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UNIVERSIDADE FEDERAL DE RORAIMA PRO REITORIA DE ENSINO E GRADUAÇÃO CENTRO DE CIÊNCIA E TECNOLOGIA - CCT DEPARTAMENTO DE ARQUITETURA E URBANISMO - DAU CURSO DE ARQUITETURA E URBANISMO PROJETO ESTRUTURAL: CÁLCULO E DIMENSIONAMENTO DAS LAJES, VIGAS E PILARES DE UMA RESIDÊNCIA BOA VISTA – RR 2018.2 2 ENOLLA DINIZ PEREIRA FELIPE ALVES EVANGELISTA ISABELA ARENAS DALLAGASSA RITHELLY LOBATO LIMA MEMORIAL DE CÁLCULO DE PROJETO ESTRUTURAL EM CONCRETO ARMADO PARA UMA EDIFICAÇÃO RESIDENCIAL Trabalho escrito apresentado ao Curso de Arquitetura e Urbanismo da Universidade Federal de Roraima, como requisito parcial para obtenção de notas na Disciplina de Estrutura de concreto armado I – Sistemas IV sob orientação do professor Gustavo Neres Nunes. BOA VISTA – RR 2018.2 3 SUMÁRIO: 1. INTRODUÇÃO....................................................................................................5 2. DESCRIÇÃO DO PROJETO...............................................................................6. 3. CÁLCULO DE ESPESSURA MINIMA DA LAJE..............................................7 4. CÁLCULO DE Ψ2.................................................................................................................................................8 5. CÁLCULO DE Ψ3.................................................................................................................................................8 6. DETERMINAÇÃO DA ESPESSURA MÍNIMA................................................9 7. CÁLCULO DO CARREGAMENTO NAS LAJES.............................................9 7.1 Carga Permanente (g) ................................................................................................9 7.2 Revestimento..............................................................................................................9 7.3 Carga acidental...........................................................................................................9 7.4 Carga Total.................................................................................................................9 8. CÁLCULO DA REAÇÃO DE APOIO DA LAJE.............................................10 9. CÁLCULO DO MOMENTO FLETOR DA LAJE............................................10 10. CÁLCULO DE DIMENSIONAMENTO DE LAJES........................................12 a) Momento de projeto............................................................................................12 b) Índice kc..............................................................................................................12 c) Laje 4...................................................................................................................12 d) Índice ks..............................................................................................................13 e) Laje 4...................................................................................................................13 f) Cálculo da área do aço.........................................................................................13 g) Laje 4...................................................................................................................13 h) Cálculo da área mínima do aço............................................................................14 i) Laje......................................................................................................................14 j) Cálculo de número de barras...............................................................................14 k) Laje 4................................................................................................................... 16 l) Cálculo de espaçamento.......................................................................................16 m) Laje 4...................................................................................................................16 11. LEVANTAMENTO DE CARGAS DAS VIGAS...............................................19 4 11.1 Carregamento das reações de apoio das lajes...........................................................19 11.2 Peso Próprio.............................................................................................................20 11.3 Carregamento Total................................................................................................ 21 11.4 Carregamentos atuantes na viga 6...........................................................................23 11.5 Carregamentos atuantes na viga 21...................................................................... ..24 12. DIMENSIONAMENTO A FLEXÃO DE VIGAS.............................................25 12.1 Cálculo da largura efetiva da mesa..........................................................................25 12.2 Estimativa de altura útil..........................................................................................26 12.3 Cálculo da posição da linha neutra............................................................................26 12.4 Cálculo da armadura (as) ........................................................................................26 13. O CÁLCULO DO CISALHAMENTO ..............................................................28 13.1 Espaçamento............................................................................................................30 14. COMPRIMENTO DE ANCORAGEM...............................................................32 14.1 Cálculo do comprimento de ancoragem da viga 6...................................................33 15. CONCLUSÃO.....................................................................................................35 16. REFERENCIAS..................................................................................................36 5 1. INTRODUÇÃO O trabalho visa expor como são os procedimentos necessários, passo a passo para o cálculo de dimensionamento de vigas e lajes de um edifício, conhecidos através das aulas lecionadas durante todo o semestre. Para esse tipo de cálculo existem normas que servem para padronização de análises, que são a NBR 6118 – Projeto de estruturas de concreto e a NBR 6129 – Cargas para cálculo de estruturas de edificações. O projeto tem etapas de cálculos que funcionam da seguinte maneira: inicialmente as lajes, que são placas contínuas geralmente apoiadas em seu perímetro por colunas que constituem os pavimentos e tetos de edificações estruturadas em concreto armado objeto de estudo e cálculo, as utilizadas no projeto são maciças, quanto a sua tipologia, após determinarmos as dimensões de cada laje foi definido por meio de cálculo as espessuras mínimas das lajes, seus pesos totais, áreas, número de barras, espaçamentos entre as barras, diâmetros de bitola e área mínimas, que correspondem as duas primeiras provas. Sucessivamente, os cálculos de vigas foram iniciados, as mesmas funcionam para a sustentação das lajes e transferem os pesos a pilares existentes na edificação. Quanto a sua classificação as vigas se dividem em viga T e viga retangular e os dois métodos de cálculos foram ensinados em sala de aula, além de todos os cálculos citados anteriormente. No cálculo de vigas se acrescentam, cisalhamento e ancoragem, as vigas selecionadas pelo professor, após a verificação, foram somente classificadas como retangulares, portanto não se encontra nesse material o método a ser adotado caso as vigas sejam T. 6 2. DESCRIÇÃO DO PROJETO Este projeto foi idealizado para ser construído na zona urbana de uma região de clima úmido e tropical, como o intuito de proporcionar um ambiente que gere a sensação de segurança, aconchegoe uma estética agradável. O edifício é composto por dois pavimentos, no pavimento térreo os cômodos correspondentes são: sala de estar, sala de jantar, cozinha, lavabo, garagem e área de serviço. No pavimento superior encontram – se três dormitórios e uma suíte. A edificação está localizada em uma zona urbana de clima úmido, e de acordo com a Norma 6118:2003 possui baixo índice de agressividade, a área construída da casa conta com 179,80 m2, o que significa que ocupa 62,43% do lote total, pois o terreno mede 12m por 24m, totalizando 288m2 no total. No terreno ainda podem haver outras adições na edificação, mas somente para o fundo. Não existe nenhum tipo de vegetação a não ser rasteira, mas o projeto conta com a implantação de espécies arbóreas de médio porte para melhor conforto térmico. Para que os cálculos sejam realizados, adotamos as seguintes especificações Concreto Armado de categoria 50kgf/mm², e concreto com classe de 20Mpa. 7 3. CÁLCULO DA ESPESSURA MÍNIMA DA LAJE A NBR 6118 (item 13.2.4.1) estabelece que a espessura mínima para as lajes maciças deve respeitar: a) 7 cm para lajes de cobertura não em balanço; b) 8 cm para lajes de piso não em balanço; c) 10 cm para lajes em balanço; d) 10 cm para lajes que suportem veículos de peso total menor ou igual a 30 kN; e) 12 cm para lajes que suportem veículos de peso total maior que 30 kN; f) 15 cm para lajes com protensão apoiada em vigas, com o mínimo de /42 para lajes de piso biapoiadas e /50 para lajes de piso contínuas; g) 16 cm para lajes lisas e 14 cm para lajes cogumelo fora do capitel Sendo d a altura útil da laje, temos: 𝑑 = 𝑙 𝜓2. 𝜓3 Onde, l = lx é o menor vão. A laje 01 vai servir para a demonstração de como os cálculos devem ser realizados. Figura 01: Laje 1 Fonte: os autores 8 4. CÁLCULO DE Ψ2 De acordo com a Tabela 4 do Libânio M. Pinheiro, é definido o pré-dimensionamento das lajes por sua quantidade de vínculos e dimensões. Figura 02: pré-dimensionamento dos valores de Ψ2 e Ψ3 Fonte: Libanio M. Pinheiro No caso da laje1 anteriormente citada: lx = vão menor = 3,63m ly = vão maior = 3,65m Para que os valores da tabela sejam inseridos é necessário que se obtenha o valor de λ, através da seguinte fórmula: 𝜆 = 𝑙𝑦 𝑙𝑥 = 3,65𝑚 3,63𝑚 = 1,00 Com o valor de λ obtido, pela mesma tabela (Tabela 2.1ª), o valor correspondente de Ψ2 é dado por: Ψ2 = 1,80 5. CÁLCULO DE Ψ3 De acordo com a Tabela 2.1ª (Libânio M. Pinheiro), sabendo – se que o aço com o qual trabalharemos é o aço CA 50 e que todas as lajes no dito projeto serão maciças, temos: fyk = 500 MPa Assim, diretamente na tabela (Laje Maciça), temos: Ψ3 = 25 9 6. DETERMINAÇÃO DA ESPESSURA MÍNIMA 𝑑 = 𝑙 𝜓2. 𝜓3 = 3,63 1,80 . 25 = 0,09𝑚 = 𝑙𝑜𝑔𝑜 9𝑐𝑚 Mas, diante de todas as alturas calculadas, adotou – se como método de padronização, a seguinte medida: 10 cm para lajes inferiores e 8 cm para lajes superiores. 7. CÁLCULO DO CARREGAMENTO NAS LAJES 7.1 Carga Permanente (g) Peso próprio γ concreto armado = 25 KN/m³ Peso Próprio = γ concreto armado * h Peso Próprio = 25 * 0,10 = 2,5 KN/m² 7.2 Revestimento: Revestimento = 0,8KN/m² Para fazer o cálculo do contrapiso, faz-se o produto da γ do contrapiso pela argamassa, logo, o valor utilizado para a laje foi de 1,47KN. 7.3 Carga acidental: Segundo a NBR 6120, adota-se o valor de 1,5KN para lajes que têm acesso ao uso de pessoas, e para as lajes sem acesso, 0,5KN. 7.4 Carga Total: 𝑞𝑡 = 𝑝𝑒𝑠𝑜 𝑝𝑟ó𝑝𝑟𝑖𝑜 + 𝑐𝑜𝑛𝑡𝑟𝑎𝑝𝑖𝑠𝑜 + 𝑟𝑒𝑣𝑒𝑠𝑡𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 + 𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑎𝑐𝑖𝑑𝑒𝑛𝑡𝑎𝑙𝑞𝑡 = 2,5 + 1,47 + 1,5 + 0,08 = 5,5𝐾𝑁 10 8. CÁLCULO DA REAÇÃO DE APOIO DA LAJE: (ANEXO 1) Para entrarmos na Tabela 2.1ª (Libânio M. Pinheiro), temos: 𝜆 = 1,00 (Valor já citado acima) Gerando os seguintes valores, obtidos na Tabela 2.1ª (Libânio M. Pinheiro): υX=2,19; υX’=3,20; υY=2,17; υY'=3,17. Utilizando a fórmula: 𝑉𝑥 = 𝜐𝑋 ∗ ( 𝑝𝑙𝑋 10 ) Foram obtidos os seguintes valores: Vx = 4,37 KN/m²; Vx’ = 6,39 KN/m²; Vy = 4,33 KN/m²; Vy’ = 6,33 KN/m² 9. CÁLCULO DO MOMENTO FLETOR DA LAJE: (ANEXO 2) Para entrarmos na Tabela 2.1ª (Libânio M. Pinheiro), temos: 𝜆 = 1,00 (Valor já citado acima) Gerando os seguintes valores, obtidos na Tabela 2.1ª (Libânio M. Pinheiro): μX=2,74; μX’=7,08; μY=2,69; μY'=7,03. Utilizando a fórmula: 𝑀𝑥 = 𝛍𝑋 ∗ ( 𝑝. 𝑙𝑥 100 ) Foram obtidos os seguintes valores: Mx= 1,99 KN.m/m; Mx’= 5,13 KN.m/m; My= 1,95 KN.m/m; My’= 5,09 KN.m/m 11 As lajes seguintes foram calculadas de acordo com os métodos citados anteriormente, gerando assim os valores descritos nas tabelas abaixo: Tabela 01 CÁLCULO ALTURA DAS LAJES LAJES LX(m) LY(m) λ ψ2 ψ3 d L1 3,63 3,65 1,005509642 1,8 25 9 L2 1,63 3,1 1,901840491 1,73 25 4 L3 1,63 3,1 1,901840491 1,73 25 4 L4 4,275 5 1,169590643 1,73 25 10 L5 2,35 3,27 1,391489362 2 25 5 L6 3,15 3,63 1,152380952 1,74 25 8 L7 3,14 3,62 1,152866242 1,95 25 7 L8 3,43 3,45 1,005830904 1,79 25 8 L9 1,45 2,9 2 1,7 25 4 L10 1,45 2,9 2 1,7 25 4 L11 3,65 4,28 1,17260274 1,94 25 8 L12 1,35 4,28 3,17037037 1,4 25 4 L13 2,35 3,27 1,391489362 2 25 5 L14 2,95 3,42 1,159322034 1,73 25 7 L15 2,35 3,1 1,319148936 1,91 25 5 L16 3,15 3,63 1,152380952 1,74 25 8 12 Sob orientação do Professor Gustavo Nunes, foram selecionadas as lajes 04 e 08, calculadas a partir do seguinte método: 10. CÁLCULO DE DIMENSIONAMENTO DE LAJES (ANEXO 3) a. Momento de projeto Multiplica-se o momento calculado pelo coeficiente de concreto γ = 1,4. Assim é obtido o momento de projeto, na laje 04 a operação foi realizada da seguinte maneira: Mx: 3,44 x 1,4= 4,81 KN.m/m My: 2,66 x 1,4= 3,73 KN.m/m Mx’: 8,32 x 1,4= 11,56 KN.m/m My’: 7,54 x 1,4=10,55 KN.m/m b. Índice Kc Para efetuar esses cálculos devemos adotar e utilizar 𝑏𝑤 (𝑏𝑎𝑠𝑒 𝑑𝑎 𝑙𝑎𝑗𝑒) = 100 𝑐𝑚 padrão para todas as lajes: 𝐾𝑐 = 𝑏𝑤 . 𝑑² 𝑀𝑠𝑑 . 100 c. Laje 4 Para calcular o Kc da laje em questão, utilizar os valores já calculados de 𝑑 = 7,25𝑐𝑚, de 𝑀𝑠𝑑𝑥 = 4,81 𝐾𝑁𝑚 𝑚 e 𝑀𝑠𝑑𝑦 = 3,73 𝐾𝑁𝑚 𝑚 , 𝑀𝑠𝑑𝑥′ = 11,65 𝐾𝑁𝑚 𝑚 e 𝑀𝑠𝑑𝑦′ = 10,55 𝐾𝑁𝑚 𝑚 com isso temos: 𝐾𝑐𝑥 = 100 . 7,252 4,81 . 100 = 11,01 𝑐𝑚2 𝐾𝑁 𝐾𝑐𝑦 = 100 . 7,252 3,73 . 100 = 14,10 𝑐𝑚2 𝐾𝑁 13 𝐾𝑐𝑥′ = 100 . 7,252 11,65 . 100 = 4,51 𝑐𝑚2 𝐾𝑁 𝐾𝑐𝑦′ = 100 . 7,252 10,55 . 100 = 4,98 𝑐𝑚2 𝐾𝑁 d. Índice Ks O coeficiente de Ks deve ser obtido por meio da análise da tabela 13 (Libânio M. Pinheiro), deve-se levar em consideração 𝐾𝑐 encontrado da laje e o C e CA (concreto e aço) estabelecido. e. Laje 4 Para encontrar o Ks da L4 devemos ter os valores de Kc, e considerar o concreto C20 e o aço CA-50, com isso encontramos: 𝐾𝑠𝑥 = 0,024, 𝐾𝑠𝑥′ = 0,02570187, 𝐾𝑠𝑦 = 0,024 e 𝐾𝑠𝑦′ = 0,025 f. Cálculo da área do aço Esse cálculo tem o objetivo obter a área que aço irá ocupar na laje, no entanto ainda é possível verificar a área mínima para saber se o valor obtido com o cálculo da área é o bastante para a carga já calculada, para realizar esse cálculo devemos saber o Ks da laje, além do Msd e da altura útil encontrada, temos então: 𝐴𝑠𝑑 = 𝐾𝑠 . 𝑀𝑠𝑑 𝑑 g. Laje 4 Para encontrar a área do aço da laje 4: 14 𝐴𝑠𝑑𝑥 = 0,024 . 4,81 𝐾𝑁𝑐𝑚 𝑐𝑚 7,25 𝑐𝑚 = 0,02 𝑐𝑚2 𝑐𝑚 𝐴𝑠𝑑𝑦 = 0,024 . 3,73 𝐾𝑁𝑐𝑚 𝑐𝑚 7,25 𝑐𝑚 = 0,01 𝑐𝑚2 𝑐𝑚 𝐴𝑠𝑑𝑥′ = 0,025701871 . 11,65 𝐾𝑁𝑐𝑚 𝑐𝑚 7,25 𝑐𝑚 = 0,04 𝑐𝑚2 𝑐𝑚 𝐴𝑠𝑑𝑦′ = 0,025 . 10,55 𝐾𝑁𝑐𝑚 𝑐𝑚 7,25 𝑐𝑚 = 0,04 𝑐𝑚2 𝑐𝑚 Tendo em vista que as áreas não passaram, foi utilizada a área de aço mínima: h. Cálculo da área mínima do açoAssim como o cálculo da área do aço o cálculo da área mínima estabelece o mínimo que a área calculada dele obter, por isso temos: 𝐴𝑠𝑑 = 0,1 . 𝑏 . ℎ 100 i. Laje 4 Para encontrar a área do aço mínima da laje 4 𝐴𝑠𝑑 𝑚𝑖𝑛 = 0,1 . 100 . 10 100 = 1,00 𝑐𝑚2 𝑐𝑚 𝐴𝑠𝑑 𝑚𝑖𝑛 = 0,15 . 100 . 10 100 = 1,50 𝑐𝑚2 𝑐𝑚 Nesse caso os valores obtidos servem tanto para x’ como para y’. j. Cálculo de número de barras 15 Esse cálculo é responsável por estabelecer a quantidade de barras de aço que será utilizada no projeto, para realizar o cálculo devemos utilizar o Asd encontrado, e saber a bitola adotada para calcular a área da barra. 𝑁 = 𝐴𝑠𝑑 𝜋 . ∅² 4 k. Laje 4 Para a calcular o número de barras da laje 4: 𝑁𝑥 = 1,00 𝜋 .0, 5² 4 = 5,092 ≅ 6 𝑏𝑎𝑟𝑟𝑎𝑠 𝑑𝑒 ∅ 5,0 𝑚𝑚 𝑁𝑋′ = 1,5 𝜋 .0, 5² 4 = 7,64 ≅ 8𝑏𝑎𝑟𝑟𝑎𝑠 𝑑𝑒 ∅ 5,0 𝑚𝑚 𝑁𝑦 = 1,00 𝜋 . 0,5² 4 = 5,092 ≅ 6 𝑏𝑎𝑟𝑟𝑎𝑠 𝑑𝑒 ∅ 5,0 𝑚𝑚 𝑁𝑌′ = 1,5 𝜋 . 5² 4 = 7,64 ≅ 8 𝑏𝑎𝑟𝑟𝑎𝑠 𝑑𝑒 ∅ 5,0 𝑚𝑚 l. Cálculo de espaçamento O cálculo de espaçamento é responsável por reger a distância que as barras terão uma das outras, nesse casso o espaçamento se faz por duas etapas: 1ª – verificação do espaçamento S = 10 cm 20 cm 2 . h 16 2ª – cálculo do espaçamento 𝑆 = 100 . 𝐴∅ 𝐴𝑠𝑑∅ m. Laje 4 Para calcular o escapamento da laje 4 nas duas etapas utilizaremos 𝐴𝑠𝑑𝑥 = 1,00 𝑐𝑚2 𝑐𝑚 e 𝐴𝑠𝑑𝑦 = 1,0 𝑐𝑚2 𝑐𝑚 , 𝐴𝑠𝑑𝑥′ = 1,5 𝑐𝑚2 𝑐𝑚 , 𝐴𝑠𝑑𝑦 = 1,5 𝑐𝑚2 𝑐𝑚 ,usando a bitola de 5,0 mm, onde h = 10cm. 1ª – verificação do espaçamento S = 2ª – cálculo do espaçamento 𝑆𝑥 = 100 . 𝜋 . 0,5² 4 1,00 = 20𝑐𝑚 𝑆𝑥′ = 100 . 𝜋 . 0,5² 4 1,5 = 14𝑐𝑚 𝑆𝑦 = 100 . 𝜋 . 0,5² 4 1,00 = 20𝑐𝑚 10 cm 20 cm 2 . 15 cm = 30 cm 17 𝑆𝑥 = 100 . 𝜋 . 0,5² 4 1,5 = 14𝑐𝑚 Nesse caso vemos que o espaçamento da laje 4 passou tanto na verificação quanto no cálculo de espaçamento. Figura 03 - detalhamento laje 04 Figura 04 – detalhamento laje 08 18 19 11. LEVANTAMENTO DE CARGAS DAS VIGAS Por meio da seguinte equação podemos calcular as cargas provenientes da alvenaria. 𝑄𝑎𝑙𝑣 = 𝛾𝑎𝑙𝑣𝑒𝑛𝑎𝑟𝑖𝑎 𝐿𝑣𝑖𝑔𝑎 Onde: 𝛾𝑎𝑙𝑣𝑒𝑛𝑎𝑟𝑖𝑎 = 13 𝐾𝑁 𝑚3 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑡𝑖𝑗𝑜𝑙𝑜 𝑓𝑢𝑟𝑎𝑑𝑜 𝐿𝑣𝑖𝑔𝑎= Vão de cada trecho calculado TABELA 02: Carregamento da alvenaria na V6 Trecho Vão (m) Peso específico alvenaria (KN/m³) Carregamento (KN/m) Trecho 1 3,05 13 4,27 Trecho 2 1,20 13 10,84 Trecho 3 1,20 13 10,84 A viga 21 por estar posicionada no pavimento superior e por não existir nenhuma outra estrutura acima da viga, não possui carregamento de alvenaria. 11.1 Carregamento das reações de apoio das lajes O carregamento proveniente das lajes para a viga é definido através das reações de apoios já calculados nas lajes (Tabela 03). Assim, para as vigas adotou-se os seguintes carregamentos: 20 TABELA 03: Levantamento de cargas das reações de apoio da V6 Trecho Lajes vx v'x vy v'y Carga Total KN/m Trecho 1 L3(ly)+L4(lx) 5,76 8,42 1,53 2,24 17,95 Trecho 2 L4(lx)+L5(lx) 5,76+4,14 8,42+0 0 0 18,32 Trecho 3 L5 (lx)+L7(ly) 4,14 0 2,95 4,32 11,41 TABELA 04: Levantamento de cargas das reações de apoio da V21 Trecho Lajes vx v'x vy v'y Carga Total KN/m Trecho 1 L9 0 2,31 0 0 2,31 Trecho 2 L10 0 2,31 0 0 2,31 Trecho 3 L11 4,80 0 0 0 4,80 Trecho 4 L12 2,35 3,35 0 0 5,70 11.2 Peso Próprio O peso próprio da viga pode ser calculado através do dimensionamento de sua seção transversal multiplicado pelo peso específico do concreto armado. Temos assim: 𝑄𝑝𝑝 = ℎ𝑣𝑖𝑔𝑎 𝑥 𝑏𝑤 𝑥 𝛾𝑐𝑜𝑛𝑐𝑟𝑒𝑡𝑜 𝑎𝑟𝑚𝑎𝑑𝑜 V6 V21 ℎ𝑣𝑖𝑔𝑎 = 0,35 𝑚 𝑏𝑤 = 0,20 𝑚 𝛾𝑐𝑜𝑛𝑐𝑟𝑒𝑡𝑜 𝑎𝑟𝑚𝑎𝑑𝑜= 25,0 KN/m³ Logo: 𝑄𝑝𝑝 = 0,35 𝑥 0,20 𝑥 25 = 1,75 𝐾𝑁/𝑚 ℎ𝑣𝑖𝑔𝑎 = 0,38 𝑚 𝑏𝑤 = 0,20 𝑚 𝛾𝑐𝑜𝑛𝑐𝑟𝑒𝑡𝑜 𝑎𝑟𝑚𝑎𝑑𝑜= 25,0 KN/m³ Logo: 𝑄𝑝𝑝 = 0,38 𝑥 0,20 𝑥 25 = 1,9𝐾𝑁/𝑚 21 11.3 Carregamento Total Portanto o carregamento total é a somatória de todas as cargas atuantes em uma viga. Portanto: 𝑄 = 𝑄𝑎𝑙𝑣𝑒𝑛𝑎𝑟𝑖𝑎 + 𝛴𝑅 + 𝑄𝑝𝑝 Figura 05: Carregamentos distribuídos na viga 6 Fonte: FTOOL Carregamento Total V6 Trecho 1: 𝑄𝑎𝑙𝑣𝑒𝑛𝑎𝑟𝑖𝑎 = 4,27 𝐾𝑁/𝑚 𝛴𝑅 = 17,95 𝑄𝑝𝑝 = 1,75 𝐾𝑁/𝑚 Logo: Q1 = 4,27+17,95+1,75 = 23,97 KN/m Trecho 2: 𝑄𝑎𝑙𝑣𝑒𝑛𝑎𝑟𝑖𝑎 = 10,84 𝐾𝑁/𝑚 𝛴𝑅 = 18,32 𝑄𝑝𝑝 = 1,75 𝐾𝑁/𝑚 22 Logo: Q2 = 10,84+ 18,32+1,75 = 30,91 KN/m Trecho 3: 𝑄𝑎𝑙𝑣𝑒𝑛𝑎𝑟𝑖𝑎 = 10,84𝐾𝑁/𝑚 𝛴𝑅 = 11,41 𝐾𝑁/𝑚 𝑄𝑝𝑝 = 1,75𝐾𝑁/𝑚 Logo: Q3 = 10,84+11,41+1,75= 24,00 KN/m Figura 06: Carregamentos na viga 21 Fonte: FTOOL Carregamento Total V21 Trecho 1: 𝛴𝑅 = 2,31 𝐾𝑁/𝑚 𝑄𝑝𝑝 = 1,90 𝐾𝑁/𝑚 Logo: Q1 =2,31+1,90= 4,21= KN/m Trecho 2: 23 𝛴𝑅 = 2,31𝐾𝑁/𝑚 𝑄𝑝𝑝 = 1,90 𝐾𝑁/𝑚 Logo: Q2=2,31+1,90= 4,21KN/m Trecho 3: 𝛴𝑅 = 4,80 𝐾𝑁/𝑚 𝑄𝑝𝑝 = 1,90 𝐾𝑁/𝑚 Logo: Q3 =4,80+1,90=6,7 KN/m Trecho 4: 𝛴𝑅 = 5,70 𝐾𝑁/𝑚 𝑄𝑝𝑝 = 1,90 𝐾𝑁/𝑚 Logo: Q3 =5,70+1,90=7,6 KN/m 11.4 Carregamentos atuantes na viga 6 Figura 07: Carregamentos uniformemente distribuídos na viga 6 Fonte: FTOOL 24 Figura 08: Diagrama de esforço cortante da viga 6 Fonte: FTOOL Figura 09: Diagrama de momento fletor da viga 6 Fonte: FTOOL 11.5 Carregamentos atuantes na viga 21 Figura 10: Carregamentos uniformemente distribuídos na viga 21 Fonte: FTOOL 25 Figura 11: Diagrama de esforço cortante da viga 21 Fonte: FTOOL Figura 12: Diagrama de momento fletor da viga 21 Fonte: FTOOL 12. DIMENSIONAMENTO A FLEXÃO DE VIGAS Primeiro é necessário verificarmos se a seção da viga a ser calculada será de formato “T” ou retangular com as seguintes considerações. 12.1 Cálculo da largura efetiva da mesa Temos que :𝑏𝑓 = b1 + ba+ b3 Sendo ba= bw = 0,20m Mas, segundo a NBR 6118/14, item 14.6.2.2, b1 e b3 podem ser calculados da seguinte forma: b1≤ { 0,10. 𝑎 0,10. 𝑏2 b3≤ { 0,10. 𝑎 𝑏4 26 𝑎 = 0,75. 𝑙 (Vão com momento em uma só extremidade) 𝑎 = 0,75. 3,05= 2,2875 – 2,29 b1≤ {0,10.2,29= 0,229m bf= 0.229+0,20+0,229= 0,658 cm 12.2 Estimativa de altura útil Adotando estribos com φ de 5.0 mm e para a armadura de flexão φ 8 mm, inicialmente temos: d’= h- cnom+ φt+ φ 2 = 350 – 25 - 5 - 8 2 = 316mm 12.3 Cálculo da posição da linha neutra Calculo do momento limite Mk= 21,6.10⁶ N.mm Msd= 21,6.10⁶x1,4= 30,24.10⁶ N.mm Md,lim= bf.hf.0,85.fcd. d- ℎ𝑓 2 = Md,lim= 658.100.0,86. 14,28.10 N/mm². 316- 100 2 = Md, lim= 255,23.10⁶ N.mm Msd<Md,lim = a linha neutra não interceptou a mesa Portanto, a viga escolhida terá a seção transversal retangular Inserir imagem da seção 12.4 Cálculo da armadura (as) Cálculo de µsd (Tabela Universal) µsd= 𝑀𝑠𝑑 𝑏𝑓.𝑑2.𝑓𝑐𝑑 = 30,24.10⁶ 200.3162.14,28𝑁/𝑚𝑚 = 0,10599 106 (domínio 2) 27 Que por esta entre os valores de 0,099 e 0,107 após a interpolação foi encontrado o valor de: ζ = 0,928 Cálculo da armadura Asd= 𝑀𝑠𝑑 𝑧.𝑓𝑦𝑑 = 30,24.10⁶ 293,248. 500 1,15 = 237,1780 mm² Z= ζ.d= 0,928.316= 293,248 mm Número de barras nº= 𝐴𝑠𝑑 𝐴∅ = 237,1780 𝛑 .8² 𝟒 = 4,72= 5 barras Cálculo do espaçamento S≥ { 20𝑚𝑚 ∅ = 8𝑚𝑚 1,2. 𝑏𝑟𝑖𝑡𝑎 = 1,2 .19𝑚𝑚 = 22,8𝑚𝑚 S= 𝑏𝑤−2( 𝑐𝑛𝑜𝑚+φt)−nº.∅ nº−1 = 200−2(25+5)−5.8 5−1 = 25 mm Passou na área de aço mínima exigida Este mesmo passo a passo também foi utilizado para o cálculo de dimensionamento da viga 21. Figura 13: Tabela de cálculo de flexão das vigas 6 e 21. Fonte:Excel 28 Figura 14 – detalhamento viga 06 Figura 15 – detalhamento viga 21 13. O CÁLCULO DO CISALHAMENTO Cálculo de cisalhamento da viga 6 com seção retangular, trecho 1. Dados: Aço C20 Concreto Armado CA50 Cobrimento Nominal 2,5cm γs= 1,15 e γc= 1,4 Øt= 5mm 29 Ø= 8mm γs= 1,15 e γc= 1,4 p= 23,97 KN/m l= 3,05 m bw= 200 mm h= 350 mm VK= (p.l)/2 VK= (23,97. 3,05)/2= 36,55 KN Vsd= 1,4. VK Vsd= 1,4. 36,55 Vsd= 51,17KN d=h-Cnom-Øt-(Ø/2) d=35-2,5-0,5-(0,8/2) d= 31,6 cm αv2= 1- (fck/250) αv2= 1- (20/250) αv2= 0,92 30 VRD2= 0,27. αv2. Fcd. bw.d= VRD2= 0,27. 0,92. (2/1,4). 20. 31,6= 224,27 Fctd= ((0,7.0,3)/1,4) . ³√Fck² Fctd= ((0,7.0,3)/1,4) . ³√20² Fctd= 1,105 MPA Vc= 0,6. fctd. bw. d Vc= 0,6. 0,1105. 20. 31,6 Vc= 41,90KN Vsw= Vsd- Vc Vsw= 51,17- 41,90 Vsw= 9,27KN Asd/s= Vsw/ (0,9.d.fyd.(senα+ cosα)) Asd/s=9,27/(0,9.31,6 .(50/1,15). (sen90+cos90)) Asd/s= 0,0075 cm²/cm 13.1 Espaçamento VSD (90°)= { ≤0,20.vrd2= → d≤80cm { >0,20.vrd2= → 0,6. d≤35cm VSD (90°)= {(0,20.224,27)= 31 51,17 >44,85 → 0,6. d≤35cm → 0,6. 31,6≤35cm → (arredondado para) 20≤35cm passou Asd= (Asd/s).s Asd= 0,0075. 20 Asd= 0,15 cm²/cm n°=Asd/(π.(Øt²/4)) n°=0,15/(π.(0,5²/4)) n°=0,763 → arredondando para 1 estribo fctd,m= 0,3. ³√Fck² fctd,m=0,3. ³√20²fctd,m= 2,21MPA Asd/s mín= (20.fctd,m.bw)/fyk Asd/s mín= (20.0,221.20)/50 Asd/s mín= 1,77cm n° mín= (Asd/s mín)/(π.(Øt²/4)) n° mín= 1,77/ (π.(0,5²/4)) n° mín= 9,01 (arredondando = 10 estribos) Os Cálculos da viga 21 seguem com os mesmos métodos e fórmulas. 32 Figura 16 – Detalhamento do cisalhamento 14. COMPRIMENTO DE ANCORAGEM Segundo a NBR 6118/14 o “comprimento de ancoragem básico” é o comprimento reto necessário para uma barra de armadura passiva ancorar a força limite nessa barra, admitindo, ao longo desse comprimento, resistência de aderência uniforme e igual a fbd. A norma define o “comprimento de ancoragem necessário” (lb,nec - item 9.4.2.5), que leva em consideração a existência ou não de gancho e a relação entre a armadura calculada (𝐴𝑠𝑐𝑎𝑙𝑐) e a armadura efetivamente colocada (𝐴𝑠𝑒𝑓) . O seu valor é: 𝑙𝑏, 𝑛𝑒𝑐= α1 . 𝑙𝑏 . 𝐴𝑠𝑐𝑎𝑙𝑐 𝐴𝑠𝑒𝑓 ≥ 𝑙𝑏, 𝑚í𝑛 α1= 1,0 (para barras sem gancho) α1=0,7 (para barras tracionadas com gancho, com cobrimento no plano normal ao do gancho ≥ 3 φ ;) 𝑙𝑏,= comprimento de ancoragem básico; 𝐴𝑠,𝑐𝑎𝑙𝑐= área da armadura calculada; 33 𝐴𝑠, 𝑒𝑓= área da armadura efetiva. 𝑙𝑏,𝑚𝑖𝑛= { 0,3. 𝑙𝑏 10. φ 100 𝑚𝑚 14.1 Cálculo do comprimento de ancoragem da viga 6 Cálculo do lb; 𝑙𝑏= φ 4 . fyd 𝑓𝑏𝑑 = 8 4 . 500 1,15 20 1,4 = 60,87mm Cálculo do lb, nec; 𝑙𝑏, 𝑛𝑒𝑐= α1 . 𝑙𝑏 . 𝐴𝑠𝑐𝑎𝑙𝑐 𝐴𝑠𝑒𝑓) = 1. 60,87. 237,18 98,17 = 147,06mm = 150mm α1= 1,0 (para barras sem gancho) Cálculo do lb, min; O lb, mín= passou em todos os requisitos exigidos no lb, mínimo. O cálculo do comprimento de ancoragem da viga 21 também é o mesmo. 34 Figura 17 – Detalhamento viga 21 Figura 18- Detalhamento viga 06 35 15. CONCLUSÃO É possível concluir a partir da conclusão do trabalho, os procedimentos necessários para o desenvolvimento dos cálculos de dimensionamento de lajes e vigas. Todo o conhecimento obtido e aplicado é tido como fundamental para que se sigam todos os cálculos estruturais, tanto os demonstrados aqui como os que seguirão na disciplina de Concreto Armado II e esse trabalho é uma demonstração de que os alunos que realizaram este trabalho sabem como conduzir de maneira adequada os passos descritos no trabalho inteiro. 36 16. REFERÊNCIAS ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS – ABNT. NBR 6118: Projeto de estruturas de concreto - Procedimento. 2003. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS – ABNT. NBR 6120: Cargas para o cálculo de estruturas de edificações. 1980. PINHEIRO, Libânio M. et al. Projeto de lajes maciças. USP – EESC – Departamento de Engenharia de Estruturas, 2007. SOUZA, C. J. Aprenda a pré-dimensionar uma estrutura em concreto armado. 01 abr. 2018. ArchDaily Brasil. Disponível em: <https://www.archdaily.com.br/br/891672/aprenda-a-pre-dimensionar-uma-estrutura- em-concreto-armado>. Acesso em: 25 nov. 2018. 37 CÁLCULO DOS PESOS (ANEXO 1) LAJES ϫconc hlaje PESO PRÓPRIO (KN/m²) ϫargamassa espessura do contrapiso CONTRAPISO CARGA ACIDENTAL REVESTIMENTO PESO TOTAL (KN/m²) L1 25 0,1 2,5 21 0,07 1,47 1,5 0,08 5,55 L2 25 0,1 2,5 21 0,07 1,47 1,5 0,08 5,55 L3 25 0,1 2,5 21 0,07 1,47 1,5 0,08 5,55 L4 25 0,1 2,5 21 0,07 1,47 1,5 0,08 5,55 L5 25 0,1 2,5 21 0,07 1,47 1,5 0,08 5,55 L6 25 0,1 2,5 21 0,07 1,47 1,5 0,08 5,55 L7 25 0,1 2,5 21 0,07 1,47 1,5 0,08 5,55 L8 25 0,08 2 21 0,07 1,47 0,5 0 3,97 L9 25 0,08 2 21 0,07 1,47 0,5 0 3,97 L10 25 0,08 2 21 0,07 1,47 0,5 0 3,97 L11 25 0,08 2 21 0,07 1,47 0,5 0 3,97 L12 25 0,08 2 21 0,07 1,47 0,5 0 3,97 L13 25 0,08 2 21 0,07 1,47 0,5 0 3,97 L14 25 0,08 2 21 0,07 1,47 0,5 0 3,97 L15 25 0,08 2 21 0,07 1,47 0,5 0 3,97 L16 25 0,08 2 21 0,07 1,47 0,5 0 3,97 38 CÁLCULO DAS REAÇÕES DE APOIO (ANEXO 2) LAJES ϑX Θy ϑX’ Θy’ P VX VY VX’ VY’ L1 2,19 2,17 3,2 3,17 5,5 4,37 4,33 6,39 6,33 L2 3,96 1,71 0 2,5 5,5 3,55 1,53 0 2,24 L3 3,96 1,71 0 2,5 5,5 3,55 1,53 0 2,24 L4 2,48 2,17 3,62 3,17 5,5 5,76 5,1 8,42 7,45 L5 3,2 2,5 0 0 5,5 4,14 3,23 0 0 L6 2,45 2,17 3,58 3,17 5,5 4,24 3,76 6,2 5,49 L7 3,28 1,71 0 2,5 5,5 5,66 2,95 0 4,32 L8 2,18 2,17 3,19 3,17 3,97 2,97 2,95 4,34 4,32 L9 0 1,71 4,01 2,5 3,97 0 0,98 2,31 1,44 L10 0 1,71 4,01 2,5 3,97 0 0,98 2,31 1,44 L11 3,31 1,71 0 2,5 3,97 4,8 2,48 0 3,62 L12 4,38 1,83 6,25 0 3,97 2,35 0,98 3,35 0 L13 3,2 2,5 0 0 3,97 2,99 2,33 0 0 L14 2,46 2,17 3,6 3,17 3,97 2,88 2,54 4,22 3,71 L15 0 1,71 3,51 2,5 3,97 0 1,6 3,27 2,33 L16 2,45 2,17 3,48 3,17 3,97 3,06 2,71 4,35 3,96 39 CÁLCULO DO MOMENTO FLETOR (ANEXO 3) LAJES μx μy μx’ μy’ P Mx My Mx’ My’ L1 2,74 2,69 7,08 7,03 5,5 1,99 1,95 5,13 5,09 L2 4,08 0,94 8,42 5,56 5,5 0,6 0,14 1,23 0,81 L3 4,08 0,94 8,42 5,56 5,5 0,6 0,14 1,23 0,81 L4 3,51 2,63 8,44 7,55 5,5 3,44 2,66 8,32 7,54 L5 3,3 1,66 7,24 5,7 5,5 1 0,5 2,2 1,73 L6 3,42 2,65 8,28 7,5 5,5 1,87 1,45 4,52 4,09 L7 2,99 1,85 6,95 5,69 5,5 1,62 1 3,77 3,09 L8 2,73 2,69 7,03 7,02 3,97 1,28 1,26 3,28 3,28 L9 4,12 0,88 8,47 5,64 3,97 0,34 0,07 0,71 0,47 L10 4,12 0,88 8,47 5,64 3,97 0,34 0,07 0,71 0,47 L11 3,08 3,6 7,09 5,73 3,97 1,63 1,9 3,75 3,03 L12 7,03 1,48 12,5 0 3,97 0,51 0,11 0,9 0 L13 3,3 1,66 7,24 5,7 3,97 0,72 0,36 1,59 1,25 L14 3,46 2,64 8,35 7,52 3,97 1,2 0,91 2,88 2,6 L15 3,45 1,6 7,63 5,75 3,97 0,76 0,35 1,67 1,26
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