................................109
A.1 - Resultados obtidos para o prottipo 1 Srie A...........................................117
-
VI
A.2 - Resultados obtidos para o prottipo 2 Srie A.........................................118
A.3 - Resultados obtidos para o prottipo 3 Srie B.........................................119
A.4 - Resultados obtidos para o prottipo 4 Srie B.........................................120
A.5 - Resultados obtidos para o prottipo 5 Srie C.........................................121
A.6 - Resultados obtidos para o prottipo 6 Srie C.........................................122
A.7 - Resultados obtidos para o prottipo 7 Srie D.........................................123
A.8 - Resultados obtidos para o prottipo 8 Srie D.........................................124
A.9 - Resultados obtidos para o prottipo 9 Srie E .........................................125
A.10 - Resultados obtidos para o prottipo 10 Srie E .........................................126
A.11 - Resultados obtidos para o prottipo 11 Srie F .........................................127
A.12 - Resultados obtidos para o prottipo 12 Srie F .........................................128
A.13 - Resultados obtidos para o prottipo 13 Srie G.........................................129
A.14 - Resultados obtidos para o prottipo 14 Srie G.........................................130
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VII
LISTA DE FIGURAS
1.1 - Formas tpicas de ligao em lajes mistas .......................................................3
2.1 - Esquema de carregamento adotado em vrias pesquisas .................................8
2.2 - Ensaios de continuidade da laje mista (a) Situao I (b) Situao II ...............18
3.1 - Caractersticas do perfil de ao utilizado .........................................................29
3.2 - Dimenses dos corpos de prova usados nos ensaios de caracterizao do ao do perfil metlico.......................................................................................30
3.3 - Relao tenso x deformao axial - espessura 0,80 mm................................31
3.4 - Relao tenso x deformao axial - espessura 1,25 mm................................31 3.5 - Detalhe da colocao dos transdutores axiais e transversal .............................37
3.6 - Detalhe do transdutor axial ..............................................................................37
3.7 - Detalhe do transdutor transversal.....................................................................37
3.8 - Relao tenso x deformao do Trao I Idade de 270 dias .........................39
3.9 - Relao tenso x deformao do Trao III Idade de 43 dias.........................40
3.10 - Relao tenso x deformao Concreto leve versus concreto normal ..........41
4.1 - Esquema de aplicao de carga utilizado nos ensaios .....................................45
4.2 - Detalhe da chapa de ao e da tira de borracha sob uma das linhas de carga....45
4.3 - Detalhe da chapa de ao e da tira de borracha sob a outra linha de carga .......46
4.4 - Detalhe da clula de carga utilizada nos ensaios ............................................47
4.5 - Detalhe do anel dinamomtrico utilizado nos ensaios.....................................47
4.6 - Detalhe da medida do deslizamento relativo de extremidade..........................48
4.7 - Detalhe da medida da flecha no meio do vo ..................................................49
4.8 - Localizao das sees transversais onde foram medidas as deformaes no steel-deck .................................................................................................50
4.9 - Detalhe da localizao dos extensmetros no steel-deck .............................50
4.10 - Detalhe da localizao dos extensmetros no concreto...................................51
5.1 - Fissuras observadas nos prottipos da srie A D ..........................................54
5.2 - Fissuras observadas nos prottipos das sries E e F ........................................56
5.3 - Fissuras observadas nos prottipos da srie G.................................................57
5.4 - Relao carga x flecha no meio do vo Srie C Prottipo 5......................58
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VIII
5.5 - Relao carga x flecha no meio do vo Srie C Prottipo 6......................59
5.6 - Relao carga x deslizamento relativo de extremidade Srie C Prottipo 5 ........................................................................................60
5.7 - Relao carga x deformao no steel deck Srie C Prottipo 5.................61
5.8 - Relao carga x deformao no concreto Srie C Prottipo 5...................63
5.9 - Relao carga x flecha no meio do vo Srie E Prottipo 9 ......................64
5.10 - Relao carga x flecha no meio do vo Srie E Prottipo 10 ....................64
5.11 - Relao carga x deslizamento relativo de extremidade Srie E Prottipo 9 ........................................................................................66
5.12 - Relao carga x deformao no steel deck Srie E Prottipo 9.................68
5.13 - Relao carga x deformao no concreto Srie E Prottipo 9...................69
5.14 - Relao carga x flecha no meio do vo Srie G Prottipo 13....................70
5.15 - Relao carga x flecha no meio do vo Srie G Prottipo 14....................70
5.16 - Relao carga x deslizamento relativo de extremidade Srie G Prottipo 14......................................................................................71
5.17 - Relao carga x deformao no steel deck Srie G Prottipo 14 ..............72
5.18 - Relao carga x deformao no concreto Srie G Prottipo 14 ................73
6.1 - Relao carga x flecha no meio do vo - Srie A x Prottipo 1 ......................76
6.2 - Relao carga x deslizamento relativo de extremidade Srie A x Prottipo 1........................................................................................77
6.3 - Relao carga x deformao na onda inferior do steel deck Srie A x Prottipo 1........................................................................................78
6.4 - Relao carga x deformao na onda superior do steel deck Srie A x Prottipo 1........................................................................................79
6.5 - Relao carga x flecha no meio do vo - Srie B x Prottipo 2 ......................80
6.6 - Relao carga x deslizamento relativo de extremidade Srie B x Prottipo 2 ........................................................................................81
6.7 - Relao carga x deformao na onda inferior do steel deck Srie B x Prottipo 2 ........................................................................................82
6.8 - Relao carga x deformao na onda superior do steel deck Srie B x Prottipo 2 ........................................................................................82
6.9 - Relao carga x flecha no meio do vo - Srie C x Prottipo 7 ......................83
6.10 - Relao carga x deslizamento relativo de extremidade Srie C x Prottipo 7........................................................................................84
6.11 - Relao carga x deformao na onda inferior do steel deck Srie C x Prottipo 7........................................................................................85
-
IX
6.12 - Relao carga x deformao na onda superior do steel deck Srie C x Prottipo 7........................................................................................85
6.13 - Relao carga x flecha no meio do vo - Srie D x Prottipo 8 ......................86
6.14 - Relao carga x deslizamento relativo de extremidade Srie D x Prottipo 8........................................................................................87
6.15 - Relao carga x deformao na onda inferior do steel deck Srie D x Prottipo 8........................................................................................88
6.16 - Relao carga x deformao na onda superior do steel deck Srie D x Prottipo 8........................................................................................88
6.17 - Relao carga x flecha no meio do vo - Srie G x Prottipo 5 ......................89
6.18 - Relao carga x deslizamento relativo de extremidade Srie G x Prottipo 5........................................................................................90
6.19 - Relao carga x deformao na onda inferior do steel deck Srie G x Prottipo 5........................................................................................91
6.20 - Relao carga x deformao na onda superior do steel deck Srie G x Prottipo 5........................................................................................91
6.21 - Resistncia ltima nominal ao cisalhamento longitudinal dos prottipos das sries A, B e G ...........................................................................................95
6.22 - Comparao das curvas de resistncia ltima nominal ao cisalhamento longitudinal dos prottipos das sries A, B e G e dos prottipos 1 a 6 (MELO)............................................................................................................96
6.23 - Resistncia ltima nominal ao cisalhamento longitudinal dos prottipos das sries C e D ................................................................................................97
6.24 - Comparao das curvas de resistncia ltima nominal ao cisalhamento longitudinal dos prottipos das sries C e D e dos prottipos 7 a 12 (MELO)............................................................................................................98
6.25 - Comparao da resistncia ltima nominal ao cisalhamento longitudinal de todos os prottipos com a reta calculada atravs do m e k encontrado por MELO..............................................................................................................101
6.26 - Comparao da resistncia ltima nominal ao cisalhamento longitudinal de todos os prottipos com a reta calculada atravs do m e k encontrado por MELO..............................................................................................................103
B.1 - Relao carga x flecha no meio do vo Srie A Prottipo 1.....................131
B.2 - Relao carga x flecha no meio do vo Srie A Prottipo 2.....................132
B.3 - Relao carga x flecha no meio do vo Srie B Prottipo 3 .....................132
B.4 - Relao carga x flecha no meio do vo Srie B Prottipo 4 .....................133
B.5 - Relao carga x flecha no meio do vo Srie C Prottipo 5 .....................133
B.6 - Relao carga x flecha no meio do vo Srie C Prottipo 6 .....................134
-
X
B.7 - Relao carga x flecha no meio do vo Srie D Prottipo 7.....................134
B.8 - Relao carga x flecha no meio do vo Srie D Prottipo 8.....................135
B.9 - Relao carga x flecha no meio do vo Srie E Prottipo 9 .....................135
B.10 - Relao carga x flecha no meio do vo Srie E Prottipo 10 ...................136
B.11 - Relao carga x flecha no meio do vo Srie F Prottipo 11....................136
B.12 - Relao carga x flecha no meio do vo Srie F Prottipo 12....................137
B.13 - Relao carga x flecha no meio do vo Srie G Prottipo 13...................137
B.14 - Relao carga x flecha no meio do vo Srie G Prottipo 14...................138
B.15 - Relao carga x deslizamento relativo de extremidade - Srie A ...................139
B.16 - Relao carga x deslizamento relativo de extremidade - Srie B ...................139
B.17 - Relao carga x deslizamento relativo de extremidade - Srie C ...................140
B.18 - Relao carga x deslizamento relativo de extremidade - Srie D ...................140
B.19 - Relao carga x deslizamento relativo de extremidade - Srie E....................141
B.20 - Relao carga x deslizamento relativo de extremidade - Srie F....................141
B.21 - Relao carga x deslizamento relativo de extremidade - Srie G ...................142
B.22 - Relao carga x deformao no steel deck - Srie A Apoio fixo.................143
B.23 - Relao carga x deformao no steel deck - Srie A Apoio mvel .............143
B.24 - Relao carga x deformao no steel deck - Srie B Apoio fixo .................144
B.25 - Relao carga x deformao no steel deck - Srie B Apoio mvel..............144
B.26 - Relao carga x deformao no steel deck - Srie C Apoio fixo .................145
B.27 - Relao carga x deformao no steel deck - Srie C Apoio mvel..............145
B.28 - Relao carga x deformao no steel deck - Srie D Apoio fixo.................146
B.29 - Relao carga x deformao no steel deck - Srie D Apoio mvel .............146
B.30 - Relao carga x deformao no steel deck - Srie E Apoio fixo .................147
B.31 - Relao carga x deformao no steel deck - Srie E Apoio mvel..............147
B.32 - Relao carga x deformao no steel deck - Srie F Apoio fixo..................148
B.33 - Relao carga x deformao no steel deck - Srie F Apoio mvel ..............148
B.34 - Relao carga x deformao no steel deck - Srie G Apoio fixo.................149
B.35 - Relao carga x deformao no steel deck - Srie G Apoio mvel .............149
B.36 - Relao carga x deformao no concreto - Srie A ........................................150
B.37 - Relao carga x deformao no concreto - Srie B.........................................150
B.38 - Relao carga x deformao no concreto - Srie C.........................................151
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XI
B.39 - Relao carga x deformao no concreto - Srie D ........................................151
B.40 - Relao carga x deformao no concreto - Srie E.........................................152
B.41 - Relao carga x deformao no concreto - Srie F .........................................152
B.42 - Relao carga x deformao no concreto - Srie G ........................................153
C.1 - Seo geomtrica da frma de ao ..................................................................154
C.2 - Flecha terica no meio do vo dos prottipos.................................................157
D.1 - Detalhe da concretagem dos prottipos ..........................................................158
D.2 - Detalhe da aplicao de carga nos prottipos .................................................159
D.3 - Detalhe 1 do relgio medidor do deslizamento de extremidade.....................159
D.4 - Detalhe 2 do relgio medidor do deslizamento de extremidade.....................160
D.5 - Detalhe do relgio medidor da flecha no meio do vo ...................................160
D.6 - Detalhe 1 dos extensmetros da frma de ao................................................161
D.7 - Detalhe 1 dos extensmetros da frma de ao................................................161
D.8 - Detalhe do sistema de aquisio de dados dos ensaios das lajes ....................162
D.9 - Detalhe do deslizamento relativo de extremidade ocorrido............................162
D.10 - Detalhe da mquina de ensaios dos corpos de prova de concreto...................163
D.11 - Detalhe de um ensaio de um CP de concreto sendo realizado........................163
D.12 - Detalhe do sistema de aquisio de dados dos ensaios dos CPs....................164
D.13 - Detalhe 1 dos extensmetros utilizados nos CPs de concreto .......................164
D.14 - Detalhe 2 dos extensmetros utilizados nos CPs de concreto .......................165
D.15 - Detalhe 3 dos extensmetros utilizados nos CPs de concreto .......................165
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XII
SIMBOLOGIA
Letras minsculas
b - largura unitria da laje;
bd - largura nominal do Steel Deck MF-75;
d - altura efetiva da laje;
dd - altura do Steel Deck MF-75;
cf - resistncia compresso do concreto determinada em cilindros;
fck - resistncia caracterstica compresso do concreto;
ctf - resistncia trao do concreto por compresso diametral;
h - altura total da laje;
m, k - constantes a serem determinadas a partir dos dados experimentais obtidos;
t - distncia do centro de gravidade da frma de ao extremidade superior do
concreto;
te - espessura de projeto do Steel Deck MF-75;
ycc - distncia da linha neutra da seo fissurada extremidade superior do concreto;
yuc - distncia da linha neutra da seo no fissurada extremidade superior do
concreto;
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XIII
Letras maisculas
Ap - rea de ao do Steel Deck MF-75;
B - largura efetiva da laje;
sC - espao entre as nervuras do Steel Deck MF-75;
Ec - mdulo de elasticidade esttico secante do concreto;
sE - mdulo de elasticidade do ao da frma;
L - vo da laje;
L - vo de cisalhamento;
Icc - momento de inrcia da seo de concreto fissurada;
Isf - momento de inrcia da seo transversal do Steel Deck MF-75;
Iuc - momento de inrcia da seo de concreto no fissurada;
DESP - carga de deslizamento de extremidade de servio;
lajePP - peso prprio da laje mista;
uP - carga mxima de colapso;
utP - carga mxima total aplicada na laje mista;
usV - resistncia nominal ao cisalhamento longitudinal;
usdV - resistncia de clculo ao cisalhamento longitudinal
Vut - cisalhamento transversal experimental ltimo total;
Wd - peso prprio do Steel Deck MF-75;
Wp - carga de projeto uniformemente distribuda;
Wr - largura de uma onda baixa (nervura) do Steel Deck MF-75 medida na linha do
centro de gravidade da frma de ao;
Ycg - distncia do centro de gravidade extremidade inferior do Steel Deck MF-75;
-
XIV
Letras gregas
- peso especfico do concreto;
f - coeficiente de majorao de cargas;
e - deformao correspondente ao incio do escoamento do ao da frma;
c - massa especfica do concreto;
e - tenso de escoamento do ao da frma;
v - coeficiente de minorao da resistncia ao cisalhamento;
-
CAPTULO 1
INTRODUO
1.1 - CONSIDERAES INICIAIS
Por volta da dcada de 30, os engenheiros e projetistas norte-americanos
perceberam que muitas vantagens poderiam ser obtidas integrando as propriedades
estruturais de uma chapa de ao conformada a frio (comercialmente denominada Steel
Deck) com o concreto. Essa realizao foi estimulada no apenas pela procura
instintiva do homem por avanos tecnolgicos, como tambm por fatores econmicos.
O que parecia ser mais atraente era a capacidade da chapa de ao de servir como frma
para suportar o peso do concreto fresco mais a sobrecarga devida ao peso dos operrios
e equipamentos utilizados durante a construo, substituindo, dessa maneira, o processo
da frma de madeira que utilizava (e utiliza ainda) muitas escoras. Logo, verificou-se
que a forma da chapa facilitava tambm a passagem de dutos de diversas instalaes e a
fixao de forros.
At ento, a chapa de ao e o concreto trabalhavam separadamente sem que
houvesse uma ao composta entre os dois. Os perfis de chapas metlicas funcionavam
como frma permanente capaz de suportar o concreto antes da cura, a armadura e as
cargas de construo; a laje de concreto, depois de curada, era projetada para suportar
sozinha todas as cargas de servio. No se desejava, ento, combinar a frma de ao
com o concreto curado; nesse caso, diz-se que o piso no composto. Na prtica esse
tipo de piso, freqentemente, oferece algum grau de ao composta, sendo, entretanto,
de difcil avaliao. Essa ao composta produzida no prejudica a eficincia estrutural
do piso, porque, a remoo da frma de ao, se isto puder ser feito sem causar nenhum
dano ao concreto, no reduz a resistncia da laje. A frma de ao deixada por
convenincia ou por razes estticas.
-
CAPTULO 1 - INTRODUO 2
Comeam a surgir, na dcada de 40, os chamados sistemas de lajes mistas com
frma de ao incorporada, onde a laje de concreto e a chapa de ao trabalham em
conjunto para resistir aos esforos aplicados. A frma de ao deve, ento, ser capaz de
transmitir cisalhamento horizontal na interface com o concreto, passando a funcionar
como armadura positiva tal como nas lajes convencionais. Em caso de vos contnuos,
uma armadura adicional pode ser colocada na laje para resistir aos momentos negativos.
SCHUSTER (26) ressalta que armaduras na forma de telas soldadas tambm podem ser
providenciadas para resistir s tenses de retrao e temperatura ou para fornecer
continuidade sobre os apoios intermedirios. Se no existir uma vinculao mecnica
entre a chapa de ao e o concreto, a ao composta no considerada efetiva. O
comportamento misto entre os dois materiais conseguido por um ou mais dos
seguintes meios mostrados na Figura 1.1.
As vantagens desse sistema de piso misto so muitas, a comear pelo fato do
Steel Deck servir como frma para o concreto fresco e permanecer em definitivo no
local, o que elimina os custos com a desforma. Pode, igualmente, ser utilizado como
plataforma de trabalho suportando as cargas provenientes da construo (materiais,
ferramentas, operrios, etc.), fazendo com que os apoios temporrios (escoras) sejam
abolidos ou reduzidos. Alm disso, o Steel Deck, por ser leve, fcil de ser manejado
e posicionado, reduzindo o tempo de instalao e, devido sua forma nervurada,
fornece um sistema de laje mista de peso menor que os outros sistemas de pisos, o que
resulta em uma economia substancial no custo da fundao. H uma certa facilidade,
tambm, na instalao de dutos de diversos tipos e na fixao de forros. Outra vantagem
que, depois do endurecimento do concreto, o Steel Deck aproveitado como
armadura positiva da laje e, to logo seja colocado no lugar, pode atuar como um
diafragma efetivo de cisalhamento no plano horizontal.
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CAPTULO 1 - INTRODUO 3
a) Ligaes mecnicas fornecidas por salincias e reentrncias (mossas) na alma e/ou
na mesa do perfil da chapa (embossments e indentations);
b) Ligaes por atrito em perfis de chapas modelados numa forma reentrante;
c) Ancoragens de extremidade fornecidas por conectores tipo stud bolt, ou, por
outro tipo de ligao local entre o concreto e a chapa metlica, somente em
combinao com (a) ou (b);
d) Ancoragem de extremidade obtida pela deformao das nervuras na extremidade da
chapa, somente em combinao com (b).
Figura 1.1 - Formas tpicas de ligao em lajes mistas
(a)
(b)
(c)
(d)
-
CAPTULO 1 - INTRODUO 4
1.2 - JUSTIFICATIVA DA PESQUISA
O comportamento e a resistncia das lajes mistas vm sendo estudados na
Universidade Federal de Minas Gerais UFMG, em parceria com a METFORM S.A.,
fabricante da frma de ao, desde 1996. Dividiu-se o estudo em quatro etapas, gerando
diversas dissertaes de mestrado e inmeros trabalhos apresentados em congressos. Na
primeira etapa, o estudo foi feito para aplicao em construes metlicas, considerando
ou no conectores de extremidade (stud bolt) (MELO (23)); na segunda etapa,
pesquisou-se sua utilizao em estruturas convencionais de concreto armado (SILVA
(28)); na terceira, o efeito da continuidade no comportamento e resistncia foi analisado
(CAMPOS (15)). A quarta etapa corresponde a esta pesquisa, cujo objetivo ser
detalhado mais adiante.
Em todas as etapas j realizadas, o concreto utilizado nas lajes mistas tinha
massa especfica usual ( = 2400 kg/m3) e resistncia caracterstica compresso de 20 MPa. Para que o sistema de lajes mistas melhore ainda mais suas potencialidades no
competitivo mercado da construo civil, o emprego do concreto estrutural leve ( = 1800 kg/m3) apresenta-se como uma tima opo, devido s suas vrias vantagens,
tanto para a fase construtiva da laje quanto para a fase de utilizao. Na fase construtiva,
a reduo da massa especfica do concreto fresco de 2400 kg/m3 para 1800 kg/m3
implica em uma menor carga a ser resistida pela frma de ao. Como o Steel Deck,
nessa fase, resiste sozinho ao carregamento aplicado, vos maiores podero ser vencidos
por ele sem a necessidade de escoramentos, permitindo aumentar ainda mais a
flexibilidade no projeto de lajes com esse sistema construtivo. Na fase de utilizao, a
reduo da massa especfica do concreto possibilita uma maior capacidade portante para
as cargas de revestimento e sobrecargas de servio. Ou seja, aps o endurecimento do
concreto, sobrecargas maiores podero ser empregadas, haja vista que a carga
permanente correspondente ao peso prprio da laje mista ser menor. Ao mesmo tempo,
o carregamento das vigas e colunas, bem como da fundao do edifcio, ser menor,
permitindo uma economia maior de material, reduzindo, conseqentemente, o custo
final da edificao.
-
CAPTULO 1 - INTRODUO 5
1.3 - OBJETIVOS
Esta pesquisa teve por finalidade avaliar o comportamento e a resistncia, aps
o endurecimento do concreto, de um sistema de lajes mistas com frma de ao
incorporada empregando-se concreto estrutural leve de massa especfica menor ou igual
a 1800 kg/m3. Dentro dessa meta trs objetivos foram estudados: o estudo da dosagem e
das propriedades mecnicas do concreto estrutural leve e o estudo do comportamento e
da resistncia das lajes mistas confeccionadas com este tipo de concreto.
Para efeito de dosagem, basicamente, analisou-se a substituio do agregado
grado britado por argila expandida. A dosagem final foi baseada nos resultados de
ensaios de densidade do concreto, consistncia no estado fresco e resistncia
caracterstica compresso.
O estudo das propriedades mecnicas incluiu a avaliao da resistncia
compresso e do mdulo de elasticidade esttico secante, bem como da relao entre os
dois para verificar se as expresses hoje utilizadas para o concreto de densidade usual
aplicam-se ao concreto estrutural leve.
Para pesquisar o comportamento e a resistncia das lajes mistas
confeccionadas com concreto estrutural leve, prottipos com diferentes combinaes de
comprimento, altura total da laje e espessura da frma de ao foram construdos e
testados em laboratrio, seguindo os critrios do EUROCODE 4: DRAFT EN 1994-1-
1:2001 (19) e do CANADIAN SHEET STEEL BUILDING INSTITUTE CSSBI (16).
As dimenses dos prottipos foram similares aos testados anteriormente por MELO
(23), o que permitiu tambm fazer uma anlise comparativa com as lajes mistas
fabricadas com concreto de densidade usual. O mesmo tipo de frma de ao foi
empregado para todos os prottipos, a saber, o Steel Deck MF 75 fabricado pela
METFORM S.A., nas espessuras nominais de 0,80 mm e 1,25 mm.
-
CAPTULO 1 - INTRODUO 6
1.4 - DESCRIO RESUMIDA DOS CAPTULOS
O captulo 2 apresenta uma breve reviso bibliogrfica dos trabalhos mais
relevantes relacionados ao sistema de laje mista e ao concreto estrutural leve de modo a
fornecer uma melhor compreenso do comportamento estrutural da laje mista com
frma de ao incorporada e das propriedades e comportamento mecnico do concreto
estrutural leve. A caracterizao dos prottipos analisados, os materiais utilizados com
os respectivos ensaios de caracterizao e a descrio do processo de execuo e de
preparao para ensaio dos prottipos podem ser encontrados no captulo 3. O
procedimento adotado nos ensaios e o detalhamento do processo de instrumentao dos
prottipos so fornecidos no captulo 4. O captulo 5 apresenta os resultados obtidos nos
ensaios, alm de uma anlise do comportamento dos prottipos. O captulo 6 mostra os
principais aspectos que diferenciam ou que aproximam o comportamento do sistema de
lajes mistas fabricadas com concreto estrutural leve com as fabricadas com concreto
convencional, incluindo consideraes sobre o mtodo m e k para o clculo da
capacidade portante. Finalmente, as concluses do trabalho e recomendaes para
estudos futuros so encontradas no captulo 7.
-
CAPTULO 2
REVISO BIBLIOGRFICA
2.1 - INTRODUO
O estudo do comportamento estrutural do sistema de laje mista feito atravs
da realizao de testes em laboratrio (SCHUSTER (27)). Descobertos os estados
limites mais relevantes, os pesquisadores desenvolvem modelos matemticos para
represent-los, utilizando as propriedades padres dos materiais envolvidos, chegando a
frmulas que prevem, com relativa preciso, o comportamento estrutural at o seu
colapso. Essas frmulas recebem fatores de majorao de carga e coeficientes de
minorao de resistncia adequados e devem ter o seu campo de aplicao claramente
definido, considerando a credibilidade e a necessria simplicidade para as aplicaes
prticas, sendo incorporadas pelas diversas normas e especificaes tcnicas tais como:
CSSBI (16), EUROCODE 4: DRAFT EM 1994-1-1:2000 (19), AMERICAN SOCIETY
OF CIVIL ENGINEERS ASCE (6), BRITISH STANDARD 5950: PART 4 BS
5950: PART 4 (13) e o ANEXO C da NBR 14323 (8), por exemplo. Embora os
modelos bsicos de anlise sejam geralmente os mesmos, os critrios adotados por essas
normas, podem apresentar algumas diferenas, principalmente nos fatores parciais de
segurana adotados em cada pas.
A Figura 2.1 mostra o esquema de aplicao de carga utilizado por
pesquisadores de vrios pases em experimentos envolvendo lajes mistas. Os prottipos
so ensaiados em vos simplesmente apoiados. Os tipos de colapsos so classificados
em: colapso por flexo; colapso por cisalhamento transversal ou vertical e colapso por
cisalhamento longitudinal (shear bond) (MELO (23)). Este ltimo modo de ruptura
o predominante e caracterizado pela formao de uma fissura no concreto, em
diagonal, sob ou prximo s linhas de carga, proveniente dos esforos de cisalhamento e
de momento nessa regio, seguido por uma falha da ligao entre as mossas da frma de
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CAPTULO 2 - REVISO BIBLIOGRFICA 8
ao e o concreto, fazendo com que o conjunto, deck-concreto, na regio do vo de
cisalhamento, perca sua ao composta, ocorrendo, entre os mesmos, um deslizamento
horizontal relativo elevado.
Figura 2.1 - Esquema de carregamento adotado em vrias pesquisas
Nos EUA, os projetos de lajes mistas so baseados nas especificaes do
STEEL DECK INSTITUTE - SDI e do ASCE (6); no Canad, as especificaes do
CANADIAN SHEET STEEL BUILDING INSTITUTE CSSBI (16) fornecem os
critrios necessrios para o dimensionamento, baseados, principalmente, nos trabalhos
de SCHUSTER (27). A primeira norma europia, a BRITISH STANDARD 5950:
PART 4 BS 5950: PART 4 (13), surgiu em 1982; atualmente, o EUROCODE 4:
DRAFT EN 1994-1-1:2001 (19) trata do dimensionamento tanto da frma de ao
isolada quanto do conjunto deck-concreto. No Brasil, o ANEXO C da NBR 14323 (8)
trata do dimensionamento desse sistema estrutural.
Bloco d
e apoio
Bloco d
e apoio
P
-
CAPTULO 2 - REVISO BIBLIOGRFICA 9
Todas as normas citadas afirmam que o comportamento estrutural da laje
mista no se altera com o uso do concreto estrutural leve, enfatizando, apenas, que
devem ser realizados ensaios especficos com esse tipo de concreto, seguindo as
mesmas recomendaes e metodologias aplicveis aos ensaios com concreto
convencional. A nica ressalva apresentada por essas normas na definio do que
venha ser concreto estrutural leve. Elas recomendam que, nesse caso, sejam feitas
consultas s principais especificaes internacionais sobre o assunto, a fim de se
confeccionar o concreto estrutural leve dentro de padres aceitveis.
Dessa maneira, em uma primeira etapa de estudo, procurou-se adquirir o
conhecimento bsico do comportamento estrutural da laje mista como um todo, com a
finalidade de auxiliar nos ensaios realizados nesta pesquisa. Fez-se, portanto, uma
reviso da literatura internacional a respeito do assunto, inclusive, consultas a institutos
ligados diretamente aos materiais utilizados, como SDI (Steel Deck Institute), SCI
(Steel Construction Institute), AISC (American Steel Construction Institute), BSI
(British Steel Institute) e ACI (American Concrete Institute). Foram feitos contatos com
instituies de pesquisa com tradio no estudo de estruturas mistas, bem como com
fabricantes nacionais e internacionais do perfil de ao e com alguns pesquisadores de
renome na rea. Por fim foi realizado um estudo de anais de conferncias internacionais
sobre o tema.
No foi possvel encontrar, nessas consultas, nenhuma pesquisa realizada nos
mesmos moldes desta, j que as pesquisas encontradas, que utilizavam lajes mistas
empregando concreto estrutural leve, tinham concretos confeccionados com agregado
leve diferente do usado nesta pesquisa, ou, quando o agregado era o mesmo, no havia
dados anteriores, da mesma laje feita com concreto convencional, para serem
comparados.
Foi feito tambm, em uma segunda etapa de estudo, uma reviso da literatura e
consultas, semelhantes s indicadas anteriormente, a respeito da reologia do concreto
estrutural leve, com o intuito de garantir que os concretos leves confeccionados nesta
pesquisa estavam de acordo com as padronizaes internacionais vigentes.
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CAPTULO 2 - REVISO BIBLIOGRFICA 10
Este captulo tem como meta apresentar uma breve reviso dos trabalhos mais
relevantes relacionados ao sistema de laje mista e ao concreto estrutural leve. Esta
reviso tem como objetivo apresentar a seqncia do desenvolvimento dos estudos
realizados, de modo a fornecer uma melhor compreenso do comportamento estrutural
da laje mista com frma de ao incorporada e das propriedades e comportamento
mecnico do concreto estrutural leve. Para tanto, a reviso foi dividida em trs partes:
reviso da literatura em fontes internacionais, estudos realizados no Brasil sobre as lajes
mistas e reviso bibliogrfica sobre o concreto estrutural leve.
2.2 - REVISO DE LITERATURA SOBRE LAJES MISTAS ESTUDOS
REALIZADOS NO EXTERIOR
A primeira publicao, significativa, sobre as lajes mistas foi feita por
FRIBERG (21), em 1954. O seu trabalho no s forneceu uma viso geral do
comportamento do perfil testado (Cofar), como, tambm, apresentou uma excelente
comparao de custos, entre as lajes mistas e as convencionais.
BRYL (14), em 1967, fez uma investigao sobre os diferentes tipos de chapas
de ao atuando de forma composta com o concreto. Baseado nesses testes, ele concluiu
que ocorria uma ruptura brusca nas lajes mistas que utilizavam chapas de ao sem
mossas, e, nas que tinham mossas, havia grandes deformaes at o colapso,
acompanhadas por um aumento considervel da capacidade de carga.
At 1967, vrios fabricantes de chapas de ao, utilizadas no sistema de laje
mista, atuavam no mercado dos Estados Unidos e Canad. Cada fabricante, empregando
princpios de engenharia tradicionais, desenvolvia o seu produto atravs de uma extensa
pesquisa independente, de forma que os rgos competentes de posse dos resultados
dessas pesquisas, aprovavam, ou no, a sua utilizao no sistema de laje mista. Em
muitos casos, eram pedidos testes adicionais do fabricante. Isso, obviamente, encarecia
o sistema, dificultando o seu uso. Reconhecendo esse fato e a necessidade de uma
norma para projeto e utilizao, o AMERICAN IRON AND STEEL INSTITUTE
AISI, iniciou um projeto de pesquisa, em 1967, na IOWA STATE UNIVERSITY, sob a
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CAPTULO 2 - REVISO BIBLIOGRFICA 11
direo de EKBERG e participao de SCHUSTER (26), onde foi dada uma nfase
particular para encontrar um critrio de resistncia ltima. A partir de ento, vrias
pesquisas foram realizadas, incluindo dissertaes de mestrado e teses de doutorado.
Um fato significativo dos resultados dessas pesquisas foi o modo de ruptura das lajes
mistas testadas. Na grande maioria das vezes, os prottipos romperam por cisalhamento
longitudinal ( shear bond ).
Em abril de 1984, com objetivos de elaborar tabelas de sobrecarga, vos
mximos admissveis e identificar parmetros que influenciassem a resistncia
caracterstica de um sistema de lajes mistas utilizando o perfil de ao P-2430-12HB,
cuja geometria e propriedades mecnicas so similares ao perfil utilizado nesta
pesquisa, SCHUSTER (27) realizou uma srie de ensaios em lajes bi-apoiadas,
empregando concreto de densidade usual, submetidas a carregamento simtrico. A
determinao da resistncia dessas lajes mistas foi baseada em seu estado limite ltimo,
sendo aproveitado os dados experimentais para o embasamento da teoria. Foram
ensaiados doze prottipos, com altura total e vos livres diferentes. O modo de ruptura
observado, em todos os ensaios, foi o cisalhamento longitudinal. Baseado nos resultados
experimentais obtidos, Schuster estabeleceu uma expresso semi-emprica para o
clculo da capacidade ao cisalhamento longitudinal, conhecida hoje como mtodo m e
k. Essa expresso originou as utilizadas no EUROCODE 4: DRAFT EN 1994-1-
1:2001 (19), CSSBI (16) e ASCE (6) e exprime uma relao linear dada por:
+= k
L1mdbV'us
, ( 2.1 )
onde:
usV a resistncia nominal ao cisalhamento longitudinal, em kN/m;
b a largura da laje, em m;
d a altura efetiva da laje, em mm;
L o vo de cisalhamento, em mm; e
m e k so parmetros determinados a partir dos resultados experimentais.
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CAPTULO 2 - REVISO BIBLIOGRFICA 12
O mtodo consiste em reescrever a equao acima na forma:
kXmY += , ( 2.2 )
onde
'L1X = ( 2.3 )
e
dbV
Y ut
= . ( 2.4 )
Na Equao 2.4, utV o cisalhamento transversal ltimo total obtido nos
ensaios, por metro de largura de laje. Com os valores de X e Y em mos faz-se uma
anlise de regresso linear empregando o mtodo dos mnimos quadrados, obtendo,
desse modo, os parmetros m e k. Desta forma a expresso para determinao da
resistncia de clculo ao cisalhamento longitudinal, em kN/m, fica dada por:
+= k
'L1mdbV vusd , ( 2.5 )
onde v o coeficiente de minorao da resistncia ao cisalhamento longitudinal.
O valor do vo de cisalhamento L para projeto, segundo o EUROCODE 4:
DRAFT EN 1994-1-1:2001 (19), deve ser tomado igual a:
L/4 para carregamento uniformemente distribudo em todo o vo;
A distncia entre a carga concentrada e o apoio mais prximo para duas cargas
iguais e simetricamente dispostas;
Para outros arranjos de carregamento, incluindo a combinao de carregamentos
distribudos e cargas concentradas assimtricas, uma avaliao deve ser feita
baseada em resultados de testes ou pode ser igual ao momento fletor mximo
dividido pela maior reao no apoio.
O mtodo m e k, apesar de ser um critrio de clculo adequado para o
sistema de lajes mistas, no baseado em nenhum modelo analtico. Assim quando as
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CAPTULO 2 - REVISO BIBLIOGRFICA 13
dimenses dos elementos, os materiais, ou os modos de carregamentos diferem daqueles
usados nos ensaios, devem ser feitas algumas hipteses conservadoras, como, por
exemplo, o clculo do vo de cisalhamento, L, para carregamento uniformemente
distribudo. Alm disso, o mtodo no permite a considerao explicita das
contribuies das ancoragens de extremidade ou de armaduras longitudinais de reforo
na resistncia final das lajes. Para levar em conta estes aspectos, O EUROCODE 4:
DRAFT EN 1994-1-1:2001 (19) prope o mtodo da interao parcial como alternativa
ao mtodo m e k. Esse mtodo analtico e portanto permite que se considerem as
contribuies explcitas das ancoragens de extremidade e o uso de armaduras
longitudinais de reforo, como alternativas para aumentar a resistncia ao cisalhamento
longitudinal do sistema de laje mista. Segundo o EUROCODE 4: DRAFT EN 1994-1-
1:2001 (19), ele s deve ser utilizado em lajes que tenham um comportamento dctil,
isto , em lajes cuja carga ltima excede em 10% ou mais a carga que causa o
deslizamento de extremidade de servio (0,5 mm).
VAN HOVE (30), em julho de 1991, com objetivos idnticos ao de Schuster,
mas utilizando o perfil de ao CF70/0,9 e empregando concreto estrutural leve com
agregado de escria de alto forno, realizou duas sries de ensaios com quatro prottipos
para cada srie, usando lajes biapoiadas submetidas a carregamento simtrico. Em todos
os ensaios, foi observado o mesmo modo de ruptura: cisalhamento longitudinal. Com os
resultados experimentais obtidos, o autor determinou os valores de m e k
caractersticos ao perfil de ao e concreto utilizado, e a partir desses valores, fez as
tabelas de sobrecarga e de vos mximos admissveis.
Em 1995, WRIGHT E EVANS (31) discutiram as trs fases do
comportamento estrutural das lajes mistas, ou seja, a ao durante a etapa construtiva, a
ao laje mista e a ao viga mista. Para a pesquisa foi usado o perfil de ao CF46 e
concreto estrutural leve com agregado de escria de alto forno. Os autores verificaram
que durante a etapa construtiva, caso a laje seja submetida a altos nveis de
carregamento concentrado, h possibilidade de flambagem local da mesa superior do
perfil de ao e/ou o escoamento de sua parte inferior, levando a estrutura ao colapso. O
comportamento de laje mista descrito por WRIGHT E EVANS, como a ao
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CAPTULO 2 - REVISO BIBLIOGRFICA 14
estrutural desenvolvida pelo travamento mecnico entre a chapa de ao e o concreto,
proporcionado principalmente pelas mossas. Esse travamento assegura laje resistncia
longitudinal, sendo a perda dessa resistncia, a causa de todas as rupturas observadas
pelos autores. Notou-se, tambm, que a resistncia transversal, responsvel pela
capacidade portante do sistema em seu prprio plano, garantida pelo uso de conectores
soldados s vigas perifricas, o que caracteriza a chamada ao de viga mista.
Ainda em 1995, foi publicada pela EUROPEAN CONVENTION FOR
CONSTRUCTIONAL STEELWORK ECCS (20) a primeira edio do Design
Manual for Composite Slabs, um manual prtico de dimensionamento para estruturas
mistas aoconcreto. O manual se baseia nos captulos 7, 10 e anexo E do EUROCODE
4 (18) e na parte 1.3 do EUROCODE 3 (17), fornecendo consideraes especiais sobre
o efeito diafragma, proteo contra incndio, isolamento acstico, aberturas nas lajes e
proteo contra corroso do perfil de ao, alm de detalhes construtivos da aplicao do
sistema de lajes mistas a estruturas de concreto armado, concreto protendido e madeira.
A maior parte da publicao dedicada aos mtodos de clculo das lajes mistas,
enfocando dados relativos aos materiais, carregamentos e verificao dos estados
limites.
2.3 - REVISO BIBLIOGRFICA SOBRE LAJES MISTAS ESTUDOS
REALIZADOS NO BRASIL
A utilizao de sistemas mistos no Brasil tem aumentado consideravelmente,
tanto em edifcios como em pontes. A NBR 8800/86 (10) foi a primeira norma brasileira
a tratar de sistemas mistos, abordando as vigas mistas, sem, no entanto, fazer referncia
a pilares mistos, lajes mistas e ligaes mistas viga/pilar. Atualmente, o Anexo C da
NBR 14323 (8) trata do dimensionamento das lajes mistas.
Como j foi dito, o comportamento e a resistncia das lajes mistas vm sendo
estudados na Universidade Federal de Minas Gerais - UFMG, em parceria com a
METFORM S.A., fabricante da frma de ao, desde 1996. O estudo foi dividido em
quatro etapas: na primeira, foi verificada a aplicao do sistema em construes
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CAPTULO 2 - REVISO BIBLIOGRFICA 15
metlicas, considerando ou no conectores de extremidade (stud bolt); na segunda,
pesquisou-se sua utilizao em estruturas convencionais de concreto armado; na
terceira, o efeito da continuidade foi analisado; na quarta etapa, que esta pesquisa, foi
avaliado o comportamento e a resistncia das lajes mistas empregando-se o concreto
estrutural leve. As dissertaes de mestrado geradas a partir das trs primeiras etapas,
so resumidas a seguir.
Na primeira etapa, em 1999, prottipos com diferentes combinaes de
espessura total de laje, vo de cisalhamento e espessura da frma de ao, foram
construdos e testados em laboratrio por MELO (23), seguindo os critrios do CSSBI
(16) e do EUROCODE 4 (18). As dimenses dos prottipos foram variadas de modo a
cobrir satisfatoriamente a faixa de parmetros que afetam a resistncia dessas lajes.
Empregou-se o mesmo tipo de frma metlica para todos os prottipos, o Steel Deck
MF 75, fabricado pela METFORM S.A., nas espessuras nominais de 0,80 mm e 1,25
mm. O concreto utilizado era de densidade usual com resistncia caracterstica
compresso ( ckf ) de 20 MPa. Os ensaios de caracterizao das propriedades mecnicas
do concreto foram feitos em idades superiores a 28 dias juntamente com os ensaios das
lajes: a resistncia do concreto obtida esteve sempre acima do valor especificado.
Telas soldadas foram colocadas a uma distncia de aproximadamente 20 mm
do topo da laje mista, para evitar fissuras devido retrao do concreto. (SCHUSTER
(27)). Os prottipos foram moldados totalmente apoiados, como recomenda o
EUROCODE 4 (18), por ser considerada a situao mais desfavorvel.
A Figura 2.1, vista anteriormente, mostra o esquema de aplicao de carga
utilizado nos ensaios. Os prottipos foram ensaiados em vos simplesmente apoiados.
Um sistema de vigas metlicas transmitia a carga ao prottipo, de modo que duas cargas
concentradas lineares, dispostas simetricamente, fossem aplicadas. Eram aplicados
incrementos de carga de forma gradual e crescente at a carga ltima do prottipo ser
atingida.
-
CAPTULO 2 - REVISO BIBLIOGRFICA 16
Os resultados dos ensaios revelaram que aps a fissurao do concreto, o
sistema apresenta um comportamento com interao parcial entre o concreto e a frma
de ao, devido ao rompimento da aderncia qumica entre os mesmos e incapacidade
da aderncia mecnica proporcionada pelas mossas, uma vez acionadas, em transmitir o
cisalhamento total entre o perfil de ao e a laje de concreto, gerando um deslizamento
relativo entre esses elementos. Com o aumento gradual da carga, a interao parcial se
deteriora continuamente, fazendo com que o concreto da regio do vo de cisalhamento
perca sua ao composta com a frma de ao. Essa falha indicada por um elevado
deslizamento horizontal relativo entre a frma de ao e o concreto, na extremidade do
prottipo, e resulta no colapso por cisalhamento longitudinal (shear bond). Esse modo
de ruptura foi encontrado em todos os prottipos ensaiados.
Como todos os prottipos romperam por cisalhamento longitudinal,
determinou-se uma expresso para o clculo da capacidade resistente ltima das lajes
mistas de acordo com o mtodo semi-emprico m e k, apresentado por SCHUSTER
(27) e utilizado tanto pelo EUROCODE 4 (18) quanto pelo CSSBI (16). Foram feitas
verificaes tambm utilizando o mtodo da interao parcial proposto pelo
EUROCODE 4 (18). Com os valores dos parmetros m e k, foi gerada uma tabela
unificada de carga e vos mximos admissveis para dimensionamento dessas lajes em
construes metlicas. Os efeitos da presena de conectores de extremidade, stud bolt,
tambm foi analisado. Com esses conectores houve um aumento siginificativo da
capacidade portante das lajes, porm, o modo de colapso foi o mesmo observado nos
prottipos sem conectores.
O sucesso da utilizao das lajes mistas nas construes metlicas criou um
ambiente propcio aplicao do sistema em estruturas usuais de concreto armado.
Ento, SILVA (28), no mesmo ano de 1999, analisou tanto o aspecto construtivo quanto
o comportamento e a resistncia dessas lajes para essa nova finalidade, sendo esta a
segunda etapa da pesquisa.
Em estruturas convencionais de concreto armado, as lajes e vigas de um
pavimento, em regra, so concretadas em uma nica etapa, posterior execuo dos
-
CAPTULO 2 - REVISO BIBLIOGRFICA 17
pilares. Para que esse mesmo procedimento fosse feito no caso das lajes mistas com
frma de ao incorporada, o Steel Deck deveria ser interrompido nas faces laterais das
vigas, ou seja, ele no poderia penetrar nas vigas de concreto. Baseado nesse fato, o
processo executivo escolhido foi o de acrescentar s frmas das faces laterais das vigas
duas abas horizontais para apoio e fixao do Steel Deck atravs de rebites. Esse
mtodo se revelou de fcil execuo e seguro, no ocorrendo nenhum deslizamento do
Steel Deck durante a concretagem.
Uma vez que o perfil no penetrava nas vigas de extremidade, barras de ao,
previamente colocadas dentro da laje, foram empregadas para a transferncia dos
esforos da frma de ao para as vigas. Para o clculo da rea necessria dessas barras,
bem como de seus comprimentos dentro da laje e das vigas, utilizaram-se as prescries
da norma brasileira NBR 6118 (11). Para a verificao do comportamento e da
resistncia das lajes, foram realizados ensaios de dez prottipos, variando a altura total,
o vo livre e o vo de cisalhamento da laje, alm da espessura da frma de ao. Os
valores empregados e os procedimentos dos ensaios foram os mesmos utilizados por
MELO (23). O concreto utilizado foi de densidade usual, tendo sido especificado uma
resistncia caracterstica compresso ( ckf ) maior ou igual a 20 MPa. Posteriormente,
foram determinadas as resistncias compresso e o mdulo de elasticidade esttico
secante (Ec) do concreto, em datas coincidentes com a realizao dos ensaios dos
prottipos. Os resultados ficaram sempre acima do especificado. Para as barras de
transferncia dos esforos empregaram-se trs diferentes bitolas, 3,4; 5,0 e 6,3 mm. As
bitolas de 3,4 e 5,0 mm eram de ao tipo CA-60, enquanto as de 6,3 mm do tipo CA 50.
Devido semelhana das lajes testadas nesta etapa com a anterior, foi possvel
fazer uma anlise comparativa entre os resultados obtidos. Essa anlise revelou que os
sistemas de lajes mistas aplicados em estruturas convencionais de concreto armado, do
ponto de vista da capacidade de carga e dos parmetros relativos ao estado limite de
utilizao, tm comportamento equivalente aos aplicados em estruturas metlicas sem
conectores de extremidade (stud bolt), atingindo, da mesma maneira, o colapso por
cisalhamento longitudinal (shear bond). Ao se fazer verificao do clculo da
resistncia ao cisalhamento longitudinal atravs do mtodo "m e k", chegou-se a
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CAPTULO 2 - REVISO BIBLIOGRFICA 18
resultados praticamente iguais para os dois sistemas, o que comprova a viabilidade
estrutural da aplicao das lajes mistas a estruturas prediais em concreto armado, sendo
possvel a utilizao das mesmas tabelas de dimensionamento empregadas para as
construes metlicas. importante frisar que em nenhum ensaio verificou-se a ameaa
de runa na ligao da laje com as vigas de concreto, o que fortalece a hiptese de que
as barras tiveram a atividade necessria para cumprir o seu papel na transferncia dos
esforos de cisalhamento longitudinal da laje mista para as vigas de extremidade.
Na terceira etapa, em 2001, CAMPOS (15) avaliou o comportamento e a
resistncia da laje mista contnua. Foi realizada, tambm, uma anlise comparativa dos
resultados obtidos com aqueles encontrados nas etapas anteriores.
A etapa experimental consistiu em ensaios de prottipos construdos em escala
natural e submetidos a diferentes condies de carregamentos. Os ensaios foram feitos
conforme mostra a Figura 2.2.
Figura 2.2 Ensaios de continuidade da laje mista (a) Situao I (b) Situao II
900 mm 900 mm 900 mm 900 mm
600 mm 600 mm 600 mm 600 mm 600 mm 600 mm
3600 mm
3600 mm
P P
P P P P
(a)
(b)
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CAPTULO 2 - REVISO BIBLIOGRFICA 19
Foram testados trs prottipos para cada situao. Para a situao I, utilizou-se
vo de cisalhamento igual a 900 mm e lajes com altura total igual 180 mm; para a
situao II, vo de cisalhamento igual 600 mm e lajes com altura total igual 140 mm.
Nos dois casos, foram utilizadas frmas de ao com espessura nominal de 0,80 mm. A
escolha das caractersticas geomtricas dos prottipos e do esquema de carga se baseou
nos ensaios previamente realizados nas etapas anteriores. Foi utilizado concreto de
densidade usual, tendo sido especificado uma resistncia caracterstica compresso
( ckf ) maior ou igual a 20 MPa. Ao se fazer os ensaios de caracterizao das
propriedades mecnicas do concreto, juntamente com os ensaios das lajes, a resistncia
do concreto obtida esteve sempre acima do valor especificado.
A armadura negativa, posicionada sobre o apoio intermedirio, foi
dimensionada em funo do momento na seo central da laje. Para clculo do valor do
momento, foi empregado o valor ltimo do esforo cortante de extremidade obtido nos
ensaios das lajes simplesmente apoiadas de mesmas caractersticas geomtricas e
mesmo vo de cisalhamento.
A anlise dos resultados revelou um aumento significativo na capacidade
portante da laje, em relao aos prottipos similares simplesmente apoiados. Durante os
testes, um nico modo de ruptura foi observado: combinao de cisalhamento
longitudinal (shear bond) com escoamento da armadura negativa na regio do apoio
intermedirio.
2.4 - REVISO BIBLIOGRFICA SOBRE O CONCRETO ESTRUTURAL
LEVE
Concreto estrutural leve, segundo o ACI 211 (1), um concreto estrutural em
todos os sentidos, exceto que, por razes de economia do custo total, o concreto feito
com agregados leves, sendo, portanto, seu peso especfico aproximadamente igual a
dois teros do peso especfico do concreto feito com agregados naturais tpicos. Desde
que o objetivo primordial o baixo peso e no a resistncia, as especificaes limitam o
peso especfico mximo permissvel do concreto. Uma vez que o agregado altamente
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CAPTULO 2 - REVISO BIBLIOGRFICA 20
poroso tambm tende a reduzir bastante a resistncia do concreto, as especificaes
exigem uma resistncia compresso mnima aos 28 dias, para assegurar a qualidade
estrutural do concreto.
O Guia de Concreto Estrutural com Agregado Leve do ACI 213R-87 (2)
define concreto estrutural com agregado leve como concretos leves tendo resistncia
compresso aos 28 dias acima de 17 MPa e massa especfica, seca ao ar, no excedendo
1850 kg/m3. O concreto pode conter somente agregado leve, ou, por diversas razes,
uma combinao de agregados leves e normais. Do ponto de vista da trabalhabilidade e
outras propriedades, uma prtica habitual usar areia comum como agregado mido e
limitar o tamanho nominal mximo do agregado grado leve a 19 mm. De acordo com o
mtodo ASTM C 330 (5), os agregados leves midos e grados no devem ter massa
especfica no estado solto seco maior do que 1120 kg/m3 e 880 kg/m3, respectivamente.
A especificao contm ainda as exigncias requeridas para os agregados com respeito
granulometria, s substncias deletrias e s propriedades do agregado para execuo do
concreto, tais como resistncia, retrao por secagem e durabilidade do concreto
contendo o agregado.
As exigncias das normas ASTM C 330 (5), para resistncias compresso e
trao e para massa especfica unitria do concreto estrutural leve, so mostrados na
Tabela 2.1.
Tabela 2.1 - Exigncias para concreto estrutural leve ASTM C 330
17601680
176016801600
1840 2,32,12,1
282117
2,22,12,0
Combinao de areia natural com agregado leve
282117
Massa especfica seca ao ar mx. aos 28 dias
(kg/m3)
Resistncia trao por compresso diametral mnima aos 28 dias
(MPa)
Resistncia compresso mnima aos 28 dias
(MPa)Todos os agregados leves
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CAPTULO 2 - REVISO BIBLIOGRFICA 21
Em relao aos agregados leves, a caracterstica essencial a elevada
porosidade, que resulta numa baixa massa especfica aparente. Alguns agregados leves
so encontrados ao natural; outros so produzidos a partir de materiais naturais ou de
subprodutos industriais. Os principais agregados naturais so a diatomita, a pedra
pomes, a escria, as cinzas vulcnicas e os tufos; com exceo da diatomita, todos tm
origem vulcnica. Os agregados leves, para concreto estrutural, fabricados a partir de
materiais naturais so: a argila, a vermiculita e a ardsia expandidas.
A argila expandida, que foi o agregado leve utilizado nesta pesquisa,
produzida, segundo ROSSO (25), por um tratamento trmico adequado que provoca um
estado semiplstico, conhecido, tambm, como ponto de vitrificao incipiente. Elas
se expandem aumentando seu volume de 5 a 6 vezes, em conseqncia da formao de
gases no interior da massa do material, formando, assim, uma estrutura altamente
porosa ao resfriar-se. Para ocorrer o fenmeno necessrio que as argilas contenham
alguns componentes produtores de gases no momento em que o estado semiplstico
alcanado. Reaes de carbonatos e sulfetos, decomposio de compostos que contm
gua ou compostos orgnicos, decomposio ou reduo de xidos frricos, so os
processos qumicos responsveis pelo desenvolvimento de gases, quando as argilas
alcanam a temperatura de vitrificao incipiente. Embora o fenmeno no seja ainda
perfeitamente definido, sabe-se que sem os componentes acima indicados ele no
ocorre; portanto, se a argila for desprovida desses elementos eles devero ser
adicionados. A expanso, contudo, realizada somente se o material adquirir
viscosidade suficiente para resistir tenso dos gases. As temperaturas necessrias para
a expanso variam de 1100 a 1400C, com o pH maior que 5 e composio qumica
tpica semelhante da pedra pomes com contedo de slica da ordem de 59%. As argilas
expandidas podem ser produzidas como clnker numa grelha mvel de sinterizao, ou,
como agregado de forma arredondada em processo de pelotizao, calcinao e
expanso em forno rotativo. O segundo processo produz material de qualidades
superiores.
De acordo com MEHTA E MONTEIRO (22), exame de corpos de prova
rompidos de concreto com agregado leve, aps o ensaio de trao, por compresso
diametral, revelam claramente que, ao contrrio do concreto convencional, o agregado e
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CAPTULO 2 - REVISO BIBLIOGRFICA 22
no a zona de transio geralmente o componente mais fraco do sistema. Ele ainda
ressalta que, comparado ao concreto convencional, o concreto com agregado leve tem
maior movimentao causada pela umidade, isto , maior grau de retrao por secagem
e fluncia. Em geral, lanamento, compactao e acabamento de concreto com agregado
leve requerem esforo relativamente menor; conseqentemente, mesmo abatimentos de
50 a 70 mm podem ser suficientes para obter uma trabalhabilidade similar do concreto
normal, com abatimentos de 100 a 125 mm.
A elevada capacidade de absoro do agregado leve tambm importante na
fase de mistura. Quando se coloca na betoneira uma certa quantidade de gua, a
quantidade de gua disponvel para molhagem do cimento e para a hidratao depende
da quantidade que absorvida pelo agregado leve. Isso varia bastante, desde zero,
quando o agregado tenha sido previamente encharcado durante um tempo considervel,
at uma quantidade muito grande, dependendo do tipo de agregado quando ele seco
em estufa. Entre esses dois extremos, o agregado seco ao ar colocado na betoneira
provavelmente deve absorver entre 70 kg e 100 kg de gua por metro cbico de
concreto, segundo o ACI 304 (3).
NEVILLE (24) ressalta que existe uma dificuldade insupervel na
determinao da quantidade de gua livre em concretos com agregados leves. Em
conseqncia, no pode ser estabelecida a relao gua/cimento com base na gua livre
da mistura: a relao gua/cimento baseada na gua total no tem sentido, pois a gua
absorvida pelo agregado no tem influncia na formao de poros capilares, que tm
efeito sobre a resistncia. Por outro lado, para um dado agregado, existe uma ampla
relao entre o teor de cimento do concreto e a resistncia compresso. Como o
cimento tem massa especfica muito maior do que o agregado leve, para cada agregado,
a resistncia aumenta com um aumento de massa especfica, mas, dependendo do tipo
de agregado, um concreto de 20 MPa, pode necessitar entre 260 kg e 330 kg de cimento
por metro cbico de concreto; resistncias compresso maiores exigem teores muitos
altos de cimento; por exemplo, para 70 MPa necessrio um total de 630 kg de
materiais cimentcios. Como no caso dos concretos com massa especfica usual, o fumo
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CAPTULO 2 - REVISO BIBLIOGRFICA 23
de slica melhora a resistncia dos concretos leves. Outros materiais cimentcios
tambm podem ser incorporados aos concretos leves.
Em geral, para uma mesma resistncia de concreto, o teor de cimento em
concretos leves maior do que em concretos convencionais; a altas resistncias o
aumento de cimento pode chegar a mais de 50%. Um elevado teor de cimento dos
concretos leves significa que ele tem uma relao gua/cimento baixa, embora
desconhecida, de modo que a resistncia da matriz alta. As partculas de agregado
grado so relativamente fracas e sua resistncia pode ser um fator limitador da
resistncia do concreto em funo do fendilhamento que ocorre nessas partculas na
direo normal da carga aplicada. No entanto, no existe uma relao definida entre a
resistncia do agregado e a resistncia do concreto.
Uma importante caracterstica do agregado leve a boa aderncia entre o
agregado e a pasta hidratada de cimento que o envolve, sendo conseqncia de vrios
fatores. Em primeiro lugar, a textura spera da superfcie de muitos agregados leves
resulta em um intertravamento mecnico entre os dois materiais. De fato, muitas vezes,
ocorre uma certa penetrao da pasta de cimento para o interior dos poros abertos na
superfcie das partculas de agregado grado. Em segundo lugar, os mdulos de
elasticidade das partculas de agregado leve e da pasta de cimento no so muito
diferentes. Em conseqncia, no so induzidas tenses diferenciais entre os dois
materiais pelas cargas aplicadas ou por variaes trmicas ou higroscpicas. Em terceiro
lugar, a gua absorvida pelo agregado no momento da mistura se torna, com o tempo,
disponvel para a hidratao do cimento no hidratado remanescente. NEVILLE (24)
ressalta que, como boa parte dessa hidratao adicional ocorre na regio da interface
agregado-pasta, torna-se mais forte a aderncia entre o agregado e a matriz.
O mdulo de elasticidade, de acordo com NEVILLE (24), pode ser expresso
em funo da resistncia compresso. No entanto, devido melhor aderncia da pasta
com as partculas, o concreto com agregado leve apresenta uma ao combinada
particularmente boa, de modo que as propriedades elsticas do agregado tm maior
influncia sobre o mdulo de elasticidade do concreto do que no caso de concretos com
agregados normais. Como as propriedades elsticas do agregado no so influenciadas
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CAPTULO 2 - REVISO BIBLIOGRFICA 24
pelo teor de vazios e, portanto, nem pela massa especfica aparente, o mdulo de
elasticidade do concreto com agregado leve pode ser expresso em funo da massa
especfica do concreto, bem como da sua resistncia compresso.
Para resistncias de at 41 MPa, o ACI 318-99 (4) apresenta uma expresso
para o mdulo de elasticidade esttico secante do concreto, Ec, dada por:
'c
5,16c f1043E = , ( 2.6 )
onde:
cE = mdulo de elasticidade esttico secante, em GPa;
= massa especfica do concreto, em kg/m3, e
'cf = resistncia compresso determinada em cilindros, em MPa.
Essa expresso vlida para valores de massa especfica entre 1440 kg/m3 e
2480 kg/m3.
Quanto aos concretos leves com resistncia entre 60 MPa e 100 MPa, a
relao entre o mdulo de elasticidade e a resistncia compresso parece ser melhor
representada pela expresso proposta por ZHANG E GJORV (32):
5,13,0
cc 2400f5,9E
= . ( 2.7 )
Os termos da expresso acima so os mesmos da relao proposta pelo ACI
318-99.
NEVILLE (24) indica que em concretos feitos com argila expandida ou cinza
volante sinterizada encontraram-se valores do mdulo de elasticidade entre 18 GPa e 26
GPa, isto , tipicamente 12 GPa menos do que concretos com agregados naturais tpicos
com iguais resistncias, no intervalo entre 50 MPa e 90 MPa. O mdulo de elasticidade
menor dos concretos leves permite maiores deformaes finais do que os concretos
convencionais com igual resistncia.
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CAPTULO 2 - REVISO BIBLIOGRFICA 25
Analisando agora a permeabilidade do concreto estrutural leve, NEVILLE (24)
afirma que, como geralmente descontnuo o sistema de poros dos agregados leves, a
porosidade das prprias partculas do agregado no tem influncia sobre a
permeabilidade do concreto, que baixa em relao ao concreto convencional. Essa
baixa permeabilidade devida a vrios fatores: menor relao gua/cimento na pasta,
melhora na qualidade da regio da interface em torno do agregado de modo que no se
formam percursos mais fceis em volta do agregado e melhor compatibilidade do
mdulo de elasticidade do agregado e da matriz resultando em uma menor
microfissurao sob carga ou por efeito de variaes trmicas. Alm disso, o suprimento
de gua pelo agregado possibilita o prosseguimento da hidratao do cimento com uma
conseqente reduo da permeabilidade.
Outra caracterstica importante do concreto estrutural leve, de acordo com
NEVILLE (24), a sua baixa condutividade trmica e baixo coeficiente de dilatao
trmica, que reduz o aumento da temperatura da armadura em caso de incndio. A
combinao desses dois fatores benfica no caso de exposio ao fogo. Alm disso, o
agregado estvel a temperaturas elevadas, tendo ele mesmo sido processado a uma
temperatura acima de 1100C.
Da anlise sobre as aplicaes do concreto estrutural leve em edificaes,
nota-se que, embora ele custe mais do que o concreto convencional (cerca de 10 a 15%)
por metro cbico, a estrutura pode custar menos, como resultado da reduo do peso
prprio e do menor custo das fundaes. A construo, em concreto leve, do tabuleiro
da ponte So Francisco - Oakland Bay, em 1936, resultou na economia de 3 milhes de
dlares em ao. Desde ento, numerosos tabuleiros de pontes em concreto leve foram
construdos em todo o mundo. A resistncia no o fator de maior importncia em lajes
de pisos; portanto, uma grande quantidade de agregado leve usada para reduzir o peso
prprio do concreto em pisos de edifcios altos. Um exemplo dessa aplicao o Lake
Point Tower, em Chicago, Illinois, construdo em 1968, com 71 pavimentos. As lajes de
piso, do segundo ao septuagsimo andar e a rea da garagem foram executadas em
concreto moldado in loco, com uma massa especfica de 1730 kg/m3 e uma resistncia
compresso aos 7 dias de 20 a 22 MPa. O Australian Square, em Sidney, Austrlia,
terminado em 1967, uma torre circular (50 pavimentos), de 184 m de altura, e 42,5 m
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CAPTULO 2 - REVISO BIBLIOGRFICA 26
de dimetro. Uma economia de 13% no custo da construo foi conseguida, com o uso
de 30 000 m3 de concreto leve nas vigas e lajes acima do stimo andar. O concreto tinha
uma resistncia compresso mdia de 34 MPa e uma massa especfica mdia de 1792
kg/m3, aos 28 dias. O One Shell Plaza, em Houston, Texas, construdo em 1969, uma
estrutura toda em concreto leve, de 52 pavimentos. Caso tivesse sido usado concreto de
densidade usual, somente uma estrutura com 35 andares poderia ter sido projetada com
segurana, devido ao limite de capacidade portante do solo ( MEHTA E MONTEIRO
(22) ).
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CAPTULO 3
CARACTERIZAO E FABRICAO DOS
PROTTIPOS
3.1 - INTRODUO
Neste capitulo, ser apresentada a especificao dos prottipos analisados,
compreendendo suas principais caractersticas. Detalham-se, tambm, os materiais
utilizados com os respectivos ensaios de caracterizao. Por fim, uma descrio do
processo de execuo e de preparao para ensaio dos prot