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FACULDADE SANTA MARIA CURSO BACHARELADO EM ENGENHARIA CIVIL UNIDADE CURRICULAR: CONCRETO I MEMORIAL DESCRITIVO E DE CÁLCULO PARA PROJETO DE ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO. Cajazeiras – PB 2022. Gabriel Ferreira Braz Isabela Vitória de Sousa Bezerra João Correia Campos Neto Raquel Rodrigues Silva Silvio Breno Fernandes Dantas Vivian Pinheiro Rocha CONCEPÇÃO E ESTUDOS BÁSICOS DO PROJETO DE ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO. Relatório apresentado em cumprimento das exigências e como requisito parcial de avaliação na unidade curricular de Concreto I do curso Bacharelado em Engenharia Civil da Faculdade Santa Maria – FSM. Docente: Me. Rafael Sena Cajazeiras – PB 2022. Sumário 1. Introdução ..................................................................................................................... 4 2. Laje ............................................................................................................................... 4 2.1. Cargas .................................................................................................................... 4 2.2. Momentos .............................................................................................................. 4 2.3. Momentos Equilibrados ......................................................................................... 5 2.4. Armadura ............................................................................................................... 6 2.5. Reações da laje nas vigas ....................................................................................... 8 2.6. Detalhamento ......................................................................................................... 9 2.6.1. Espaçamentos ................................................................................................. 9 2.6.2. Comprimento das barras ............................................................................... 10 2.6.3. Nomenclatura ................................................................................................ 11 3. Vigas ........................................................................................................................... 11 3.1. Cargas .................................................................................................................. 12 3.2. Momentos ............................................................................................................ 12 3.2. Armadura ............................................................................................................. 13 3.2.1. Altura útil (d) ................................................................................................ 13 3.2.2. Armadura Longitudinal ................................................................................ 14 3.2.3. Armadura Transversal – Estribo ................................................................... 14 3.3. Detalhamento ....................................................................................................... 15 3.3.1. Espaçamento ................................................................................................. 16 3.3.2. Comprimento das barras ............................................................................... 16 3.3.3. Nomenclatura ................................................................................................ 17 1. Introdução O presente memorial fornece o detalhamento de uma viga e uma laje previamente arbitrada do projeto desenvolvido para a unidade curricular de Estruturas de Concreto Armado I. Contendo parâmetros de projeto e de cálculo, normatizados pela NBR 6118, com o objetivo de demonstrar o passo a passo da concepção de uma estrutura de concreto armado, da planta baixa ao detalhamento de armaduras. 2. Laje A laje a ser escolhida para detalhamento é a laje 09, com dimensões Ly = 4,7 m e Lx= 4,21 m. Demonstrada abaixo em planta de forma. Figura 01 – Planta de forma da laje 09. Fonte: (AUTORES, 2022) 2.1. Cargas As cargas atuantes nessa laje são determinadas segundo a NBR 6118, e estão descritas na tabela 01. Tabela 01 – Cargas na laja 09. Lajes Área em (m²) Carga de Utilização (kN/m²) Yconc (kN/m³) Peso Próprio da Laje (kN/M²) Peso do Revestimento (kN/M²) Carga total P (kN/m²) 9 19,787 2,00 25 3,000 1,000 6,00 Fonte: (AUTORES, 2022) 2.2. Momentos Calculando seu Ly/Lx para determinar o tipo de armação, obtém se a seguinte expressão abaixo: 𝐿𝑦 𝐿𝑥 = 1,116 Logo, temos que 1,116<2. Portanto, a laje será armada em duas direções. A laje 09 está vinculada, as lajes 06, 08 e 12, e também possui uma borda livre. Observando tais vinculações, utilizamos as tabelas de Marcus para determinar parâmetros de cálculo que serão usados para encontrarmos os momentos fletor e cortante da mesma. A tabela a ser usada é a nº 5, como mostrado na figura 02. Figura 02 – Tabela de Marcus para laje 09. Fonte: (AUTORES, 2022) Utilizamos o parâmetro Ly/Lx como entrada na tabela, os valores se encontram na tabela 02. Tabela 02 – Valores relacionados aos momentos positivos e negativos da laje. Kx mx nx my ny 0,759 38,01 15,81 54,78 26,45 Fonte: (AUTORES, 2022) Utilizam-se os valores obtidos acima nas expressões da figura 02, e assim, determinam-se os momentos positivos e negativos nas direções de X e Y, que estão descritos na tabela 03. Tabela 03 – Momentos positivos e negativos da laje 09. Lajes Mx (kNm/m) My (kNm/m) Xx (kNm/m) Xy (kNm/m) qx qy Laje 9 2,798 1,941 -6,726 -4,021 4,554 1,446 Fonte: (AUTORES, 2022) 2.3. Momentos Equilibrados Os momentos equilibrados são feitos a partir do tipo de diagrama da laje, a laje 09 será equilibrada com as lajes 06, 08 e 12 a partir das seguintes expressões I. X equilibrado – Maior valor entre os momentos das lajes que estão engastadas entre si. 𝑋 = 𝑥1 + 𝑥2 2 𝑜𝑢 𝑋 = 0,8 × 𝑀á𝑥(𝑥1; 𝑥2) II. Momento do X equilibrado 𝑀 = 𝑀𝑥𝑚á𝑥 + 𝑥2 − 𝑥𝑒𝑞 2 Para a laje 09, tem-se os seguintes valores na tabela 04. Tabela 04 – Momentos equilibrados da laje 09. LAJE MXEQ MYEQ XXEQ XYEQ LAJE 9 2,798 1,907 -6,940 -3,953 Fonte: (AUTORES, 2022) 2.4. Armadura Para o cálculo das armaduras dessa laje, deve-se primeiro encontrar alguns parâmetros, como os coeficientes Kc e Ks, para tal, utiliza-se primeiro a seguinte equação. 𝐾 = 𝑏𝑤 × 𝑑 𝑀𝑠𝑑 Onde: bw = 100 cm (1m de laje) Msd = momento solicitante de projeto (Msk*1,4) d = h-d’= 3 cm padronizado Substituindo os valores, temos; 𝐾 = 100 × 9 2,798 = 20,679 𝑐𝑚 /𝑘𝑁 Sabendo que o fck do concreto utilizado é de 30 MPa e o aço é o CA-50, encontra- se o seguinte valor de Ks = 0,023 correspondente ao Kc acima, como mostrado na tabela 05. Tabela 05 – Tabela do tipo K. Fonte: (NASCIMENTO, 2003) A partir do Ks, utiliza-se a seguinte expressão para determinar a taxa de armadura dessa laje. 𝐴 = 𝐾𝑠 × 𝑀𝑠𝑑 𝑑 = 0,023 × 2,798 9 𝐴 = 1,001 𝑐𝑚 /𝑚. Como o valor de As deu abaixo da armadura mínima requerida pela norma, utilizamos o valor padrão de 1,8 cm²/kN. Esse procedimento é feito para o cálculo de todas as armaduras – positivas e negativas – nas direções de x e y. A tabela abaixo contém o resumo das taxas de armadura encontradas no dimensionamento. Tabela 06 – Taxas de armaduras da laje 09. Taxas de armaduras da Laje 09 As (cm²/kN) Asmin (cm²/kN) Positiva em x 1,01 1,8 Negativa em x -2,483 1,8 Positiva em y 0,862 1,8 Negativa em y 1,414 1,8 Fonte: (AUTORES, 2022) 2.5. Reações da laje nas vigas Para encontrar o valor das reações da laje 09 nas vigas, utilizamos as seguintes expressões,retiradas das tabelas de Marcus, para saber quanto de carga vai em cada direção da laje. 𝑞 = 𝐾 × 𝑞 𝑞 = 𝑞 − 𝑞 Onde q é a carga total da laje e Kx é o coeficiente encontrado na tabela. Substituindo os valores, temos: 𝑞 = 0,759 × 6 = 4,554 𝑘𝑁/𝑚² 𝑞 = 6 − 4,554 = 1,446 𝑘𝑁/𝑚² Essas cargas serão utilizadas para encontrar o valor das reações em cada direção da laje, analisando as vinculações da mesma, temos as seguintes expressões correspondentes. Na direção de y, temos: 𝑅 = 3 × 1,446 × 4,7 8 = 7,190 𝑘𝑁/𝑚 𝑅 = 5 × 1,446 × 4,7 8 = 3,398 𝑘𝑁/𝑚 Na direção de x, temos: 𝑅 = 4,554 × 4,21 8 = 11,983 𝑘𝑁/𝑚 2.6. Detalhamento Inicialmente, define-se os diâmetros das barras e suas respectivas áreas. A quantidade de barras por metro é obtida pela relação As/Abarra. Logo, temos: Para as lajes, foi definido o diâmetro de 6,3 mm para as barras, sua área é de 0,315 cm². Armadura Positivas – Momento em x. 𝐴𝑠𝑥 𝐴𝑏𝑎𝑟𝑟𝑎 = 1,8 0,315 = 6 𝑏𝑎𝑟𝑟𝑎𝑠 𝑝𝑜𝑟 𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑛ú𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑏𝑎𝑟𝑟𝑎𝑠 = 6 × 4,7 = 27 𝑏𝑎𝑟𝑟𝑎𝑠 Armadura Positiva – Momento em y 𝐴𝑠𝑦 𝐴𝑏𝑎𝑟𝑟𝑎 = 1,8 0,315 = 6 𝑏𝑎𝑟𝑟𝑎𝑠 𝑝𝑜𝑟 𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑛ú𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑏𝑎𝑟𝑟𝑎𝑠 = 6 × 4,21 = 24 𝑏𝑎𝑟𝑟𝑎𝑠 Armadura Negativa – Momento em x 𝐴𝑠𝑥 𝐴𝑏𝑎𝑟𝑟𝑎 = 2,483 0,315 = 8 𝑏𝑎𝑟𝑟𝑎𝑠 𝑝𝑜𝑟 𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑛ú𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑏𝑎𝑟𝑟𝑎𝑠 = 8 × 4,7 = 33 𝑏𝑎𝑟𝑟𝑎𝑠 Armadura Negativa – Momento em y 𝐴𝑠𝑦 𝐴𝑏𝑎𝑟𝑟𝑎 = 1,8 0,315 = 6 𝑏𝑎𝑟𝑟𝑎𝑠 𝑝𝑜𝑟 𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑛ú𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑏𝑎𝑟𝑟𝑎𝑠 = 6 × 4,21 = 27 𝑏𝑎𝑟𝑟𝑎𝑠 2.6.1. Espaçamentos Os espaçamentos devem obedecer aos limites estabelecidos por norma. 2 𝑐𝑚 ∅ 𝑐𝑚 2,28 𝑐𝑚 ≤ 𝑆 ≤ 20 𝑐𝑚 2 × ℎ O espaçamento real é obtido pela seguinte expressão: 𝑆 = 𝑙 𝑛 − 1 Onde: l = comprimento do vão onde a armadura é disposta n = número de barras Assim, verificam-se os limites e calcula-se os espaçamentos para cada direção da laje. A tabela 07 traz os valores encontrados. Tabela 07 – Espaçamento real. Armaduras Espaçamento real S (cm) Momento em x 18,18 Momento em y 18,26 Fonte: (AUTORES, 2022) 2.6.2. Comprimento das barras Para as armaduras positivas, se dá pelo comprimento do vão em que a armadura está disposta, acrescido do valor de suas dobras Armadura na direção de x – usa-se o comprimento de Ly. 𝐿 = 𝐿𝑦 + 10 = 470 + 10 = 480 𝑐𝑚 Armadura na direção de y – usa-se o comprimento de Lx. 𝐿 = 𝐿𝑥 + 10 = 421 + 10 = 431 𝑐𝑚 Já as armaduras negativas, deve-se seguir as expressões abaixo: 𝑎 = 0,25 × 𝑙𝑚 × 𝑙𝑏 𝑔 = ℎ − 2 × 𝐶 𝐿 = 2 × 𝑎 + 2 × 𝑔 Onde: lm = maior vão da laje; lb = comprimento de ancoragem; h = espessura; c = cobrimento; L= comprimento total das barras. Os comprimentos obtidos para as barras negativas estão demonstrados na tabela 08. Tabela 08 – Comprimento das barras negativas. Laje Cobrimento (mm) Lb (cm) a g Ltotal Laje 09 25 33,00 150,50 7,00 315,00 Fonte: (AUTORES, 2022) 2.6.3. Nomenclatura O detalhamento da laje 09 é demonstrado na figura 03: Figura 03 – Detalhamento das armaduras da laje 09. Fonte: (AUTORES, 2022) Onde: 27N10∅6.3C/18-480 27 é o número total de barras, N10 é a especificação do detalhamento, ∅6.3 é o diâmetro das barras, 18 é o espaçamento e 480 o comprimento total das barras (comprimento + dobras). 3. Vigas A viga escolhida para detalhamento é a viga contínua V04, com 13,35 m de comprimento, largura de 15 cm e altura padronizada de 45 cm. Demonstrada abaixo em planta de forma. Figura 04 – Viga 04. Fonte: (AUTORES, 2022) 3.1. Cargas As cargas da viga são compostas da seguinte forma Peso próprio (PP): 𝑃𝑃 = 𝛾𝐶𝐴 × 𝑏𝑤 × ℎ Onde: yCA= peso específico do concreto armado (25 kN/m³); bw = largura da seção da viga; h = altura da seção da viga. A viga 4 tem peso próprio de 1,688 kN/m Reações das lajes na viga A carga vinda das reações das lajes sobre a viga é resultante da soma de todas as lajes que descarregam esforços na mesma, como indicado na figura 05. Figura 05 – Reações das lajes na viga 04. Fonte: (AUTORES, 2022) A soma total dessa carga é de 19,11 kN/m. Alvenaria: 𝐴𝑙𝑣 = 1,8 × ℎ = 1,8 × 0,45 = 0,81 𝑘𝑁/𝑚² Onde: h = altura da seção da viga. 3.2. Momentos A verificação dos momentos dessa viga é obtida a partir do Ftool, onde são representadas as somas das suas cargas como carregamento distribuído em cada trecho da viga. A viga 04 foi dividida em 3 trechos, cujas cargas estão representadas na tabela 09. Tabela 09 – Cargas em cada trecho da viga 04. VIGAS q1 (kN/m) q2 (kN/m) q3 (kN/m) q4 (kN/m) Viga 04 19,111 11,710 23,905 - Fonte: (AUTORES, 2022) Na figura 06, encontra-se a representação da viga no Ftool, e seus respectivos momentos fletor e cortante. Figura 06 – Momentos fletor e cortante da viga 04. Fonte: (AUTORES, 2022) 3.2. Armadura 3.2.1. Altura útil (d) Determinada a partir da equação abaixo 𝑑 = ℎ − 𝑑 = 45 − 4,5 = 40,5 𝑐𝑚 𝑑´ = 𝐶 + ∅𝑡 + 𝜎 2 = 0,3 + 0,05 + 0,1 = 4,5 𝑐𝑚 Onde: h = espessura da viga; d’= distancia entre o centro da barra e a base da viga; C = cobrimento nominal – 30 mm; ∅𝑡 = 5 mm; = 10 mm. 3.2.2. Armadura Longitudinal Determinada da mesma forma das lajes, porém o momento fletor utilizado é retirado do Ftool e majorado pelo coeficiente de 1,4. As tabelas 10 e 11 contém o resumo do dimensionamento das taxas de armadura da viga 04. Tabela 10 – Taxas de armadura positiva da viga 04. Viga s bw (cm²) Espess ura h (cm) d´ (cm) Cobrime nto nominal (mm) d (cm ) Msk (kN m/m ) Msd (kN m/m ) Kc (cm² /kN) Ks (cm² /kN) As (cm² /m) Asmín (m²) Viga 04 15,00 45,00 4,50 30,00 40, 50 47,8 7 67,0 1 4,53 0,02 4 3,97 1 1,013 Fonte: (AUTORES, 2022) Tabela 11 – Taxas de armadura negativa da viga 04. Viga s bw (c m²) Espess ura h (cm) d´ (cm) Cobrime nto nominal (mm) d (cm ) Msk (kNm/ m) Msd (kNm/ m) Kc (cm² /kN) Ks (cm² /kN) As (cm² /m) Asmín (m²) Viga 04 15, 00 45,00 4, 50 30,00 40, 50 39,20 54,87 5,54 0,02 4 3,25 2 1,013 Fonte: (AUTORES, 2022) 3.2.3. Armadura Transversal – Estribo Obtido a partir do momento cortante retirado do Ftool, majorado pelo coeficiente de 1,4. São calculados também outros parâmetros citados a seguir. Momento cortante de projeto 𝑉 = 𝑉 × 1,4 = 64,5 × 1,4 = 90,3 𝑘𝑁 Fator de efetividade do concreto 𝛼 = 1 − 𝑓𝑐𝑘 250 = 1 − 30 250 = −0,116 Resistência de cálculo do concreto 𝑓𝑐𝑑 = 𝑓𝑐𝑘 1,4 × 1000 = 30 1,4 × 1000 = 21,4 𝑘𝑁/𝑚² Cortante resistente de cálculo 𝑉 = 0,27 × 𝛼 × 𝑓𝑐𝑑 × 𝑏𝑤 × 𝑑 𝑉 = 0,27 × −0,116 × 21,4 × 0,0015 × 0,405 = −0,407 𝑘𝑁 Vkdz>𝛼 Resistência média do concreto à tração 𝑓𝑐𝑡𝑚 = 0,3 × 𝑓𝑐𝑘 × 1000 = 0,3 × 30 × 1000 𝑓𝑐𝑡𝑚 = 2,89 𝑘𝑁/𝑚² Resistência à tração mínima do concreto 𝑓𝑐𝑡𝑘, 𝑖𝑛𝑓 = 0,7 × 𝑓𝑐𝑡𝑚 = 0,7 × 2,89 𝑓𝑐𝑡𝑘, 𝑖𝑛𝑓 = 2,023 𝑘𝑁/𝑚² Resistência ao cisalhamento do concreto 𝑓𝑐𝑡𝑑 = , , = , , = 1,445 𝑘𝑁/𝑚² Cortante de cálculo resistida pelo concreto 𝑉 = 0,6 × 𝑓𝑐𝑡𝑑 × 𝑏𝑤 × 𝑑 𝑉 = 0,6 × 1,445 × 0,0015 × 0,405 = 52,8 𝑘𝑁 Cortante resistida pelo estribo 𝑉 = 𝑉 − 𝑉 = 90,3 − 52,8 = 37,5 𝑘𝑁 Resistência de projeto do Aço CA-50 𝐹 = , = 43,478 𝑘𝑁/𝑐𝑚² Taxa de aço por metro de viga 𝐴 = 𝑉 0,9 × 𝑑 × 𝑓 = 37,5 0,9 × 0,405 × 43,478 = 2,366 𝑐𝑚 /𝑚 𝐴 = 2,366 𝑐𝑚 /𝑚. 3.3. Detalhamento O diâmetro escolhido para as barras da viga foi de 6,3 mm. Utilizando o mesmo método para dimensionar a armadura das lajes, encontramos o número de barras para a viga. Armadura Positiva 𝐴𝑠 𝐴𝑏𝑎𝑟𝑟𝑎 = 3,971 0,315 = 13 𝑏𝑎𝑟𝑟𝑎𝑠 𝑝𝑜𝑟 𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 Armadura Negativa 𝐴𝑠𝐴𝑏𝑎𝑟𝑟𝑎 = 3,252 0,315 = 10 𝑏𝑎𝑟𝑟𝑎𝑠 𝑝𝑜𝑟 𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 3.3.1. Espaçamento Os espaçamentos das vigas obedecem aos seguintes limites normatizados. 𝑒 ≥ 2 𝑐𝑚 ∅ 𝑐𝑚 0,5 × 1,9 (espaçamento horizontal) 𝑒 ≥ 2 𝑐𝑚 ∅ 𝑐𝑚 1,2 × 1,9 (espaçamento vertical) 𝑒 = 𝑏𝑤 − 2 × 𝐶 − 2 × ∅ − 𝑛 × ∅ 𝑛 − 1 𝑒 = ℎ𝑣 2 − 𝐶 − ∅𝑡 − 𝑛 × ∅ A partir das equações dos espaçamentos vertical e horizontal, obtemos os seguintes valores apresentados na tabela 12 para a viga 04. Tabela 12 – Espaçamentos da armadura da viga 04. Viga 04 número de camadas Espaçamento horizontal (cm) Espaçamento vertical (cm) Espaçamento H adotado (cm) Espaçamento V adotado (cm) Armadura positiva 4 0,25 16,50 2,28 2,00 Armadura negativa 4 0,25 16,50 2,28 2,00 Fonte: (AUTORES, 2022) Como visto acima, os espaçamentos calculados estão acima dos limites estabelecidos pela NBR 6118, logo, deve-se adotar os valores máximos para cada espaço das camadas. 3.3.2. Comprimento das barras Para determinar o comprimento das barras, deve-se fazer o processo de decalagem das vigas, que estende os momentos máximos e nulos. A figura 07 mostra o processo de decalagem na viga 04. Figura 07 – Decalagem da viga 04. Fonte: (AUTORES, 2022) A tabela 13 indica os valores de cálculo para realizar a decalagem, onde AL é o quanto o momento será estendido. Tabela 13 – Decalagem da viga 04. VIGAS Vsdmáx (kN/m²) V0 (kN) d (cm) fck (Mpa) al (cm) al adotado (cm) Viga 4 64,516 1640,25 40,50 30 -1,595 20,250 Fonte: (AUTORES, 2022) Para as barras negativas, o comprimento é obtido a partir das equações abaixo à 𝑒𝑠𝑞𝑢𝑒𝑟𝑑𝑎 = 𝑙𝑒 + 𝑎𝑙 + 10 × ∅ à 𝑑𝑖𝑟𝑒𝑖𝑡𝑎 = 𝑙𝑑 + 𝑎𝑙 + 10 × ∅ Cada trecho decalado contém o comprimento dessas barras negativas. Para as barras positivas, encontramos pela seguinte equação 𝑙𝑡 = 𝑙𝑓𝑎𝑐𝑒 + 10 × ∅ + 𝑙𝑏, 𝑛𝑒𝑐 + ∆𝐶 Na tabela 14, estão indicados os valores do comprimento das barras positivas da viga 04. Tabela 14 – Comprimento das barras positivas da viga 04. VIGA S Ascal (cm²/kN) Ase (cm²/kN) Lb,nec (cm) deltaC (cm) lb (cm) Lface (cm) Ltotal (cm) Viga 4 2,710 - 6,300 9,0 21,0 12,092 33,692 Fonte: (AUTORES, 2022) 3.3.3. Nomenclatura O detalhamento da viga 04 está demonstrado na figura 08. Figura 08 – Detalhamento das armaduras da viga 04. Fonte: (AUTORES, 2022) 2𝑁1∅6.3 𝐶 = 355 Onde: 2 é o número de barras, ∅6.3 é o diâmetro da barra, e C o seu comprimento.
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