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Prof. M.Sc. João Carlos de Campos Página 2 7. Estruturas de Contenção 7.4. Muro em contrafortes São estruturas de contenção que possuem elementos verticais de maior porte, chamados contrafortes, espaçados, em planta, de alguns metros e destinados a suportar os esforços de flexão pelo engastamento na fundação. O paramento do muro, nesse caso, é formado por lajes verticais que se apoiam nesses contrafortes. Como nos muros de flexão, o equilíbrio externo da estrutura é conseguido tirando-se proveito do peso próprio do maciço arrimado (terra), o qual se apoia sobre a sapata corrida ou laje de fundação. Os contrafortes podem ser construídos para o lado externo do paramento vertical, ou embutido no terrapleno arrimado. Utilizado economicamente para grandes alturas, acima de 6 metros (6 a 8 metros), para os quais os muros de flexão vão adquirindo dimensões exageradas. Embora o consumo de concreto seja menor, aumenta o consumo de forma. As paredes de contraforte são semelhantes às paredes dos muros à flexão (em balanço), porém, com a inclusão dos contrafortes uniformemente espaçados. Preferencialmente na parte de trás da parede, onde está a terra a ser contida. para maior resistência às forças laterais. 7.4.1. Pré-dimensionamento – Dimensões recomendadas O pré-dimensionamento de um muro é importante e necessário, visto que se faz necessário calcular o peso das estruturas. Para o contraforte algumas medidas são sugeridas a título de pré-dimensionamento (Figura 7.1): Figura 7.1 Pré-dimensões sugeridas Figura 7.2 – Contraforte do lado externo Fonte: CM Engenharia, Consultoria e Projetos Ltda. http://cmengenhariape.blogspot.com/ Prof. M.Sc. João Carlos de Campos Página 3 É obvio que todas as dimensões devem ser posteriormente verificadas no dimensionamento. Os contrafortes podem ser dispostos na parte de trás (interno), na frente (Externo - muito questionável do ponto de vista estético) ou ainda, nas duas formas, da parede. Figura 7.3 Ilustração de muros: (A) Contraforte interno; (B) Contraforte dos dois lados; (C) Contraforte externo 7.4.2. Verificações – Condições normais de equilíbrio e tensões no solo As verificações são as mesmas efetuadas em todo e qualquer tipo de contenção: - deslizamento do muro: é um deslocamento horizontal do muro, onde o peso do muro é importante, visto que o atrito entre o muro e o solo, que multiplicado pelo peso do muro mais a terra sobre a laje de fundo, do lado interno, equilibrarão o empuxo de terra. Em terrenos inclinados a possibilidade de deslizamentos é maior; Figura 7.4 Deslizamento do muro Ocorre quando: E > φ ∙ G Prof. M.Sc. João Carlos de Campos Página 4 Fonte: Ferreira e outros (2013) O tombamento é definido como a rotação do muro em relação ao eixo vertical. Normalmente o momento de tombamento, causado pelo empuxo, multiplicado pelo coeficiente de segurança, deve ser equilibrado pelo peso da terra mais o peso do contraforte, denominado de momento resistente. Esse momento de tombamento pode causar fissuras na base da parede e colapso da parede e do talude; Figura 7.5 Tombamento Prof. M.Sc. João Carlos de Campos Página 5 O Recalque do solo provada um deslocamento vertical da parede. Fenômeno este que ocorre quando o solo da fundação não suporta o peso da parede mais o peso de terra sobre a laje de fundo. Neste caso importante a verificação da tensão no solo. 7.4.3. Caminhamentos de cargas, esquemas de cálculo e Solicitantes Figura 7.6 Contraforte: (A) corte esquemático; (B) Fluxo de carga Figura 7.7 Laje de fundo Prof. M.Sc. João Carlos de Campos Página 6 Laje Inferior (Laje de Fundo L2) A determinação dos momentos fletores e reações de apoio da laje de fundo (ou laje inferior) é feita considerando o carregamento do peso da terra e, eventualmente sobrecargas existentes, de cima para baixo e, a reação do solo, de baixo para cima. Com a superposição desses dois carregamentos obtém-se os momentos e as reações de apoio finais, nessa laje. Figura 7.8 Laje L2 - Laje de fundo com e sem viga de rigidez na borda Fonte: Tabelas prof. Libânio Prof. M.Sc. João Carlos de Campos Página 7 Fonte: Tabelas prof. Libânio Fonte: Beton Kalender 1974 Prof. M.Sc. João Carlos de Campos Página 8 O equilíbrio da cortante do contraforte é feito pelo atrito na laje inferior, as custas de uma flexão nessa laje. Figura 7.9 Esforços normais na laje de fundo Paramento Vertical (Laje Lateral ou Vertical L2) Figura 7.10 Laje vertical L1 O cálculo dos momentos na laje do paramento se obtém utilizando-se as tabelas de Marcus, Czerny ou outros, tanto para carga uniforme, como para carga variável linearmente. Caso a relação ly/lx esteja fora da tabela (o que normalmente acontece) , calcula-se como laje utilizando-se dos valores limites da tabela e, o restante da laje, como viga biengastada ou contínua, com largura de 1,0 m. Prof. M.Sc. João Carlos de Campos Página 9 Fonte: Beton Kalender - 1974 Fonte: Beton Kalender – 1974 Prof. M.Sc. João Carlos de Campos Página 10 Reação do paramento vertical no Contraforte Figura 7.11 A reação no contraforte pode ser calculada, de forma simplista, como a reação de uma viga biapoiada, ou seja, lx*ps (considerando no contraforte laje dos dois lados; De forma mais apropriada pode-se considerar as ações sobre o muro na faixa do gigante Figura 7.12 Ações na faixa do gigante Contraforte: Os momentos fletores, cortantes e forças normais, no contraforte são calculados utilizando os carregamentos indicados na Figura 7.13 Prof. M.Sc. João Carlos de Campos Página 11 Figura 7.13 Esquema de carga no contraforte Viga de Borda É calculada como viga contínua submetia ao carregamento correspondente a reação da laje de fundo. Figura 7.14 Viga de Rigidez B – Detalhamento (esquema das armaduras) Figura 7.15 Indicação dos cortes - para detalhamento Prof. M.Sc. João Carlos de Campos Página 12 Corte I – I Figura 7.16 Corte II – II Figura 7.17 Corte III - III Figura 7.18 Prof. M.Sc. João Carlos de Campos Página 13 Corte IV – IV Figura 7.19 7.4.4. Exemplo de Muro Contraforte Dimensionar e detalhar um muro contraforte, para segurar um talude de 6,5 m de altura Figura 7.20 Muro Contraforte – Exercício Prof. M.Sc. João Carlos de Campos Página 14 Dados para o Dimensionamento do Muro de Arrimo: - Características do solo Solo SPT (n.º de golpes para os últimos 30 cm) Coesão c (KN/m2) Coeficiente de atrito interno (em graus) Arenoso Medianamente compacto 10 a 30 35 a 40 • Massa específica do solo = solo = 19,00 KN/m³ • Tensão Admissível do solo = 0,20 MPa = 200,00 KN/m² • ângulo de atrito interno = φ = 35º • Coeficiente de atrito solo-estrutura: = tg ( 2 3 φ) = 0,43 - Sobrecarga Aplicada: q = 5,0 KN/m² - Características do concreto e do aço • Concreto: Fck = 25 MPa • Aço: fyk = 500 MPa 7.4.4.1. Pré-dimensões Figura 7.21 Pré-dimensões Figura 7.22 Seção Transversal Prof. M.Sc. João Carlos de Campos Página 15 Dimensões preliminares: • Distância entre Gigantes (Contrafortes) = lGig.= 0,5h+0,20 lGig. = 0,5 x 6,5+0,20 =3,45 3,5 m • A = zero a 0,25 h (inicialmente vamos considerar A=0) • B+A=0,5h =0,5 x 6,5 = 3,25 m • B0 = 0,1h = 0,075 x 6,5 = 0,49 0,50 m • Largura do contraforte = 0,20 m • Espessura da Laje vertical: hLv = 0,20 m • Espessura da Laje de Fundo: hLf = h/25 = 0,26 0,30 m • Viga de Rigidez 20/40 7.4.4.2. Verificação de estabilidade Figura 7.23 Ações atuantes no muro Equações de Equilíbrio (1) Fh = 0 Ratr. = Ea (2) Fv = 0 Rsolo = G;G = Peso do solo + Peso do concreto (3) MT = 0 Ea x e1 = G x e2 – Cálculo dos empuxos - Cálculo do empuxo ativo devido ao solo σh = ps = ρs ∙ h ∙ ka Ka = tg 2(450-/2) = tg2(450-/2) = 0,271 ps = 19 x 6,5 x 0,271 = 33,47 KN/m 2 (pressão do solo, na base) Eah = ps ∙ h 2 = 33,47 x 6,5 2 = 108,78 KN/m Prof. M.Sc. João Carlos de Campos Página 16 – Cálculo do Empuxo devido à sobrecarga pq = Ka ∙ q = 0,271 x 5 = 1,355 KN/m 2 Eqh = pq ∙ h = 1,355 x 6,5 = 8,81 KN/m - Cálculo do empuxo passivo do solo sobre a viga de rigidez kp = tg 2(45 + φ 2⁄ ) = tg 2(45 + 35 2⁄ ) = 3,69 ps2 = ρs ∙ h2 ∙ kp = 19 x 0,1 x 3,69 = 7,01 KN/m Eh2,p = ps ∙ h 2 = 7,01 x 0,1 2 = 0,35 KN/m - Verificação ao escorregamento De forma simplista, pode-se considerar tanto a verificação ao escorregamento, quanto ao tombamento, somente o maciço de terra, desprezando as cargas verticais da estrutura de concreto. Figura 7.24 Maciço de terra Prof. M.Sc. João Carlos de Campos Página 17 Para segurança do muro contra o escorregamento ou deslizamento temos que considerar: FRes. > ∑Eh → portanto, FRes. = FSg ∙∑(Eah + Eqh) μ ∙ G + Ehp2 = FSg ∙ Eah FSg = Coeficiente de Segurança global igual a 1,4 Os esforços solicitantes característicos atuantes, devem ser majorados pelo fator f = 1,4 (NBR 6122 – 2010 – item 6.2.1.1.3.1). G = Gterra = 3,25 x 6,5 x 19 = 401,38 KN/m Eph2 = 0,35 KN/m Coeficiente de atrito solo-estrutura: = tg ( 2 3 φ) = 0,43 μ ∙ G + Ehp2 = 0,43 x 401,38 + 0,35 = FSg(108,78 + 8,81) FS = (0,43 x 401,38 + 0,35) (108,78 + 8,81) = 1,47 > FSg = 1,4 – Verificação ao Tombamento (ainda considerando somente o maciço de terra) Da equação (3) de equilíbrio obtemos (Momento em relação ao ponto “T”): 3) ∑M(T) = 0 ∑Fvi ∙ ei + Eh2 ∙ 1 3 h2 =∑Fhi ∙ ei Para se evitar o tombamento o Momento Resistente deve ser maior que o Momento de Tombamento, majorado pelo fator de segurança global, logo: MRes. > Mtomb. → MRes. = FSg ∙ Mtomb. FS = Fator de Segurança, também neste caso será considerado ≥ 1,4 Prof. M.Sc. João Carlos de Campos Página 18 Utilizando-se do mesmo artifício feito anteriormente, ou seja, considerar somente o maciço de terra Mtomb. = Eah ∙ h 3 + Eqh ∙ h 2 = 108,78 6,5 3 + 8,81 6,5 2 = 264,32 KN.m/m MRes. = Gterra ∙ B 2 = 401,38 3,25 2 = 652,24 KN.m/m FS = MRes. Mtomb = 652,24 264,32 = 2,47 > 1,4 → OK - Verificação das tensões no solo Para esta verificação se faz necessário calcular as cargas da estrutura de concreto e os esforços no CG da Base Figura 7.25 – Ações para cálculo dos esforços no CG da base Gc1,Lv = (h − hLF) ∙ hLv ∙ ρconc.=(6,5 − 0,3) x 0,2 x 25 = 31 KN m Prof. M.Sc. João Carlos de Campos Página 19 Gc2,LF = B ∙ hLF ∙ ρconc = 3,25 x 0,3 x 25 = 24,38 KN/m Gc3,v = (hv − hLF) ∙ bv ∙ ρconc. = (0,4 − 0,3)x 0,2 x 25 = 0,5 KN/m Gc,Gigante = [(B − hLv) + (B0 − hLv] ∙ (h − hLF) 2 ∙ 𝑙Gig. bGig. ∙ ρconc. = [(3,25 − 0,2) + (05 − 0,2)] (6,5 − 0,3) 2 x 3,5 0,2 x 25 = 14,84 KN/m Gt = (6,5 − 0,3)(3,25 − 0,2)19 = 359,29 KN/m - Cálculo das Cargas verticais e momentos atuantes no CG da base Tabela 7.1 Esforços no CG da base e = Matua. Natua. = 281 430 = 0,65 m > k = B 6 = 3,25 6 = 0,54 m Logo, haverá descolamento da base, mas, caso a tensão máxima seja inferior a admissível e o trecho comprimido for superior a 2/3 da base, será aceito - cálculo das tensões máxima e mínima σmax. = − Natus. Abase − Matua. Wbase = − 430 1 x 3,25 − 281 x 6 3,252 σmax. = −132,31 − 159,62 = −291,93 KN m2 > σadm. = −200 KN/m 2 Prof. M.Sc. João Carlos de Campos Página 20 σmin. = − Natus. Abase + Matua. Wbase = −132,31 + 159,62 = +27,3182 KN/m2 Diante dos valores encontrados será necessário acrescentar um novo valor de “A”, impondo que máx. = adm. e, utilizando-se da equação da resistência dos materiais: σmax. = − Natus. ANova − Matua. WNBase = − 430 1 x BN − 281 x 6 BN 2 = − 200 Resolvendo essa equação do 2.º grau se obtém o novo valor para a base: 200BN 2 − 430BN − 1.686 = 0 BN 2 − 2,15BN − 8,43 = 0 Resultando: BN = 2,15 ∓ √2,152 + 4 x 8,43 2 → { 2,15 + 6,19 2 = 4,17 4,20 m 2,15 − 6,193 2 = descarta Será alterado: fazendo A= 0,50, B = 3,7 m Novos cálculos: não serão necessários serem refeitos as verificações, tanto quanto ao escorregamento e quanto ao tombamento, visto que o aumentam- se as cargas verticais e mantem-se o empuxo; da mesma forma para o tombamento, mantem-se o momento de tombamento e aumenta-se o momento resistente. Será feito, portanto, somente a verificação das tensões no solo. Para isso se faz necessário recalcular as cargas verticais: Gc1,Lv = (h − hLF) ∙ hLv ∙ ρconc.=(6,5 − 0,3) x 0,2 x 25 = 31 KN m Gc2,LF = B ∙ hLF ∙ ρconc = 4,2 x 0,3 x 25 = 31,55 KN/m Gc3,v = (hv − hLF) ∙ bv ∙ ρconc. = (0,4 − 0,3)x 0,2 x 25 = 0,5 KN/m Gc,Gigante = [(B − hLv) + (B0 − hLv] ∙ (h − hLF) 2 ∙ 𝑙Gig. bGig. ∙ ρconc. Prof. M.Sc. João Carlos de Campos Página 21 = [(3,7 − 0,2) + (05 − 0,2)] (6,5 − 0,3) 2 x 3,5 0,2 x 25 = 16,83 KN/m Gt = (6,5 − 0,3)(3,70 − 0,2)19 = 412,30 KN/m Figura 7.26 Novas ações aplicadas no muro, após seu aumento - Verificação das tensões: máximas e mínimas Tabela 7.2 Esforços no novo CG da base Prof. M.Sc. João Carlos de Campos Página 22 σmax. = − Natus. Abase − Matua. Wbase = − 492,13 1 x 4,20 − 169,44 x 6 4,22 σmax. = −117,17 − 57,63 = −174,81 KN m2 < σadm. = −200 KN/m 2 σmin. = − Natus. Abase + Matua. Wbase = −− 117,17 + 57,63 = −59,54 KN/m2 7.4.4.3. Cálculo dos esforços solicitantes dos elementos estruturais - Lajes de Fundo A determinação dos momentos fletores e reações de apoio da laje de fundo (ou laje inferior) é feita considerando o carregamento do peso da terra e, eventualmente sobrecargas existentes, de cima para baixo e, a reação do solo, de baixo para cima. Com a superposição desses dois carregamentos obtém-se os momentos e as reações de apoio finais, nessa laje. Figura 7.27 Laje LF1 sem VR e LF2com viga de rigidez na borda Figura 7.28 Momentos nas Lajes: de Fundo e Vertical Prof. M.Sc. João Carlos de Campos Página 23 Cada laje tem dois carregamentos (Um uniformemente distribuído e outro triangular) - Laje LF1 (engastada na LF2 ou na LV) Como a laje LF1 é pequena e, consequentemente os solicitantes também serão pequenos, e, também, por não encontrar tabelas com a carga triangular, com o maior valor na borda livre, será utilizado, a favor da segurança, uma carga retangular uniformemente distribuída, somando as duas parcelas. ps1 = 161,09 + 13,72 = 174,81 KN/m2 Figura 7.29 Laje de Fundo LF1 Laje em balanço armada em uma direção Momento: Nx,LF1 = 174,81 x 0,62 2 = 31,47 KN.m/m Cortante (reação da Laje para LV): px,LF1 = ps1 ∙ lx = 174,81 x 0,6 = 104,89 (↑)KN/m (De baixo para cima) - Laje LF2 (engastada na LV, nas lajes contíguas e apoiada na Viga de Rigidez) Tabela para cálculo de momento - carga uniformemente distribuída Tabela para cálculo de momento - carga uniformemente distribuída Fonte: Tabelas prof. Libânio Prof. M.Sc. João Carlos de Campos Página 24 Carga retangular: ly/lx=3,5/3,5=1,0 Figura 7.30 LF2 ps2,1 = 122,8 − 62,28 = 60,52 KN/m2 Momentos Negativos: Nx = μx ′ ps2,1 ∙ 𝑙x 2 100 = 6,17 60,52 x 3,52 100 = 45,74 KN.m/m Ny = μy ′ ps2,1 ∙ 𝑙x 2 100 = 5,46 60,52 x 3,52 100 = 40,88 KN.m/m Momentos positivos Mx = μx ps2,1 ∙ 𝑙x 2 100 = 2,52 60,52 x 3,52 100 = 18,68 KN.m/m My = μy ps1 ∙ 𝑙x 2 100 = 2,02 60,52 x 3,52 100 = 14,98 KN.m/m Utilizando-se das tabelas do Beton Kalender (1974) pode-se observar que os valoressão bastante próximos. Essas tabelas foram adaptadas. ps2,1 = 122,8 − 62,28 = 60,52 KN/m 2 Prof. M.Sc. João Carlos de Campos Página 25 Momentos fletores e reações de apoio em lajes com carga uniforme Momentos fletores e reações de apoio em lajes com carga variável Fonte: adaptado do Beton Kalender (1974) A título de comparação = 𝑙𝑦 𝑙x = 3,5 3,5 = 1,0 Carga vertical uniformemente distribuída de cima para baixo: Momentos fletores: Nx = ps2,1 ∙ 𝑙x 2 nx (tabela) = 60,52 x 3,52 16,2 = 45,76 KN.m/m Ny = ps2,1 ∙ 𝑙x 2 ny (tabela) = 60,52 x 3,52 18,3 = 40,51 KN.m/m Mx = ps2,1 ∙ 𝑙x 2 mx(tabela) = 60,52 x 3,52 44,1 = 16,81 KN.m/m My = ps2,1 ∙ 𝑙x 2 my(tabela) = 60,52 x 3,52 55,9 = 13,26 KN.m/m Reações de apoio (de cima para baixo): pxe = ps2,1 ∙ 𝑙x xe(tabela) = 60,52 x 3,5 2,11 = 100,40 KN/m pye = ps2,1 ∙ 𝑙x ye(tabela) = 60,52 x 3,5 2,21 = 95,85 KN/m Prof. M.Sc. João Carlos de Campos Página 26 py = ps2,1 ∙ 𝑙x y(tabela) = 60,52 x 3,5 3,04 = 69,68 KN/m Carga Variável – Triangular de baixo para cima ps2,2 = 96,06 KN/m2 Figura 7.31 Ação variável na LF02 = 𝑙y 𝑙x = 3,5 3,5 = 1,0 ps2,2 = 96,06 KN/m2 Utilizado a tabela do Beton Kalender (74) Nx = ps2,2 ∙ 𝑙x 2 nx (tabela) = 96,06 x 3,52 34,5 = 34,11 KN.m/m Ny = ps2,1 ∙ 𝑙x 2 ny (tabela) = 96,06 x 3,52 29,0 = 40,58 KN.m/m Mx = ps2,1 ∙ 𝑙x 2 mx (tabela) = 96,06 x 3,52 95,2 = 12,36 KN.m/m My = ps1 ∙ 𝑙x 2 my (tabela) = 96,06 x 3,52 104,2 = 11,29 KN.m/m Reações de apoio (de baixo para cima): pxe = ps2,1 ∙ 𝑙x xe(tabela) = 96,06 x 3,5 4,11 = 81,80 KN/m pye = ps2,1 ∙ 𝑙x ye(tabela) = 96,06 x 3,5 3,10 = 108,45 KN/m py = ps2,1 ∙ 𝑙x y(tabela) = 96,06 x 3,5 12,7 = 26,47 KN/m Prof. M.Sc. João Carlos de Campos Página 27 - Superpondo os efeitos: -Momentos: Figura 7.32 Esforços solicitantes na LF, para os dois carregamentos Superpondo as reações: Figura 7.33 Superposição de reações de apoio - Cálculo dos Esforços no paramento vertical (LV) Momentos fletores reações de apoio em lajes com uma borda livre e carga uniforme Momentos fletores e reações de apoio em lajes com uma borda livre e carga variável Figura 7.34 Carregamentos na laje vertical (cortina) Prof. M.Sc. João Carlos de Campos Página 28 Carga uniforme Carga triangular Momentos devido a carga uniforme Momentos devido a carga variável, triangular =ly/lx=6,35/3,5=1,81 Nx = p ∙ 𝑙y 2 nx(tabelado) = 1,355 ∙ 6,352 28,15 = 1,94 KN.m/m Nxb = p ∙ 𝑙y 2 nbx(tabelado) = 1,355 ∙ 6,352 26,73 = 2,04 KN.m/m Mx = p ∙ 𝑙y 2 mx(tabelado) = 1,355 ∙ 6,352 59,66 = 0,92 KN.m/m Mxb = p ∙ 𝑙y 2 mbx(tabelado) = 1,355 ∙ 6,352 53,69 = 1,02 KN.m/m Nx = p ∙ 𝑙y 2 nx(tabelado) = 33,47 ∙ 6,352 54,22 = 24,89 KN.m/m Nxb = p ∙ 𝑙y 2 nbx(tabelado) = 33,47 ∙ 6,352 257,20 = 5,25 KN.m/m Mx = p ∙ 𝑙y 2 mx(tabelado) = 33,47 ∙ 6,352 125,02 = 10,80 KN.m/m Mxb = p ∙ 𝑙y 2 mbx(tabelado) = 33,47 ∙ 6,352 53,69 = 25,14 KN.m/m Ny = p ∙ 𝑙y 2 ny(tabelado) = 1,355 ∙ 6,352 39,47 = 1,45 KN. m m My = p ∙ 𝑙y 2 my(tabelado) = 1,355 ∙ 6,352 244,56 = 0,23 KN. m m Ny = p ∙ 𝑙y 2 ny(tabelado) = 33,47 ∙ 6,352 53,28 = 25,33 KN. m m My = p ∙ 𝑙y 2 my(tabelado) = 33,47 ∙ 6,352 241,95 = 5,58 KN. m m Reações de apoio (carga retangular): Prof. M.Sc. João Carlos de Campos Página 29 pxe = p ∙ 𝑙y xe(tabela) = 1,355 x 6,35 3,6 = 2,39 KN/m pye = p ∙ 𝑙x ye(tabela) = 1,355 x 6,35 6,0 = 1,34 KN/m Reações de apoio (Carga triangular): pxe = p ∙ 𝑙y xe(tabela) = 33,47 x 6,35 10,8 = 19,68 KN/m pye = p ∙ 𝑙y ye(tabela) = 33,47 x 6,35 6,0 = 35,42 KN/m Como as cargas estão em um mesmo sentido a superposição corresponde a soma dessas cargas: pxe = 2,39 + 19,68 = (←)22,07 KN/m pye = 1,43 + 35,42 = (←)36,85 KN/m Superposição dos momentos Superposição das reações Figura 7.35 Superposição dos Esforços na LV Prof. M.Sc. João Carlos de Campos Página 30 Figura 7.36 Esforços nas lajes (perspectiva) 7.4.4.4. Dimensionamento – cálculo das armaduras e detalhamento das lajes - Laje em balanço: LF1 (momento traciona fibra inferior) Figura 7.37 Laje em balanço Nx,LF1 = 174,81 x 0,62 2 = 31,47 KN. m m Md = 1,4 x 31,47 = 44,06 KN.m/m - Cálculo do Md,min = 0,8W.fctk,sup. fctk,sup = 1,3 x 0,3 x 25 2/3 = 3,33 MPa = 0,333 KN cm2 Md,min = 0,8 100 x 302 6 0,333 = 3.966 KN. cm m = 39,66 KN. m m < Nx,LF1,d Prof. M.Sc. João Carlos de Campos Página 31 - Cálculo das armaduras para Md = Nx,LF1,d.= 44,06 KN.m/m Md = 1,4 ∙ Mk d = 0,8h = 0,8 x 30 = 24 cm kc = 100 ∙ d2 Md → Tabela → ks → As = ks Md d kc = 100 ∙ 242 4.406 = 13,07 → Tabela → ks = 0,0238 → Tabela 7.3 Valores de kc e ks As = ks Md d = 0,0238 4406 24 = 4,37 cm 2 m⁄ As,min. = 0,15% b ∙ hL 0,15 100 100 x 30 = 4,5 cm 2 m⁄ { s8 = 50,3 4,5 = 11 s10 = 78,5 4,5 = 17 Figura 7.38 Detalhamento LF Prof. M.Sc. João Carlos de Campos Página 32 - Laje LF2 solicitada à flexo-tração, na direção de y Figura 7.39 - Esforços após a superposição de efeitos e = 21,18 36,85 = 0,57 > 0,30 6 = 0,05 m Grande excentricidade Mfic. = Md − Nd( ℎ 2 − 0,2h) = Mfic. = 21,18 x 1,4 − 36,85 x 1,4 x ( 0,3 2 − 0,2 ∙ 0,3) = 25,01 KN.m/m kc = 100 x 242 2501 = 23,03 → Tabela → { ks = 0,0234 ks2 = 0,023 As = ks Mfic. d + ks2Nd = 0,0234 2501 24 + 0,023 x 1,4 x 36,85 = 3,63 cm2 m < As,min. Como todos os demais momentos da laje LF2 são inferiores ao Md,min, será utilizado a armadura mínima igual a 10c/17 Prof. M.Sc. João Carlos de Campos Página 33 - Verificação à cortante Figura 7.40 Esforços superpostos nas lajes do Fundo LF1 e Lf2 - Verificação da tensão de compressão Vsd deve ser ≤ VRd2 Vsd = 104,89 x 1,4 = 146,85 KN/m VRd2 = 0,27(1 − fck 250 )fcd ∙ bw ∙ d Com altura de 30 cm e d=24 VRd2 = 0,27 (1 − 25 250 ) ∙ 2,5 1,4 ∙ 100 ∙ 24 = 1.041,43 KN m > Vsd Não haverá ruptura à compressão - Verificação para não armar a cortante Vsd deve ser menor do que VRd1 VRd1 = [τRd ∙ K (1,2 + 40ρ1) + 0,15σcp] bw ∙ d fctk,inf = 0,7 ∙ fct,m = 0,7 x 0,3 x 25 2/3 = 1,795 MPa = 1.795 KN/m2 τRd = 0,25 1.795 1,4 = 320,54 KN/m2 k = 1,6 − 0,24 = 1,36 Prof. M.Sc. João Carlos de Campos Página 34 ρ1 = As1 (bw ∙ d) (não maior que 0,02) = 4,5 100 x 24 = 0,00188 σcp = Nsd Ac = 0 VRd1 = [[320,54 x 1,36 (1,2 + 40 x 0,00188)]1,0 x 0,24 VRd1 = 133,42 KN m > Vsd = 146,85 KN/m Necessário, portanto, aumentar a seção junto a seção do balanço, onde se tem a maior cortante. Para as demais cortantes (reações de apoio da LF 02) não haverá necessidade de armar à cortante: A maior delas, na sequência Vsk = 43,21 → Vsd = 1,4 x 43,21 = 60,50 KN m < VRd1 Para a LF 01 (lado esquerdo da parede vertical) a altura será aumentada para 35 cm e, portanto, ρ1 = As,min (bw ∙ d) (não maior que 0,02) = 0,15 x 35 100 x (0,9 x 35) = 0,00167 σcp = Nsd Ac = 0 k = 1,6 − 0,315 = 1,285 VRd1 = [[320,54 x 1,285 (1,2 + 40 x 0,00167)]1,0 x 0,315 VRd1 = 164,36 KN m > Vsd = 146,85 KN/m Figura 7.41 Detalhamento LF Prof. M.Sc. João Carlos de Campos Página 35 - Dimensionamento e detalhamento da Laje vertical (cortina) Figura 7.42 Esforços superpostos na LV - Cálculo do Md,min = 0,8W.fctk,sup. fctk,inf = 1,3 x 0,3 x 25 2/3 = 3,33 MPa = 0,333 KN cm2 Md,min = 0,8 100 ∙ 202 6 0,333 = 1.776 KN. cm m = 17,76 KN.m/m kc = 100 ∙ d2 Md = 100 x (0,8 x 20)2 1776 = 14,41 → Tabela → ks = 0,0236 Prof. M.Sc. João Carlos de Campos Página 36 As = ks Md d = 0,0236 1.776 16= 2,62 cm 2 m⁄ As,min. = 0,15% b ∙ hL 0,15 100 100 x 20 = 3,0 cm 2 m⁄ s10 = 78,5 3,0 = 26 → smax. { 2hL 20 cm Tabela 7.4 Armaduras da parede vertical (cortina) Mk (KN.m/m) Md (KN.cm/m) kc Ks As (cm2/m) (mm) s (cm) 26,83 3.756 6,8 0,0244 5,73 10 13 26,16 10 13 21,18 (*) 3071 8,34 0,0242 4,25 10 18 As,min. 3,0 8 16 Md,min. 1.776 14,41 0,0236 2,62 8 19 11,72 1.641 15,6 0,0236 2,42 Obs.: (*) Flexocompressão Figura 7.43 Armaduras das lajes Mfic.,d = 21,18 x 1,4 + 12,6 x 1,4 x ( 0,2 2 − 0,2 ∙ 0,2) = 30,71 KN.m/m As = ks Mfic. d + ks2Nd = 0,0242 3071 16 − 0,023 x 1,4 x 12,6 = 4,25 cm2 m > As,min. Prof. M.Sc. João Carlos de Campos Página 37 - Cálculo dos esforços da parede vertical (cortina), como Viga Parede Figura 7.44 Esforços da cortina, como VP - Cálculo dos carregamentos da viga parede contínua pviga = gpp,parede + plaje,Fundo gpp = epar. ∙ hpar. ∙ ρconc. = 0,20 x 6,5 x 25 = 32,5 KN/m plaje,Fundo = −12,6 (desprezar) Figura 7.45 Esquema de cálculo Prof. M.Sc. João Carlos de Campos Página 38 Mmax, neg. = 𝑝 𝑙2 9,5 = 32,5 x 3,52 9,5 = 41,91 KN.m Mmax, pos. = p 𝑙2 12,8 = 32,5 x 3,52 12,8 = 31,10 KN.m Vmax. = 0,605p𝑙 = 0,605 x 32,5 x 3,5 = 68,82 KN - Braço de alavanca Viga-parede contínua com mais de dois vãos: Z = 0,15 (𝑙 + 2h), se 1,0 < 𝑙 h⁄ < 3,0 Z = 0,45 𝑙, se 𝑙 h⁄ ≤ 1,0 → Neste caso: 3,5 6,5 = 0,54 < 1,0 Z = 0,45 𝑙 = 0,45 x 3,5 = 1,575 m - Cálculo das armaduras Será considerado um coeficiente de ajustamento n(n), conforme especifica a NBR 8681 (2003 – item 5.3.3) de 1,2 As,neg = γn ∙ Md Z ∙ fyd = 1,2 x 1,4 x 41,91 1,575 x 50 1,15⁄ = 1,03 cm2 As,pos = γn ∙ Md Z ∙ fyd = 1,2 x 1,4 x 31,10 1,575 x 50 1,15⁄ = 0,76 cm2 - Distribuição das armaduras negativas Nas vigas-parede contínuas, a altura de distribuição da armadura negativa (As) deve ser feita em duas faixas ao longo da altura h. (NBR 6118 – 2014 – item 22.4.1.1) Não considerar para “h” valores superiores ao vão teórico lef =3,5 m - 1.ª faixa: 0,2h (na região superior da altura da viga), Sendo: Prof. M.Sc. João Carlos de Campos Página 39 As1 = ( 𝑙 2h − 0,5)As,calc. = ( 𝑙 2 x 3,5 − 0,5) 1,03 = 0 - 2.ª faixa: 0,6h (na região central da altura da viga Sendo: As2 = (1,5 − 𝑙 2h )As,calc. = (1,5 − 𝑙 2 x 3,5 ) 1,03 = 1,03 cm2 Figura 7.46 Distribuição da armadura negativa Figura 7.47 Armadura da LV + VP Ou seja, toda armadura será distribuída na 2.ª faixa, em 0,6h = 0,6 x 3,5 = 2,10 m (As2/m)/face = 1,03/(2 x 2,10) = 0,25 (cm 2 m⁄ )/face Esse valor deverá ser somado à armadura, tanto de Nx, quanto de Mx da Laje vertical (cortina) As,Nx = 5,73 + 0,25 = 5,98 cm2 m⁄ (face externa) > As,min. Continua 10 𝑐/13 As,Mx = 2,62 + 0,25 < As,min. = 3,0 cm 2/m - Distribuição das armaduras positivas A armadura principal será disposta horizontalmente e, distribuída de modo uniforme na altura na altura de (0,25h – 0,05l), recomenda Leonhardt. Quando h > l, tomar para h=l, ficando a altura de distribuição igual a: (0,25𝑙 − 0,05𝑙) = 0,2 𝑙 Prof. M.Sc. João Carlos de Campos Página 40 Figura 7.48 Distribuição da armadura positiva No caso: a altura de distribuição: 0,2𝑙 = 0,2 x 3,5 = 0,7 m As,pos = γn ∙ Md Z ∙ fyd = 1,2 x 1,4 x 31,10 1,575 x 50 1,15⁄ = 0,76 cm2 Distribuindo nas duas faces e na altura de 0,7 m (As,pos.,/m) face = 0,76 2 ∙ 0,7 = 0,54 cm 2 m. face⁄ Figura 7.49 Distribuição da armadura positiva Figura 7.50 LV + VP Prof. M.Sc. João Carlos de Campos Página 41 - Verificação de tensões máxima de compressão, nas bielas No caso de vigas-parede o valor máximo de tensão no concreto deverá ser inferior a fcd2: Tensão na parede junto ao apoio: σc2d = Rcd b ∙ c2 ≤ fcd2 fcd2 = 0,60 ∙ αv2 ∙ fcd = fcd2 = 0,6 ∙ αv ∙ fcd = 0,6 (1 − fck 250 ) fcd Figura 7.51 Verificação de tensões nos apoios da parede Vmax. = 0,605p𝑙 = 68,82 KN.m Vsd = n ∙ f ∙ Vsk,max. = 1,2 x 1,4 x 68,82 = 115,62 KN Para esse cálculo, a viga parede se apoia no contraforte com 20 cm de espessura, portanto: c=20 cm; u = 0,2h = 0,2 x 650 = 130 cm b = 20 cm – largura da parede Vrd2 = 0,6 (1 − fck 250 ) fcd [b (c + u ∙ cotgθ)sen 2θ] tgθ = Z 𝑙 4⁄ = 4 Z⁄ 𝑙 = 4 x 0,45 𝑙 𝑙 = 1,80 → θ ≅ 610 Vrd2 = 0,6 (1 − 25 250 ) 2,5 1,4 [15 (20 + 130 x 0,55)0,76] = 1.043,1KN Prof. M.Sc. João Carlos de Campos Página 42 Vsd <<< VRd2 Não haverá possibilidade de ruptura à compressão, junto ao apoio de maior cortante. - Cálculo da armadura de levantamento Como a viga-parede funciona como biela, ou seja, a carga descendo diretamente para o apoio, sem necessidade de levantamento, somente será levantada a carga da viga de rigidez atuando no bordo inferior, mais parte do peso próprio parede que se apoia na parte inferior da parede. Figura 7.52 Carregamento por baixo gpp = Atriângulo ∙ b ∙ ρconc. 𝑙 = (3,5 x 3,5/4) x 0,20 x 25 3,5 = 4,22 KN/m σsd = 200 MPa = 20 KN cm2 , visando a redução de fissuras As,lev. = γf ∙ gpp σs = 1,4 x 4,22 20 = 0,295 cm2 m Essa armadura deve ser dividida nas duas faces verticais e somada as áreas de armadura encontradas como Laje vertical. As,lev. face = 0,295 2 = 0,15 cm2 m Figura 7.53 - Detalhamento LV + Levantamento Prof. M.Sc. João Carlos de Campos Página 43 - Dimensionamento do Gigante (Contraforte) Figura 7.54 Ações no Contraforte Figura 7.55 Volume de terra e sobrecarga atuantes no gigante - Cálculo dos esforços solicitantes no contraforte (Gigante) Será considerado como uma peça em balanço, engastada na base do muro. - Cálculo do peso do Contraforte (Gigante) Figura 7.56 Peso do Gigante Gc1 = 0,5 x 6,35 x 0,2 x 25 = 15,88 KN Prof. M.Sc. João Carlos de Campos Página 44 Gc2 = 3,2 x 6,35 2 x 0,2 x 25 = 50,8 KN Momento na base (CG): Mmax. = ps h2 6 + pq h2 2 + Gc1 ( 3,7 2 − 0,25) + Gc2 ( 3,7 2 − 1,567) = = 117,15 6,352 6 + 4,74 6,352 2 + 15,88 𝑥 1,6 + 50,8 𝑥 0,283 = = 922,65 𝐾𝑁.𝑚 Md = 1,4 x 922,65 = 1.291,71 KN.m Nd = 1,4 (15,88 + 50,8) = 93,35 KN -cálculo da excentricidade e = Md Nd = 1.291,71 93,65 = 13,79 m → Grande excentricidade Cortante na base: Vmax. = ps h 2 + pq ∙ h = 117,15 6,35 2 + 4,74 x 6,35 = 402,05 KN - Cálculo do Md,min. Md,min. = 0,8W ∙ fctk,sup. fctk,inf = 1,3 x 0,3 x 25 2/3 = 3,33 MPa = 0,333 KN cm2 Md,min = 0,8 20 ∙ 3702 6 0,333 = 121.567,2 KN. cm = 1.215,67 KN.m < Ms.,cálc. = 1.236,00 KN.m - Cálculo das armaduras e verificações de tensões Prof. M.Sc. João Carlos de Campos Página 45 kc = b ∙ d2 Md, = 20 x (0,95 x 370)2 123.600 = 20,0 → Tabela → ks = 0,0236 As = ks Md d = 0,0236 123.600 351,50 = 8,30 cm2 As,min. = 0,15%b ∙ h = 0,15 100 20 x 370 = 11,1 cm2 > As,calc. - Número de barras e bitola { nb,12,5 = 11,1 1,227 = 9 barras nb,16 = 11,1 2,011 = 6 barras nb,20 = 11,1 3,142 = 4 barras - Dimensionamento com flexão composta O dimensionamento será feito como flexão simples, utilizando-se do seguinte artifício de cálculo: Prof. M.Sc. João Carlos de Campos Página 46 Mfc,d = Md + Nd ( h 2 − d′) = 1.291,71 + 93,35 ( 3,7 2 − 0,05x3,7) = 1.447,14 KN.m/m Altura útil (d) : 0,95hbase = 0,95 x 370 351,5 cm kc = 100 ∙ d2 Mfc,d = 20 x 351,52 144.714 = 17,08 → { ks = 0,0236 ks2 = 0,023 As = Ks Mfc,d d − Nd σsd = Ks Mfc,d d − Ks2Nd As = 0,0236 144.714 351,5 − 0,023 x 93,35 = 7,60 cm2 As,min. = 0,15 100 x 20 x 370 = 11,1 cm2 Será utilizado a armadura mínima calculada anteriormente: 420 ou 616 - Dimensionamento com flexão-composta, comutilização de ábacos Md = 1.447,14 KN.m Nd = 93,35 KN d = Nd Ac ∙ fcd = 93,35 20 x 370 x 2,5 1,4⁄ = 0,0071 μd = Md Ac ∙ h ∙ fcd = 144.714 KN ∙ cm 20 x 3702 x 2,5 1,4⁄ = 0,0296 Prof. M.Sc. João Carlos de Campos Página 47 Figura 7.57 Ábaco para dimensionamento de flexão-composta As,tot. = ω Ac ∙ fcd fyd = 0,03 20 x 370 x 2,5/1,4 50/1,15 = 9,12 𝑐𝑚2 - Armadura longitudinal mínima (Pilar: NBR 6118-2014 – item 17.3.5.3.1) As,min. = 0,15 Nsd fyd ≥ 0,004 ∙ Ac → 0,4% da área da seção transversal As,min.( maior) = { 0,15 Nsd fyd = 0,15 10.002 500 1,15⁄ = 3,45 cm2 0,004 ∙ Ac = 0,004 x 20 x 370 = 29,6 cm 2 𝟖𝟏𝟔 𝐞𝐦 𝐜𝐚𝐝𝐚 𝐟𝐚𝐜𝐞 Valores máximos de armadura em uma determinada seção A máxima armadura permitida em pilares deve considerar inclusive a sobreposição de armadura existente em regiões de emenda. As,máx. = 0,08 ∗ Ac → 8% da área da seção transversal - Diâmetro mínimo e máximo de armadura De acordo com o item 18.4.2 da NBR 6118 (2014) o diâmetro das barras longitudinais não pode ser inferior a 10 mm e nem superior a 1/8 da menor dimensão transversal do pilar. Prof. M.Sc. João Carlos de Campos Página 48 - Distribuição transversal (espaçamento mínimo) O espaçamento mínimo livre entre as faces das barras longitudinais, medido no plano da seção transversal, fora da região de emendas, deve ser igual ou superior ao maior dos seguintes valores: 𝑠𝑡 ≥ { 20 mm 𝑙 1,2 ∗ dmáx.agr. - Verificação à cortante: Vsd = 402,05 x 1,4 = 562,87 KN Vsd ≤ VRd2 → para não romper à compressão VRd2 = 0,27αv2 ∙ fcd ∙ bw ∙ d = 0,27 (1 − 25 250 ) 2,5 1,4 20 x 351,5 = 3.050,52 KN > Vsd = 562,87 KN Não haverá ruptura à compressão - Cálculo da armadura de estribo: Vsd ≤ VRd3 VRd3 = 0,6 0,21 ∙ f ck 2 3⁄ 1,4 bw ∙ d + ( Asw s⁄ ) 0,9 ∙ d ∙ fywd ( Asw s ) = Vsd − 0,09fck 2 3⁄ ∙ bw ∙ d 0,9fywd ∙ d = Vsd bwd − 0,09f ck 2 3⁄ 0,9fywd ∙ bw = ρwbw ρw = Vsd bwd − 0,09f ck 2 3⁄ 0,9fywd ≥ ρw,min = 0,2 fct,m fywk = 0,06f ck 2 3⁄ fywk = 0,06 ∙ 25 2 3 500 ρw,min = 0,0010 → 0,10% fck deve ser expresso em MPa Prof. M.Sc. João Carlos de Campos Página 49 ρw = Vsd bwd − 0,09f ck 2 3⁄ 0,9fywd = 562,87 x 103(N) 200 x 3515 (mm2) − 0,09 x 25 ( 2 3 ) ( N mm2 ) 0,9 x 500 1,15 ( N mm2 ) = 7,97 x 10−5 ρw,min = 0,2 fct,m fywk = 0,06f ck 2 3⁄ fywk = 0,06 𝑥 252/3 500 = 0,00103 ρw = ρw,min. 0,10% ( Asw s ) = ρwbw = 0,10 x 20 = 2 cm2 m⁄ (Asw/s)2R = 1 cm2 m⁄ Utilizando-se estribo de 6,3 mm o espaçamento será igual: s6,3 = 31,2 1 = 31,2 O espaçamento máximo deve atender às seguintes condições: − se Vsd ≤ 0,67 VRd2, então smáx. ≤ { 0,6d 30 cm − se Vsd > 0,67 VRd2, então smáx. ≤ { 0,3d 20 cm 𝑉𝑠𝑑 𝑉𝑅𝑑2 = 562,87 3.050,52 = 0,185 < 067 → logo → smáx. ≤ { 0,6d = 0,6 x 351,5 30 cm Será utilizado E 8 c/20 - Armadura de pele (Armadura lateral, também chamada de armadura de costela) Prof. M.Sc. João Carlos de Campos Página 50 Preconiza a NBR 6118 (2014 – item 17.3.5.2.3) a necessidade, para vigas com altura maior do que 60 cm, de se colocar armadura lateral de no mínimo igual a 0,10 % Ac,alma em cada face da alma da viga (não superior a 5 cm2). Essa armadura deverá ser constituída por barras de CA-50 ou CA-60, devidamente ancoradas nos apoios. O espaçamento máximo será de: aV ≤ { 20 cm (NBR 6118 − 2014 − item 17.3.5.2.3) d 3 (NBR 6118 − 2014 − item 18.3.5) 15 (NBR 6118 − 2014 − item 17.3.3.2) As,lat. = 0,1%Ac,alma = 0,10 100 20 x 370 = 7,40 cm2 ( As,lat. m ) face = 7,40 3,7 = 2 cm2 m → 8c/20 Prof. M.Sc. João Carlos de Campos Página 51 7.4.4.5. Detalhamento dos elementos estruturais Figura 7.58 Elevação do Muro coma indicação de corte Corte I-I Figura 7.59 Detalhamento corte I-I Prof. M.Sc. João Carlos de Campos Página 52 Corte II – II Figura 7.60 Detalhe corte II-II Corte III - III Figura 7.61 Detalhamento corte III-III Prof. M.Sc. João Carlos de Campos Página 53 Corte IV – IV Figura 7.62 - Viga de rigidez ou viga de borda
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