Prévia do material em texto
João Dirceu Nogueira Carvalho Estruturas de concreto armado II © 2016 by Universidade de Uberaba Todos os direitos reservados. Nenhuma parte desta publicação poderá ser reproduzida ou transmitida de qualquer modo ou por qualquer outro meio, eletrônico ou mecânico, incluindo fotocópia, gravação ou qualquer outro tipo de sistema de armazenamento e transmissão de informação, sem prévia autorização, por escrito, da Universidade de Uberaba. Universidade de Uberaba Reitor Marcelo Palmério Pró-Reitor de Educação a Distância Fernando César Marra e Silva Editoração Produção de Materiais Didáticos Capa Toninho Cartoon Edição Universidade de Uberaba Av. Nenê Sabino, 1801 – Bairro Universitário Catalogação elaborada pelo Setor de Referência da Biblioteca Central UNIUBE João Dirceu Nogueira Carvalho Sou formado em Engenharia Civil pela Universidade de São Pau- lo – USP – Mestre em Engenharia Civil pela Universidade de São Paulo – USP – Doutor em Engenharia Civil pela Universidade Fe- deral de Santa Catarina – UFSC. Sou professor aposentado do Departamento de Engenharia Civil da Universidade Estadual de Maringá – DEC/UEM, onde atuei por 35 anos como docente das disciplinas de Pontes, Concreto Protendido, Concreto Armado, Es- tática etc. Atualmente, sou professor do curso de Engenharia Civil da Uningá, onde ministro a disciplina de Estruturas de Concreto. Sobre os autores Sumário Capítulo 1 O projeto de estruturas de concreto armado, concepção da estrutura e plantas de forma ........................................................11 1.1 O projeto das estruturas de concreto armado ................................................. 12 1.1.1 O Projeto Estrutural ................................................................................ 16 1.1.2 A planta de forma ................................................................................... 23 Capítulo 2 Lajes maciças de concreto armado – determinação dos esforços ......................................................................................37 2.1 Lajes maciças de concreto armado ................................................................. 39 2.1.1 Vinculação das lajes............................................................................... 41 2.1.2 Vão teórico de lajes ou placas - (NBR-6118 - item 14.7.2.2.) ............... 46 2.1.3 Classificação das lajes ........................................................................... 48 2.1.4 Lajes Armadas em Duas Direções ou em Cruz .................................... 50 2.1.5 Processo de Marcus .............................................................................. 51 2.1.6 Distribuição das Cargas - Teoria das Grelhas ....................................... 52 2.1.7 Determinação das Reações de Apoio - Lajes armadas em Cruz ......... 60 2.1.8 Representação em planta dos momentos e reações calculados ......... 69 2.1.9 Lajes Armadas em Uma Direção ........................................................... 70 2.1.10 Compensação dos momentos fletores ................................................ 75 Capítulo 3 Lajes maciças de concreto armado – altura e detalhamento .................................................................................83 3.1.1 Estados limites ....................................................................................... 85 3.1.2 Limites para deslocamentos em uma laje ............................................. 87 3.1.3 Espessuras mínimas para lajes maciças de concreto armado ............. 89 3.1.5 Determinação da altura das lajes pela limitação dos deslocamentos .........94 3.1.6 A altura útil e a altura .............................................................................. 101 3.1.7 Organização dos cálculos ...................................................................... 105 3.1.8 Dimensionamento e detalhamento da armadura .................................. 107 3.1.9 Cisalhamento em lajes ........................................................................... 116 Capítulo 4 Vigas de concreto armado – equacionamento, detalhamento da seção ....................................................................119 4.1.1 Hipóteses de cálculo - NBR 6118 (2003) - item 17.2.2 ......................... 122 4.1 Cálculo no Estado Limite Último ...................................................................... 122 4.2 Distribuições possíveis de deformação na seção ........................................... 125 4.3 Flexão normal simples em seções retangulares ............................................. 126 4.4 Equacionamento do Problema para armadura simples (Rsc = 0) .................. 129 4.4.1 Equações de equilíbrio ........................................................................... 129 4.4.2 Equações de compatibilidade ................................................................ 131 4.5 Cálculo de dimensionamento .................................................................... 134 4.5.1 Domínio 2 ............................................................................................... 136 4.5.2 Domínio 3 ............................................................................................... 136 4.5.3 Domínio 4 ............................................................................................... 137 4.6 Exemplo geral .................................................................................................. 139 4.7 Durabilidade das estruturas de concreto ......................................................... 151 4.7.1 Agressividade do ambiente .................................................................... 152 4.8 Detalhamento da armadura na seção ............................................................. 156 4.9 A altura e a altura útil ....................................................................................... 159 4.10 Armadura dupla .............................................................................................. 173 4.10.1 Armadura dupla - equacionamento ...................................................... 176 4.10.2 Valores de d’ ......................................................................................... 181 4.10.3 Valores de ' sσ ...................................................................................... 181 4.11 Cálculo mediante tabelas ............................................................................... 183 4.11.1 Seção retangular com armadura simples ............................................ 183 4.11.2 Seção retangular com armadura dupla ................................................ 190 4.12 Seções “T” submetidas à flexão simples ....................................................... 197 4.12.1Largura colaborante de vigas de seção T ............................................ 197 4.12.2 Cálculo de dimensionamento............................................................... 199 4.12.3 Caso 1 – Seção T calculada como seção retangular x xfβ β≤ ........ 201 4.12.4 Caso 2 - Seção “T” calculada como seção “T” x xfβ β> .................. 202 4.13 Vãos efetivos e larguras mínimas de vigas ................................................... 204 Capítulo 5 Vigas de concreto armado – detalhamento longitudinal .....207 5.1.1 Cobertura de diagramas de momento fletor .......................................... 209 5.2 Ancoragem ....................................................................................................... 222 5.2.1 Introdução .............................................................................................. 222 5.2.2 Zonas de ancoragem ............................................................................. 225 5.2.3 Resistência de aderência ....................................................................... 227 5.2.4 Comprimento básico de ancoragem ...................................................... 230 5.2.5 Ganchos .................................................................................................233 5.2.6 Comprimento de ancoragem necessário (efetivo) ................................ 236 5.2.7 Ponto de início de ancoragem ............................................................... 238 5.2.8 Ancoragem nos apoios........................................................................... 246 5.2.9 Apoios extremos - comprimento mínimo de ancoragem ....................... 250 5.2.10 Armaduras construtivas e porta estribos ............................................. 257 5.2.11 Ancoragens de barras comprimidas .................................................... 259 5.3 Emendas de barras por aderência .................................................................. 260 5.3.1 Introdução .............................................................................................. 260 5.3.2 Emendas por traspasse ........................................................................ 263 Capítulo 6 Vigas de concreto armado – cisalhamento ....................269 6.1 Cisalhamento - verificação do estado-limite último ......................................... 272 6.2 Verificação de esmagamento de bielas ........................................................... 274 6.3 Cálculo da armadura transversal ..................................................................... 275 6.3.1 VSd - Cargas próximas aos apoios ....................................................... 276 6.3.2 Cálculo da parcela a ser absorvida pelo concreto ................................. 277 6.3.3 Cálculo da parcela a ser absorvida pela armadura ............................... 278 6.3.4 Exemplo de cálculo ................................................................................ 284 6.3.5 Decalagem do diagrama de força no banzo tracionado........................ 293 Capítulo 7 Pilares de concreto armado - dimensionamento ...........301 7.1.1 Classificação dos pilares quanto à sua posição em planta ................... 303 7.1 Pilares de concreto armado - dimensionamento ............................................. 303 7.2 Classificação dos pilares quanto à sua esbeltez............................................. 307 7.2.1 Índice de esbeltez, raio de giração, comprimento de flambagem ......... 309 7.2.2 Exemplo de determinação do índice de esbeltez de um pilar ............... 312 7.2.3 Classificação dos pilares quanto ao índice de esbeltez ........................ 314 7.3 Tipos de excentricidades ................................................................................. 319 7.3.1 Excentricidade de forma (ef ou er) ......................................................... 320 7.3.2 Excentricidade acidental (ea).................................................................. 320 7.3.3 Excentricidade inicial (ei) ........................................................................ 322 7.2.4 Excentricidade de segunda ordem (e2) .................................................. 327 7.3.5 Resumo geral das excentricidades em um pilar .................................... 329 7.3.6 Exemplos de cálculo das excentricidades ............................................. 331 7.4 Ábacos para o cálculo da armadura longitudinal de pilares ........................... 337 7.4.1 Ábacos para Flexão Normal Composta ................................................. 337 7.4.2 Ábacos para Flexão Composta Oblíqua ............................................... 341 Capítulo 8 Pilares de concreto armado – exercícios e detalhamento ........345 8.1 Pilares de concreto armado – exercícios e detalhamento .............................. 347 8.1.1 Pré-dimensionamento ............................................................................ 348 8.1.2 Exemplo 01 ............................................................................................ 350 8.2 Detalhamento da armadura de pilares de concreto armado ........................... 367 8.2.1 Relação máxima entre as dimensões da seção .................................... 367 8.2.2 Armaduras longitudinais ........................................................................ 368 8.2.3 Armaduras transversais ........................................................................ 369 8.2.4 Estribos suplementares .......................................................................... 370 8.3 Detalhamento da armadura do exemplo 01 .................................................... 370 8.4 Exemplo 02 ...................................................................................................... 373 8.4.1 Cálculo do índice de esbeltez ................................................................ 374 8.4.2 Cálculo das excentricidades iniciais ...................................................... 375 8.4.3 Cálculo das excentricidades acidentais ................................................. 377 8.4.4 Análise das excentricidades ................................................................... 379 8.4.5 Cálculo da armadura longitudinal .......................................................... 382 8.5 Detalhamento da armadura do exemplo 02 .................................................... 389 CONCLUSÃO ...................................................................................394 REFERÊNCIAS ................................................................................397 O curso de engenharia civil tem uma grade curricular que, apesar de pequenas diferenças de curso para curso, caracteriza-se por uma divisão entre as matérias básicas de formação geral, compos- ta, por exemplo, pelas disciplinas de matemática, física, química, método de pesquisa, etc. e as de formação técnica, que se subdivi- dem conforme as grandes áreas da engenharia civil. Entre as grandes áreas da engenharia civil estão a de Construção Civil, Estradas e Geotecnia, Hidráulica e Estruturas. Estas grandes áreas de formação técnica também têm suas disciplinas básicas e as aplicadas, por exemplo, na área de estruturas temos as maté- rias de Mecânica dos Sólidos I e II e Mecânica das Estruturas como básicas, e as de Estruturas de Concreto, Aço, Madeira, Alvenaria Estrutural, Pontes, Concreto Protendido etc. As disciplinas aplicadas normalmente causam certo impacto no acadêmico de engenharia, pois trazem consigo uma mudança de paradigma. O acadêmico estava acostumado, desde o ensino mé- dio, até agora, a exercícios do tipo: dados isto e aquilo determine isso. Ao final de cada capítulo dos livros destas matérias básicas tínhamos 50, 100, as vezes mais de 150 exercícios desse tipo, e pelo menos a metade com respostas. Isto sem contar os vários exemplos resolvidos. A mudança de paradigma é que isto acabou! A principal característica das matérias aplicadas é o fato delas se- rem voltadas para projeto. Nestas matérias aprendemos a construir nossos exercícios, por exemplo, se vamos dimensionar uma viga, o tipo de viga: bi apoiada, com ou sem balanços, contínua etc., so- Apresentação mos nós que determinamos, assim como determinamos os vãos, os carregamentos etc. Percebeu? Agora somos nós que criamos o enunciado dos nossos exercícios, e como anteriormente, deter- minamos os esforços, mas quais esforços? Aqueles que a nosso critério são importantes e relevantes para o dimensionamento da estrutura. Finalmente, dimensionamos nossa viga conforme o ma- terial, concreto aço madeira etc. Resumindo, agora montamos o enunciado dos nossos exercícios, deter- minamos os esforços solicitantes e dimensionamos o elemento estrutural para resistir àqueles esforços solicitantes, e devemos fazer isto com muito cuidado, pois qualquer erro, em qualquer uma destas três etapas, pode vir a ser uma “falha de projeto” e inviabilizar a estrutura. Mas não se preocupe, observamos que isto impacta o acadêmico pela mudança de paradigma, ou seja, assim que nos habituarmos, que assi- milarmos esta nova forma de atuação as coisas voltam à normalidade. Nesta disciplina, Estruturas de Concreto Armado II, vamos aprender a concepção de uma estrutura, e depois vamos conceituar,equacionar e detalhar as lajes as vigas e os pilares de concreto armado. No Capítulo I, vamos aprender as noções básicas do que é um projeto estrutural, e a concepção de uma estrutura, ou seja, a partir de um projeto arquitetônico vamos estudar como conceber, definir uma estrutura, e a elaboração das plantas de forma, a partir da qual serão elaboradas as plantas de armação dos elementos constituintes da estrutura. Nos Capítulos II e III vamos estudar as lajes de concreto armado. No Capítulo II vamos aprender a discretizar uma laje, vamos vin- culá-las, classifica-las, determinar os esforços em lajes isoladas (momentos fletores e reações de apoio), e reagrupa-las fazendo a compensação dos momentos fletores. No Capítulo III vamos conceituar Estados limites, aprender a de- terminar a altura das lajes pela limitação de seus deslocamentos (flechas) vamos aprender a organizar os cálculos e a detalhar as armaduras calculadas. Nos Capítulos IV, V e VI vamos estudar as vigas de concreto armado. No Capítulo IV abordaremos o equacionamento do concreto arma- do, ou seja, o dimensionamento das seções de concreto armado. Vamos trabalhar com seções retangulares e T, com armaduras simples e dupla e calcular mediante equações ou tabelas. Vamos aprender também a respeito da durabilidade das estruturas de con- creto e ao final, detalhar a armadura na seção. No Capítulo IV abordaremos detalhamento longitudinal das arma- duras, ou seja, a cobertura de diagramas e ancoragem das barras. Aprenderemos também as emendas por traspasse. No Capítulo IV abordaremos o cisalhamento em vigas de concreto armado. Nos Capítulos VII e VIII vamos estudar os pilares de concreto armado. No Capítulo VII aprenderemos a classificar os pilares quanto a sua posição em planta e quanto ao seu índice de esbeltez. Abordare- mos também o equacionamento dos pilares de concreto armado, à Flexão Composta Normal ou à Obliqua. No Capítulo VIII exemplificamos o por meio de exercícios o conteú- do abordado no Capítulo VII, e aprenderemos o detalhamento das armaduras de pilares. Bom estudo! Professor João Dirceu João Dirceu Nogueira Carvalho Introdução O projeto de estruturas de concreto armado, concepção da estrutura e plantas de forma Capítulo 1 O projeto arquitetônico com suas plantas baixas, cortes, elevações e desenho de detalhes representa a concepção de uma obra, de uma edifi cação. Vários outros projetos desenvolvidos por profi ssionais especialistas em suas respectivas áreas são necessários para a execução desta obra, por exemplo, se for um edifício devemos providenciar um projeto de hidráulica (água fria, água quente, esgoto, águas pluviais), um projeto elétrico (energia, telefone, internet, som), um projeto de incêndio etc., e é claro, não podemos nos esquecer de um projeto estrutural, afi nal esperamos que o edifício não caia, ou apresente fi ssuras, trincas, ou deslocamentos indesejáveis, não é mesmo!? Todos esses projetos são desenvolvidos a partir do projeto arquitetônico, e todos precisam ser compatíveis com o projeto arquitetônico e entre si. Nesta matéria, o nosso foco será o projeto estrutural. Nosso edifício poderá ser em aço, em madeira, em concreto armado, em alvenaria estrutural etc., ou seja, dependendo do material, ou das técnicas construtivas envolvidas será feito um projeto estrutural específi co para aquele material, conforme as normas e especifi cações técnicas próprias para aquele material. 14 UNIUBE • Conceituar projeto estrutural e sua discretização em seus elementos primários – vigas, lajes, pilares. • Elaborar a planta de forma de um pavimento tipo. • O Projeto das Estruturas de Concreto Armado • O Projeto Estrutural • O Anteprojeto • O Projeto • A Apresentação do Projeto • A Planta de Forma Objetivos Esquema Normalmente, a primeira concepção que se faz em um projeto estrutural é quanto ao material, e neste caso específico do nosso curso, vamos optar pelo concreto armado. Neste primeiro capítulo vamos aprender as noções básicas do que é um projeto estrutural, e a concepção de uma estrutura, ou seja, a partir de um projeto arquitetônico vamos estudar como conceber, definir uma estrutura, e a elaboração das plantas de forma, a partir da qual serão elaboradas as plantas de armação dos elementos constituintes da estrutura. O projeto das estruturas de concreto armado1.1 Existem vários métodos, processos e técnicas para o cálculo de es- truturas. O desenvolvimento tecnológico na informática, com a con- sequente redução do custo tanto a nível de hardware como de sof- tware, possibilitou aos engenheiros o acesso a este imprescindível instrumento de trabalho. A informatização dos escritórios de cálculo proporcionou a utilização das mais sofisticadas técnicas de cálculo. Atualmente, o método da análise matricial de estruturas e o de ele- mentos finitos, são utilizados de forma rotineira em aplicativos para o UNIUBE 15 cálculo estrutural. Podemos, com essas técnicas de cálculo, conside- rar um edifício como um elemento engastado ou apoiado no solo e a outra extremidade livre, e calculá-lo de forma global, contínua. Outro procedimento para o cálculo de estruturas consiste na sua discretização em seus elementos primários, ou seja, as lajes, as vigas, os pilares e todos os demais elementos complementares da estrutura. Este processo, com o auxílio de microcomputadores de pequeno porte, e até mesmo simples máquinas de calcular pro- gramáveis, e de programas para cálculo estrutural de baixo custo, inclusive vários de domínio público, extremamente simples, a ponto de ser normal os calculistas elaborarem seus próprios aplicativos, proporciona um cálculo relativamente rápido e bastante preciso. É por meio deste processo de cálculo, discretizando a estrutura em seus elementos básicos, que os conceitos teóricos e práticos do cálculo e do detalhamento da armadura, são ministrados nas disciplinas de concreto dos cursos de Engenharia Civil. Na Figura 1 exemplificamos o procedimento de cálculo. A Figura 1-a mostra a estrutura de um edifício com o pavimento da cobertura, 3 pavimentos tipos, o térreo e as fundações. A Figura 1-b representa, de forma simplificada, um pavimento com seus elementos estruturais. Os pilares P1 a P8, as lajes L01 a L05 e as vigas V101 a V108. Esta planta é denominada Planta de Forma. Logo adiante, vamos estudá-la com mais detalhe, ok!? A Figura 1-c mostra a distribuição de cargas das lajes para as vi- gas. Cada uma das vigas ou tramos de vigas que contornam e suportam a laje, recebem desta a carga que está sob a sua área de influência. O tramo da Viga V101 que apoia a laje L01 tem como área de influência o trapézio de área S1, no trecho entre os pilares P1 e P2, ou seja, toda carga atuante nesta região da laje, será descarre- gada neste tramo da viga V101. 16 UNIUBE Figura 1 – Esquema de distribuição de cargas em uma estrutura Fonte: o autor UNIUBE 17 A Figura 1-d mostra a distribuição de cargas das vigas para os pilares. A reação da viga V101 no pilar P1 será igual ao esforço cortante Va, no pilar P2, será a soma do esforço cortante Vb mais Vc etc. Deve-se observar que a viga V103 está apoiada nas vigas V105 e V106, ou seja cada uma destas vigas estará solicitada por uma carga concentrada que, juntamente com as demais cargas atuantes nestas vigas, serão descarregadas nos pilares P1 e P5 (viga V105) e P2 e P6 (viga V106). A Figura 1-e mostra o carregamento do pilar P5, pavimento por pa- vimento, da cobertura ao térreo. De cima para baixo, a cada pavi- mento, o pilar P5 recebe o carregamento proveniente das reações de apoio das vigas V105 e V102, para finalmente descarregar a somatória destas cargas no solo, por meio das fundações. Finalmente, a Figura 1-f mostra um elemento de fundação (neste caso, um bloco sobre duas estacas), que tem por função receber a carga total do pilar e transmiti-la ao solo, mediante as estacas. O procedimento de cálculo para as lajes,vigas, pilares, enfim, um elemento estrutural qualquer, pode ser descrito de forma sucinta, como segue: • Determinação das cargas atuantes. • Determinação dos esforços solicitantes. • Dimensionamento - concreto armado. 18 UNIUBE 1.1.1 O Projeto Estrutural O projeto estrutural é composto por um conjunto de desenhos, da- dos e informações a serem seguidos para a perfeita execução da estrutura. Para isto está implícita, sua adequação ao projeto arqui- tetônico e a todos os projetos complementares da obra (os proje- tos elétrico, hidráulico, de prevenção de incêndio, de instalação de gás, de telefonia etc.). O projeto estrutural deverá obedecer rigorosamente às Normas Técnicas da ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas. A norma específica para projetos em concreto sim- ples, armado e protendido é a NBR 6118:2003 que teve várias revisões, a última em 2014. No caso específico de uma edificação, tomemos como exemplo a Figura 2, onde temos um esquema da estrutura de um edifício. Agora, imaginemos que vamos iniciar a construção deste prédio. Necessitamos de uma planta que nos dê a locação das estacas em relação a um referencial que normalmente é o alinhamento e uma das divisas, proporcionando um sistema cartesiano, e as cargas em cada uma das estacas. A planta de locação de estacas ou tubu- lões geralmente é o primeiro desenho de um projeto estrutural, mas em obras de pequeno porte, estas informações podem estar dentro da planta de fundações. UNIUBE 19 Figura 2 – Esquema da estrutura de um prédio Fonte: o autor A Planta de Formas da Fundação recebe este nome Planta de Forma por ser a planta que fornecerá ao carpinteiro todas as in- formações necessárias para fazer a forma, a caixaria a ser pre- enchida com a armadura e o concreto. Ela deve conter todas as informações relativas à locação, forma e dimensões dos blocos de fundação, das vigas baldrames, vigas alavanca, enfim, de todos os elementos da fundação. Analogamente, quando formos executar o primeiro pavimento, come- çamos com o carpinteiro fazendo as formas deste pavimento. A Planta de Forma do primeiro pavimento, portanto deverá conter todas as 20 UNIUBE informações relativas à locação, forma, detalhes, elevações, dimen- sões etc., necessários para a execução das vigas, lajes, enfim, de todos os elementos estruturais contidos no primeiro pavimento. Observe que na Figura 2 temos três pavimentos de apartamentos e, normalmente, todos pavimentos são iguais. Isto acontece em prédios de oito, quinze, vinte pavimentos, residenciais ou comer- ciais e, sempre que tivermos pavimentos iguais, calculamos e de- talhamos apenas um deles que representará todos os demais. Este pavimento passa a ser denominado de Pavimento Tipo. Desta forma, como os três pavimentos da Figura 2 são iguais, a Planta de Forma do primeiro pavimento passa ser denominada de Planta de Forma do Pavimento Tipo e representará os três pavimentos. IMPORTANTE! Vamos supor que o nosso edifício tenha vinte pavimentos sendo os três primeiros destinados a garagens, os cinco pavimentos se- guintes destinados a escritórios e os doze últimos a apartamen- tos. O edifício ficou meio bagunçado, mas é um bom exemplo para mostrar que ele teria três Plantas de Forma de Pavimento Tipo. Teria a Planta de Forma do Pavimento Tipo dos pavimentos 01 a 03 (garagens), a Planta de Forma do Pavimento Tipo dos pavimentos 04 a 08 (escritórios) e a Planta de Forma do Pavimento Tipo dos pavimentos 09 a 20 (apartamentos). UNIUBE 21 SINTETIZANDO Concluindo este raciocínio, um projeto estrutural é composto por três tipos de plantas: planta de locação de estacas, plantas de for- ma e suas respectivas plantas de armação. Basicamente, teríamos esta relação de plantas compondo o projeto estrutural: • planta de locação de estacas; • planta de forma da fundação; • planta de armação e detalhamento dos elementos de funda- ção (blocos, vigas baldrames etc.); • planta de forma do pavimento tipo; • planta de armação e detalhamento dos elementos do pavi- mento tipo (lajes, vigas etc.); • planta de forma da cobertura; • planta de armação e detalhamento dos elementos da cober- tura (lajes, vigas etc.); • planta de armação e detalhamento dos pilares: • planta de forma dos elementos complementares do edifício; • planta de armação e detalhamento dos elementos comple- mentares (escadas; caixas d’água superior e inferior; marqui- ses; muros de arrimo etc.). 22 UNIUBE 1.1.1.1 O anteprojeto O projeto estrutural envolve muitos cálculos, muitas pranchas de desenho de estruturas, com todas as informações e detalhes para a execução da obra. Antes do desenvolvimento de todo este exten- so trabalho, o calculista deve tomar determinadas decisões quanto ao material a ser utilizado, o tipo de estrutura a ser adotado, e como esta estrutura será compatibilizada com o projeto arquitetônico, hi- dráulico, elétrico, telefonia, incêndio etc. Isto é o que chamamos de concepção, e podemos considerá-la em três níveis: Concepção quanto ao material a ser utilizado: A finalidade da obra, sua localização geográfica etc., permitem uma substancial redução de custos, ao se escolher o material de cons- trução a ser utilizado. A finalidade da obra pode requerer estanquei- dade, no caso de reservatórios, proteção contra o meio agressivo em que a obra se insere etc., e, neste sentido, a escolha adequada do material pode reduzir o custo de revestimentos especiais e sis- temas de proteção. A primeira concepção será, portanto, a escolha do material, ou seja, a alvenaria estrutural, a madeira, o aço, o con- creto armado ou protendido etc. A localização geográfica pode induzir à utilização de materiais abundantes na região, reduzindo custos com fretes, mão de obra especializada etc. É o caso da utilização da madeira no interior da Amazônia, do pré-moldado no eixo Rio-São Paulo etc. Concepção quanto ao esquema estrutural: Refere-se à adoção do esquema estrutural, por exemplo, uma estrutura em pórticos planos ou espaciais, pavimentos em grelhas etc. UNIUBE 23 Concepção quanto à compatibilidade arquitetura/estrutura: Definido, como em nosso caso, o uso do concreto armado e a dis- cretização da estrutura em lajes, vigas e pilares, é nesta etapa da concepção da estrutura, que se define a forma e dimensões das la- jes, a forma, a posição e a locação dos pilares e das vigas, ou seja, é a definição, o lançamento da estrutura no projeto arquitetônico. O anteprojeto consiste em, mediante cálculos rápidos - apenas uma análise das seções mais solicitadas - e um detalhamento su- mário, a elaboração de um pré-dimensionamento que permita a quantificação de cada uma das concepções propostas, e a compa- ração entre elas para que se possa escolher a melhor alternativa estrutural para a obra. É nesta fase do anteprojeto que se inicia e se deve resolver as interferências e os conflitos com os projetos de instalações (gás, telefonia, ar-condicionado, hidráulica, elétrica etc.). 1.1.1.2 O projeto Definida a estrutura em anteprojeto, inicia-se o projeto, ou seja, o cálculo completo, com o detalhamento dos elementos estruturais, a elaboração dos memoriais de cálculo e as demais informações acordadas em contrato. 1.1.1.3 A apresentação do projeto A apresentação do projeto de estruturas de concreto é normatizada por duas normas, a NBR 7191 e a NBR 10067. Os principais itens 24 UNIUBE abordados para execução de desenhos para obras de concreto simples ou armado são: Os Tipos de desenhos, que podem ser desenhos de conjunto (plan- tas, elevações, cortes, vistas e perspectivas), os desenhos para execução de formas; os desenhos para execução de escoramen- tos; e os desenhos de detalhes. A definição dos elementos estruturais de forma que toda peça, ele- mento ou detalhe da estrutura fique perfeitamente definida nos de- senhos de formas, por suas dimensões, sua locação e posição em relação a eixos, divisas etc. A designação das peças é feita, medianteos seguintes símbolos, seguidos do respectivo número de ordem: lajes L diagonais D vigas V sapatas S pilares P blocos B tirantes T paredes PAR Lajes: a numeração deve ser feita, começando pelo canto esquer- do superior do desenho, prosseguindo para a direita, de cima para baixo. As espessuras das lajes são obrigatoriamente indicadas, em cada laje ou em nota à parte. Vigas: para as vigas dispostas horizontalmente no desenho a numeração é feita partindo-se do canto superior esquerdo para o direito, de cima para baixo, até atingir o canto inferior direito; para as vigas dispostas verticalmente parte-se do canto inferior esquerdo, para cima, da esquerda para a direita, até atingir o UNIUBE 25 canto superior direito. As vigas cuja inclinação com a horizontal variar de 0 a 45º, inclusive, são consideradas como dispostas horizontalmente no desenho. Cada vão das vigas contínuas é designado pelo número comum à viga seguido de uma letra maiúscula. Junto da designação de cada viga, devem ser indicadas suas dimensões: V101 (bwxd), onde bw é a largura da viga e d é a altura útil da viga. Pilares e tirantes: a numeração dos pilares e tirantes é feita partindo do canto superior esquerdo do desenho para a direita, de cima para baixo. Junto da designação de cada Pilar, devem ser indicadas suas dimensões: P01 (bwxh), onde h é a altura do pilar na direção conside- rada, ou seja, direção paralela à viga que está apoiando o pilar, con- forme o pavimento tipo. Na planta de armação dos pilares estes serão detalhados longitudinalmente (elevação) e neste caso serão fixadas as dimensões (bwxd) sempre que forem alteradas. Como podemos observar são normas gerais para desenhos de estruturas de concreto e abordam uma série de assuntos, como: aberturas, desenhos para execução de armaduras etc. Aqui esta- mos apresentando-as para que possa obtê-las, se inteirar de suas prescrições e usá-las quando necessário. 1.1.2 A planta de forma Já definimos anteriormente o que é uma Planta de Forma. Nos projetos de estruturas, sua função é identificar os elementos es- truturais nela contidos, por nome ou número e mostrar todas as informações relativas à locação, forma e dimensões. 26 UNIUBE Como adotamos a premissa de discretizar a estrutura em seus elementos básicos, lajes, vigas e pilares, em linhas gerais o que faremos é o seguinte: vamos lançar as vigas e os pilares. Quando posicionamos as vigas obtemos a delimitação das lajes e quando posicionamos os pilares obtemos a delimitação das vigas. RELEMBRANDO Antes de iniciarmos, precisamos relembrar os conceitos básicos de vigas, pois o cálculo de uma estrutura de concreto é iniciado na concepção da estrutura, por exemplo: • Vigas bi apoiadas têm momentos fletores maiores e, conse- quentemente, alturas maiores e mais adiante veremos na co- bertura do diagrama de momentos quase todas as barras vão de apoio a apoio, aumentando o consumo de aço; • Veja que as duas vigas abaixo têm o mesmo vão total ℓ1. Se por um lado, o balanço produz um momento fletor negativo que reduz o positivo que a viga teria sem o balanço, por outro lado, o balanço é mais flexível, produzindo maiores flechas; • Veja a viga hiperestática a seguir e os momentos de engasta- mento perfeito de seus tramos à direita. UNIUBE 27 A compensação de momentos ideal é a que é feita quando os mo- mentos são iguais, ou seja: SINTETIZANDO A viga contínua “ideal” submetida a uma carga uniformemente dis- tribuída p seria aquela em que os tramos centrais fossem apro- ximadamente 22% maiores que os de extremidade, por exemplo, 3,00/3,65/3,00 metros, mas observe que é aproximadamente 22%, ou seja o tramo central com um vão entre 3,60 e 3,70 m. Se os tra- mos de extremidade forem mais carregados que os centrais esta porcentagem aumenta e se os tramos centrais forem os mais car- regados esta porcentagem diminui. Estamos apenas mostrando que existe uma série de conceitos bá- sicos da mecânica das estruturas que devem ser observados na concepção de uma estrutura e, quando não puderem ser seguidos, que o projetista tenha ciência dessa impossibilidade. Em muitos casos, o projeto não dá alternativas ao calculista. Observe a planta de um prédio de salas de aula: salas de aula à esquerda e à direita com um corredor entre elas. As vigas transver- sais terão vãos do tipo 7,00/4,00/7,00 metros ou 11,00/7,00 metros. 28 UNIUBE A planta de forma é a planta baixa da estrutura e deve ser feita a partir da planta baixa e dos cortes e elevações do projeto arquite- tônico. Como exemplo, vamos considerar uma sala e suas duas paredes laterais e vamos supor que nesta direção a sala tenha 350 cm, a parede da esquerda tenha 15 cm e a da direita 20 cm. Vamos supor ainda que na parede esquerda esteja embutida uma viga de 14 cm de largura e na da direita uma de 15 cm. A Figura 3 mostra algumas das situações possíveis a seguir: IMPORTANTE! Figura 3 – Posicionamento da vida dentro de uma pa- rede e vãos da planta de forma Fonte: o autor Vamos agora analisar os fundamentos da construção de uma planta de forma de um pavimento tipo de um edifício com quatro apartamen- tos, dois de um lado e dois do outro, e no meio, as caixas de escada, UNIUBE 29 de elevador e o hall comum aos quatro apartamentos. Como se trata de um pequeno exemplo, vamos simplificar trabalhando com apenas um dos apartamentos conforme apresentado na Figura 4, adotando 15 cm para as paredes internas e 20 cm para as externas. Figura 4 – Esquema arquitetônico de um apartamento Fonte: o autor AMPLIANDO O CONHECIMENTO Outra coisa, aquele “estágio” que todo estudante de engenharia quer começar a fazer, começa até mesmo antes de entrarmos na faculda- de. Ele é iniciado quando começamos a observar os edifícios, nossa casa, nosso apartamento, com um olhar técnico. Após essa introdu- ção, torna-se desnecessário dizer vamos tentar “esconder”, embutir nossas vigas dentro das paredes, conforme mostrado na Figura 3 e os pilares normalmente vão ser posicionados no encontro de vigas. 30 UNIUBE Inicialmente, vamos posicionar nossas vigas, ou seja, vamos apenas desenhar por onde elas podem passar. Nesse momento, não vamos nos preocupar com os pilares, os apoios dessas vigas. Na Figura 5 à esquerda posicionamos as vigas verticais e à direita completamos com as vigas horizontais. Perceba que já há uma delimitação das lajes. Já podemos posicionar os pilares? Não. Precisamos ver se há alternativas para o posicionamento das vigas. Reservamos esta primeira alternativa e vamos desenhar outra, e outra e outra, até esgotarmos as possibilidades. Na Figura 6 apresentamos uma se- gunda alternativa. Vamos analisá-las um pouco. Figura 5 – Esquema 01 de posicionamento das vigas na planta de forma Fonte: o autor Figura 6 – Esquema 02 de posicionamento das vigas na planta de forma Fonte: o autor UNIUBE 31 DICAS • Vejas que algumas lajes estão suportando paredes, isso é pos- sível? Sim, nas lajes maciças de concreto armado sem maiores problemas, mas nas lajes pré-moldadas não é aconselhável, e quando for o caso, deve-se tomar muito cuidado com a solidari- zação das vigotas fazer as paredes transversais às vigotas. • Veja que as vigas estão “quase” todas embutidas nas pare- des. Quando há mudança de ambientes, como é o caso do hall de entrada para a sala jantar, ou desta para o corredor que leva aos quartos o aparecimento da viga é normal e não apresenta maiores problemas estéticos. • No esquema 01 podemos ter a sala de jantar, a sala de estar e entre elas um barzinho, uma poltrona com uma estante de livros, uma cristaleira etc., ou seja, podemos criar dois, três ou mais, pequenos ambientes, mas veja que é uma laje bem maior que as demais. • No segundo esquema, uma das vigas horizontais foi prolon- gada dividindo a sala de estar/jantar. Por um lado, isso unifor- mizou o tamanho das lajes, o que é interessante, mas por ou- tro lado, criou uma divisão física no ambiente, e agoratemos duas salas, dois ambientes perfeitamente definidos. Observe que é uma questão de opção, mas se adotada, necessitaria da aprovação do autor do projeto arquitetônico. • No esquema 01 foi feita uma laje contendo os dois banheiros e ou- tra para o corredor de acesso aos dormitórios. No esquema 02, a viga horizontal foi retirada e apenas uma laje contendo os banheiros e o corredor. Como dissemos anteriormente, são alternativas, pos- sibilidades à disposição do calculista ao lançar uma estrutura. 32 UNIUBE Vamos optar pelo esquema 02, e agora que já temos a delimitação das lajes, obtido com o posicionamento das vigas, vamos determi- nar as vigas com o posicionamento dos pilares. DICAS A distância entre pilares deve ser sempre superior a 2,0 m. Normalmente, devemos procurar os encontros de vigas, mas não necessariamente, afinal as cargas concentradas são pro- venientes de uma viga apoiada em outra. Os vãos devem ser equilibrados, normalmente entre 2,5 e 5,0 metros, evitando vãos muito grandes, e sempre considerar o pé direito da edificação, por exemplo, prédios mais populares às vezes têm pés direito de 2,40 m, veja que uma porta tem 2,1 metros de altura, se consi- derarmos 5,0 cm para o batente são 2,15 m, ou seja, sobram 25 cm até a laje e, se adicionarmos a altura da laje, as vigas dessa edificação estariam limitadas a 35 cm e os vão de nossas vigas não poderiam ultrapassar os 3,5 a 4,0 metros. Na Figura 7 apresentamos o esquema de posicionamento dos pi- lares. Observe que a planta impõe um posicionamento de pilares que nem sempre leva a vãos centrais maiores que o de extremida- de etc. Veja também que as vigas são normalmente apoiadas nos pilares, mas também podem ser apoiadas por outras vigas. UNIUBE 33 Figura 7 – Esquema de posicionamento dos pilares na planta de forma Fonte: o autor Agora já temos todos os elementos para detalharmos nossa planta de forma. Vamos colocar as dimensões, numerar as lajes, vigas e pilares, colocar o nivelamento das lajes e das vigas e finalizar. A Figura 8 mostra a planta de forma parcial, pois fizemos só de um apartamento, do pavimento tipo de um edifício de apartamentos. SINTETIZANDO As dimensões adotadas foram calculadas conforme explicado an- teriormente. Por exemplo, no esquema arquitetônico apresentado na Figura 4, na parte superior temos uma parede externa (20 cm), o dormitório (360 cm), uma parede interna (15 cm), a área de serviço (220 cm), outra parede interna (15 cm), a cozinha (350), outra pa- rede interna (15 cm), o corredor de entrada (120 cm) e, finalmente, a parede interna que separa os apartamentos (15 cm). 34 UNIUBE Como as vigas foram centradas nas paredes, foram colocadas vi- gas com 17 cm de largura nas paredes de 20 cm, ou seja, 1,5 + 17 + 1,5 = 20 cm. Nas paredes de 15 cm foram colocadas vigas com 14 cm de largura, ou seja, 0,5 + 14 + 0,5 = 14 cm. Para exemplificar esse procedimento, detalhamos na Figura 9 a obtenção da primeira linha de cotas horizontais da planta de forma. PARADA OBRIGATÓRIA Observe a numeração das vigas, das lajes e dos pilares, veja a sequência proposta pela norma, esquerda para a direita, de cima para baixo, e veja a denominação dos ele- mentos e suas dimensões. Como exercício verifique a determina- ção das outras cotas da planta de forma. Figura 8 – Planta de forma (parcial) do pavimento tipo Fonte: o autor UNIUBE 35 Figura 9 – Detalhamento da obtenção das cotas da Planta de forma (parcial) do pavimento tipo Fonte: o autor Na planta de forma, no canto direito superior aparece um símbo- lo composto por duas bandeirinhas inclinadas e cruzadas. Esse símbolo é bastante conhecido e usado para determinar simetria, espelhamento, ou seja, está sendo indicado que à direita temos um apartamento igualzinho ao da esquerda. Isto também significa que as vigas V101, V102, V104, V105, também são espelhadas, ou seja, pela simetria elas continuam no apartamento da direita, entendeu? Estamos dizendo que as vigas V101, V104, e V105, são vigas contínuas de seis tramos e a V102, tem quatro tramos. Outra coisa, estamos denominando as vigas por V101, V102, ou seja, Vcento e alguma coisa. Isto é uma forma de diferenciarmos as vigas de cada planta de forma, por exemplo, na fundação poderíamos denominar nossas vigas por V01, V02, até V99, ou por VB01, VB02, in- dicando que são as vigas do primeiro nível ou as vigas baldrames. Se houvesse um mezanino, por exemplo, teríamos uma nova plan- ta de forma e outro nível de vigas, que seriam as V101, V102, V103, .... As do pavimento tipo seriam as V201, V202, V203, ... e as da cobertura seriam as V301, V302, V303, ..., ou as VC01, VC02, ..., indicando que são as vigas da cobertura. 36 UNIUBE AMPLIANDO O CONHECIMENTO Na planta de forma também há informações quanto ao nivelamento das lajes. O pavimento tem um nivelamento de lajes e pode ter o rebaixamento de uma ou outra laje, veja a Figura 10. Figura 10 – Representação do nivelamento das lajes de um pavimento tipo Fonte: o autor O rebaixo de uma laje é usado em banheiros, para execução das instalações de esgoto. O rebaixo é preenchido com entulho e um contrapiso, podendo também ser utilizado placas pré-moldadas apoiadas em pequenas paredinhas de alvenaria. Por outro lado, podemos ter a laje do pavimento sem rebaixos e as vigas posicionadas de forma diferente em relação à laje. As vigas normais, usadas na grande maioria dos casos são as que terminam na borda superior das lajes, mas podemos ter vigas intermediá- rias ou invertidas, como mostrado na Figura 11, que serão usadas quando temos esquadrias faceando a laje. UNIUBE 37 Figura 11 – Posicionamento das Vigas em relação à laje Fonte: o autor Considerações finais Ao final deste capítulo, já temos condições de elaborar uma planta de forma. É por meio da planta de forma que iniciamos o cálculo dos elementos estruturais nela contidos. Na verdade, a planta de forma e o dimensionamento vão sendo feitos conjuntamente porque as dimen- sões dos elementos, como as alturas das lajes, vigas e pilares só vão ser obtidas mediante o dimensionamento destes elementos. O importante é que já estamos prontos para aprender a dimensio- nar estes elementos, o que começaremos a fazer no próximo capí- tulo, com o estudo das lajes maciças de concreto armado. João Dirceu Nogueira Carvalho Introdução Lajes maciças de concreto armado – determinação dos esforços Capítulo 2 Começaremos a estudar as matérias da área de estruturas aprendendo a determinar os esforços nas estruturas isostáticas – vigas treliças e pórticos, depois nas hiperestáticas – vigas contínuas, pórticos, grelhas etc. Estas estruturas que estudamos até agora chamamos de estruturas de barras e neste estágio do nosso curso de engenharia já temos de calcular os esforços externos e internos em uma estrutura de barras. Por exemplo, temos condições de calcular as reações de apoio (esforços reativos externos) em uma viga, assim como o momento fl etor, o esforço cortante, o esforço normal e momento torçor (esforços solicitantes internos) em uma seção qualquer desta viga. Isto signifi ca que esta viga está “pronta” para ser dimensionada, ou seja, pronta para determinarmos sua seção de concreto e de aço para resistir a estes esforços. As lajes são estruturas de placas, laminares. Neste grupo temos as paredes, as vigas parede que são solicitadas no seu plano e as lajes que são solicitadas normalmente ao seu plano. No nosso curso vamos nos ater apenas às lajes, e já começamos com um problema: ainda não aprendemos a determinar os esforços em elementos laminares, nas lajes. Nos elementos de barra já aprendemos a determinar os esforços em vigas, treliças, pórticos grelhas etc., tanto • Vincular as lajes maciças isoladas; • Conceituar e classificar as lajes maciças de concreto armado; • Determinar os esforços nas lajes maciças isoladas de concreto armado. • Lajes Maciças de Concreto Armado • Introdução • Vinculaçãodas lajes • Vão teórico de lajes ou placas - (NBR-6118 - item 14.7.2.2.) • Classificação das lajes • Lajes Armadas em Duas Direções ou em Cruz • Processo de Marcus • Distribuição das Cargas - Teoria das Grelhas • Determinação das Reações de Apoio - Lajes armadas em Cruz • Representação em planta dos momentos e reações calculados • Lajes Armadas em Uma Direção • Determinação dos esforços • O Conceito de faixa • Compensação dos momentos fletores Objetivos Esquema isostáticas como hiperestáticas, mas nos elementos laminares, nas lajes, não. Neste capítulo, vamos começar o estudo das lajes, vamos aprender a discretizar uma laje, como são suas vinculações, como são classificadas, como é sua modelagem teórica, e vamos aprender a determinar os esforços em lajes isoladas, que basicamente são dois: as reações de apoio e os momentos fletores. UNIUBE 41 Lajes maciças de concreto armado2.1 As placas de concreto, usualmente denominadas lajes, são elementos de superfície plana (uma das dimensões muito menor que as outras duas) sujeitos principalmente a ações normais ao seu plano. Neste curso vamos considerar as lajes retangulares, submetidas a cargas uniformemente distribuídas e/ou cargas de paredes, su- portadas por vigas em todo o seu contorno. As lajes com outras formas (circular, triangular, em “L” etc.), com uma ou duas bordas não vinculadas, caso das lajes de cobertura de garagens, das lajes de muros de arrimo etc., não serão abordadas aqui. Vamos iniciar o estudo das lajes analisando como elas são vincula- das entre si, mas antes vamos relembrar a vinculação dos tramos de uma viga contínua. RELEMBRANDO Para entendermos as vinculações de uma laje vamos relembrar as vinculações de uma viga, pois estamos mais familiarizados com elas. Tudo é uma questão de como modelamos uma estrutura, e para entendermos direitinho vamos usar a viga contínua mostrada na Figura 12.a. 42 UNIUBE Figura 12 – Modelagem estrutural da vinculação en- tre os tramos de uma viga contínua Fonte: o autor Quando separamos os seus tramos eles são vinculados conforme mostrado na Figura 12.b. Nas Figuras 12.c, 12.d e 12.e mostramos qual a modelagem estrutural para uma viga contínua. Veja que a viga é um elemento único, desvinculado de seus apoios, os pilares. Em uma viga contínua, a continuidade, o engastamento, ocorre entre os tramos da viga, sem a participação dos seus apoios, os pilares. Observe que nada impede que as vigas se vinculem aos pilares, ou seja, tramo esquerdo, tramo direito e o pilar, mas se as- sim o fizéssemos, teríamos um pórtico. Em síntese, se vincularmos a viga aos pilares ela deixa de ser viga para fazer parte de outro elemento estrutural denominado pórtico. Agora que entendemos a desvinculação da viga e os pilares, seus apoios, vamos entender o que é o engaste. Se carregarmos a viga ela tende a trabalhar como uma viga contínua, ou seja, ocorrerão mo- mentos negativos nos apoios, e se não houver uma armadura para combater a tração na borda superior, como mostrado na Figura 12.d, UNIUBE 43 haverá a formação de fissuras, trincas, ou seja, a formação de rótulas que transformarão a viga contínua em três vigas bi apoiada. O engaste entre os tramos de uma viga contínua, como mostrado na Figura 12.e, é o engastamento de um tramo ao outro. 2.1.1 Vinculação das lajes As lajes poderão ter suas bordas simplesmente apoiadas, engasta- das, ou livres, e será adotada a convenção a seguir, para represen- tar cada uma destas vinculações. Figura 13 – Representação da vinculação das bordas de uma laje Fonte: o autor Em um pavimento, a vinculação das lajes ocorre de maneira análoga a das vigas como acabamos de relembrar, observando que a viga é uma estrutura de barra e, portanto, analisamos a vinculação entre os tramos, enquanto as lajes são placas, elementos de superfície plana, portanto analisamos a vinculação entre os painéis de laje. Da mesma forma a modelagem estrutural das vigas as desvincu- lam dos pilares, na modelagem estrutural das lajes também as desvinculamos de seus apoios, as vigas, ou seja, o engaste é a 44 UNIUBE vinculação entre dois painéis e, da mesma forma que as vigas são simplesmente apoiadas em seus apoios extremos, as bordas das lajes também são simplesmente apoiadas quando não temos outro painel para viabilizar o engaste. Um painel de laje normalmente é engastado em outro painel de laje, ou seja, a continuidade, o engastamento, se dá entre lajes. Nada impede o engastamento de uma laje em uma viga, aliás, esta é uma situação característica das lajes de marquise, mas nesse caso, cuidado!, a viga passa a sofrer a ação de momento torçor e precisa ser dimensionada e armada para esta solicitação. Na Figura 14 elaboramos um pequeno esboço de uma planta de forma para exemplificarmos a vinculação das lajes. Deve-se ob- servar que a laje 3 está rebaixada, conforme a representação na planta de forma e, portanto, não fornece o vínculo de engaste a nenhuma das lajes que a cercam. A partir da planta de forma é feita a discretização das lajes, desta- cando-se uma a uma, para a obtenção das lajes isoladas e suas vinculações. A Figura 15 ilustra este processo. UNIUBE 45 Figura 14 – Esboço da planta de forma do pavimento de uma edificação Fonte: o autor Figura 15 – Discretização das lajes constituin- tes da planta de forma e suas vinculações Fonte: o autor 46 UNIUBE IMPORTANTE! Vinculação entre as lajes - 01 Em relação à vinculação entre as lajes, o engaste entre painéis de lajes acontece desde que as duas lajes tenham rigidez de mesma ordem de grandeza, ou seja, as alturas devem ser próximas, afinal vão ser elevadas ao cubo. Para entendermos melhor, vamos considerar duas lajes, uma com 8,0 cm de altura e a outra com 15,0. Sob carregamento as lajes vão fletir, vão se deformar e, como uma é muito mais rígida que a outra, a laje de menor altura não terá rigidez para interferir na deformação da laje de maior altura, ou seja, é como um cabo de guerra entre o ratinho e o elefante. Para que haja o engaste entre as lajes, a diferença de altura entre elas não deverá ultrapassar 2 a 2,5 cm. Se a diferença de alturas for maior, consideramos que a laje de maior altura com esta borda apoiada e a de menor altura com sua borda engastada. Figura 16 – Influência da rigidez das lajes na vinculação entre elas Fonte: o autor UNIUBE 47 Vinculação entre as lajes - 02 Na Figura 14 apresentamos um esquema de planta de forma e na Figura 15 a discretização das lajes e suas vinculações. Facilmente detectamos que as lajes 01 e 05 são do Tipo 3, a laje 06 é do Tipo 5, a laje 03 é do Tipo 1 e a laje 04 é do Tipo 2. Quais os Tipos das lajes 02 e 07? Um dos lados destas lajes tem uma parte engastada e outra apoiada. No caso da laje 02, a parte apoiada é bem maior que a engastada, mas na laje 07 é meio a meio. Isto é o que vamos chamar de predominância de uma vinculação sobre a outra. • Se uma vinculação ocupar mais de (ou igual) 2/3 do lado, ela será considerada predominante e será estendida para todo o lado; • Se nenhuma vinculação for predominante, ou seja, entre 1/3 e 2/3 do lado, a laje será com todo o lado apoiado, depois com todo o lado engastado, os esforços serão determinados para cada caso e serão considerados, em cada direção, os maiores valores. a ≥ 2/3 ℓ e a < 2/3 ℓ Figura 17 – Predominância ou não de uma vinculação sobre a outra Fonte: o autor 48 UNIUBE 2.1.2 Vão teórico de lajes ou placas - (NBR-6118 - item 14.7.2.2.) No capítulo I, quando fizemos nossa planta de forma, adotamos as dimensões das vigas e determinamos as dimensões das lajes como sendo de face a face das vigas. Agora, vamos determinar as dimen- sões de cálculo, denominadas de vãos teóricos, ou vãos efetivos. O vão teórico ou vão efetivo de uma laje deve ser calculado pela seguinte expressão: ℓef = ℓ0 + a1 + a2 Sendo ℓ0 o vão livre (distância entre as faces internas dos apoios, já descontandoos revestimentos de cada lado). Obs.: para as lajes é usual se tomar a distância de centro a centro dos apoios (vigas), uma vez que a diferença normalmente é peque- na (a exceção seria o caso das vigas de maior largura, as vigas de transição, por exemplo). Vamos recuperar nossa planta de forma detalhada na Figura 8, e determinar os vãos teóricos (ou efetivos) das lajes. Na planta dos vãos teóricos apresentada na Figura 18 apresenta- mos as duas dimensões, a de centro a centro e entre parênteses a dimensão menor, obtida pela expressão 00,3 . 0,3 . Laje Lajeh h+ + . Como exemplo, vamos calcular os vãos teóricos da laje 01 que tem uma altura de 8,5 cm: UNIUBE 49 Na horizontal temos um uma viga de 17, um vão de 362 e uma viga de 14. 1 1 1 0,5 . 0,5 . 17 8,5 2,55 0,3 . 0,3 . 8,5 2,55 t a a cm h = = ≤ ∴ = = = 2 2 2 0,5 . 0,5 . 14 7,0 2,55 0,3 . 0,3 . 8,5 2,55 t a a cm h = = ≤ ∴ = = = Portanto, o vão teórico correto será 2,55 + 362 + 2,55 = 367,5 (de centro a centro seria 377,5 cm). Para as vigas usuais de edifícios em que a largura normalmente é adotada igual a 14,0, 15,0 ou 17,0 cm, adota-se como vãos teóricos a distância de centro a centro. Observe que temos uma diferença entre o menor valor calculado em função da altura da laje e o valor obtido de centro a centro inferior a 10 cm. 50 UNIUBE Figura 18 – Planta de forma (parcial) do pavimen- to tipo e planta dos vãos teóricos Fonte: o autor 2.1.3 Classificação das lajes Para entendermos melhor esta classificação, analisemos como se realiza a transferência de cargas para os apoios, em uma grelha. A Figura 19 apresenta duas grelhas, simplesmente apoiadas, sendo uma de vãos ℓ1=ℓ2 e a outra com ℓ3=2ℓ2, ambas submetidas a uma carga concentrada “P” aplicada no cruzamento das vigas (“nó”, cru- zamento da “longarina” com a “transversina”). UNIUBE 51 Figura 19 – Grelhas submetidas à ação de uma carga concentrada Fonte: o autor Na grelha da esquerda todas as reações são iguais a 1/4 da carga “P” enquanto na grelha da direita o cálculo nos fornece 1/18 P para as reações do lado maior e 8/18 P para as reações do lado menor, ou seja, para os vão iguais há uma transferência da carga na razão de 50% em cada direção e, para ℓ3 = 2ℓ2 aproximadamente 11% da carga é transferida na direção do vão maior e 89% na direção do vão menor. À medida que a relação entre os vãos aumenta (ℓ3 >> ℓ2) maior será a transferência de carga para os apoios do vão menor, ou seja, para uma relação de vãos entre 1 e 2 tem-se uma transferência bidirecional de cargas e para relação de vãos maior do que 2 ten- de-se para uma transferência unidirecional das cargas. IMPORTANTE! A transferência bidirecional de cargas é típica dos elementos bidi- mensionais (as placas - lajes) enquanto a transferência unidirecio- nal das cargas é típica dos elementos unidimensionais (as barras - vigas). Sendo “r”, a relação entre os vãos, vamos convencionar: • r > 2 → Laje armada em uma direção; • r ≤ 2 → Lajes armada em duas direções (em Cruz). 52 UNIUBE A laje armada em uma direção será calculada como uma viga - trans- ferência unidirecional das cargas – mas ela continua sendo uma pla- ca, uma laje. Parece estranho, não é mesmo? A norma de concreto considera que a distribuição das cargas é nas duas direções, mas na direção do lado maior é tão, tão pequena que não vale a pena calcu- lar. Porém, teremos que colocar uma armadura mínima, prescrita pela norma, que é muito superior à que obteríamos pelo cálculo. 2.1.4 Lajes Armadas em Duas Direções ou em Cruz O cálculo das placas por processos exatos é extremamente complexo, uma vez que envolve a solução de uma equação diferencial de quarta ordem. A expressão, a seguir, mostra a equação geral de placas. 4 4 4 4 2 2 42. . w w w p Dx x y y ∂ ∂ ∂ + + = − ∂ ∂ ∂ ∂ onde ( ) 3 2 . 12. 1 E hD ν = − Sendo: w = o deslocamento vertical x e y = coordenadas de um ponto qualquer p = carga uniformemente distribuída D = Rigidez à flexão E = módulo de deformação longitudinal do concreto ν = coeficiente de Poisson UNIUBE 53 Calculadas segundo a teoria das placas, os métodos de cálculo são di- vididos em dois grupos: o Método Clássico - Teoria da Elasticidade - su- pondo os materiais trabalhando em regime elástico linear e, o Método da Ruptura - Teoria da Plasticidade - supondo os materiais trabalhando em regime rígido-plástico (Teoria das charneiras plásticas). Pelo método clássico, o cálculo das lajes pelos métodos das Diferenças Finitas ou dos Elementos Finitos, levam a resultados quase que exatos, porém, estes métodos, pela sua complexidade, demandam conhecimentos não domi- nados pela grande maioria dos profissionais da área de engenharia. A ne- cessidade de se ter um cálculo rápido, com um nível de precisão coerente com a atividade da engenharia, e acessível aos profissionais, leva-nos aos processos de cálculo simplificados. 2.1.5 Processo de Marcus O processo de Marcus é um processo de cálculo simplificado, oriun- do do Método Clássico, que assimila a laje uma grelha formada por faixas independentes entre si. Marcus introduziu coeficientes de correção αx e αy nas expressões dos momentos fletores positivos, de tal forma que seus resultados se aproximassem aos obtidos por meio da Teoria da Elasticidade. IMPORTANTE! Pelo Processo de Marcus convenciona-se que os lados da laje se- rão denominados “ℓx” e “ℓy”: ℓx está na direção mais vinculada e, caso ambas as direções sejam igualmente vinculadas ℓx estará na direção com o menor vão. E a relação entre os lados será definida como: y x λ = 54 UNIUBE 2.1.6 Distribuição das Cargas - Teoria das Grelhas O cálculo aproximado é feito supondo-se a laje composta por uma sé- rie de faixas de 1,0 m de largura, independentes entre si, submetidas a uma carga suposta uniformemente distribuída. Sendo “p” a carga por metro quadrado que atua na laje, temos inicialmente que parte desta carga “p” atua em uma direção e, a outra parte, na outra direção. x yp p p= + A determinação dos quinhões (px e py ) é feita admitindo-se a Teoria das Grelhas, a partir da hipótese de que a laje é composta por vi- gas fictícias, independentes entre si, de 1,0 m de largura. Para a laje Armada em Cruz, suposta isolada e apoiada em seus quatro lados, conforme a Figura 20, tem-se os seguintes valores para as flechas, em cada direção: Veja que tanto na direção horizontal como na vertical as vigas fictí- cias são bi apoiadas, e havendo “empate” de vinculações ℓx será a direção do lado menor, e conforme a Figura 20, a direção vertical. Figura 20 – Vigas fictícias em uma laje armada em cruz Fonte: o autor UNIUBE 55 E dessa forma obtém-se os quinhões de carga para as direções x e y: ( ) ( )4 4 4 4 4 4 4 4 . . . . . . y x x x x y x x y x y x x y yp p p p l p p l p l p l p l p l l p l= − = − = − + = 4 4 4 y x x y l p p l l = + ou, fazendo y x λ= 4 4 . 1x p pλ λ = + 4 4 4 x y x y lp p l l = + ou, fazendo y x λ= 4 1 . 1y p p λ = + Alterando-se a vinculação de cada um dos apoios, por engastamento perfeito, tem-se um total de seis tipos de lajes armadas em cruz: Observe que os quinhões de carga determinados anteriormente correspondem à laje “Tipo 1”. Para a determinação dos quinhões de carga para os demais tipos, em cada caso deve-se usar as fle- chas correspondentes à vinculação das vigas fictícias. A seguir, são apresentadas as equações das flechas para vigas submetidas a cargas uniformemente distribuídas, considerando os três tipos de vinculações: simplesmente apoiadas, apoiadas em uma borda e engastadas na outra e bi engastadas. 56 UNIUBE Por exemplo, para uma laje do Tipo 5 teríamos: UNIUBE 57 Veja que na direção horizontal a viga fictícia é engastada e apoiada e na vertical é bi engastada. Como a direção vertical é mais vincu- lada que a horizontal ℓx será a direção vertical, a mais vinculada. Os momentos fletores em uma laje sãodeterminados supondo-se uma faixa da laje, de 1,0 m de largura carregada pelo quinhão de carga atuante na direção da mesma. O efeito da grelha é introduzido no cálculo destas vigas fictícias mediante os coeficientes αx e αy, propostos por Marcus e aplicados apenas nos momentos positivos. 2 22 2. .. . . . y y y yx x x xx x y y x y x y x y p pp pM M X X i i j j α α= = = = Onde ix e iy são os denominadores dos momentos positivos, 8, 14,22 ou 24, conforme o tipo de vinculação, apoio-apoio, engaste-apoio ou engaste-engaste e jx e jy são os denominadores dos momentos negativos, 8 ou 12, conforme o tipo de vinculação, engaste-apoio ou engaste-engaste. Os coeficientes de Marcus (αx e αy) são dados pelas expressões a seguir: 2 2 20. .20.1 1 3.3. . yx x y yx kk ii λ α α λ = − = − 58 UNIUBE A equação de Mx, por exemplo, para uma laje do Tipo 5: ( ) 22 2 . . . 20 . . . 1 3 . . x xx x x x x x x x x p Kp kM M i i i α λ = = − 4 4 2 4 4 2 2 . 2 . . . 20 . 1 2 . 1 2 . . 1 3 . . x x x x p M i i λ λ λ λ λ + + = − Podemos definir 2 . x x x pM m = fazendo 4 44 4 2 2 . 20 . 1 2 . 2 . . 1 1 2 . 3 . . x x x im i λ λλ λ λ = + − + Por exemplo, para a laje Tipo 5, ix = 24, e adotando ℓx = 4,0 m e ℓy = 4,8 m, teremos: 2 25,0 1,20 1,44 2,0736 4,0 y x eλ λ λ= = = = = substituindo na equação de mx, teremos ( ) 24 35, 268 0,80572 . 1 0,155424x m = = − Como o coeficiente mx depende apenas de λ, podemos tabelar este coeficiente, simplesmente variando λ de 0,5 a 2 para as lajes Tipos 2, 4 e 5 e variando λ de 1 a 2 para as lajes Tipos 1, 3 e 6. Entendeu o porquê disso? Nas lajes Tipos 1, 3 e 6 há empate de vinculações e como quando há empate ℓx é sempre o menor lado, λ será sempre maior que 1. Nas lajes Tipos 2, 4 e 5 e não há empate de vinculações e, portanto, ℓx estará sempre na direção mais vinculada, podendo ser maior ou menor que ℓy, portanto, λ irá variar entre 0,5 a 2. UNIUBE 59 A tabela destes coeficientes mx e my para os momentos positivos e nx e ny para os momentos negativos é conhecida como Tabela de Marcus. Da mesma forma que determinamos para a laje Tipo 5, o coeficiente mx = 35 correspondente a λ = 1,2 podemos determinar todos os coeficientes para cada tipo de laje, obtendo desta forma a Tabela de Marcus. Da mesma forma que para os momentos positivos trabalhamos com o coeficiente ix e iy = 8, 14,22 e 24, para os momentos negati- vos vamos ter os coeficientes jx e jy assumindo os valores 8 ou 12, de acordo com a vinculação, engaste-apoio ou engaste-engaste. Apenas os momentos fletores positivos são corrigidos pelos coefi- cientes αx e αy. Os momentos fletores negativos NÃO! IMPORTANTE! Veja que pela convenção adotada nos numeradores são sempre 2 . xp 2 2 2 2. . . . x x x x x y x y x y x y p p p pM M X X m m n n = = = − = − Sendo, os coeficientes mx, my, nx, e ny, tabelados em função de λ. 60 UNIUBE Tabela 1 – Tabela de Marcus Tipo 1 Tipo 2 Tipo 3 Tipo 4 Tipo 5 Tipo 6 λ mx my mx my nx mx my nx ny mx my nx mx my nx ny mx my nx ny 0,50 141 45 59 137 50 50 146 71 108 36 0,52 126 43 52 124 48 45 216 68 94 34 0,54 113 42 46 112 47 40 192 65 83 32 0,56 102 40 41 103 46 36 171 62 73 31 0,58 93 39 36 96 45 33 153 59 65 29 0,60 85 38 33 88 45 31 139 57 58 28 0,62 79 37 30 82 44 28 126 56 53 27 0,64 73 37 27 76 44 26 115 54 48 26 0,66 68 36 25 71 44 25 106 53 44 25 0,68 63 35 23 67 44 23 98 52 40 25 0,70 59 35 21 64 44 22 91 51 37 24 0,72 56 35 20 60 44 21 84 50 34 24 0,74 52 35 19 58 45 20 79 49 32 23 0,76 50 34 18 55 45 19 74 49 30 23 0,78 47 34 17 53 46 18 70 49 28 23 0,80 45 34 16 50 46 18 66 48 27 23 0,82 43 34 15 49 47 17 63 48 25 23 0,84 41 34 14 47 48 17 60 48 24 23 0,86 39 35 14 45 48 16 57 48 23 23 0,88 37 35 13 44 49 16 55 48 22 23 0,90 36 35 13 42 50 16 53 49 21 23 0,92 34 35 12 41 51 15 51 49 20 23 0,94 33 36 12 40 52 15 49 49 20 23 0,96 32 36 12 39 53 15 47 50 19 23 0,98 31 36 11 38 55 15 46 50 19 24 1,00 27 27 30 37 11 37 37 16 16 37 56 14 44 51 18 24 56 56 24 24 1,02 26 27 29 37 11 36 37 15 16 37 57 14 43 51 18 24 54 56 23 24 1,04 25 27 28 38 11 34 37 15 16 36 58 14 42 52 17 25 52 56 22 24 1,06 24 27 27 38 11 33 37 14 16 35 60 14 41 52 17 25 50 56 22 24 1,08 24 27 27 39 10 32 37 14 16 35 61 14 40 53 16 26 48 56 21 24 1,10 23 27 26 39 10 31 38 13 16 34 63 14 39 54 16 26 47 57 20 24 1,12 22 27 25 40 10 30 38 13 16 34 64 14 38 55 16 26 45 57 20 25 1,14 21 27 25 41 10 29 38 13 17 33 66 13 37 56 16 27 44 57 19 25 1,16 21 27 24 41 10 28 38 12 17 33 67 13 37 57 15 27 43 58 19 25 1,18 20 27 24 42 10 28 39 12 17 32 69 13 36 58 15 28 42 58 18 25 1,20 19 27 23 43 10 27 39 12 17 32 71 13 35 59 15 29 41 59 18 26 1,22 19 27 23 43 9 26 39 12 17 32 72 13 35 60 15 29 40 59 17 26 1,24 18 27 22 44 9 26 40 11 18 31 74 13 34 61 15 30 39 60 17 26 1,26 18 27 22 45 9 25 40 11 18 31 76 13 34 62 14 30 38 61 17 27 1,28 17 29 22 46 9 25 40 11 18 31 78 13 33 63 14 31 38 62 16 27 1,30 17 29 21 47 9 24 41 11 18 30 80 13 33 64 14 32 37 62 16 27 1,32 17 29 21 47 9 24 41 11 19 30 82 13 32 65 14 32 36 63 16 28 1,34 16 29 21 48 9 23 42 10 19 30 84 13 32 67 14 33 36 64 16 28 UNIUBE 61 1,36 16 29 21 49 9 23 42 10 19 30 86 13 32 68 14 34 35 65 16 29 1,38 16 30 20 50 9 22 43 10 19 29 88 13 31 69 14 35 35 66 15 29 1,40 15 30 20 51 9 22 43 10 20 29 90 13 31 70 14 35 34 67 15 30 1,40 15 30 20 51 9 22 43 10 20 29 90 13 31 70 14 35 34 67 15 30 1,42 15 30 20 52 9 22 44 10 20 29 92 13 31 72 13 36 34 68 15 30 1,44 15 30 20 53 9 21 45 10 20 29 94 13 30 73 13 37 33 69 15 31 1,44 15 30 20 53 9 21 45 10 20 29 94 13 30 73 13 37 33 69 15 31 1,46 14 31 19 54 9 21 45 10 21 29 96 13 30 75 13 38 33 70 15 31 1,48 14 31 19 55 9 21 46 10 21 28 98 13 30 76 13 39 32 71 15 32 1,50 14 31 19 56 9 21 46 10 22 28 101 12 30 78 13 40 32 72 14 32 1,52 14 32 19 57 9 20 47 9 22 28 103 12 29 79 13 40 32 73 14 33 1,54 13 32 19 58 9 20 48 9 22 28 105 12 29 81 13 41 31 74 14 34 1,56 13 32 19 60 9 20 48 9 23 28 108 12 29 82 13 42 31 76 14 34 1,58 13 33 18 61 9 20 49 9 23 28 110 12 29 84 13 43 31 77 14 35 1,60 13 33 18 62 8 19 50 9 24 28 113 12 29 86 13 44 31 78 14 35 1,62 13 33 18 63 8 19 51 9 24 28 115 12 29 87 13 45 30 79 14 36 1,64 13 34 18 64 8 19 51 9 24 27 118 12 28 89 13 46 30 81 14 37 1,66 12 34 18 66 8 19 52 9 25 27 120 12 28 91 13 47 30 82 14 37 1,68 12 34 18 67 8 19 53 9 25 27 123 12 28 93 13 48 30 84 14 38 1,70 12 35 18 68 8 19 54 9 26 27 125 12 28 94 13 49 29 85 13 39 1,72 12 35 18 69 8 18 55 9 26 27 128 12 28 96 13 50 29 86 13 40 1,74 12 36 17 71 8 18 55 9 27 27 131 12 28 98 13 51 29 88 13 40 1,76 12 36 17 72 8 18 56 9 27 27 134 12 28 100 13 52 29 89 13 41 1,78 12 37 17 73 8 18 57 9 28 27 136 12 27 102 13 53 29 91 13 42 1,80 11 37 17 75 8 18 58 9 28 27 139 12 27 104 13 54 29 92 13 43 1,82 11 38 17 76 8 18 59 9 29 27 142 12 27 106 13 55 28 94 13 43 1,84 11 38 17 77 8 18 60 9 29 27 145 12 27 108 13 57 28 96 13 44 1,86 11 39 17 79 8 18 61 9 30 26 148 12 27 110 13 58 28 97 13 45 1,88 11 39 17 80 8 18 62 9 31 26 151 12 27 112 12 59 28 99 13 46 1,90 11 40 17 82 8 17 63 9 31 26 154 12 27 114 12 60 28 100 13 47 1,92 11 40 17 83 8 17 64 9 32 26 157 12 27 116 12 61 28 102 13 47 1,94 11 41 17 85 8 17 65 9 32 26 160 12 27 118 12 62 28 104 13 48 1,96 11 41 17 86 8 17 66 9 33 26 163 12 27 120 12 64 27 106 13 49 1,98 11 42 17 88 8 17 67 9 33 26 166 12 27 122 12 65 27 107 13 50 2,0 11 42 16 89 8 17 68 9 34 26 168 12 27 124 12 66 27 109 13 51 2 2 2 2. . . .x x x x x y x y x y x y p p p pM M X X m m n n = = = − = − Fonte: o autor 62 UNIUBE 2.1.7 Determinação das Reações de Apoio - Lajes armadas em Cruz A NBR 6118, item 14.7.6, permite o cálculo das reações de apoio de lajes maciças retangulares com cargas uniformemente distribu- ídas, considerando-se para cada apoio carga correspondente aos triângulos e trapéziosobtidos, traçando-se a partir dos vértices, na planta da laje, retas inclinadas de: • 45º entre dois apoios do mesmo tipo; • 60º a partir do apoio engastado quando o outro for livremente apoiado; • 90º a partir do apoio quando a borda vizinha for livre. Uma laje “Tipo 2”, por exemplo, tem as áreas de influência dos apoios conforme apresentado na figura a seguir, onde S1 é a área de influência da Viga V101, S2 é a área de influência da Viga V102, e S3 e S4 das vigas V103 e V104, respectivamente. UNIUBE 63 A expressão de cada uma das áreas é determinada a seguir: Área S1 = S2 Como a carga por metro quadrado de laje é “p”, a carga por metro linear a ser descarregada na V101 será a carga total aplicada na área “S1” distribuída no vão da Viga 101. ( )11 .. 1 0,683 2 y y x pp Sp V λ= = = − 1 2 y y y p p V K= = sendo ( )1 0,683.yK λ= − Área S3 64 UNIUBE Área S4 Onde: p = é a carga (por metro quadrado) que solicita a laje; p1 = é a carga (por metro linear) que solicita a viga V101, devido à laje; p3 = é a carga (por metro linear) que solicita a viga V103, devido à laje; p4 = é a carga (por metro linear) que solicita a viga V104, devido à laje; Ky = é o coeficiente de carga na direção “y”; Kx = é o coeficiente de carga na direção “x”, para o lado apoiado; K’x = é o coeficiente de carga na direção “x”, para o lado engastado. A seguir, são tabelados os coeficientes ' ', ,x y x yk k k e k em função de λ, para os diferentes tipos de lajes. UNIUBE 65 Tabela 2 – Tabela das Expressões das Reações de Apoio NBR 6118 - item 14.7.6 ' ' ' '. .. .. . . . 2 2 2 2 y yx x x x y y x x y y p pp pV k V k V k V k= = = = Fonte: o autor 66 UNIUBE Mas ... não vamos usar essa tabela. Fizemos a adaptação desta ta- bela à convenção de Marcus e tal qual a Tabela de Marcus com os coeficientes mx, my, nx e ny para momentos fletores, apresentamos a seguir a tabela com os coeficientes kx, k’x, ky e k’y para as reações de apoio, conforme a convenção de MARCUS. Tabela 3 – Tabela de Reações de Apoio Convenção de Marcus Tipo 1 Tipo 2 Tipo 3 Tipo 4 Tipo 5 Tipo 6 λ kx ky kx k’x ky kx k’x ky k’y k’x ky k’x ky k’y k’x k’y 0,50 0,25 0,43 0,66 0,43 0,57 0,32 0,50 0,87 0,52 0,26 0,45 0,65 0,45 0,55 0,33 0,49 0,85 0,54 0,27 0,47 0,63 0,47 0,53 0,34 0,48 0,83 0,56 0,28 0,48 0,62 0,48 0,52 0,36 0,47 0,82 0,58 0,29 0,50 0,60 0,50 0,50 0,37 0,46 0,80 0,60 0,30 0,52 0,59 0,52 0,48 0,38 0,45 0,79 0,62 0,31 0,54 0,58 0,53 0,47 0,39 0,44 0,77 0,64 0,32 0,55 0,56 0,55 0,45 0,41 0,43 0,75 0,66 0,33 0,57 0,55 0,56 0,44 0,42 0,42 0,74 0,68 0,34 0,59 0,54 0,57 0,43 0,43 0,42 0,72 0,70 0,35 0,61 0,52 0,59 0,41 0,44 0,41 0,71 0,72 0,36 0,62 0,51 0,60 0,40 0,46 0,40 0,69 0,74 0,37 0,64 0,49 0,61 0,39 0,47 0,39 0,67 0,76 0,38 0,66 0,48 0,62 0,68 0,48 0,38 0,66 0,78 0,39 0,68 0,47 0,63 0,37 0,50 0,37 0,64 0,80 0,40 0,69 0,46 0,64 0,36 0,51 0,36 0,63 0,82 0,40 0,71 0,45 0,65 0,35 0,52 0,35 0,61 0,84 0,41 0,72 0,43 0,65 0,35 0,53 0,35 0,60 0,86 0,42 0,73 0,42 0,66 0,34 0,54 0,34 0,58 0,88 0,43 0,74 0,41 0,67 0,33 0,55 0,33 0,57 0,90 0,43 0,76 0,41 0,68 0,32 0,56 0,32 0,60 0,92 0,44 0,77 0,40 0,68 0,32 0,57 0,32 0,54 0,94 0,45 0,78 0,39 0,69 0,31 0,58 0,31 0,53 0,96 0,45 0,79 0,38 0,70 0,30 0,59 0,30 0,52 0,98 0,46 0,80 0,37 0,70 0,30 0,60 0,30 0,51 1,00 0,50 0,50 0,46 0,81 0,37 0,36 0,63 0,37 0,64 0,71 0,29 0,60 0,29 0,50 0,50 0,50 1,02 0,51 0,49 0,47 0,82 0,36 0,37 0,65, 0,36 0,63 0,72 0,28 0,61 0,28 0,49 0,51 0,49 1,04 0,52 0,48 0,47 0,82 0,35 0,38 0,66 0,35 0,62 0,72 0,28 0,62 0,28 0,48 0,52 0,48 1,06 0,53 0,47 0,48 0,83 0,34 0,39 0,67 0,34 0,61 0,73 0,27 0,63 0,27 0,47 0,53 0,47 1,08 0,54 0,46 0,48 0,84 0,34 0,39 0,68 0,34 0,59 0,73 0,27 0,63 0,27 0,46 0,54 0,46 1,10 0,55 0,45 0,49 0,85 0,33 0,40 0,69 0,33 0,58 0,74 0,26 0,64 0,26 0,45 0,55 0,45 1,12 0,55 0,45 0,49 0,86 0,33 0,40 0,70 0,33 0,57 0,74 0,26 0,65 0,26 0,45 0,55 0,45 1,14 0,56 0,44 0,50 0,86 0,32 0,41 0,71 0,32 0,56 0,75 0,25 0,65 0,25 0,44 0,56 0,44 UNIUBE 67 1,16 0,57 0,43 0,50 0,87 0,31 0,42 0,72 0,31 0,55 0,75 0,25 0,66 0,25 0,43 0,57 0,43 1,18 0,58 0,42 0,50 0,88 0,31 0,42 0,73 0,31 0,54 0,75 0,25 0,67 0,25 0,42 0,58 0,42 1,20 0,58 0,42 0,51 0,88 0,30 0,43 0,74 0,30 0,53 0,76 0,24 0,67 0,24 0,42 0,58 0,42 1,22 0,59 0,41 0,51 0,89 0,30 0,43 0,75 0,30 0,52 0,76 0,24 0,68 0,24 0,41 0,59 0,41 1,24 0,60 0,40 0,51 0,90 0,29 0,44 0,76 0,29 0,51 0,77 0,23 0,68 0,23 0,40 0,60 0,40 1,26 0,60 0,40 0,52 0,90 0,29 0,44 0,77 0,29 0,50 0,77 0,23 0,69 0,23 0,40 0,60 0,40 1,28 0,61 0,39 0,52 0,91 0,29 0,44 0,77 0,29 0,50 0,77 0,23 0,69 0,23 0,39 0,61 0,39 1,30 0.62 0,38 0,52 0,91 0,28 0,45 0,78 0,28 0,49 0,78 0,22 0,70 0,22 0,38 0,62 0,38 1,32 0,62 0,38 0,53 0,92 0,28 0,45 0,79 0,28 0,48 0,78 0,22 0,70 0,22 0,38 0,62 0,38 1,34 0,63 0,37 0,53 0,92 0,27 0,46 0,80 0,27 0,47 0,78 0,22 0,71 0,22 0,37 0,63 0,37 1,36 0,63 0,37 0,53 0,93 0,27 0,46 0,80 0,27 0,47 0,79 0,21 0,71 0,21 0,37 0,63 0,37 1,38 0,64 0,36 0,54 0,93 0,26 0,47 0,81 0,26 0,46 0,79 0,21 0,71 0,21 0,36 0,64 0,36 1,40 0,64 0,36 0,54 0,94 0,26 0,47 0,82 0,26 0,45 0,79 0,21 0,72 0,21 0,36 0,64 0,36 1,42 0,65 0,35 0,54 0,94 0,26 0,47 0,82 0,26 0,45 0,80 0,20 0,72 0,20 0,35 0,65 0,35 1,44 0,65 0,35 0,54 0,95 0,25 0,48 0,83 0,25 0,44 0,80 0,20 0,73 0,20 0,35 0,65 0,35 1,46 0,66 0,34 0,55 0,95 0,25 0,48 0,84 0,25 0,43 0,80 0,20 0,73 0,20 0,34 0,66 0,34 1,48 0,66 0,34 0,55 0,96 0,25 0,48 0,84 0,25 0,43 0,80 0,20 0,73 0,20 0,34 0,66 0,34 1,50 0,67 0,33 0,55 0,96 0,24 0,49 0,85 0,24 0,42 0,81 0,19 0,74 0,19 0,33 0,67 0,33 1,52 0,67 0,33 0,55 0,97 0,24 0,49 0,85 0,24 0,42 0,81 0,19 0,74 0,19 0,33 0,67 0,33 1,54 0,68 0,32 0,56 0,97 0,24 0,49 0,86 0,24 0,.41 0,81 0,19 0,74 0,19 0,32 0,68 0,32 1,56 0,68 0,32 0,56 0,97 0,23 0,50 0,86 0,23 0,41 0,81 0,19 0,75 0,19 0,32 0,68 0,32 1,58 0,68 0,32 0,56 0,98 0,23 0,50 0,87 0,23 0,40 0,82 0,18 0,75 0,18 0,32 0,68 0,32 1,60 0,69 0,31 0,56 0,98 0,23 0,50 0,87 0,23 0,40 0,82 0,18 0,75 0,18 0,31 0,69 0,31 1,62 0,69 0,31 0,57 0,98 0,23 0,50 0,88 0,23 0,39 0,82 0,18 0,76 0,18 0,31 0,69 0,31 1,64 0,70 0,30 0,57 0,99 0,22 0,51 0,88 0,22 0,39 0,82 0,18 0,76 0,18 0,30 0,70 0,30 1,66 0,70 0,30 0,57 0,99 0,22 0,51 0,89 0,22 0,38 0,83 0,17 0,76 0,17 0,30 0,70 0,30 1,68 0,70 0,30 0,57 0,99 0,22 0,51 0,89 0,22 0,38 0,83 0,17 0,76 0,17 0,30 0,70 0,30 1,70 0,71 0,29 0,57 1,00 0,21 0,52 0,90 0,21 0,37 0,83 0,17 0,77 0,17 0,29 0,71 0,29 1,72 0,71 0,29 0,57 1,00 0,21 0,52 0,90 0,21 0,37 0,83 0,17 0,77 0,17 0,29 0,71 0,29 1,74 0,71 0,29 0,58 1,00 0,21 0,52 0,91 0,21 0,36 0,83 0,17 0,77 0,17 0,29 0,71 0,29 1,76 0,72 0,28 0,58 1,01 0,21 0,52 0,91 0,21 0,36 0,84 0,16 0,78 0,16 0,28 0,72 0,28 1,78 0,72 0,28 0,58 1,01 0,21 0,52 0,91 0,21 0,36 0,84 0,16 0,78 0,16 0,28 0,72 0,28 1,80 0,72 0,28 0,58 1,01 0,20 0,53 0,92 0,20 0,35 0,84 0,16 0,78 0,16 0,28 0,72 0,28 1,82 0,73 0,27 0,58 1,02 0,20 0,53 0,92 0,20 0,35 0,84 0,16 0,78 0,16 0,27 0,73 0,27 1,84 0,73 0,27 0,58 1,02 0,20 0,53 0,92 0,20 0,35 0,84 0,16 0,79 0,16 0,27 0,73 0,27 1,86 0,73 0,27 0,59 1,02 0,20 0,53 0,93 0,20 0,34 0,84 0,16 0,79 0,16 0,27 0,73 0,27 1,88 0,73 0,27 0,59 1,02 0,19 0,54 0,93 0,19 0,34 0,85 0,15 0,79 0,15 0,26 0,73 0,27 1,90 0,74 0,26 0,59 1,03 0,19 0,54 0,94 0,19 0,33 0,85 0,15 0,79 0,15 0,26 0,74 0,26 1,92 0,74 0,26 0,59 1,03 0,19 0,54 0,94 0,19 0,33 0,85 0,15 0,79 0,15 0,26 0,74 0,26 1,94 0,74 0,26 0,59 1,,03 0,19 0,54 0,94 0,19 0,33 0,85 0,15 0,80 0,15 0,26 0,74 0,26 1,96 0,74 0,26 0,59 1,03 0,19 0,54 0,95 0,19 0,32 0,85 0,15 0,80 0,15 0,26 0,74 0,26 1,98 0,75 0,25 0,60 1,04 0,18 0,55 0,95 0,18 0,32 0,85 0,15 0,80 0,15 0,25 0,75 0,25 2,00 0,75 0,25 0,60 1,04 0,18 0,55 0,95 0,18 0,32 0,85 0,15 0,80 0,15 0,25 0,75 0,25 ' ' ' ' . . . . . . . . 2 2 2 2 y yx x x x y y x x y y p pp pV k V k V k V k= = = = Fonte: o autor 68 UNIUBE IMPORTANTE! Para as reações de apoio, os numeradores variam. Na direção x o numerador é . xp Na direção x o numerador é . yp Exemplo 01.Na Figura 16 temos uma planta de forma e a planta de vãos efetivos ou vão teóricos. Determinar os esforços (momento fle- tores e reações de apoio) das lajes L04 e L08, sendo a primeira um ambiente de banheiros e um hall íntimo e a segunda um dormitório Coeficientes de Marcus: mx = 52, my = 56, nx = 22, ny = 24 Coeficientes de Reações: k’x = 0,52, k’y = 0,49 UNIUBE 69 Observe: tanto na Tabela de Marcus como na Tabela de Reações não temos os coeficientes para λ = 1,03, temos para λ = 1,02 e para λ = 1,04. Vamos usar os coeficientes favoráveis à segurança, des- tes dois lambdas, ou seja, como os coeficientes de Marcus estão no denominador usamos os menores valores e, como os coeficien- tes de reações estão no numerador, usamos os maiores. Coeficientes de Marcus Reações de apoio Tipo 6 Tipo 6 λ mx my nx ny k’x k’y 1,02 54 56 23 24 0,51 0,49 1,04 52 56 22 24 0,52 0,48 IMPORTANTE! OBSERVE! 2 . xp . . x y p p As equações de momentos obtidos pelo processo de Marcus, têm sem- pre o mesmo numerador, independente de ser na direção x ou na y, Nas equações de reações de apoio, na direção x usamos o vão ℓx, e na direção y usamos o vão ℓy. 70 UNIUBE Determinação dos momentos: Determinação das Reações de apoio: É uma laje Tipo 5 λ = ℓy / ℓx = 1,07 A direção horizontal é mais vinculada, portanto ℓx está na horizontal. Coeficientes de Marcus Reações de apoio Tipo 5 Tipo 5 λ mx my nx ny k’x ky k’y 1,06 41 52 17 25 0,63 0,27 0,47 1,08 40 53 16 26 0,63 0,27 0,46 Coeficientes de Marcus: mx = 40, my = 52, nx = 16, ny = 25 Coeficientes de Reações: k’x = 0,63, ky = 0,27, k’y = 0,47 UNIUBE 71 Determinação dos momentos: Determinação das Reações de apoio: 2.1.8 Representação em planta dos momentos e reações calculados Na Figura 21 exemplificamos a representação em planta dos momen- tos fletores e das reações de apoio para uma laje Tipo 5 e uma Tipo 6. Isto será feito para a planta do pavimento e com todas as lajes. Figura 21 – Exemplo de representação em plan- ta dos momentos fletores e reações de apoio Fonte: o autor 72 UNIUBE A representação esquemática dos momentos fletores nas lajes é feita conforme a Figura 22 – “Planta dos Momentos Fletores não Compensados”. A partir destes momentos fletores é feita a com- pensação dos momentos. Em outra planta é desenhada a Planta das reações de Apoio. Figura 22 – Esquema representativo de uma Planta de momentos fletores não compensados Fonte: o autor 2.1.9 Lajes Armadas em Uma Direção Conforme visto anteriormente, para uma relação entre os lados maior ou igual a 2 a transferência de cargas na direção do lado maior torna-se desprezível. Estas lajes serão calculadas apenas na direção do menor lado, ou seja, em apenas uma direção. É importante observar que na realidade estas lajes também são armadas nas duas direções. Como na direção de maior vão as soli- citações são muito pequenas despreza-se o cálculo nessa direção, adotando-se uma armadura mínima conforme recomendações da NBR 6118: “uma armadura de distribuição com seção transversal de área igual ou superior a 1/5 da área da armadura principal, com um mínimo de 0,9 cm2, composta de pelo menos três barras”. UNIUBE 73 Figura 23 – Disposição das armaduras nas lajes armadas em uma direção Fonte: o autor 2.1.9.1 Determinação dos esforços Os esforços nas lajes armadas em uma direção serão determina- dos por meio do cálculo de uma viga fictícia de 1,0 m de largura. Esta viga fictícia, de acordo com as vinculações da laje, poderá ser bi apoiada, apoiada-engastada, ou bi engastada. A determinação dos esforços nessas vigas é bastante simples. A primeira delas, a bi apoiada, é uma estrutura isostática e como já foi visto em “Teoria das Estruturas”, não há necessidade de maio- res comentários. As outras duas, a engastada-apoiada e a bi en- gastada, são hiperestáticas, e para relembrar vamos rapidamente abordar a determinação dos seus esforços, com a ajuda da “Tabela dos Momentos de Engastamento Perfeito”. Estas vigas de apenas um tramo, é o que se chama de “estrutura ele- mentar” e já foram calculadas, submetidas aos mais diversos carrega- mentos, sempre aplicados individualmente. Por exemplo: carga concen- trada, carga uniformemente distribuída, carga uniformemente distribuída parcialmente, carga momento, carga triangular, trapezoidal etc. Estes cálculos foram feitos literalmente, ou seja, como resultado tem-se uma equação. Estas equações estão dispostas em forma de tabelas, denomi- nadas Tabelas de Momentos de Engastamento Perfeito. 74 UNIUBE Dependendo do momento ser no apoio esquerdo ou direito da viga, as equações poderão vir com o sinal positivo ou negativo. Isto se deve ao fato de estas tabelas serem utilizadas para estruturas de barras em geral, vigas contínuas, pórticos etc., e seguirem uma convenção denominada “Convenção de Grinter”. Este assunto foi visto em detalhes em “Teoria das Estruturas”. Por enquanto, como estamos trabalhando com vigas, os momentos fle- tores nos apoios serão sempre negativos. A tabela dos Momentos de Engastamento Perfeito nos fornece a incógnita hiperestática “Mf”, ou seja a viga à direita pode ser fa- cilmente calculada como uma viga isostática (o fato de não haver cargas horizontais torna nula a incógnita horizontal do apoio do segundo gênero à esquerda). Nesse exemplo: da tabela de Momentos de Engastamento Perfeito: 2 ' 8f PM m= = Reações nos apoios A e B: UNIUBE 75 O momento fletor máximo positivo acorrerá no ponto onde o esfor- ço cortante será nulo. RELEMBRANDO Para cargas uniformemente distribuídas: 76 UNIUBE Se esta viga estivesse submetida a uma combinação de cargas, como o exemplo a seguir, o Princípio da Superposição do Efeitos nos permite fazer: 1 n i i Mf MEP = = ∑ . Ou seja, a somatória dos momentos de engastamento perfeito de cada uma das cargas que carregam a viga e o momento fletor má- ximo positivo acorrerá no ponto onde o esforço cortante será nulo. IMPORTANTE! As lajes armadas em cruz ou em duas direções, conforme a vincu- lação de suas quatro bordas são classificadas como Tipos 1, 2, 3, 4, 5 ou 6. As lajes armadas em uma direção não têm Tipo, elas são unidirecionais, trabalham apenas na direção do lado menor, como se fosse uma viga fictícia de 1,0 m de largura, bi apoiada, apoiada -engastada ou bi engastada. Figura 24 – Bordas consideradas nas lajes armadas em uma direção Fonte: o autor UNIUBE 77 2.1.9.2 O Conceito de faixa Como já vimos, a laje armada em uma direção tem o comporta- mento unidirecional e é calculada, é representada como se fosse uma viga fictícia de 1,0 m de largura bi apoiada, apoiada-engasta- da ou bi engastada. Qualquer alteração nessa viga fictícia faz com que uma região da laje seja representada por uma viga fictícia 01, outra região por uma viga fictícia 02, e assim sucessivamente. Estas regiões são denominadas como faixas. A viga fictícia pode ser alterada por duas razões: mudança da carga ou do carregamento. Na Figura 25 exemplificamos essas situações. Figura 25 – Laje em uma direção – divisão em faixas Fonte: o autor Cada faixa terá uma armadura diferente, ou seja, barras de mesmo diâmetro, porém com espaçamentos diferentes. 2.1.10 Compensação dos momentos fletores Na Figura 14 apresentamos um esquema de planta de forma e na Figura 15 discretizamos as lajes, para que cada uma fosse calcula- da isoladamente. Aprendemos também a representar os momentos fletores nas lajes, conforme mostrado na Figura 21 e terminamos 78 UNIUBE apresentando um esquema da “Planta dos Momentos Fletores não Compensados” apresentado na Figura 22. Finalmente, observamos que a partir da Planta de Momentos não Compensados será feita a compensação dos momentos obtendo a Planta de Momentos Compensado, ou seja, os momentos obti- dos pela interação entre as lajes, que seriam os momentos a serem usados no dimensionamento de concreto armado. RELEMBRANDO Quandocalculamos uma viga contínua, fazemos esta mesma se- quência descrita para as lajes. Vamos relembrar? Inicialmente, discretizamos os tramos adotando as vinculações refe- rentes à sua posição na viga contínua, apoio-engaste para os de extre- midade e engaste-engaste para os centrais, calculamos os Momentos de Engastamento Perfeito para cada tramo isoladamente e, finalmen- te, reagrupamos os tramos na viga contínua para fazer a interação entre eles, ou seja, compensar os momentos mediante um método hiperestático qualquer, por exemplo, o Método dos Deslocamentos. A compensação dos momentos fletores em lajes, ao contrário das vigas, é um processo bastante simplificado, rápido e que fornece resultados razoavelmente próximos dos reais, desde que se obser- ve algumas restrições: • a carga permanente deve ser maior que a acidental; • o carregamento das lajes deve ser simultâneo e com carga total; UNIUBE 79 • as lajes devem ter rigidez e vãos que não difiram muito entre si; • os momentos devem ser de mesma ordem de grandeza (Mfmaior ≤ 2 a 3 x Mfmenor). Ao contrário das vigas contínuas, onde ocorre a propagação dos momentos ao longo dos tramos, nas lajes esta propagação não será considerada. A compensação será feita uma a uma, indepen- dente das demais. Tomando-se como exemplo as lajes L5, L6 e L7, a compensação das lajes L5 e L6 poderá alterar o momento fletor Mx (o momento na direção horizontal), mas ao se fazer a compen- sação das lajes L6 e L7, devem ser tomados todos os valores origi- nais, como se a compensação L5 e L6 não tivesse sido realizada. Por meio da Figura 26, exemplifica-se o processo de compensação. Tomando como exemplo as lajes L1 e L2, a figura representa o “nó” a ser compensado e os esforços envolvidos na compensação. Pela laje L1 tem-se o momento positivo Mx1 e o negativo Xx1 e pela laje L2 os momentos Mx1 e Xx1 positivo e negativo, respectivamente. Em tracejado está o diagrama de momentos compensado com os esforços Mx1*, X* e Mx2* Figura 26 – Compensação dos momentos fletores Fonte: o autor 80 UNIUBE O processo de compensação, bastante simplificado, será: Com estas correções altera-se os valores dos momentos positivos, que também serão corrigidos, somando-se δ=∆/2 ao momento po- sitivo correspondente ao lado de Mx1, uma vez que o diagrama de momento fletor da laje L1 “desceu”, reduzindo o momento negativo e aumentando o momento positivo. Ao contrário, o diagrama de momento fletor da laje L2 “subiu”, aumentando o momento fletor negativo e reduzindo o momento fletor positivo, sendo neste caso, a redução desprezada, a favor a segurança, ou seja, sendo Xx1 o maior momento fletor, somente a laje que o contém terá seu mo- mento fletor positivo majorado. Se os momentos não forem da mesma ordem de grandeza (Mfmaior > 2 a 3 x Mfmenor), o lado da laje do momento maior é considera- do apoiado e o da laje de momento menor é considerado engastado. IMPORTANTE! Como já foi dito anteriormente, estas compensações serão feitas caso a caso, (laje a laje), como se cada uma delas estivesse sendo feita pela primeira vez. Desta forma, quando for feita a compensa- ção das lajes L2 e L7, serão utilizados os momentos Mx2, Xx2, Xx7 e Mx7, independente de o momento Mx2 ter sido alterado ou não na UNIUBE 81 compensação das lajes L1 e L2. Dessa forma, pode acontecer de a laje L2 apresentar dois momentos Mx2*, tomando-se, neste caso, o maior dos dois. Finalmente, temos a Planta dos Momentos Compensados que, jun- tamente com a Planta das Reações de apoio, encerram a determi- nação dos esforços em nossas lajes. No Capítulo III, veremos ra- pidamente as prescrições de norma relativas ao cisalhamento em lajes e concluiremos que, salvo honrosas exceções, extremamente excepcionais, apenas o concreto resiste ao cisalhamento, não ne- cessitando de armaduras para combater este esforço. Assim, com a Planta dos Momentos Compensados estamos prontos para dimensionar o concreto armado e com a Planta das Reações de apoio, estamos prontos para montar o carregamen- to de nossas vigas. E assim podemos encerrar este capítulo. Na Figura 27 apresentamos esquematicamente estas duas plantas. 82 UNIUBE Figura 27 – Planta dos Momentos Fletores Compensados e das Reações de apoio Fonte: o autor Considerações finais Ao término deste capítulo já temos condições de determinar os esforços de momento fletor, necessários para o dimensionamento das lajes de concreto armado, e as reações de apoio das lajes, ne- cessárias para montar o carregamento das vigas. Dada uma planta de forma aprendemos a discretizar as lajes, iso- lando cada uma com suas vinculações, e calculamos seus esfor- ços. Agora precisamos reagrupá-las e considerar a interação entre elas, ou seja, precisamos compensar seus momentos. Outra característica das lajes que precisamos olhar com mais cui- dado é a questão da altura. As lajes são elementos extremamente deformáveis, ou seja, a altura necessária para que ela não entre em ruptura é insuficiente para impedir que ela tenha grandes des- locamentos, grandes flechas. UNIUBE 83 No próximo capítulo, vamos priorizar a compensação dos momen- tos fletores e o estudo do estado limite de utilização, ou seja, a de- terminação da altura da laje para que ela tenha rigidez necessária para que suas flechas sejam aceitáveis. João Dirceu Nogueira Carvalho Introdução Lajes maciças de concreto armado – altura e detalhamento Capítulo 3 No capítulo anterior discretizamos as lajes de uma planta de forma, aprendemos a classifi cá-las conforme a relação entre seus lados e em relação à vinculação das suas bordas. Aprendemos ainda a calcular os esforços, os momentos fl etores e as reações de apoio, em cada uma isoladamente e reagrupá-los em uma Planta de Momentos Compensados e em uma Planta de Reações de apoio. Neste momento estamos prontos para iniciar o dimensionamento de concreto armado, mas... No Capítulo II, em várias oportunidades foi dito que as lajes seriam calculadas como uma série de vigas fi ctícias de um metro de largura, uma ao lado da outra, formando uma grelha fi ctícia. Então, não aprenderemos a dimensionar lajes de concreto armado, vamos aprender a dimensionar as vigas de concreto armado, e ao fi nal, teremos apenas que aprender a detalhar as armaduras das lajes, que é diferente do detalhamento das armaduras de vigas. Os assuntos abordados neste capítulo serão utilizados após o equacionamento, dimensionamento e o detalhamento das vigas, mas optamos por colocá-los neste capítulo para mantê-los próximos aos desenvolvidos no Capítulo II. Uma característica das lajes é a sua deformabilidade. As lajes são elementos extremamente deformáveis, ou seja, a altura necessária • Conceituar estados limite último e de serviço; • Determinar a altura de lajes; • Conceituar e detalhar a armação de lajes maciças de concreto armado. Lajes maciças de concreto armado – altura e detalhamento • Estados limites • Limites para deslocamentos em uma laje • Espessuras mínimas para lajes maciças de concreto armado • Estimativa da altura das lajes maciças de concreto armado • Determinação da altura das lajes pela limitação dos deslocamentos • A altura útil e a altura mínima • Organização dos cálculos • Dimensionamento e detalhamento da armadura Objetivos Esquema para que ela não entre em ruptura é insuficiente para impedir que ela tenha grandes deslocamentos, grandes flechas. A ruptura significa estado limite último ou de ruína, e como não queremos que ela entre em ruptura vamos dimensioná- la para que isto não aconteça. Mas a altura da laje não será fornecido por este dimensionamento. A deformabilidade da laje, a limitação de seus deslocamentos significa estado limite de serviço ou de utilização, ou seja, a laje deverá ser suficientemente rígida para que seus deslocamentos (sua flecha) sejam aceitáveis. Dessa forma, a altura da laje será determinada pela limitação de flechas e, posteriormente, quando formos dimensioná-ladeterminaremos apenas a armadura. UNIUBE 87 Lajes maciças de concreto armado – altura e detalhamento 3.1 3.1.1 Estados limites Podemos dizer que uma estrutura atinge seu estado limite quando se torna imprópria para o uso para o qual foi projetada. Isto pode acontecer de duas formas: • A estrutura, ou parte dela, rompeu, ou seja, atingiu a ruína. Quando isso acontece dizemos que a estrutura atingiu seu Estado Limite Último (ELU) ou seu Estado Limite de Ruína. • A estrutura não vai ruir, não vai cair, ou seja, ela não vai atin- gir seu estado limite último, mas ela apresenta problemas de ordem estética ou sensorial que inabilitam sua utilização. Dizemos então que a estrutura atingiu seu Estado Limite de Serviço (ELS) ou seu Estado Limite de utilização. O Estado Limite Último (ELU) é facilmente entendido, não é mes- mo? Afinal, se uma estrutura está caindo devemos desocupá-la imediatamente e chamar a defesa civil, corpo de bombeiros etc., não é mesmo? O Estado Limite de Serviço (ELS) também é simples de ser en- tendido, quer ver? Fim de semana ensolarado, quarenta graus na sombra e moramos pertinho da praia. Vestimos um maiô, pegamos o guarda-sol, uma cadeira, o isopor com muiiita cerveja e vamos para a praia. Mas ao chegar lá, o mar está cheio de algas, muita água-viva e, pasme, várias manchas de óleo na água. Como se não bastasse, a areia está imunda, e ainda por cima, com um mau cheiro terrível de esgoto. 88 UNIUBE Você eu não sei, mas eu, assim como muita gente, voltaria para casa, afinal, a praia atingiu seu estado limite de utilização (ou de serviço). Entendeu? O mar, a praia, eles não acabaram, apenas precisam ser limpos, tanto a praia como a água do mar, as algas e as águas- vivas precisam ser eliminadas, controladas, e pronto, na próxima semana, ou próximo mês, talvez possamos ir à praia. Em uma estrutura é a mesma coisa, o estado limite de utilização não significa o fim da estrutura, significa apenas que ela está com problemas e necessita de reparos, mas cuidado, significa também que se estes reparos não forem feitos, sua vida útil está comprome- tida e, com o tempo, poderá ir à ruína. Entre os principais problemas que levam ao estado limite de utili- zação estão: • Deformações excessivas; • Vibrações excessivas; • Fissuras excessivas. O dimensionamento de uma estrutura consiste em determinar as seções de concreto e de aço e detalhá-las corretamente para re- sistir aos esforços solicitantes, ou seja, para que ela não atinja o Estado Limite Último. Isto é o que vamos aprender a partir do Capítulo IV, mas veja que sem termos aprendido isto precisamos determinar a altura de nossas lajes. A questão é que as lajes são estruturas extremamente deformáveis. Uma viga calculada pelo estado limite último, por exemplo, com 8,0 m de vão, terá uma seção de 17 a 20 de largura por 70 a 80 cm de UNIUBE 89 altura, e como um dos fatores de rigidez é dada pela altura ao cubo, a viga não apresentará flechas muito significativas. Inclusive, mais para frente vamos aprender no dimensionamento da viga impomos as menores alturas, como forma de economia de formas. No dimensionamento das lajes deve-se ter um cuidado especial com a determinação de suas alturas. O seu dimensionamento à ruptura (ELU) como vigas fictícias de 100 cm de largura e, sujeitas a carregamentos relativamente pequenos, possibilita a obtenção de pequenas espessuras para as lajes, mas uma característica das placas e sua grande deformabilidade, ou seja, flechas excessivas. Dessa forma, para o dimensionamento das lajes, suas alturas de- vem ser obtidas em função do Estado Limite de Serviço, ou seja, as alturas devem ser determinadas de forma a limitar flechas ex- cessivas e, uma vez determinadas, calcula-se a armadura neces- sária pelo Estado Limite Último. A altura de uma laje armada cal- culada pelo Estado Limite de Serviço pode até dobrar em relação à altura calculada pelo Estado Limite Último. 3.1.2 Limites para deslocamentos em uma laje A NBR 6118 (2003) em seu item 13.3 prescreve os deslocamentos limites e em sua Tabela 13.3 apresenta os limites para os desloca- mentos, considerando: a. aceitabilidade sensorial: o limite é caracterizado por vibrações indesejáveis ou efeito visual desagradável; b. efeitos específicos: os deslocamentos podem impedir a utili- zação adequada da construção; 90 UNIUBE c. efeitos em elementos não estruturais: deslocamentos estruturais podem ocasionar o mau funcionamento de elementos que, ape- sar de não fazerem parte da estrutura, estão a ela ligados; d. efeitos em elementos estruturais: os deslocamentos podem afetar o comportamento do elemento estrutural, provocando afastamento em relação às hipóteses de cálculo adotadas. Na Tabela 4 apresentamos os limites para aceitabilidade sensorial, estabelecido pela NBR 6118. Tabela 4 – Limites para deslocamentos Tipo de efeito Razão da limitação Exemplo Deslocamento a considerar Deslocamento- limite Aceitabilidade sensorial Visual Deslocamentos visíveis em elementos estruturais Total ℓ/250 Outro Vibrações sentidas no piso Devido a cargas acidentais ℓ/350 Fonte: NBR 6118, Tabela 13.3 NOTAS: para o caso de elementos de superfície, os limites prescri- tos consideram que o valor ℓ é o menor vão. DICAS No caso de edifícios, onde a carga permanente é sempre maior que a acidental, basta verificar o deslocamento ℓ/250 para a carga total “p” que será sempre maior que o deslocamento ℓ/350 relativo apenas às cargas acidentais. UNIUBE 91 A questão é que determinaremos a altura h da laje mediante a limi- tação da flecha, mas para a determinação da flecha precisaremos da carga aplicada, ou seja, do peso próprio da laje, que depende da altura da laje. A solução para este círculo vicioso é adotar uma altura, determinar o peso próprio da laje e montar seu carregamento, para então de- terminarmos a altura real da laje por meio da limitação da flecha. A questão é como estimar a altura. A NBR 6118:1980 que vigorou até 2003 estabelecia em seu item 4.2.3. (p.22): “Em vigas de seção retangular ou T e lajes maciças retangulares de edifícios serão consideradas atendidas as condi- ções a e b e dispensar-se-á o cálculo das flechas quando a altura útil “d” não for inferior ao valor ( )2 3.ψ ψ ”. Essa expressão era muito conservadora, pois não “considerava” a carga aplicada e, normalmente, fornecia alturas de lajes muito supe- riores às determinadas em função das flechas máximas, mas com algumas adaptações pode ser bastante útil para a estimativa da altura. A prática nos leva a substituição nesta fórmula da altura útil “d” por “h” e considerar que a altura real será 80 a 90% da altura estimada, para lajes de edifícios. 3.1.3 Espessuras mínimas para lajes maciças de concreto armado A NBR 6118 (2014), no item 13.2.4.1 estabelece as dimensões limi- tes para lajes maciças de concreto armado, ou seja, determinada a altura em função da deformabilidade da laje essa altura deverá respeitar os limites mínimos para a espessura da laje: 92 UNIUBE a. 7 cm para 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. DICAS As lajes que suportam veículos são muito comuns em pequenas rampas ou garagens. Para estas lajes aconselha-se considerar sempre 12 cm de espessura para a laje, o que dispensaria a ne- cessidade de placas em lugares visíveis, e a sua manutenção, limi- tando o peso dos veículos a 30 kN. 3.1.4 Estimativa da altura das lajes maciças de concreto armado Conforme sugerimos no final do item 1.2, para a estimativa da altura da laje propomos a adoção da expressão a seguir, observando que a altura (hreal) obtido pela limitação dos deslocamentos é aproximada- mente 80 a 85% da altura estimada (hestimado) por esta expressão. 2 3 . h ψ ψ ≥ UNIUBE 93 Sendo: ℓ o menor lado ψ2 coeficiente dependente das vinculações e dimensões da laje ψ3 coeficiente dependente do tipo do aço Na Tabela 5 apresentamos os coeficientes ψ2 para lajes armadas em duas direções. Nessa tabela, adaptamos as prescrições da NBR 6117:1980 à convenção de Marcus, ou seja, o mesmo λ usa- do para as tabelas de Marcus, é utilizado para a determinação do coeficiente ψ2, e T1, T2, ... , T6 são os tipos de lajes armadas em cruz. Na Tabela 6 apresentamos os coeficientes ψ3. Tabela 5 – Valores de 2 - Lajes Armadas em Duas Direções (NBR 6118:1980 – Tabela 2. adaptado à Convenção de Marcus) T1 T2 T3 T4 T5 T6 T1 T2 T3 T4 T5 T6 0,50 1,10 1,20 1,40 1,00 1,50 1,70 1,80 1,90 2,00 2,20 0,51 1,12 1,23 1,42 1,02 1,49 1,69 1,79 1,90 1,99 2,19 0,52 1,15 1,25 1,45 1,04 1,48 1,69 1,78 1,89 1,99 2,18 0,53 1,17 1,28 1,47 1,06 1,48 1,68 1,78 1,89 1,98 2,17 0,54 1,19 1,30 1,49 1,08 1,47 1,68 1,77 1,88 1,98 2,16 0,55 1,21 1,33 1,51 1,10 1,46 1,67 1,76 1,88 1,97 2,15 0,56 1,23 1,35 1,53 1,12 1,45 1,66 1,75 1,88 1,96 2,14 0,57 1,25 1,37 1,55 1,14 1,44 1,66 1,74 1,87 1,96 2,13 0,58 1,27 1,39 1,57 1,16 1,44 1,65 1,74 1,87 1,95 2,12 0,59 1,28 1,41 1,58 1,18 1,43 1,65 1,73 1,86 1,95 2,11 0,60 1,30 1,43 1,60 1,20 1,42 1,64 1,72 1,86 1,94 2,10 0,61 1,32 1,45 1,62 1,22 1,41 1,63 1,71 1,86 1,93 2,09 0,62 1,33 1,47 1,63 1,24 1,40 1,63 1,70 1,85 1,93 2,08 0,63 1,35 1,49 1,65 1,26 1,40 1,62 1,70 1,85 1,92 2,07 94 UNIUBE 0,64 1,36 1,51 1,66 1,28 1,39 1,62 1,69 1,84 1,92 2,06 0,65 1,38 1,52 1,68 1,30 1,38 1,61 1,68 1,84 1,91 2,05 0,66 1,39 1,54 1,69 1,32 1,37 1,60 1,67 1,84 1,90 2,04 0,67 1,40 1,56 1,70 1,34 1,36 1,60 1,66 1,83 1,90 2,03 0,68 1,42 1,57 1,72 1,36 1,36 1,59 1,66 1,83 1,89 2,02 0,69 1,43 1,58 1,73 1,38 1,35 1,59 1,65 1,82 1,89 2,01 0,70 1,44 1,60 1,74 1,40 1,34 1,58 1,64 1,82 1,88 2,00 0,71 1,45 1,61 1,75 1,42 1,33 1,57 1,63 1,82 1,87 1,99 0,72 1,47 1,63 1,77 1,44 1,32 1,57 1,62 1,81 1,87 1,98 0,73 1,48 1,64 1,78 1,46 1,32 1,56 1,62 1,81 1,86 1,97 0,74 1,49 1,65 1,79 1,48 1,31 1,56 1,61 1,80 1,86 1,96 0,75 1,50 1,67 1,80 1,50 1,30 1,55 1,60 1,80 1,85 1,95 0,76 1,51 1,68 1,81 1,52 1,29 1,54 1,59 1,80 1,84 1,94 0,77 1,52 1,69 1,82 1,54 1,28 1,54 1,58 1,79 1,84 1,93 0,78 1,53 1,70 1,83 1,56 1,28 1,53 1,58 1,79 1,83 1,92 0,79 1,54 1,71 1,84 1,58 1,27 1,53 1,57 1,78 1,83 1,91 0,80 1,55 1,73 1,85 1,60 1,26 1,52 1,56 1,78 1,82 1,90 0,81 1,56 1,74 1,86 1,62 1,25 1,51 1,55 1,78 1,81 1,89 0,82 1,57 1,75 1,87 1,64 1,24 1,51 1,54 1,77 1,81 1,88 0,83 1,58 1,76 1,88 1,66 1,24 1,50 1,54 1,77 1,80 1,87 0,84 1,59 1,77 1,89 1,68 1,23 1,50 1,53 1,76 1,80 1,86 0,85 1,59 1,78 1,89 1,70 1,22 1,49 1,52 1,76 1,79 1,85 0,86 1,60 1,79 1,90 1,72 1,21 1,48 1,51 1,76 1,78 1,84 0,87 1,61 1,80 1,91 1,74 1,20 1,48 1,50 1,75 1,78 1,83 0,88 1,62 1,80 1,92 1,76 1,20 1,47 1,50 1,75 1,77 1,82 0,89 1,63 1,81 1,93 1,78 1,19 1,47 1,49 1,74 1,77 1,81 0,90 1,63 1,82 1,93 1,80 1,18 1,46 1,48 1,74 1,76 1,80 0,91 1,64 1,83 1,94 1,82 1,17 1,45 1,47 1,74 1,75 1,79 0,92 1,65 1,84 1,95 1,84 1,16 1,45 1,46 1,73 1,75 1,78 0,93 1,65 1,85 1,95 1,86 1,16 1,44 1,46 1,73 1,74 1,77 0,94 1,66 1,86 1,96 1,88 1,15 1,44 1,45 1,72 1,74 1,76 0,95 1,67 1,86 1,97 1,90 1,14 1,43 1,44 1,72 1,73 1,75 0,96 1,68 1,87 1,98 1,92 1,13 1,42 1,43 1,72 1,72 1,74 0,97 1,68 1,88 1,98 1,94 1,12 1,42 1,42 1,71 1,72 1,73 0,98 1,69 1,89 1,99 1,96 1,12 1,41 1,42 1,71 1,71 1,72 0,99 1,69 1,89 1,99 1,98 1,11 1,41 1,41 1,70 1,71 1,71 2,00 1,10 1,40 1,40 1,70 1,70 1,70 Valores de ψ2 – Vigas e lajes armadas em uma direção. Fonte: NBR 6118:1980 p.23. Fonte: o autor UNIUBE 95 Tabela 6 – Valores de ψ3 Aço ψ3 Vigas e lajes nervuradas Lajes maciças CA 25 25 35 CA 50 17 25 CA 60 15 20 Fonte: NBR 6118:1980 (p.23) DICAS Como hreal obtido pela limitação dos deslocamentos é aproxima- damente 80 a 85% de hestimado, conforme a solicitação acidental, ou seja, uma laje com altura estimada de até 9,0 cm, teria uma al- tura real inferior a 8,0 cm que é a altura mínima para lajes de piso. 3.1.4.1 Exemplo de estimativa da altura de uma laje Estimar a altura da laje ao lado considerando o aço CA-50. Trata-se de uma laje Tipo 3 Como há empate de vinculações ℓx é o menor lado 96 UNIUBE Sabemos que esta estimativa é conservadora, o valor real será 80 a 85% deste valor, mas teremos que adotar para esta laje uma altura de 8,0 cm, o valor mínimo admitido pela norma para lajes de piso. 3.1.5 Determinação da altura das lajes pela limitação dos deslocamentos A determinação da altura das lajes será obtida pela limitação dos deslocamentos, ou seja, a laje deverá ser rígida o suficiente para que sua flecha não ultrapasse os valore limites de ℓ/250 para a car- ga total “p” igual à soma das cargas permanentes e acidentais ou ℓ/350 quanto solicitada apenas pelas cargas acidentais. A flecha a ser considerada é a composta pela flecha elástica ou imediata e a flecha diferida no tempo. 3.1.5.1 Flecha imediata (elástica) As flechas elásticas em lajes são determinadas por meio da expressão: 4 . 3 . . . 100 x elast pf E h α = O coeficiente α é dado em função da vinculação das lajes, confor- me esquemas fornecidos na Figura 28 e do coeficiente k. Observa- se que ℓx é sempre é o menor lado e disposto na horizontal e k é igual a ℓy/ℓx (sempre maior ou igual a um). UNIUBE 97 Figura 28 – Esquema de vinculação das lajes para de- terminação das flechas imediatas Fonte: o autor Para cada caso de vinculação, o coeficiente α pode ser obtido pe- las equações a seguir ou pelos ábacos apresentados na Figura 29: p = carga uniformemente distribuída h = altura da placa; ℓx.= “menor” lado k = ℓy/ℓx. (k sempre ≥ 1) E = módulo de elasticidade (serviço) do concreto. Ecs = 0,85 Eci = 0,85.5600√fck. (NBR6118 - 8.2.8) 98 UNIUBE 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2,0 Va lo re s d e al fa Valores de K Coeficientes "alfa" Alfa A Alfa B Alfa E 1 2 3 4 5 6 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2,0 Va lo re s d e al fa Valores de K Coeficientes "alfa" Alfa C Alfa D Alfa G UNIUBE 99 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2,0 Va lo re s d e al fa Valores de K Coeficientes "alfa" Alfa F Alfa H Alfa I Figura 29 – Gráficos dos coeficientes alfa Fonte: o autor 3.1.5.2 Flecha diferida no tempo A flecha adicional diferida (NBR 6118, item 17.3.2.1.2) é decorren- te das cargas de longa duração em função da fluência e pode ser calculada de maneira aproximada pela multiplicação da flecha ime- diata pelo fator αf dado pela expressão: '1 50 . f ξα ρ ∆ = + 4 . . 3 . . . . . 100 x dif f elast f pf f E h αα α= = Onde: ' ' . sA b d ρ = Como na flexão simples não temos armadura comprimida, ' sA = 0 e 'ρ = 0. Desta forma: '1 50 . 1 0f ξ ξα ξ ρ ∆ ∆ = = = ∆ + + 100 UNIUBE ξ é um coeficiente função do tempo, que pode ser obtido direta- mente na Tabela 7 ou ser calculado pelas expressões seguintes: ( ) ( )0t tξ ξ ξ∆ = − ( ) ( ) 0,320,68. 0,996 .tt tξ = ξ para t ≤ 70 meses ( ) 2tξ = para t > 70 meses Tabela 7 – Valores do coeficiente ξ em função do tempo – NBR 6118 - Tabela 17.1 Tempo (t) meses 0 0,5 1 2 3 4 5 10 20 40 ≥70 Coeficiente ξ(t) 0 0,54 0,68 0,84 0,95 1,04 1,12 1,36 1,64 1,89 2 Sendo: t = é o tempo, em meses, quando se deseja o valor da flecha diferida; t0 = é a idade, em meses, relativa à data de aplicação da carga de longa duração. A flecha total é a soma da flecha imediata com a diferida: . . . . . Total elast dif elast f elastf f f f fα= + = + ( ) .1 . Total f elastf fα= + Exemplo de aplicação: determinar as alturas para as lajes abaixo Vamos retomar o exemplo anterior onde estimamos a altura para a laje, como h ≥ 7,65, com a expectativa de se obter um h real entre 80 a 85% deste valor. UNIUBE 101 Determinar a altura da laje ao lado. Trata-se de uma laje Tipo 3, aço CA-50 e vamos ado- tar concreto C20e, para a determinação do peso pró- prio, a altura mínima, h = 8,0 cm. P = peso próprio + revestimento + acidental = 0,8 . 25 + 1,0 + 1,5 = 4,5 kN/m2. Cuidado: aqui não seguimos a convenção de Marcus. ℓx é sempre o menor lado e disposto na horizontal e k é igual a ℓy/ℓx ( k ≥ 1 sempre!). Neste caso, a convenção aqui adotada para os valores de ℓx e de ℓy por coincidência, batem com a convenção de Marcus e, portanto, k = λ. 5,5 1,57 3,5 y x l k l = = = Conforme a Figura 28 trata-se de uma laje Tipo D. 21,94 . 8,73 . 4,35D k kα = − + − = 1,94 . 2, 4649 8,73 . 1,57 4,35− + − 4,574Dα = Calculamos αD pela equação, mas poderíamos tê-lo obtido pelo gráfico da Figura 29. 4 . 3 . . . 100 x elast cs pf E h α = (cuidado com as unidades - trabalhar em kN e metro é melhor) 102 UNIUBE Adotando-se t ≥ 70 meses e o carregamento aplicado a 1 meses (t0 = 1 mes): Ou obtemos na Tabela 7 o valor do coeficiente ξ para t0 = 1 mês, ( )1 0,68tξ = = . ( ) ( )0t tξ ξ ξ∆ = − 2 0,68 1,32ξ∆ = − = Determinação da flecha total Flecha total = flecha imediata + flecha diferida Flecha limite para a carga total aplicada max. 350 1, 4 cm 0,014 m250 250f ≤ = = = UNIUBE 103 Estimamos a altura para esta laje, como h ≥ 7,65, com a expectati- va de se obter um h real entre 80 a 85% deste valor. Observe que 6,2 cm é 81% de 7,65. 3.1.6 A altura útil e a altura É importante que se diferencie o conceito de “altura” e “altura útil”. A altura “h” é a espessura total da laje, da viga ou de um elemento estrutural qualquer, enquanto a altura útil “d” e a distância do centro de gravidade da armadura até a borda comprida do elemento. A Figura 30 exemplifica para o caso das lajes, a diferença entre estas duas “alturas”, ou seja: h = d + ycg Onde ycg é a distância do centro de gravidade da armadura até a borda tracionada. Figura 30 – Altura e altura útil de lajes Fonte: o autor h altura da laje d altura útil – distância do cg da armadura à borda comprida φ é o diâmetro da armadura longitudinal c cobrimento de concreto – proteção da armadura 104 UNIUBE A armadura usada em lajes de edifícios normalmente tem diâme- tros de 5,0 ou 6,3 mm. Excepcionalmente (lajes de grandes vãos e carregamentos) usa-se em edificações φ 8,0 mm. O item 6.4 da NBR 6118 (Tabela 6.1) classifica o risco de deteriora- ção da estrutura em função da agressividade do ambiente. Este as- sunto será visto detalhadamente quando estudarmos as vigas, mas por enquanto devemos saber que toda armadura necessita de uma camada de concreto para protegê-la da agressividade ambiental e evitar o processo de corrosão dos aços, que ocorre com a simples umidade do ar, comprometendo a vida útil da estrutura. Esta proteção normalmente é feita mediante uma camada de con- creto com uma espessura mínima em função do revestimento (ou não) do elemento e das condições ambientais (agressividade do meio ambiente). Observa-se que o cobrimento da armadura é fun- damental para a qualidade e durabilidade do concreto armado. Uma laje de concreto em um ambiente de baixa agressividade, re- vestida, protegida da unidade, com drenos que evitem o acúmulo de água, deve ter um cobrimento mínimo de 1,5 cm. Esta mesma laje, no litoral, em uma indústria mecânica, em uma indústria quími- ca, teria cobrimentos bem maiores. Como a armação das lajes é disposta em duas ma- lhas ortogonais superpostas, deve-se atentar para o cen- tro de massa das armaduras, conforme mostrado na Figura 31, onde se mostra que uma das malhas tem um ycg = cnom + 0,5 φ e a outra malha um ycg = cnom + 1,5 φ. Como não se sabe qual das amaduras estará na malha inferior ou na superior considera-se ycg referente à malha superior e, dessa forma, pode-se adotar para ycg os valores dados a seguir: UNIUBE 105 Figura 31 – Altura e altura útil de lajes Fonte: o autor O posicionamento da armadura dentro da forma para que, mesmo durante a concretagem e vibração do concreto, as barras perma- neçam em suas posições, conservando o cobrimento de concreto especificado em projeto, é feito por meio do uso de distanciadores, que podem ser feitos na obra ou industrializados. Os distanciadores (bolachas, pastilhas, cocadas etc.) feitos na obra, con- sistem de uma pequena placa de pasta de concreto, com a espessura que se pretende dar ao cobrimento de concreto, com traço superior ao do elemento a ser concretado, com um pedaço de arame recozido, trança- do, chumbado na mesma, conforme mostra a Figura 32. Figura 32 – Distanciadores de armadura executados na obra Fonte: o autor 106 UNIUBE Os distanciadores industrializados, normalmente são de plástico, de alta resistência, apresentando forma e dimensões variadas. Como exemplo, na Figura 33 são apresentados alguns dos dis- tanciadores. No Brasil existem vários fabricantes destes distan- ciadores, podendo ser citados a COPLAS©, JERUELPLAST© e a HOMERPLAST©. Figura 33 – Distanciadores de armadura industrializados Fonte: catálogo Homerplast DICAS Na internet consegue-se facilmente os sites dessas indústrias, onde são disponibilizados catálogos e material técnico sobre o assunto. Um distanciador muito comum para armaduras de laje negativas é o “caranguejo”, feito na obra com sobras de ferros 5,0 mm. Veja o detalhe da fixação na Figura 34, uma perna pé virada para frente e a outra para trás. O distanciador é amarrado na malha da armadura positiva, não encostando nas formas. UNIUBE 107 Figura 34 – Distanciador de armadura feito na obra para posicionamento da armadura superior Fonte: o autor 3.1.7 Organização dos cálculos Dispositivos auxiliares de cálculo O projeto de uma estrutura, compreendendo a memória de cál- culo, os desenhos de forma, de armação, assim como todas as anotações sobre considerações feitas no projeto, devem ser guardadas para sempre. Vinte, trinta anos após a execução de uma obra, esta pode ser objeto de uma reforma que implique em alterações no projeto estrutural. Diante disto, tem-se a necessi- dade de se ter memórias de cálculo de fácil entendimento, com todas as informações envolvidas na elaboração do projeto e da forma mais concisa possível. A seguir, propomos a Tabela 8, como exemplo de uma rotina de cál- culo mediante tabelas, possibilitando a sistematização do cálculo e uma melhor visualização das informações. Esta sistematização é importante para o uso de planilhas eletrônicas. 108 UNIUBE Tabela 8 – Modelo de tabela para organização dos cálculos Laje Tipo ℓy ℓx λ ψ2 ψ3 d h pp rev alv out. S.T. Acd TT 1 2 4,25 3,15 1,35 2 3 3-a --- 3,0 3-b --- 3,0 Fonte: o autor Obs.: Laje 3-a, 3-b indicam faixas de lajes armadas em uma direção pp peso próprio da laje por metro quadrado. rev peso próprio do revestimento alv peso próprio da alvenaria, quando houver carga de paredes out outras cargas permanentes como carga de enchimen- to, carga proveniente de base de máquinas etc. S.T. subtotal - ou soma das cargas permanentes acd sobrecarga ou carga acidental TT carga total por metro quadrado atuante na laje DICAS Este tipo de tabela pode ser adaptado às conveniências do calculista e ampliado para a determinação dos esforços solicitantes (momentos fletores e reações de apoio, alturas etc.). O uso de planilhas de cálculo no EXCEL, por exemplo, facilita bastante este trabalho. UNIUBE 109 3.1.8 Dimensionamento e detalhamento da armadura A partir dos momentos fletores compensados, as lajes serão di- mensionadas à flexão, como vigas fictícias de 1,0 metro de largura e altura h. Alguns cuidados a serem tomados na escolha das bito- las, além daqueles prescritos em norma, são utilizar apenas uma bitola para a armação dos momentos fletores positivos e apenas uma bitola para a armação dos momentos fletores negativos, que pode ser a mesma utilizada para os positivos ou não. Desta forma, esforços diferentes implicarão na utilização da mesma bitola com espaçamentos diferentes. DICAS Usar a mesma bitola do aço para a armação dosmomentos fleto- res positivos e outra, ou não, para todos os momentos negativos, é muito importante. Estas bitolas são de 5,0 ou 6,3 mm e podem induzir a erros quando utilizadas juntas, ou seja, na fiscalização, antes da concretagem, um(a) engenheiro(a) pode confundi-las. Para a armadura das lajes usa-se uma tabela de ferros feita es- pecificamente para esse tipo de armação. Na Tabela 9, adotado o diâmetro da armadura, na coluna correspondente a esse diâmetro busca-se a seção de aço maior ou igual à calculada, obtendo-se à esquerda o espaçamento correspondente a esta armadura. 110 UNIUBE Tabela 9 – Tabela de ferros para lajes espaçamento As (cm2) cm φ 5,0 mm φ 6,3 mm φ 8,0 mm φ 10,0 mm 5,0 3,92 6,24 10,06 15,70 5,5 3,56 5,67 9,15 14,27 6,0 3,27 5,20 8,38 13,08 6,5 3,02 4,80 7,74 12,08 7,0 2,80 4,46 7,19 11,21 7,5 2,61 4,16 6,71 10,47 8,0 2,45 3,90 6,29 9,81 8,5 2,31 3,67 5,92 9,24 9,0 2,18 3,47 5,59 8,72 9,5 2,06 3,28 5,29 8,26 10,0 1,96 3,12 5,03 7,85 10,5 1,87 2,97 4,79 7,48 11,0 1,78 2,84 4,57 7,14 11,5 1,70 2,71 4,37 6,83 12,0 1,63 2,60 4,19 6,54 12,5 1,57 2,50 4,02 6,28 13,0 1,51 2,40 3,87 6,04 13,5 1,45 2,31 3,73 5,81 14,0 1,40 2,23 3,59 5,61 14,5 1,35 2,15 3,47 5,41 15,0 1,31 2,08 3,35 5,23 15,5 1,26 2,01 3,25 5,06 16,0 1,23 1,95 3,14 4,91 16,5 1,19 1,89 3,05 4,76 17,0 1,15 1,84 2,96 4,62 17,5 1,12 1,78 2,87 4,49 18,0 1,09 1,73 2,79 4,36 18,5 1,06 1,69 2,72 4,24 19,0 1,03 1,64 2,65 4,13 19,5 1,01 1,60 2,58 4,03 20,0 0,98 1,56 2,52 3,93 Fonte: o autor UNIUBE 111 Trabalhamos com esta tabela da seguinte forma: calculamos a ar- madura da laje em uma direção, Mx, por exemplo, e determinamos As = 1,8 cm2. Na tabela, buscamos uma armadura As, maior ou igual a 1,8 cm2 e iniciamos com o φ = 5,0 mm. Na coluna do φ = 5,0 mm encontramos As = 1,87 e na coluna do espaçamento, na mesma linha do 1,87, encontramos s = 10,5 cm. Analogamente, na coluna do φ = 6,3 mm encontramos As = 1,84 e na coluna do espaçamento, na mesma linha do 1,84, encontramos s = 17,0 cm. Veja que para o φ = 8,0 mm o menor As é 2,52 cm2 para o espaça- mento máximo de 20 cm. Em princípio, parece que seria adotado φ = 5,0 mm. Observe que não precisamos consultar a tabela, basta sabermos a área dos ferros de 5,0, 6,3 e 8,0 mm. Pois a tabela é montada da se- guinte forma: As = n . Asφ = (100/s) . Asφ, por exemplo, sabendo que: A favor da segurança o espaçamento, sempre múltiplo de 0,5, é arredondado para baixo, portanto: para o φ = 5,0 mm, s = 10,5, para o φ = 6,3 mm, s = 17,0 cm e para o φ = 8,0 mm, s = 27,5 cm. 112 UNIUBE IMPORTANTE! Observa-se que o espaçamento máximo entre as barras das arma- duras de laje é limitado em 20 cm ou 2 . hlaje (NBR 6118). 3.1.8.1 Armaduras mínimas Para melhorar o desempenho e a dutilidade à flexão e à punção (assim como controle da fissuração) são estabelecidos valores mí- nimos para a armadura passiva (Tabela 10). Essa armadura deve ser constituída preferencialmente por barras com alta aderência ou por telas soldadas. Esta tabela também especifica a armadura construtiva que é co- locada nas lajes armadas em uma direção. Lembra-se? Nas lajes armadas em uma direção calculamos apenas a armadura corres- pondente ao lado menor e para o lado maior seria colocado uma armadura segundaria ou de distribuição. Tabela 10 – Valores mínimos para armaduras passivas aderentes Armadura de lajes Concreto armado Armaduras negativas ρs ≥ ρmin Armaduras positivas (lajes armadas em cruz) ρs ≥ 0,67.ρmin Armadura positiva (principal, lajes em uma direção) ρs ≥ ρmin Armadura positiva (secundária, lajes armadas em uma direção) (armadura de distribuição) As/s ≥ 20 % da armadura principal As/s ≥ 0,9 cm2/m ρs ≥ 0,5 ρmin Fonte: NBR 6118 –Tabela 19.1 UNIUBE 113 Onde: . s s A bw h ρ = ρmin é dado na Tabela 3.8, e s é o espaçamento das barras Os valores de ρmin são apresentados na Tabela 11 (Tabela 17.3 da NBR 6118). Tabela 11 – Taxas mínimas de armadura de flexão para vigas de seção retangular Valores de ρmin = As,min/Ac (%) fck ωmín 20 25 30 35 40 45 50 0,035 0,150 0,150 0,173 0,201 0,230 0,259 0,288 Fonte: NBR 6118 –Tabela 17.3 Valores de ρmin estabelecidos para aço CA-50, γc = 1,4 e γs = 1,15. ωmin = taxa mecânica mínima de armadura longitudinal para valores diferentes de fck, fyk, γc , e γs min min . cd yd f f ρ ω= 114 UNIUBE 3.1.8.1.1 Disposições gerais de detalhamento (NBR 6118 – item 20) IMPORTANTE! • O diâmetro mínimo das barras da armadura de flexão deve ser ≥ 5,0 mm. • O diâmetro máximo das barras da armadura de flexão deve ser ≤ h/8. • O espaçamento máximo (s) das barras da armadura principal de flexão na região dos maiores momentos fletores deve ser menor ou igual a 2h ou 20 cm. • Nas lajes armadas em uma direção, a armadura secundária de flexão deve ser maior ou igual a 20% da armadura princi- pal, mantendo-se, ainda, um espaçamento entre barras de, no máximo, 33 cm (mínimo de três barras por metro). • Em bordas livres e junto às aberturas devem ser respeitadas as prescrições mínimas conforme disposto na Figura 35. Figura 35 – Bordas livres e abertura Fonte: NBR 6118 –Figura 20.1 UNIUBE 115 As armaduras positivas devem ser distribuídas de modo a cobrir a superfície de momentos fletores, o que é impraticável, pois as tabelas geralmente só fornecem valores correspondentes às faixas centrais. Em virtude deste problema existem processos simplifica- dos que, para os casos correntes, resultam bastantes eficientes para efetuar esta distribuição. A prática tem consagrado uma simplificação, onde os comprimen- tos das barras (que já inclui os comprimentos de ancoragem) são dados em função do vão em que será disposta a armadura. Nas lajes maciças armadas em uma ou em duas direções, toda a armadura positiva deve ser levada até os apoios, não se permitindo o escalonamento desta armadura. A armadura deve ser prolonga- da no mínimo 4 cm além do eixo teórico do apoio. Figura 36 – Comprimento reto das barras Fonte: o autor Recomenda-se sempre o uso de ganchos. São facilmente executa- dos, e melhoram sensivelmente a ancoragem das barras. No caso de bordas admitidas simplesmente apoiadas deve-se do- brar as barras para armar a borda superior das lajes próximas às laterais, com a finalidade de limitar a fissuração. Recomenda-se o 116 UNIUBE detalhamento da armadura positiva, conforme proposto na Figura 37, observando-se que o esquema proposto no detalhe A, deve ser usado nas bordas das lajes simplesmente apoiadas. Estas barras com o detalhe A podem ser intercaladas com barras com ganchos nas duas extremidades, ou seja, 50% das barras armando a borda superior das lajes próximas às laterais, e 50% apenas com gancho. Figura 37 – Detalhamento da armadura de lajes - bordas apoiadas e engastadas Fonte: o autor Para as armaduras negativas em lajes retangulares de edifícios submetidas a cargas uniformemente distribuídas e cargas aciden- tais (q) inferiores às permanentes (g), as barras da armadura prin- cipal sobre os apoios deverão estender-se de acordo com o dia- grama triangular de momentos (considerado já deslocado) de base igual ao valor adiante indicado: a. Em Lajes atuando em duas direções ortogonais: • Em uma borda engastada, sendo cada uma das outras três bordas livremente apoiada ou engastada, 0,25 do menor vão. • Nos dois lados de um apoio da laje contínua, 0,25 do maior dos vãos menores das lajes contínuas. UNIUBE 117 b. Em lajes atuando em uma só direção. • Em uma borda engastada, 0,25 do vão. A prática tem consagrado como simplificação, o detalhamento da armadura apresentado na Figura 38 onde o comprimento reto da barra é 3/4 do intervalo (0,5 ℓ2), intercalando-se as armaduras, à esquerda e à direita. Observe-se que, assim como na armadura positiva, a zona central fica armada com As, enquanto as zonas laterais com As/2, indicando que o critério é satisfatório. Figura 38 - Disposição da armadura negativa e comprimento das barras em lajes Fonte:o autor Observações: • Em uma planta de armação, sempre que um ferro for idêntico a outro (mesma geometria, bitola, comprimentos etc.) terão o mesmo número. É por este motivo que na Figura 37 os ferros verticais de ambas as lajes recebem a denominação “N1”. • Cada um dos ferros horizontais está recebendo um número diferente, uma vez que, ou diferem quanto a geometria ou quanto aos seus comprimentos. 118 UNIUBE • Os ferros são sempre apresentados esquematicamente, indi- cando-se a quantidade, o número do ferro e o espaçamento, a citação do diâmetro é opcional quando os ferros são deta- lhados a parte. IMPORTANTE! Quando se tratar de lajes contínuas com diferentes condições de apoio no lado comum, (lajes com rigidez muito diferentes) a arma- dura negativa que vem da laje considerada deve prolongar-se na laje vizinha, pelo menos até o ponto onde se possa prever que o momento fletor negativo, na direção considerada, mude o sinal. 3.1.9 Cisalhamento em lajes As placas (lajes) têm uma boa resistência ao esforço cortante e, as lajes comuns de edifícios, salvo situações extraordinárias de car- regamento, não são armadas ao cisalhamento, apenas o concreto resiste a este esforço. A NBR 6118 – item 9.4 estabelece que quan- do a força cortante de cálculo for menor ou igual à força resistente ao cisalhamento de projeto, as lajes maciças ou nervuradas podem prescindir dessa armadura transversal. 1Sd RdV V≤ A resistência de projeto ao cisalhamento é dada por: ( )1 1. . 1, 2 40. 0,15. . .Rd Rd cp wV k b dτ ρ σ = + + UNIUBE 119 Obs.: Sdcp c N Aσ = , NSd é a força longitudinal na seção (protensão ou carregamento). ( )1 1. . 1, 2 40. . .Rd Rd wV k b dτ ρ= + concreto armado (sem forças longitudinais) onde: τRd = 0,25 fctd 2 3 ,inf 2 30,7. 0,7.0,3. 0,21.ctk ctm ckctd ctd ck c c c c f f ff f f γ γ γ γ = = = ∴ = k = |1| quando 50 % da armadura inferior não chega até o apoio: k = |1,6 – d| ≥ |1| com d em metros; para os demais casos. 1 1 0,02. s w A b d ρ = ≤ fctd é a resistência de cálculo do concreto ao cisalhamento; As1 é a área da armadura de tração; bw é a largura mínima da seção ao longo da altura útil d. Quando da verificação de elementos sem armadura de cisalha- mento a resistência de cálculo VRd2 é dada por: 120 UNIUBE Considerações finais Ao término deste capítulo já temos condições de determinar os es- forços de momento fletor compensados, necessários para o dimen- sionamento das lajes de concreto armado, e as dimensões, a altura das lajes para que elas não tenham flechas excessivas. Encerramos o ciclo de determinação dos esforços que iniciamos com os elementos de barras, as vigas, treliças, pórticos, grelhas etc., e aqui concluímos com os elementos de placas, neste caso, as lajes. Isto significa que estamos prontos para dimensionarmos estes ele- mentos estruturais de concreto armado, de aço, de madeira etc., assim, como nosso curso é de concreto armado, no próximo capítu- lo vamos aprender a equacionar os elementos de concreto armado. João Dirceu Nogueira Carvalho Introdução Vigas de concreto armado – equacionamento, detalhamento da seção Capítulo 4 Em Materiais de Construção Civil estudamos os materiais que compõem o concreto armado, o concreto e o aço. Já vimos que entre as desvantagens do concreto está a sua baixa resistência aos esforços de tração, que é inferior a 1/10 de sua resistência à compressão. O cálculo de um elemento de concreto armado seja uma viga, uma laje, um pórtico etc., consiste em determinar seus esforços e a partir do diagrama de momento fl etor, armar (colocar ferros) nas regiões tracionadas. Veja os exemplos apresentados na Figura 39. Figura 39 – Posicionamento da armadu- ra de tração em uma viga bi apoiada Fonte: o autor Figura 40 – Definição das regiões, zonas de armação Fonte: o autor Esta viga tem duas zonas de armação, as regiões A e B. Seu dimensionamento consistirá no cálculo das seções mais solicitadas de cada uma destas regiões, a seção SA, a mais solicitada da região A, e a seção SB, a mais solicitada da região B. O dimensionamento da seção SA, é extrapola- do para toda a região A e o dimensionamento da seção SB é extrapolado para toda a região B. IMPORTANTE! O dimensionamento do “concreto armado” consiste, por- tanto, em dimensionar uma seção de concreto que re- sista às tensões de compressão, uma seção de aço que resista às tensões de tração, e que ambos, concreto e aço, trabalhem solidariamente. Isto se aplica a qualquer elemento em concreto armado, seja uma viga, um pórtico, uma grelha, uma laje etc., mas isso é um assunto para o próximo capítulo. Neste capítulo, abordaremos o equacionamento do concreto armado, ou seja, o dimensionamento das seções de concreto armado. Objetivos • Estabelecer as hipóteses de cálculo para o modelo teórico do concreto armado; • Definir o ábaco de domínios; • Equacionar a flexão normal simples em seções retangulares; • Durabilidade das estruturas de concreto; • Detalhar a armadura na seção; • Equacionar a armadura dupla; • Calcular mediante tabelas; • Equacionar as seções “T” submetidas à flexão simples. Esquema • Cálculo no Estado Limite Último • Hipóteses de cálculo - NBR 6118 (2003) - item 17.2.2 • Distribuições possíveis de deformação na seção • Flexão normal simples em seções retangulares • Equacionamento do Problema para armadura simples (Rsc = 0) • Equações de equilíbrio • Cálculo de dimensionamento • Domínio 2 • Domínio 3 • Domínio 4 • Exemplo geral • Durabilidade das estruturas de concreto • Agressividade do ambiente • Detalhamento da armadura na seção • A altura e a altura útil • Armadura dupla • Armadura dupla - equacionamento • Valores de d’ • Valores de ' sσ • Cálculo mediante tabelas • Seção retangular com armadura simples • Seção retangular com armadura dupla • Seções “T” submetidas à flexão simples • Largura colaborante de vigas de seção T • Cálculo de dimensionamento • Caso 1 – Seção T calculada como seção retangular • Caso 2 - Seção “T” calculada como seção “T” • Vãos efetivos e larguras mínimas de vigas 124 UNIUBE Cálculo no Estado Limite Último4.1 Começamos este capítulo com o título Cálculo no Estado Limite Último e isto significa que vamos estudar como dimensionar nos- sos elementos estruturais para que não atinjam a ruptura. Vamos trabalhar com as Solicitações Normais, ou seja, aquelas que originam tensões normais sobre as seções retas e são cons- tituídas por um Momento Fletor e uma Força Normal referidos ao centro de gravidade da seção de concreto. As seções de peças de concreto armado submetidas a solicitações normais podem alcançar o estado limite último por ruptura da zona comprimida do concreto ou por excesso de deformação plástica de armadura.er um cálculo exato, perfeitamente exato, significa fazer matemática, porém, teríamos procedimentos complexos, extensos e demorados, que inviabilizariam os procedimentos normais do en- genheiro, então vamos estabelecer simplificações, que viabilizem nossos cálculos, fornecendo-nos resultados confiáveis. Isto é o que chamamos modelagem matemática e é o que faremos agora ao estabelecer nossas hipóteses de cálculo. 4.1.1 Hipóteses de cálculo - NBR 6118 (2003) - item 17.2.2 As hipóteses que seguem são válidas para o cálculo no estado limite último nos casos de flexão simples ou composta, normal ou oblíqua, e de compressão ou tração uniforme. • As seções transversais planas antes do carregamento per- manecem planas até a ruptura (distribuição linear das de- formações na seção); UNIUBE 125 • A deformação em cada barra é a mesma do concreto adjacen- te (perfeita aderência entre o aço e o concreto não fissurado); • A resistência do concreto à tração é desprezada; • O encurtamento de ruptura do concreto nas seções não intei- ramente comprimidas é de 3,5‰ (domínios 3, 4 e 4a); Nas seções inteiramente comprimidas, o encurta- mento da borda mais comprimida na ocasião de ruptura varia de 3,5‰ a 2‰ mantendo-seinalterada e igual a 2‰ a deformação a uma distância igual a 3/7 da altura total da seção, contada a partir da bor- da mais comprimida (domínio 5) (NBR 6118). • O alongamento máximo permitido ao longo de armadura de tração (domínios 1 e 2) é de 10‰ a fim de prevenir deforma- ção excessiva; • A distribuição das tensões do concreto na seção é feita de acordo com o diagrama retangular parabólico (parábola de 2º grau). É permitida a substituição deste diagrama pelo re- tângulo de altura y = 0,8x (Figura 41) com a tensão 0,85 fcd quando a largura da seção medida paralelamente à linha neu- tra não diminuir a partir desta para a borda mais comprimida ou, 0,80 fcd em caso contrário (Figura 42); 126 UNIUBE Figura 41 – Diagramas de tensões Retangular/Parabólico e Retangular Fonte: o autor Figura 42 – Critério para adoção dos valores de σc para o bloco de tensões Fonte: o autor • A tensão na armadura é a correspondente à deformação de- terminada de acordo com as hipóteses anteriores e obtida nos diagramas tensão/deformação do aço (Figura 43). UNIUBE 127 Figura 43 – Diagrama tensões/deformações dos aços para concreto armado Fonte: o autor 4.2 Distribuições possíveis de deformação na seção Na Figura 44 apresentamos o Ábaco de Domínios que mostra a distribuição das deformações na seção transversal. Ambas as bor- das podem ser tracionadas ou comprimidas, mas vamos conside- rar a borda superior como preferencialmente comprimida que pode estar tracionada e a inferior como uma borda preferencialmente tracionada que pode estar comprimida. Figura 44 – Diagrama de Domínios de deformações Fonte: NBR 6118 - Figura 17.1 128 UNIUBE • Retas “a” e “b” Tração uniforme (reta a) e compressão uni- forme (reta b); • Domínio 1 Tração não uniforme sem tensões de compressão (tração excêntrica ou flexo-tração); • Domínio 2 Flexão simples ou composta sem ruptura à com- pressão do concreto (|εc| ≤ 3,5‰) e com o máximo alonga- mento permitido na armadura; • Domínio 3 Flexão simples ou composta com simultaneidade de escoamento do aço tracionado, com tensão de ruptura do concreto (seção normalmente armada); • Domínio 4 Flexão simples ou composta sendo que o concre- to atinge a tensão de ruptura antes que o aço entre em esco- amento (εsd < εyd) (seção superarmada); • Domínio 4a Flexão composta com armaduras comprimidas; • Domínio 5 Compressão não uniforme, sem tração. 4.3 Flexão normal simples em seções retangulares A flexão normal simples ocorre nos domínios 2, 3 e 4, ou seja, nos domínios onde a linha neutra corta a seção e, consequentemente, temos tração em uma borda e compressão na outra. Na Figura 45(a), uma viga bi apoiada AB, de vão ℓ é submetida a uma carga uniformemente distribuída p. Cortando-se a viga em uma seção C, distante x do apoio A, o equilíbrio do segmento AC UNIUBE 129 é dado por ΣFx = 0, ΣFy = 0 e ΣMi = 0, mas como neste caso não atuam forças horizontais (RHA = 0), no segmento de viga AC atuam apenas a parcela da carga uniformemente distribuída p no trecho x, a reação vertical no apoio A e os esforços internos solicitantes V e Mf, atuantes na seção Figura 45 – Solicitações internas em uma seção genérica da viga Fonte: o autor Admitindo-se a consideração individualizada dos efeitos da força cortante e do momento fletor para o dimensionamento à flexão sim- ples, as Figuras 45(b) e 45(c) mostram as forças atuantes em cada caso. Portanto, para o equacionamento do concreto a flexão será considerado somente o momento fletor como esforço solicitante in- terno (Figura 45(b)) e, para o equacionamento do cisalhamento, apenas o esforço cortante (Figura 45(c)). Os esforços internos resistentes e as deformações na seção são apresentados na Figura 46. Em (a) mostra-se uma elevação longi- tudinal terminando na seção C, em (b) a seção transversal, em (c) o diagrama de deformações e em (d) o diagrama de tensões. 130 UNIUBE Figura 46 – Deformações e esforços internos resistentes na seção Fonte: o autor Na Figura 46: Rsc (ou R’s) resultante do aço comprimido Rcc resultante do concreto comprimido Rst resultante do aço tracionado x profundidade da linha neutra y altura do bloco de tensões σcd = 0,85 fcd e εc = 3,5‰ Observa-se que εs depende do domínio em que a seção trabalha. Como já foi visto, o domínio em que uma seção trabalha é dado pelas deformações nas bordas superior ou inferior da seção (de- formação do aço quando a borda for tracionada). Observe no dia- grama de deformações que a deformação das barras comprimidas (ε’s) é inferior à da borda superior (εc = 3,5 ‰), porém, esta defor- mação no aço não indica domínio. UNIUBE 131 A Figura 46 mostra ainda, uma seção com armaduras em baixo e em cima. Toda seção necessita de um número mínimo de barras longitudinais para fixação dos estribos; no caso da seção retangu- lar são necessárias quatro barras, uma em cada canto do estribo. As barras calculadas para a flexão podem assumir também essa função construtiva e, neste caso, na armadura inferior As com 5 barras, as duas barras dos cantos inferiores serão usadas para amarração dos estribos e, na parte superior também serão neces- sárias duas barras para essa finalidade construtiva, porém, pode- rão ser consideradas no cálculo, ou não. Se forem consideradas, a seção terá duas armaduras, ou seja, armadura dupla: uma de tração (As) e outra de compressão (A’s). Se não forem conside- radas no cálculo essas barras comprimidas terão apenas função construtiva (porta estribos) e a seção terá apenas a armadura de tração, ou seja, armadura simples. Dessa forma, a Figura 46 será usada para o equacionamento da se- ção com armadura simples e dupla. No primeiro caso simplesmente não se considerará A’s no equacionamento. Estas barras serão acres- centadas, como porta estribos, ou seja, armaduras construtivas. 4.4 Equacionamento do Problema para armadura simples (Rsc = 0) 4.4.1 Equações de equilíbrio Conforme o diagrama de esforços apresentado na Figura 46 (d), a ausência de forças normais externas permite escrever: 0 0x cc stF R RΣ = − = Equação 1 132 UNIUBE 0 2 2f f cc st y yMf M R d R dγ Σ = = − = − Equação 2 Sendo: . . cc w cR b y σ= Resultante das tensões de compressão no concreto .st s sR A σ= Resultante das tensões de tração na armadura Mf Momento fletor característico que atua na seção em estudo. Tem-se, então: . . . . 0,85 .ckw c s s w s s c fb y A b y Aσ σ σ γ = ∴ = Equação 3 . . . 0,85 2 2 ck f f w c f f w c fy yM b y d M b y dγ σ γ γ = − ∴ = − Equação 4 2f f s s yM A dγ σ = − Equação 5 UNIUBE 133 Observações: a. As equações (4), e (5) não são independentes entre si, pois trata-se de uma combinação das anteriores. Veja que substi- tuindo (3) em (4) obtém-se a equação (5). b. O coeficiente 0,85 que aparece minorando a tensão fcd tem por finalidade considerar: • o efeito da redução da resistência do concreto quando solici- tado por cargas de longa duração - efeito Rush • a redução da resistência do concreto em consequência da evaporação mais rápida de água que aflora à parte superior do elemento estrutural. 4.4.2 Equações de compatibilidade Do diagrama de deformações apresentado na Figura 46 (c), tem-se: c s x d x ε ε = − Equação 6 Estas equações podem ser “arrumadas” para facilitar sua utilização nos cálculos. Ao invés de trabalharmos com valores para a profun- didade da linha neutra podemos colocá-la em função da altura útil introduzindo a variável βx = x/d. Muitos autores trabalham com o bloco de tensões fazendo βy = y/d. É muito comum também a subs- tituição de β por k, usando kx, ky etc. Podemos, então, reescrever as equações como: 134 UNIUBE . 0,85 . . 0,8 . d . 0,68 . . . . . w cd x w cd x s sb f b d f Aβ β σ= = Equação 7 ( )2 . 0,68 . . . . . 1 0,4 . f w cd x xMf b d fγ β β= − Equação 8 ( ) ( ) . . 0, 4 . . . . .1 0,4 . f s s x s s xMf A d d A dγ σ β σ β= − = − Equação 9 E a equação (6) pode ser rearranjada, para a determinação de x, εc e de εs. c s c c s s c c s x d xx d x d x d x x ε ε ε ε ε ε ε ε ε − = = = = − + − Equação 10 Essas equações de compatibilidade de deformações podem ser colocadas em função de βx. 1 . 1 . 1 c s c x x x c s s c x x c s x xd d ε ε ε β β β ε ε ε ε β β ε ε β β − = = = = − + − Equação 11 As equações (7) a (11) permitem resolver problemas de dimensio- namento e verificação de seções nas quais a armadura As é dis- posta de tal maneira que a resultante de tensão possa ser aplicada no centro de gravidade das barras. UNIUBE 135 IMPORTANTE! A NBR 6118 permite que os esforços nas armaduras possam ser considerados concentrados em seu centro de gravidade (de mas- sa), se a distância deste centro ao ponto da seção da armadura mais afastado da linha neutra, medida normalmente a esta, for me- nor que 10% de h. A Figura 47 exemplifica a concentração dos esforços no centro de gravidade da armadura, considerando a armadura composta por 5 barras, sendo 3 φ 12,5 mm na primeira camada e 2 φ 10,0 mm na segunda. Essas cinco barras poderiam ser substituídas por uma barra fictícia de seção igual a 5,35 cm2 com centro distando 1,56 cm da linha da base da armadura. Para as vigas usuais de edifícios não há restrições quanto ao uso das armaduras dispostas em duas camadas, porém, para a dispo- sição da armadura em três ou mais camadas há a necessidade de maiores alturas. Figura 47 – Concentração das barras da armadura em seu centro de massa Fonte: o autor 136 UNIUBE 4.5 Cálculo de dimensionamento As variáveis envolvidas no dimensionamento (equações 7, 8 e 10) são: bw, d, fcd, βx, As, σs, γf, Mf, x, d, εc e εs. Como se vê, são muitas variáveis para poucas equações, mas algumas são adotadas e ou- tras são dados do problema, veja: bw Adotada em função da espessura da pare- de, bw ≥ 14 cm (excepcionalmente 12 cm). Normalmente, o valor de bw é a espessura da parede me- nos 3,0 cm de reboco, observando-se as especificações do projeto arquitetônico que poderá especificar vigas de concreto aparente, aparente de um lado revestida do ou- tro etc. As larguras normais de vigas são 14 cm para a parede de 15, 15 ou 17 cm para a parede de 20 etc. d Sua determinação é o objetivo do dimensionamen- to, portanto uma das incógnitas principais. fcd Especificada pelo contratante ou adota- do pelo calculista, fck.≥ 20 MPa. x, βx A posição da linha neutra, é uma das princi- pais incógnitas pois indica o domínio. As Sua determinação é o objetivo do dimensionamen- to, portanto uma das incógnitas principais. σs A tensão do aço depende do aço adotado e do domínio. γf , γs, γc Coeficientes de majoração e de seguran- ça são adotados (valores normalizados). Mf Dado do problema, é dimensiona- do para resistir a uma solicitação. εc, εs Dependem, respectivamente, do concre- to e do domínio e do aço e do domínio. Em seções retangulares de concreto armado nos problemas de di- mensionamento, as incógnitas geralmente são: d, As e/ou A’s. Os casos mais frequentes são: UNIUBE 137 • Dados: fck, fyk., γc, γs, γf, bw e Mf. Pede-se: a altura útil da seção (d) e a seção transversal da armadura (As) • Dados: fck, fyk., γc, γs, γf, bw, d e Mf. Pede-se: As (arma- dura simples) ou As e A’s (armadura dupla) Além dos problemas de dimensionamento há os de verificação. Nesses, é dada uma seção e sua armadura (bw, h, As) e pede-se o momento fletor. Esses problemas de verificação são muito comuns em recálculos de estruturas para novas solicitações, ou reformas (ou adaptações) em edifícios, ou seja, a estrutura já existe e pre- tende-se determinar sua capacidade de carga. DICAS Unidades: vamos trabalhar com unidades de comprimento e seção (bw, d, As) e de força (σc, σs ,Mf). As unidades de comprimento são determi- nantes, pois também estão nas tensões e nos momentos e, em função dos valores usuais em concreto armado adota-se o cm, e para a força o kN. Desta forma, trabalha-se com: cm, cm2, kN/cm2, kN.cm. Obs.: 1 MPa = 1 N/mm2 = 0,1 kN/cm2 Vamos analisar cada um dos casos nos domínios (2, 3 e 4) sepa- radamente e delinear suas principais características. As variáveis x e y (profundidades da linha neutra e bloco de tensões, respec- tivamente) representadas nas equações por βx, são diretamente ligadas ao domínio em que a seção irá trabalhar. 138 UNIUBE 4.5.1 Domínio 2 10‰ 0 3,5‰s ccteε ε= = ≤ ≤ 2323 0 0s yd x xf x xσ β β= ≤ ≤ ≤ ≤ O valor de x23 é determinado por semelhança de triângulos. 23 23 23 23 23 23 23 3,5 10 0,259. 0,259c s x xx d x d x x d x d ε ε β= ⇒ = ⇒ = = = − − 4.5.2 Domínio 3 10‰yd sε ε≤ ≤ 3,5‰c cteε = = s ydfσ = 23 34x x x≤ ≤ UNIUBE 139 O valor de x34 é determinado por semelhança de triângulos. Enquanto no domínio 2 todos os aços (CA 25, 50 e 60) têm εs = cte. = 10‰ e, portanto, o mesmo valor para x23; o valor de x34 depende de εyd, que é diferente para cada aço e, dessa forma, o valor de x34 depende do aço utilizado. A Tabela 12 apresenta um resumo desses valores. 34 34 34 34 34 ydc s c c c yd x yd ydc yd s c c s s f x d x df fx d x E E E ε ε ε ε εε β ε ε ε ε = = = = = − + + + Tabela 12 – Valores de εyd, β23 e β34 Aço fyk (kN.cm2) fyd (kN.cm2) εyd (‰) βx23 βx34 CA 25 25 21,74 1,0352 0,2593 0,7717 CA 50 50 43,48 2,0704 0,2593 0,6283 CA 60 60 52,17 2,4845 0,2593 0,5848 Fonte: o autor 4.5.3 Domínio 4 0 s ydε ε≤ ≤ 3,5‰cε = .s s sEσ ε= 34x x d≤ ≤ 140 UNIUBE Os valores de x34 para os diferentes aços foram determinados ante- riormente na análise do domínio 3. O problema do dimensionamen- to no domínio 4 são as tensões e deformações no aço: enquanto nos domínio 2 e 3 os aços trabalham com σs = fyd, no domínio 4 trabalha-se com fyd ≥ σs ≥ 0, ou seja, o material mais nobre (e mais caro) do concreto armado, o aço, passa a ser utilizado com tensões menores e, portanto, em maiores quantidades. Na Figura 48 apre- senta-se a caracterização dos domínios em um diagrama tensão/ deformação de aço. Figura 48 – Diagramas tensão/deformação dos aços - Domínios de deformações Fonte: o autor DICAS Não se dimensiona uma seção no domínio 4. Como será visto adiante, quando houver a ocorrência de βx > βx34, adotar-se-á como solução a alteração das dimensões da seção ou a utilização da armadura dupla. UNIUBE 141 4.6 Exemplo geral Calcular a altura útil (d) e a área de aço (As) para seção retangular. Dados: Concreto C25 e Aço CA-50 (adotados pelo calculista) bw = 15 cm (em função das paredes) e Mf = 100 kN.m (solicitação máxima) Equação 7 0,68. . . . .w cd x s sb d f Aβ σ= Equação 8 ( )2. 0,68. . . . 1 0,4.f f w cd x xM b d fγ β β= − Equação 10 c cx c s c s x dε εβ ε ε ε ε = = + + Incógnitas: na equação 7: d, βx, As e σs. na equação 8: d e βx. na equação 10: εc ou εs A princípio, têm-se seis incógnitas para três equações, mas 142 UNIUBE Em todos os domínios têm-se uma incógnita a mais que o número de equações e a solução consiste em se adotar uma das incógnitas para então resolver o sistema de três equações com três incógnitas (no domínio 4 são quatro a quatro). Como se vê, o problema admite infinitas soluções em função da incógnita adotada e, para enten- dermos bem os domínios e vermos a amplitude das respostas pos- síveis, vamos resolver adotando valores de βx no início do domínio 2, no limite entre os domínios 2 e 3, no limite entre os domínios 3 e 4 e no final do domínio 4. Com essas quatro soluções para o mes- mo problema teremos uma noção bastante ilustrativa do dimensio- namento do concreto armado em cada um desses domínios. Solução 01 - Considerando βx = 0,01 Concreto C25 e Aço CA-50, b = 15 cm, Mf = 100 kN.m 23 3,5 3,5 0,259 3,5 10 13,5 c x c s ε β ε ε = = = = + + βx = 0,01 <<< βx23 → início do domínio 2 UNIUBE 143 Equação 8 ( )2. 0,68. . . . 1 0,4.f f w cd x xM b d fγ β β= − ( ) ( ) . 14000278,1 0,68. . . 1 0,4. 0,182. 0,996 f f w cd x x M d cm b f γ β β = = = − Equação 7 0,68. . . . .w cd x s sb d f Aβ σ= Domínios 2 e 3: yk s yd s f fσ γ = = σs = 43,48 kN/cm2. 20,68. . . . 0,68.15.278,1.1,786.0,01 50,66 1,16 43,48 43,48 w cd x s s b d fA cmβ σ = = = = Absurdo, não é mesmo? Observe que a altura útil poderia ser bem maior pois βx tendendo a zero a altura útil tende para infinito. Solução 02 - Considerando βx = βx23 Concreto C25 e Aço CA-50, b = 15 cm, Mf = 100 kN.m 23 3,5 3,5 0,259 3,5 10 13,5 c x c s ε β ε ε = = = = + + Equação 8 ( )2. 0,68. . . . 1 0,4.f f w cd x xM b d fγ β β= − ( ) ( ) . 1, 4.10000 57,5 0,68. . . 1 0,4. 0,68.15.1,786.0,259. 1 0,4.0,259 f f w cd x x M d cm b f γ β β = = = − − 144 UNIUBE Equação 7 0,68. . . . .w cd x s sb d f Aβ σ= 20,68. . . . 0,68.15.57,5.1,786.0,259 6,24 43,48 w cd x s s b d fA cmβ σ = = = Solução 03 - Considerando βx = βx34. Concreto C25 e Aço CA-50, b = 15 cm, Mf = 100 kN.m 34 3,5 0,0035 0,0035 0,62850 1,15 0,0035 0,002070,00353,5 21000 c x ydc s s f E εβ ε ε = = = = = + +++ Equação 8 ( )2. 0,68. . . . 1 0,4.f f w cd x xM b d fγ β β= − ( ) ( ) . 1, 4.10000 40,43 0,68. . . 1 0,4. 0,68.15.1,786.0,628. 1 0,4.0,628 f f w cd x x M d cm b f γ β β = = = − − Equação 7 0,68. . . . .w cd x s sb d f Aβ σ= 20,68. . . . 0,68.15.40,43.1,786.0,628 10,64 43,48 w cd x s s b d fA cmβ σ = = = Solução 04 - Considerando βx = 0,8 Concreto C25 e Aço CA-50, b = 15 cm, Mf = 100 kN.m 34 0,628 1x xβ β= ≤ < → domínio 4 βx = 0,8 ∴ ≅ meio do domínio 4 UNIUBE 145 Equação 8 ( )2. 0,68. . . . 1 0,4.f f w cd x xM b d fγ β β= − ( ) ( ) . 1, 4.10000 37,59 0,68. . . 1 0,4. 0,68.15.1,786.0,8. 1 0,4.0,8 f f w cd x x M d cm b f γ β β = = = − − Observe que ao contrário do exemplo anterior não podemos deter- minar a armadura por meio da equação 7, pois no domínio 4 o valor de σs é variável e, precisamos determiná-lo primeiro. No domínio 4 0 s ydfσ≤ ≤ ∴ 1 1 0,83,5. 0,875 / 0,8 x s c c x d x mm m x β ε ε ε β −− − = = = = Lei de Hook .s s sEσ ε= 21000 x 0,000875 18,375sσ = = kN/cm2. E agora sim, podemos determinar a armadura: Equação 7 20,68. . . . 0,68.15.37,59.1,786.0,8 29,81 18,375 w cd x s s b d fA cmβ σ = = = 146 UNIUBE Solução 05 - Considerando βx = 0,98 Concreto C25 e Aço CA-50, b = 15 cm, Mf = 100 kN.m 34 0,628 1x xβ β= ≤ < → domínio 4 βx = 0,98 ∴ final do domínio 4 Equação 8 ( )2. 0,68. . . . 1 0,4.f f w cd x xM b d fγ β β= − ( ) ( ) . 1, 4.10000 35,91 cm 0,68. . . 1 0,4. 0,68.15.1,786.0,98. 1 0,4.0,98 f f w cd x x M d b f γ β β = = = − − No domínio 4 0 s ydfσ≤ ≤ ∴ 1 1 0,983,5. 0,07 mm/m 0,98 x s c c x d x x β ε ε ε β −− − = = = = .s s sEσ ε= 21000.0,07 1000 1,47sσ = = kN/cm2. Equação 7 0,68. . . . .w cd x s sb d f Aβ σ= 20,68.15.35,91.1,786.0,98 436,15 1,47s A cm= = Absurdo, não é mesmo? As = 436,15 cm2 e essa armadura poderia ser bem maior, pois βx tendendo a 1, a seção de aço tende para infinito. UNIUBE 147 IMPORTANTE! Observe que na quarta e quinta solução, ao contrário das três ante- riores não se usou σs = fyd. Como se vê na Figura 49, no domínio 2 a deformação do aço é εs = cte. = 10 ‰ (extremidade do patamar) e no domínio 3 a deformação varia entre εyd e 10 ‰ (todo o pata- mar) e, portanto, em ambos os casos σs.= cte. = fyd. No domínio 4 a deformação varia entre 0 e εyd e nessa região a tensão do aço é variável 0 ≤ σs ≤ fyd, mas como a variação é linear a tensão σs pode ser relacionada à deformação mediante a Lei de Hooke σs = Es . εs. A Figura 49 mostra graficamente a solução desse problema para βx variando de 0,1 a 0,92 aproximadamente. Como se pode ver, o problema não tem uma solução, mas inúmeras soluções. Algumas soluções são muito boas, outras boas e, muitas ruins ou péssimas. 148 UNIUBE Figura 49 – Altura útil e armadura em função de βx, nos domínios 2, 3 e 4 Fonte: o autor Vamos analisar o comportamento da altura útil “d” e da seção de aço “As” obtidos nesses exemplos. A Figura 49 mostra as caracte- rísticas de cada domínio com bastante clareza: • O domínio 2 começa com alturas extremamente grandes (ab- surdas) e seções de aço muito pequenas, por exemplo: para valores de βx próximos a zero a altura útil tende para o infinito e a armadura para zero (para βx = 0,01 obteve-se d = 278,1 cm e As = 1,16 cm2). A menor altura útil obtida no domínio 2 foi na interface com o domínio 3, com βx = βx23 = 0,259 na qual obtivemos d = 57,5 e As = 6,24 cm2 (solução 02), ou seja, nes- se exemplo em particular as alturas úteis no domínio 2 variam UNIUBE 149 de 400/500 a 57,5 cm e as seções de aço de aproximadamen- te 1,0 a 6,24 cm2. Em síntese, a altura útil sofreu uma redução superior a 85% e a armadura um aumento superior a 600%. Assim, o domínio 2 tem como característica seções de grande al- tura e pouco aço e as seções dimensionadas nesse domínio são conhecidas como seções subarmadas. Essa grande seção de con- creto é mal aproveitada (0 ≤ εc ≤ 3,5 ‰) e a reduzida seção de aço trabalha no limite (εs = cte. = 10 ‰, σs.= cte. = fyd). Nesse domínio, a ruptura ocorre por escoamento do aço - colapso por meio de de- formações excessivas da armadura - e, portanto, antes do colapso há a ocorrência de fissuras, trincas etc. • O domínio 3 começa com os resultados da segunda solução e termina com os da terceira, ou seja, a altura útil é reduzida de 57,5 para 40,43 cm e a armadura é aumentada de 6,24 para 10,64 cm2. Veja que a altura útil foi reduzida em 17,07 cm (29,7%) e a armadura foi aumentada em 4,4 cm2 (70,5%). Como as reduções de altura foram da ordem de 30% e o aumento da seção de aço da ordem de 70%, à primeira vista pode pare- cer antieconômico, pois coloca-se muito mais aço para reduzir um pouco a altura. Mas não se pode esquecer que alturas grandes, além de problemas relativos ao pé direito (esquadrias de portas e janelas), implicam em maior área lateral de formas e, o custo das formas é alto, daí a busca pelas menores alturas. Ressaltamos que no domínio 3 obtêm-se seções mais coerentes para o concreto e para o aço, pois nesse domínio o concreto traba- lha com deformações de encurtamento máximas εc = cte. = 3,5 ‰ e o aço com deformações de alongamento no patamar e, conse- quentemente, com tensões máximas (εyd ≤ εs ≤ 10 ‰ , σs.= cte. = fyd). As seções neste domínio são denominadas seções normalmente 150 UNIUBE armadas. O concreto e o aço desenvolvem ao máximo suas capa- cidades resistentes, constituindo-se, portanto, o melhor dimensio- namento, tanto do ponto de vista econômico como do funcional. • O domínio 4 começa com os resultados da solução 03 (para βx34 = 0,628 obteve-se d = 40,43 cm e As = 10,64 cm2) e termi- na com resultados similares aos da solução 05 (para βx = 0,98 obteve-se d = 35,91 cm e As = 436,15 cm2, ou seja, a altura útil é reduzida em 4,52 cm (11,18%) e a armadura é aumenta- da 7,13 cm2 (superior a 4000%). À medida que βx tende para 1, tem-se uma pequena redução da altura útil e a seção de aço tende para o infinito, trabalhando com menos de 3,5% de sua capacidade mas...., vamos deixar para lá, afinal, o valor da seção de aço encontrado é tão absurdo que não há condições de colocar esta armadura na seção de concreto. O domínio 4 caracteriza-se pelas seções de concreto com as me- nores alturas e, menor altura significa menores áreas de formas (área lateral). Essa é uma característica importante, pois as formas têm um custo significativo no custo do metro cúbico de concreto armado. Entretanto, o aumento exponencial da seção de aço e o mau aproveitamento dessa armadura, a redução da tensão do aço que se acentua à medida que se aprofunda no domínio 4, tornam proibitivo o dimensionamento neste domínio. As seções dimensio- nadas no domínio 4 são conhecidas como seções superarmadas, nas quais grandes seções de aço trabalham com tensões reduzi- das (0 ≤ εs ≤ εyd,. 0 ≤ σs ≤ fyd). Além dos problemas relativosà armadura o dimensionamento no domínio 4 apresenta também problemas relativos ao concreto. Como foi visto, é nesse domínio que se obtém as menores alturas e os maiores valores de βx (βx34 ≤ βx ≤ 1), ou seja, as menores UNIUBE 151 seções transversais (menores alturas úteis) com as maiores se- ções de concreto comprimido (maiores valores de βx) e pior, com deformações de encurtamento máximas (εc = cte. = 3,5 ‰).. Em síntese, as seções no domínio 4 entram em colapso mediante o esmagamento do concreto, o que é muito ruim, pois é uma ruptura sem “avisos” (fissuras, trincas etc.). Veja que os valores obtidos na solução 4 com βx = 0,8, ou seja, na região média do domínio 4 (d = 37,6 cm e As = 29,81 cm2) compa- rados aos obtidos com βx34 = 0,628 mostram uma pequena redução da altura que em alguns casos pode ser interessante, ou até mes- mo necessária. A seção de aço triplicou (10,64 para 29,81 cm2), ou seja, um aumento considerável, mas nada absurdo como os 436 cm2 obtidos para βx = 0,98. IMPORTANTE! Concluindo essa pequena discussão, estabeleçamos o seguinte: o aumento significativo da seção de aço e a ruptura por esmagamento do concreto inviabilizam o dimensionamento no domínio 4, portanto, não se dimensiona no domínio 4. Mas e aquela pequena redução de 5 a 10% na altura útil que o domínio 4 nos propicia? Como será visto adiante, isso será possível por meio da armadura dupla. IMPORTANTE! Domínio 2 SUBarmadas: pouco aço MUIIITO CONCRETO Domínio 3 NORMALMENTE armadas: aço e concreto normais Domínio 4 SUPERarmadas: MUIIITO AÇO e pouco concreto 152 UNIUBE A Figura 50 apresenta as seções transversais com os resultados dos cálculos efetuados. As soluções 01 e 05 feitas com objetivos meramente didáticos foram descartadas por apresentarem resulta- dos absurdos e, para representar um dimensionamento dentro do domínio 2 foi acrescentada uma solução com βx = 0,05. A seção de aço é representada por um círculo de área equivalente. Essa figura explicita com bastante clareza as equações de equilíbrio no dimensionamento do concreto e o dimensionamento em cada do- mínio. O domínio dois, por exemplo, usa pouco a resultante das ten- sões e “abusa” do braço de alavanca para o momento reativo. Analogamente, no domínio 4 ocorre o inverso. Nesse domínio têm-se as maiores profundidades da linha neutra (x34 ≤ x ≤. d) e, consequentemente, os blocos de tensões de maior altura (y = 0,8 x) e as maiores resultantes do concreto comprimido, im- plicando em maiores resultantes do aço tracionado. Conforme a equação 8 ( . . .f f cc stM R z R zγ = = ), como Rcc = Rst são maiores, o braço z = d-y/2 sendo inversamente proporcional, é pequeno, o que explica as menores alturas no domínio 4. UNIUBE 153 Figura 50 – Representação das seções transver- sais calculadas nos domínios 2, 3 e 4 Fonte: o autor 4.7 Durabilidade das estruturas de concreto Antes de prosseguirmos no equacionamento do concreto armado precisamos ver melhor essa questão da durabilidade do concreto armado. Esse conceito de durabilidade foi incluído na NBR 6118 (2003), pois até então a norma de concreto tinha como caracterís- tica o estado limite último, ou seja, uma série de regulamentações para que os elementos de concreto armado não entrassem em 154 UNIUBE colapso, não chegassem à ruptura. A partir de 2003, esta norma adotou a premissa de que a estrutura de concreto além de não atingir o estado limite último, seja durável, ou seja, ao longo de sua vida útil conserve suas características de segurança, estabilidade e aptidão à utilização para a qual foi projetada. Observa-se que o conceito de vida útil implica na utilização ade- quada e em manutenções periódicas que devem ser prescritos pelo projetista e pelo construtor (manual de utilização – conforme item 25.4 da NBR 6118 (2003)). 4.7.1 Agressividade do ambiente A exposição da estrutura à ação do meio ambiente está sujeita à agressividade ambiental por meio de ações físicas e químicas, por exemplo, regiões industriais, regiões próximas ao litoral etc. A Tabela 13 apresenta a classificação da agressividade ambiental. Tabela 13 – Classes de agressividade ambiental Classe de agressivida- de ambiental Agressividade Classificação geral do tipo de ambiente para efeito de projeto Risco de deterio- ração da estrutura I Fraca Rural Insignificante Submersa II Moderada Urbana1, 2 Pequeno III Forte Marinha Grande Industrial IV Muito forte Industrial 1,3 Elevado Respingos de maré Fonte: NBR 6118. (2003) - Tabela 6.1 UNIUBE 155 No desenvolvimento do projeto devem ser adotados alguns crité- rios visando a durabilidade da estrutura, por exemplo: • devem-se tomar os cuidados necessários para evitar o acú- mulo de águas de chuva ou de águas de limpeza e lavagem, sobre as superfícies das estruturas de concreto, assim como a proteção das juntas de movimento ou de dilatação, os topos de platibandas, paredes, beirais etc. • deve-se também evitar formas arquitetônicas e estruturais que possam reduzir a durabilidade da estrutura e prever aces- sos para inspeção nas partes da estrutura que necessitem manutenção, tais como: aparelhos de apoio, caixões, inser- tos, impermeabilizações e outros. A. Qualidade do concreto de cobrimento A durabilidade das estruturas é altamente dependente das carac- terísticas do concreto e da espessura e qualidade do concreto do cobrimento da armadura. A relação água/cimento tem grande influ- ência na resistência à compressão e na durabilidade do concreto. A Tabela 14 fornece os valores máximos da relação água/cimento para as diferentes classes de agressividade. 156 UNIUBE Tabela 14 – Correspondência entre classe de agressividade e qualidade do concreto Concreto Armado Classe de agressividade (Tabela 13) I II III IV Relação água/cimento em massa ≤ 0,65 ≤ 0,60 ≤ 0,55 ≤ 0,45 Classe de concreto (NBR 8953) ≥ C20 ≥ C25 ≥ C30 ≥ C40 Fonte: NBR 6118. (2003) - Tabela 7.1 B. Cobrimento (proteção) da armadura A proteção da armadura visa principalmente evitar o processo de cor- rosão dos aços, que ocorre com a simples umidade do ar, compro- metendo a vida útil da estrutura. Esta proteção se aplica a qualquer barra da armadura, inclusive as de distribuição, de montagem e estri- bos e, normalmente, é feita com uma camada de concreto com uma espessura mínima em função da classe de agressividade ambiental. A Tabela 15 fornece os cobrimentos nominais, para estruturas em con- creto armado, em função da agressividade ambiental. cobrimento nominal = cobrimento mínimo + tolerância de execução cnom = cmin + ∆c Nas obras correntes o valor de ∆c (tolerância de execução) deve ser maior ou igual a 10 mm permitindo-se a redução para 5 mm quando ficar explícito nos desenhos de projeto a obrigatoriedade de controles de qualidade e rígidos limites de tolerância da variabilidade das medi- das durante a execução (exigências de controle rigoroso). UNIUBE 157 Tabela 15 – Cobrimentos nominais (∆c = 10mm) referentes à classe de agressi- vidade ambiental Componente ou elemento de con- creto armado Classe de agressividade ambiental (Tabela 13) I II III IV Cobrimento nominal mm Laje 20 25 35 45 Viga/Pilar 25 30 40 50 Fonte: NBR 6118. (2003) - Tabela 7.2 O cobrimento nominal mínimo para qualquer barra da armadura deve ser: a. cnom ≥ φbarra; b. cnom ≥ φfeixe = φn = φ√n c. cnom ≥ 0,5 φbainha. d. dmáx ≤ 1,2 cnom Nas lajes e vigas revestidas com argamassa de contrapiso, com revestimentos finais de cerâmica, carpete e madeira, as exigências da Tabela 15 para cobrimentos da face superior de lajes e vigas podem ser substituídas pelos cobrimentos nominais dados em a), b), c) e d), respeitado um valor mínimo ≥ 15 mm. Nas faces inferiores de lajes e vigas de reservatórios, estações de tratamento de água e esgoto, condutos de esgoto, canaletas de 158 UNIUBE efluentes e outras obras em ambientes química e intensamente agressivos, a armadura deve ter cobrimento nominal ≥ 45 mm. Em condiçõesde exposição adversas devem ser tomadas medidas especiais de proteção e conservação do tipo: aplicação de reves- timentos hidrofugantes e pinturas impermeabilizantes sobre as su- perfícies do concreto, revestimentos de argamassas, de cerâmicas ou outros sobre a superfície do concreto, galvanização da armadu- ra, proteção catódica da armadura e outros. Para que o posicionamento da armadura dentro da forma não seja alterado, mesmo durante a concretagem e vibração do concreto, conservando o cobrimento de concreto especificado em projeto, é feito usando distanciadores, vistos anteriormente no Capítulo III. 4.8 Detalhamento da armadura na seção Já vimos que a NBR 7480 (1996) especifica as barras e fios de aço destinados a armaduras de concreto armado. Em conformidade com essa norma a Tabela 16 apresenta os diâmetros, suas massas e seções das barras. Determinada a seção de aço As, deve-se transformar essa arma- dura em um número de barras com seção maior ou igual à seção de aço calculada e distribuí-las na seção. Essas barras podem ser isoladas, normalmente usadas, ou agrupadas em duas, três ou quatro barras formando um feixe. Quando agrupadas em feixes elas são consideradas como uma barra isolada com diâmetro igual ao do círculo de área UNIUBE 159 equivalente, sendo dado então, o mesmo tratamento das barras. A Tabela 17 apresenta as áreas e diâmetros equivalentes dos feixes permitidos por norma. Por exemplo, consideremos um feixe formado por três barras de 12,5 mm. Tabela 16 – Tabela de ferros φ massa Área em função do número de barras mm kg/m 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 5 1,154 0,20 0,39 0,59 0,78 0,98 1,18 1,37 1,57 1,76 1,96 - 3,0 5,5 8,0 10,5 13,0 15,5 18,0 20,5 23,0 6,3 0,245 0,31 0,62 0,94 1,25 1,56 1,87 2,18 2,5 2,81 3,12 - 3,3 5,9 8,5 11,2 13,8 16,4 19,0 21,7 24,3 8 0,395 0,5 1,01 1,51 2,01 2,52 3,02 3,52 4,02 4,53 5,03 - 3,6 6,4 9,2 12 14,8 17,6 20,4 23,2 26 10 0,617 0,79 1,57 2,36 3,14 3,93 4,71 5,5 6,28 7,07 7,85 - 4 7 10 13 16 19 22 25 28 12,5 0,963 1,23 2,45 3,68 4,91 6,14 7,36 8,59 9,82 11,04 12,27 - 4,5 7,8 11 14,3 17,5 20,8 24 27,3 30,5 16 1,578 2,01 4,02 6,03 8,04 10,06 12,07 14,08 16,09 18,1 20,11 - 5,2 8,8 12,4 16 19,6 23,2 26,8 30,4 34 20 2,466 3,14 6,28 9,43 12,57 15,71 18,85 21,99 25,14 28,28 31,42 160 UNIUBE - 6 10 14 18 22 26 30 34 38 22 2,984 3,8 7,6 11,4 15,2 19,01 22,81 26,61 30,41 34,21 38,01 - 6,6 11 15,4 19,8 24,2 28,6 33 37,4 41,8 25 3,853 4,91 9,82 14,73 19,64 24,55 29,45 34,36 39,27 44,18 49,09 - 7,5 12,5 17,5 22,5 27,5 32,5 37,5 42,5 47,5 32 6,313 8,04 16,08 24,13 32,17 40,21 48,25 56,29 64,34 72,38 80,42 - 9,6 16 22,4 28,8 35,2 41,6 48 54,4 60,8 40 9,865 12,57 25,13 37,7 50,26 62,83 75,4 87,96 100,53 113,09 125,66 - 12 20 28 36 44 52 60 68 76 Fonte: NBR 7480 Tabela 17 – Barras agrupadas em feixes UNIUBE 161 Fonte: o autor 4.9 A altura e a altura útil É importante que se diferencie o conceito de “altura” e “altura útil”. A altura é a espessura total da laje, da viga ou de um elemento estrutural qualquer, enquanto a altura útil é a distância do centro de gravidade da armadura até a borda comprida do elemento. A Figura 51 exemplifica para o caso das lajes e das vigas, a diferença entre estas duas “alturas”, ou seja: cgh d y= + Equação 12 Onde ycg é a distância do centro de gravidade da armadura até a borda tracionada. Figura 51 – Centro de massa (ou de gravidade) da armadura em lajes e vigas Fonte: o autor Obs.: Não se fará distinção entre centro de gravidade, de massa ou centroide da seção, pois todas as barras têm o mesmo peso especí- fico (do aço) e são representadas na seção transversal do elemento. Normalmente, adotam-se para as alturas das vigas valores múltiplos 162 UNIUBE de 5,0 cm e, para as lajes, valores múltiplos de 0,5 cm. Para melhor entendimento desta variável “ycg”, a Figura 52 detalha a seção da viga anterior. Figura 52 – Detalhamento do ycg da armadura em vigas Fonte: o autor Conforme a NBR 6118 (2003) – itens 18.2.1 e 18.3.2.2, o arranjo das armaduras além de atender à sua função estrutural deve pos- sibilitar condições adequadas de execução, particularmente com relação ao lançamento e ao adensamento do concreto. Dessa for- ma, os espaços devem prever a introdução de vibradores, impedir a segregação dos agregados e a ocorrência de vazios no interior do elemento estrutural. A Figura 53 mostra o detalhamento de uma seção em relação aos espaçamentos das barras. IMPORTANTE! O espaçamento mínimo livre entre as faces das barras longitudi- nais, medido no plano da seção transversal, deve ser igual ou su- perior ao maior dos seguintes valores: a) na direção horizontal (eh): UNIUBE 163 20 mm; diâmetro da barra, do feixe ou da luva; 1,2 vezes o diâmetro máximo do agregado. he ≥ b) na direção vertical (ev): 20 mm; diâmetro da barra, do feixe ou da luva; 0,5 vezes o diâmetro máximo do agregado. ve ≥ Figura 53 – Detalhamento transversal – espaçamento entre barras Fonte: o autor O centro de massa das barras é determinado conforme os concei- tos ministrados em “Mecânica dos Sólidos”. O diâmetro do estribo será visto mais adiante no tópico Cisalhamento, sendo normalmen- te usados, para as vigas de edifícios, ferros de 5,0 ou 6,3 mm. Vamos exemplificar o cálculo do centro de massa da armadura. Para a seção da figura anterior, suponhamos que a primeira cama- da seja composta por 2 φ 12,5 mm (nas extremidades) e 1 φ 10,0 mm (no centro); e a segunda camada por 2 φ 10,0 mm. 164 UNIUBE Nesse exemplo, os espaçamentos vertical e horizontal serão ado- tados iguais a 2,0 cm e como eixo de referência, para o cálculo do centro de massa, será adotado a borda inferior da primeira camada. Conforme a Figura 54, as barras alinhadas na horizontal formam uma seção única Asi, sendo a distância do seu centro de massa ao eixo de referência yi, calculada conforme segue: Figura 54 – Determinação do “cg” d armadura Fonte: o autor Asi barras seção yi As1 2 φ 12,5 mm 2,5 cm2 0,625 cm As2 1 φ 10,0 mm 0,8 cm2 0,5 cm As3 2 φ 10,0 mm 1,6 cm2 3,75 cm ( ) ( ) ( )1 1 2 2 3 3. . . .sTOTAL s s sA cg A y A y A y= + + ( ) ( ) ( )1 1 2 2 3 3. . . 7,9625 1,625 cm 4,9 s s s sTOTAL A y A y A y cg A + + = = = A seguir, apresentamos na Tabela 18, as combinações usuais de fer- ros para edifícios, de barras de diâmetros iguais ou diferentes, e dis- postas em uma ou duas camadas. Para cada combinação de barras, apresentamos a largura necessária b0 (face externa a face externa das UNIUBE 165 barras), o valor de As apenas para a camada inferior e o valor de As para as duas camadas, a armadura total, e o centro de massa da ar- madura (cg) também para a camada inferior e para as duas camadas. Observe que a opção pelo “cg” deve-se ao fato de que este depende apenas da armadura, enquanto o “ycg” depende também do cobrimen- to “c” e do diâmetro do estribo “φt”, que são variáveis. Tabela 18 – Tabela de Ferros – Combinações usuais de armaduras em edifícios Camada inferior Camada superior - duas barras no diâmetro indicado Valores de As e cg (correspondentes às duas camadas) φ b0 As 6,3 8,0 10,0 12,5 16,0 20,0 22,2 25,0 2φ6,3 3,26 0,62 0,32 1,25 1,63 3φ6,3 5,89 0,94 0,32 1,56 1,37 2φ8,0 3,60 1,01 0,40 1,63 1,44 2,01 1,80 2φ8,0 +1φ6,3 6,23 1,32 0,38 1,94 1,26 2,32 1,60 3φ8,0 6,40 1,51 0,40 2,13 1,20 2,52 1,52 4φ8,0 9,20 2,01 0,40 2,64 1,04 3,02 1,33 2f10,0 4,00 1,57 0,50 2,58 1,63 3,14 2,00 166 UNIUBE 2f10,0 +1φ8,0 6,80 2,07 0,48 3,08 1,43 3,64 1,78 2f10,0 +1f12,5,0 7,25 2,80 0,55 4,37 1,70 2f10,0 +2φ8,0 9,60 2,58 0,46 3,58 1,29 4,15 1,61 3f10,0 7,00 2,36 0,50 3,36 1,37 4,93 1,70 4f10,0 10,00 3,14 0,50 4,15 1,20 4,71 1,50 2f12,5 4,50 2,45 0,63 4,02 1,85 4,91 2,25 2f12,5 +1f10,0 7,50 3,24 0,59 4,81 1,62 5,69 2,01 2f12,5 +1f16 8,10 4,46 0,70 6,92 1,95 2f12,5 +2f10,0 10,50 4,02 0,58 5,59 1,47 6,48 1,83 3f12,5 7,75 3,68 0,63 5,25 1,56 6,141,93 4f12,5 11,00 4,91 0,63 6,48 1,39 7,36 1,71 2f16,0 5,20 4,02 0,80 6,47 2,10 8,04 2,60 UNIUBE 167 2f16,0 +1f12,5 8,45 5,25 0,76 7,70 1,86 9,27 2,34 2f16,0 +1f20 9,20 7,16 0,89 11,18 2,30 2f16,0 + 2f12,5 11,70 6,47 0,73 8,93 1,69 10,49 2,14 3f16,0 8,80 6,03 0,80 8,48 1,79 10,05 2,24 4f16,0 12,40 8,04 0,80 10,49 1,60 12,06 2,00 Seção de ferros em cm2 - centro de massa da armadura em cm Camada inferior Camada superior - duas barras no diâmetro indicado Valores de As e cg (correspondentes às duas camadas) φ b0 As 6,3 8,0 10,0 12,5 16,0 20,0 22,2 25,0 2f20,0 6,00 6,28 1,00 10,30 2,48 12,57 3,00 2f20,0 +1f16,0 9,60 8,29 0,95 12,31 2,21 14,58 2,70 2f20,0 +1f22 10,60 10,09 1,04 16,37 2,71 2f20,0 +2f16,0 13,20 10,30 0,92 14,32 2,01 16,59 2,47 3f20,0 10,00 9,43 1,00 13,45 2,14 15,71 2,60 168 UNIUBE 4f20,0 14,00 12,57 1,00 16,59 1,92 18,85 2,33 2f22 6,60 7,60 1,10 13,89 3,05 15,20 3,30 2f22 +1f20,0 10,80 10,74 1,07 17,03 2,67 18,35 2,91 2f22 +1f25 11,90 12,51 1,16 20,11 3,03 2f22 +2f20,0 15,00 13,89 1,05 20,17 2,41 21,49 2,62 3f22 11,00 11,40 1,10 17,69 2,63 19,01 2,86 4f22,2 15,40 15,20 1,10 21,49 2,36 22,81 2,57 2f25,0 7,50 9,82 1,25 17,42 3,37 19,64 3,75 2f25,0 +1f22 12,20 13,62 1,21 21,22 2,96 23,44 3,32 2f25,0 +2f22 16,90 17,42 1,18 25,02 2,67 27,24 3,01 3f25,0 12,50 14,73 1,25 22,33 2,90 24,55 3,25 4f25,0 17,50 19,64 1,25 27,24 2,60 29,45 2,92 Seção de ferros em cm2 - centro de massa da armadura em cm Fonte: o autor UNIUBE 169 Camada inferior (trabalha-se apenas com uma camada). Camada superior (trabalha-se com as duas camadas). Número superior (As) - seção de aço Número inferior (cg) - centro de massa da armadura. cg ty cg c φ= + + e cgh d y= + 0 hb eφ= Σ + Σ e 0 2 2w tb b c φ= + + Sendo: c = cobrimento, φt = diâmetro do estribo e φl = diâmetro da armadura longitudinal (tração). Um último exemplo para vermos a relação entre a solicitação e o compor- tamento da seção. Agora, vamos fixar a seção e variar a carga aplicada na viga para analisarmos sua seção mais solicitada (meio do vão). Considere-se uma viga biapoiada com vão de 4,0 m, submetida a uma carga distribuída p. Para o concreto adota-se fck = 20 MPa, Aço CA 50, e seção 15x45 (bw = 15 e h = 45 cm). 170 UNIUBE Veja o comportamento de βx (profundidade da linha neutra) e da armadura, para valores crescentes de p (seção 15x45, peso pró- prio de ≈ 1,69 kN/m). À medida que a solicitação aumenta, βx au- menta, a resultante de concreto comprimido é maior e, portanto, a área de aço é maior (Rst = Rcc). Tabela 19 – Dimensionamento de uma seção 15x45 cm variando a solicitação p kN/m Mf kN.m Mfd kN.cm d ≈ βx εs ‰ σs (kN/ cm2) As (cm2) 2,5 5 700 42 0,028 10 43,478 0,39 5,0 10 1400 42 0,056 10 43,478 0,79 7,5 15 2100 42 0,085 10 43,478 1,20 10,0 20 2800 42 0,114 10 43,478 1,60 12,5 25 3500 42 0,145 10 43,478 2,04 15,0 30 4200 42 0,176 10 43,478 2,48 17,5 35 4900 42 0,208 10 43,478 2,93 20,0 40 5600 41,5 0,248 10 43,478 3,45 20,815 41,63 5828,2 41,5 0,259 10 43,478 3,60 22,5 45 6300 41,5 0,283 2,07 a 10 43,478 3,94 25,0 50 7000 41,5 0,320 2,07 a 10 43,478 4,45 27,5 55 7700 40,5 0,380 2,07 a 10 43,478 5,16 30,0 60 8400 40,5 0,423 2,07 a 10 43,478 5,74 32,5 65 9100 40,5 0,469 2,07 a 10 43,478 6,37 35,0 70 9800 40 0,535 2,07 a 10 43,478 7,17 37,5 75 10500 40 0,589 2,07 a 10 43,478 7,90 As* 39,139 78,28 10959 40 0,628 2,07 a 10 43,478 8,42 (cm2) 40,0 80 11200 40 0,649 0,00189 39,690 9,53 8,727 41,0 82 11480 40 0,674 0,00169 35,490 11,07 9,076 42,0 84 11760 39 0,764 0,00108 22,680 19,14 10,038 43,0 86 12040 39 0,798 0,00089 18,690 24,26 10,483 44,0 88 12320 39 0,834 0,00070 14,700 32,24 10,966 UNIUBE 171 45,0 90 12600 39 0,874 0,00050 10,500 47,30 11,489 46,0 92 12880 39 0,919 0,00031 6,510 80,22 12,090 As* - armadura calculada com σs = fyd apenas para evidenciar o aumento da seção de aço As devido à redução da tensão do aço. Fonte: o autor IMPORTANTE! Veja que cada linha da Tabela 19 é um exercício, pasme... com resposta! Observe que neste exemplo foi dada a altura da viga e, neste caso, o valor da altura útil deve ser estimado e, posteriormente, conferido. Veja: a. Para uma carga de 5,0 kN/m obteve-se As = 0,79 cm2 e, confor- me a Tabela 18 para 3 φ 6,3 As = 0,94, b0 = 5,89 e cg = 0,32. Como 0 2 2w tb b c φ= + + , b0 ≤ 15 – 2 (2,0 + 0,5) ∴ b0 ≤ 10,0 cm ∴ ok!!! As 3 barras cabem em 1 camada Como cg ty cg c φ= + + ycg = 0,32 + 2,0 + 0,5 = 2,82 cm cgh d y= + ∴ cgd h y≤ − ∴ d ≤ 45 – (≈3,0) = 42,0 cm ∴ ok! Foi adotado um valor correto para a altura útil. 172 UNIUBE b. Para uma carga de 25,0 kN/m obteve-se As = 4,45 cm2 e, conforme a Tabela 18: Para (4 φ 10) + (2 φ 10) As = 4,71 cm2 b0 = 10 ≤ 10,0 cm e cg = 1,5 ∴ d ≤ 45 – 4 = 41,0 cm ok! Para (2 φ 12,5) + (2 φ 12,5) As = 4,91 cm2 b0 = 4,5 ≤ 10,0 cm e cg = 2,25 ∴ d ≤ 45–4,75 ≈ 40 cm ok! Para (2 φ 12,5 + 1 φ 10) + (2 φ 10) As = 4,81 cm2 b0 = 7,5 ≤ 10,0 cm e cg = 1,62 ∴ d ≤ 45–4,12 ≈ 40,5 cm ok! Para (2 φ 12,5 + 1 φ 16) As = 4,46 cm2 b0 = 8,1 ≤ 10,0 cm e cg = 0,70 ∴ d ≤ 45–3,2 ≈ 41,5 cm ok! Ainda é um pouco cedo para discutirmos qual a melhor das opções anteriores, mas a princípio, o valor de d deveria ser alterado para viabilizar a primeira ou a terceira alternativa por serem mais eco- nômicas. A quarta alternativa é a única com o valor correto de d, porém, a mais antieconômica. Como parâmetro para adoção da armadura, a escolha mais viável tanto técnica quanto econômica é a de barras de menor diâmetro, ou seja, um número de barras próximo ao que preenche a primeira ca- mada e mais duas barras na segunda camada. A última alternativa é a que mais se aproximou da seção calculada para a seção transversal, mas longitudinalmente, é a que dará maior peso de aço. UNIUBE 173 Os exemplos apresentados na Tabela 19 mostram que o aumento do esforço solicitante tem como consequência o aumento do esfor- ço reativo, ou seja: à medida que a solicitação aumenta, βx aumen- ta, a resultante de concreto comprimido é maior e, portanto, a área de aço é maior (Rst = Rcc). DICA A Figura 55 mostra a relação entre a seção de aço e o momento fletor característico apresentados na Tabela 19. Nessa figura é bas- tante nítida a relação aproximadamente linear nos domínios 2 e 3 (até Mf34 = 78,06 kN.m) e o crescimento exponencial da armadura no domínio 4. 174 UNIUBE Figura 55 – Diagrama As x Mfk para uma seção transversal 15x45 Fonte: o autor Vamos analisar os exemplos efetuados para p = 39,03 e 43,0 kN/m apresentados na Tabela 19. p kN/m Mf kN.m Mfd kN.cm d ≈ kc βx εs ‰ σs (kN/cm2) As (cm2) 39,03 78,06 10928,4 40,0 2,196 0,628 2,07 a 10 43,478 8,419 43,0 86,0 12040 39,0 1,895 0,802 0,8641 18,146 25,117 Como vimos anteriormente, o aumento da solicitação implica em um aumento da resultante de concreto comprimido, ou seja, como Rcc = Ac.σc = (0,8.bw.x) . (0,85.fcd) o aumento da solicitação implica em um aumento da profundidade da linha neutra, pois a tensão de compressão do concreto (fcd) e a largura da seção (bw) são cons- tantes. A Figura 56 apresenta as seções transversais dos exemplos UNIUBE 175 analisados e mostra um fator relevante ao dimensionamento: o au- mento da profundidade da linha neutra implica em uma redução do braço do momento reativo. ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ). . . .0,8. . 0,85 . 0,8. 2f f c c w cdM A z b x f d xγ σ= = − Figura 56 – Situação esquemática das seções trans- versais para βx = 0,628 e 0,802 Fonte: o autor O momento fletor teve um incremento de 78,06 para 86,0 kN.m (+ 10%) correspondente ao aumento da área de concreto comprimido (bw . 0,8x) de 300 para 374,4 cm2 (+25%) e, à redução do braço dos momentos fletores de 30 para 26,5 cm (-11,67%). Observe que 1,25 . 0,8833 ≅ 1,1, ou seja, a redução do braço do momento acarreta um aumento 25% na altura da área de concretocomprimido (bw é cons- tante) para responder ao aumento de 10% no momento solicitante. 4.10 Armadura dupla Antes de equacionarmos a armadura dupla voltemos ao exemplo 176 UNIUBE apresentado na Figura 56 para apresentarmos seu conceito. A so- lução do problema com armadura simples inicia-se pela determi- nação de βx por meio da equação 8 e, como βx > βx34, pela deter- minação de εs usando a equação 10 e σs pela lei de Hooke, e finalmente determinar a armadura utilizando a equação 7. Nesse exemplo o momento fletor de 78,06 kN.m implicou em βx = βx34 e, portanto, qualquer incremento na solicitação implicará em βx > βx34, ou seja, a seção trabalhando no domínio 4 e, conse- quentemente, com a redução na tensão do aço para 18,146 kN.cm e o aumento brutal da armadura. O aumento do momento fletor para 86,0 kN.m implicou em um aumento na altura do bloco de tensões do concreto comprimido (y = 0,8x) de aproximadamente 20 cm para y ≅ 24,96 cm, ou seja, um aumento de 4,96 cm e, portanto, um incremento na área igual a 15x4,96 = 74,4. Dessa forma, o incremento na resultante de con- creto comprimido será: R*cc = A*c * fcd = 74,4 * (0,85*2/1,4) ≅ 90,34 kN O conceito da armadura dupla é o de manter a seção no domínio 3, portanto com um braço de alavanca maior e com σs = fyd. O braço de alavanca maior implicará em uma resultante de compres- são menor, porém superior à que o concreto comprimido poderá propiciar e, essa diferença será proporcionada por uma pequena armadura de compressão, pois esta trabalhará com um braço de alavanca maior que o do concreto. Veja o dimensionamento apre- sentado nas Figuras 57 e 58. UNIUBE 177 Figura 57 – Armadura dupla: contribuição do concreto comprimido Fonte: o autor Como se pode ver o concreto contribui com 10963,1 kN.cm para um momento solicitante total de 12040 kN.cm, ou seja, a igualdade colocada na Figura 57 está incorreta pois faltam 1076,9 kN.cm para que ela se verifique. Essa parcela de momento será fornecida por uma pequena quantidade de aço comprimido, assim, os momentos resistentes são mostrados na Figura 58. Figura 58 – Armadura dupla: contribuição do aço comprimido 178 UNIUBE Fonte: o autor Considerando cobrimento de 2,0 cm, estribos de 5,0 mm e barras de diâmetro inferior a 10 mm, dispostas em uma camada, adota-se d’ = 3,0 cm e z’ = d – d’ = 37 cm; e a seção de aço comprimido pode ser determinada por: ( )' ' '1076,9 . .s sM A zσ∆ = = ' 21076,9 0,67 cm50 .37 1,15 sA = = Até agora verificamos que para uma seção 15x45 cm, com fck = 20 MPa e armada com aço CA 50, a resultante de concreto com- primido (Rcc) correspondente a βx = β34 e a resultante de uma ar- madura de compressão com seção igual a 0,67 cm2 produzem um momento resistente igual a 86,0 kN.m, ou seja, até aqui aplicamos a equação 0MΣ = . Se aplicarmos agora 0FxΣ = determinamos a armadura de tração. Conforme apresentado na Figura 58 à seção relativa ao concreto com- primido corresponde uma armadura de tração As1 e, à relativa ao aço comprimido corresponde uma armadura de tração As2, desse modo: 2 1 1 0,68. . . . 0,68.15.40.1,429.0,628. 8,42 cm 43,48 w cd x s yd cc s yd b d fA f R A f β = = = = ' ' 2 2 2. 0,67 cms yd sc yd yd s sA f R f f A A= = = = Portanto: 2 1 2 8, 42 0,67 9,09 cms s sA A A= + = + = Neste exemplo foram adotados alguns valores que serão detalha- dos adiante, por exemplo, f’yd = fyd, valores adotados para d’ etc. A UNIUBE 179 adoção do mesmo valor da altura útil para ambos os casos, apesar da grande diferença entre as armaduras As1 e As2, explica-se pelo fato de que o valor de d refere-se à armadura As e não às suas parcelas (As = As1 + As2). 4.10.1 Armadura dupla - equacionamento A armadura dupla, como o próprio nome diz, é o uso de duas ar- maduras: uma de tração e outra de compressão. Como já foi visto, precisa-se distinguir a situação real e o modelo adotado para equa- cioná-la. Na situação real tem-se a ocorrência apenas da armadura dupla, visto que, ao equacionarmos a armadura simples adotamos um modelo em que não se considerou os porta-estribos na região comprimida de concreto e, eles necessariamente estão lá, apenas foram considerados como armadura construtiva. Já vimos o equacionamento do concreto armado para armadura simples e, as características desse dimensionamento nos domínios 2, 3 e 4. Vimos também que, com a seção trabalhando no domínio 4, tem-se uma seção superarmada na qual o aço, em excesso, é mal aproveitado ao trabalhar com tensões inferiores a fyd. Vimos ainda que nesse domínio a ruptura se dá por esmagamento do concreto, ou seja, uma ruptura sem “avisos”. Além disso, vimos também que no domínio 4 obtinham-se as menores alturas para a seção, ou seja, além de viabilizar pés direitos menores implica em menor área de formas e, portanto, seções mais econômicas. Nesses casos, em que se precisa das reduções de altura dadas 180 UNIUBE pelo dimensionamento no domínio 4, usa-se a armadura dupla. O equacionamento da armadura dupla é análogo ao da armadu- ra simples, inclusive, as deformações e tensões apresentadas na Figura 59 são as mesmas apresentadas na Figura 46. A diferença em relação à armadura simples é que agora vamos considerar a armadura de compressão (A‘s). Figura 59 – Deformações e esforços internos resistentes na seção Fonte: o autor Equações de Equilíbrio Conforme o diagrama de esforços apresentado na Figura 59 (d): 0 0y x cc sc stF F R R RΣ = Σ = = + − Equação 13 ( )0 ' . ' 2 2f f cc sc st sc y yMf M R d R d d R d R dγ Σ = = − + − = − + Equação 14 Onde: UNIUBE 181 . .cc w cR b y σ= Resultante das tensões de compressão no concreto; .st s sR A σ= Resultante das tensões de tração na armadura; ' '.sc s sR A σ= Resultante das tensões de compressão na armadura; Mf Momento fletor característico que atua na seção em estudo. Tem-se, então: ' ' ' '. . . . 0,68. . . . . .w c s s s s w cd x s s s sb y A A b d f A Aσ σ σ β σ σ+ = ∴ + = Equação 15 ( )' ' '. . .2f f w c s s yM b y d A d dγ σ σ = − + − ∴ ( ) ( )2 ' ' '. 0,68. . . . . 1 0,4. .f f w cd x x s sM b d f A d dγ β β σ= − + − Equação 16 ' ' '. 2 2f f s s s s y yM A d A dγ σ σ = − + − ∴ ( ) ( )' ' '. . 1 0, 4. . 0, 4.f f s s x s s xM A A dγ σ β σ β= − + − Equação 17 Equações de compatibilidade Do diagrama de deformações apresentado na Figura 59 (c), tem-se: ' ' c s s x d x x d ε ε ε = = − − Equação 18 182 UNIUBE Exemplo: Dimensionar a seção transversal para a viga biapoiada ao lado, adotando-se seção 15x45 (bw = 15 e h = 45 cm), fck = 20 MPa e Aço CA 50. Mf = 86,0 kN.m Mfd = 12040 kN.cm Supondo armadura simples e d = 40 cm (ycg = 5,0 cm) Equação 8 ( )2. 0,68. . . . 1 0,4.f f w cd x xM b d fγ β β= − βx ≅ 0,729 βx > βx34 = 0,628 → domínio 4 ∴ armadura dupla Adotado d’ = 3,0 cm e βx = βx34 = 0,628 Equação 16 Equação 15 UNIUBE 183 ' '. 0,68. . . . .s s w cd x s sA b d f Aσ β σ= + 2. 366,14 29,13 395,27 9,09 cms sA Asσ = + = → = Últimas considerações: • Calculado anteriormente como armadura simples no domínio 4, obteve-se uma área de aço superior a 25 cm2 (178% a mais). • Parte da armadura de compressão já está na seção, pois cal- culada como armadura simples os porta estribos não foram considerados no cálculo. • Finalmente, determinadas as armaduras As e A’s e escolhida a armadura a ser usada é preciso verificar a seção e, se os valores adotados para d e d’ estão corretos. 4.10.2 Valores de d’ O valor de d’ é sempre adotado pelo calculista, pois seu valor pou- co se altera. Normalmente, a armadura de compressão é pequena, da ordem de 10 a 20% da armadura de tração, podendo ser dis- posta, na maioria dos casos, em uma camada. Nos casos em que a armadura de compressão é disposta em uma camada, o valor de d’ é obtido pela soma dos valores do cobrimento, do estribo e da metade do diâmetro da armadura de compressão (φLC), ou seja: 184 UNIUBE Observa-seque o cobrimento nominal depende da agressividade ambiental e o estribo, normalmente de 5,0 mm para vigas usuais, pode ter diâmetros de 6,3 ou 8,0 mm em vigas de edifícios e, de 10 ou 12,5 em longarinas de pontes. Nos casos de seções mais solicitadas e de menores larguras, nas quais é necessária a disposição da armadura em duas camadas, usa-se para d’ o mesmo critério usado para ycg e, então d’ poderá assumir valores de 4,0 a 5,0 cm. 4.10.3 Valores de 'sσ O aço é um material com características isotrópicas, porém, no concreto armado suas tensões de serviço à compressão e à tração podem ser diferentes. Enquanto seus alongamentos são limitados a 10‰, seus encurtamentos são inferiores aos máximos permitidos pelo concreto, ou seja, 3,5‰, portanto, próximo do valor de ε’yd , que para o aço CA-50 é igual a 2,07‰. Para valores de εs inferiores a ε’yd , a tensão do aço é variável. A Figura 60 mostra o diagrama de deformações da seção de concreto armado. UNIUBE 185 Figura 60 – Deformações da armadura de compressão Fonte: o autor Equação 18 ' ' c s s x d x x d ε ε ε = = − − ' ' s c x d x ε ε −= Para a armadura dupla foi adotado βx = βx34 = 0,628 (CA-50) e, como εc = 3,5‰ a equação 18 possibilita verificar a possibilidade da ocorrência de valores de σs inferiores a fyd. Para isso, basta determinar os valores de d’ para que ε’s sejam inferiores a ε’yd = 2,07‰ (CA-50). ' ' 3,5 2,07 0,628 0,256 3,5 c s c d x d dε ε ε − − = = = Como valores de d’ da ordem de 25% da altura útil são absurdos, impossíveis de ocorrer, comprova-se que a armadura de compres- são sempre terá |σ’s| = σs = f’yd. Na Tabela 20 são apresentados os valores das constantes dos aços. 186 UNIUBE Tabela 20 – Valores das constantes dos aços. Aço CA fyk fyd εyd βx34 (kN/cm2) (kN/cm2) (‰) 25 25 21,739 1,035 0,7717 50 50 43,478 2,070 0,6283 60 60 52,174 2,484 0,5848 Fonte: o autor 4.11 Cálculo mediante tabelas O uso das tabelas para o dimensionamento das seções de concre- to armado visa dar rapidez ao cálculo e, o conhecimento da elabo- ração dessas tabelas também pode ser interessante para a elabo- ração de pequenos programas e planilhas. 4.11.1 Seção retangular com armadura simples Vamos rever os conceitos e as equações para armadura simples: Equação 7 0,68. . . . .w cd x s sb d f Aβ σ= Equação 8 ( )2. 0,68. . . . 1 0,4.f f w cd x xM b d fγ β β= − Equação 10 UNIUBE 187 1 1 c s c x x x c s s c c s x xx d x ε ε ε β β β ε ε ε ε ε ε β β − = = = = − + − No domínio 2: εs = cte. = 10,0 ‰ e 0 ≤ εc ≤ 3,5‰ Como εs = cte. = 10,0 ‰ todos os aços trabalham com σs = fyd. No domínio 3: εyd ≤ εs ≤ 10,0 ‰ e εc = cte. = 3,5‰ εs é variável, sendo que: εs,23 = 10,0 ‰ e εs,34 = εyd, ou seja, todos os aços trabalham com σs = fyd, porém, ao contrário do domínio 2 onde εc variava e εs era constante, no domínio 3, εs é variável e, como cada aço tem um valor diferente para εyd, cada aço terá um valor de β34 diferente. Vamos agora analisar as equações: Veja a equação 8: ( )20,68. . . . 1 0,4.d w cd x xMf b d f β β= − ( ) 2. 0,68. . 1 0,4. w c c d ck x x b d k Mf f γ β β = = − Equação 19 Em um membro colocamos as características geométricas da viga e o momento solicitante e no outro os coeficientes de segurança (majora- ção das solicitações e minoração do concreto) e os valores referentes 188 UNIUBE à resistência característica do concreto e à posição da linha neutra. E ambos os membros iguais a KC, o coeficiente a ser tabelado. Veja agora a equação 7: 0,68. . . . .w cd x s sb d f Aβ σ= Complicou, não? A intenção era novamente dar ao aço o mesmo tratamento que foi dado ao concreto, por meio da criação de um coeficiente KS, mas a equação 7 está meio complicada. A solução seria usar a equação 9 (somatória de momentos em relação Rcc), que, como foi visto anteriormente, é redundante, podendo ser obti- da pela substituição da equação (7) na (8). (equação 9) ( ) ( ). . . . 1 0,4.f f s s xM A dγ σ β= − Agora vamos criar o coeficiente KS ( ), . 1 . 1 0, 4. s f d s x A d M σ β = − , ou seja: ( ). 1 0,4. s s yk x K e f γ β = − f s s M A K d = Equação 20 Agora criar a Tabela 21 em que para diferentes valores de βx UNIUBE 189 tabelamos Kc em função da classe do concreto (fck) e Ks em função do tipo do aço (fyk). Observações: • esta tabela é para os domínios 2 e 3. As seções com βx > βx34 serão dimensionadas para armadura dupla. • alguns autores usam o bloco de tensões (y), outros a profun- didade da linha neutra (x) e, a letra β pode ser substituída pela letra k. etc. • o valor de βx pode ser obtido a partir de kc. 2 .2,35294 2,352941,25 1,25 1 1,25 1,25 1 .. . d x c cdw cd Mf k fb d f β = − − = − − Equação 21 Tabela 21 – Valores de kc e ks 2. . 100. w d c s d f k d b d Mfk As k Mf Mf Mf d γ= = = bw e d em cm, As em cm2, Mfd em kN.cm 190 UNIUBE Valores de kc f(βx, fck) Valores de ks f(βx, fyk) βx C20 C25 C30 C40 C50 CA 25 CA 50 CA 60 0,02 51,89 41,51 34,59 25,94 20,75 4,64 2,32 1,93 D O M ÍN IO 2 0,03 34,73 27,78 23,15 17,37 13,89 4,66 2,33 1,94 0,04 26,15 20,92 17,44 13,08 10,46 4,67 2,34 1,95 0,05 21,01 16,81 14,01 10,50 8,40 4,69 2,35 1,96 0,06 17,58 14,06 11,72 8,79 7,03 4,71 2,36 1,96 0,07 15,13 12,10 10,09 7,56 6,05 4,73 2,37 1,97 0,08 13,29 10,63 8,86 6,65 5,32 4,75 2,38 1,98 0,09 11,87 9,49 7,91 5,93 4,75 4,77 2,39 1,99 0,10 10,72 8,58 7,15 5,36 4,29 4,79 2,40 2,00 0,11 9,79 7,83 6,53 4,89 3,92 4,81 2,41 2,00 0,12 9,01 7,21 6,01 4,51 3,60 4,83 2,42 2,01 0,13 8,35 6,68 5,57 4,18 3,34 4,85 2,43 2,02 0,14 7,79 6,23 5,19 3,89 3,12 4,87 2,44 2,03 0,15 7,30 5,84 4,87 3,65 2,92 4,89 2,45 2,04 0,16 6,87 5,50 4,58 3,44 2,75 4,91 2,46 2,05 0,17 6,50 5,20 4,33 3,25 2,60 4,94 2,47 2,06 0,18 6,16 4,93 4,11 3,08 2,47 4,96 2,48 2,07 0,19 5,86 4,69 3,91 2,93 2,35 4,98 2,49 2,07 0,20 5,59 4,48 3,73 2,80 2,24 5,00 2,50 2,08 0,21 5,35 4,28 3,57 2,68 2,14 5,02 2,51 2,09 0,22 5,13 4,10 3,42 2,57 2,05 5,04 2,52 2,10 0,23 4,93 3,94 3,29 2,46 1,97 5,07 2,53 2,11 0,24 4,74 3,80 3,16 2,37 1,90 5,09 2,54 2,12 0,25 4,58 3,66 3,05 2,29 1,83 5,11 2,56 2,13 0,259 4,43 3,55 2,96 2,22 1,77 5,13 2,57 2,14 0,26 4,42 3,54 2,95 2,21 1,77 5,13 2,57 2,14 D O M ÍN IO 3 0,27 4,27 3,42 2,85 2,14 1,71 5,16 2,58 2,15 0,28 4,14 3,31 2,76 2,07 1,66 5,18 2,59 2,16 0,29 4,02 3,21 2,68 2,01 1,61 5,20 2,60 2,17 0,30 3,90 3,12 2,60 1,95 1,56 5,23 2,61 2,18 0,31 3,79 3,03 2,53 1,90 1,52 5,25 2,63 2,19 0,32 3,69 2,95 2,46 1,84 1,48 5,28 2,64 2,20 0,33 3,59 2,88 2,40 1,80 1,44 5,30 2,65 2,21 0,34 3,50 2,80 2,34 1,75 1,40 5,32 2,66 2,22 0,35 3,42 2,74 2,28 1,71 1,37 5,35 2,67 2,23 0,36 3,34 2,67 2,23 1,67 1,34 5,37 2,69 2,24 0,37 3,27 2,61 2,18 1,63 1,31 5,40 2,70 2,25 0,38 3,19 2,56 2,13 1,60 1,28 5,42 2,71 2,26 0,39 3,13 2,50 2,08 1,56 1,25 5,45 2,73 2,27 0,40 3,06 2,45 2,04 1,53 1,23 5,48 2,74 2,28 UNIUBE 191 Tabela 21 – Valores de kc e ks – Continuação Valores de kc f(βx, fck) Valores de ks f(βx, fyk) βx C20 C25 C30 C40 C50 CA 25 CA 50 CA 60 0,41 3,00 2,40 2,00 1,50 1,20 5,50 2,75 2,29 D O M ÍN IO 3 0,42 2,95 2,36 1,96 1,47 1,18 5,53 2,76 2,30 0,43 2,89 2,31 1,93 1,45 1,16 5,56 2,78 2,31 0,44 2,84 2,27 1,89 1,42 1,14 5,58 2,79 2,33 0,45 2,79 2,23 1,86 1,39 1,12 5,61 2,80 2,34 0,46 2,74 2,19 1,83 1,37 1,10 5,64 2,82 2,35 0,47 2,70 2,16 1,80 1,35 1,08 5,67 2,83 2,36 0,48 2,65 2,12 1,77 1,33 1,06 5,69 2,85 2,37 0,49 2,61 2,09 1,74 1,31 1,05 5,72 2,86 2,38 0,50 2,57 2,06 1,72 1,29 1,03 5,75 2,88 2,40 0,51 2,54 2,03 1,69 1,27 1,01 5,78 2,89 2,41 0,52 2,50 2,00 1,67 1,25 1,00 5,81 2,90 2,42 0,53 2,46 1,97 1,64 1,23 0,99 5,84 2,92 2,43 0,54 2,43 1,95 1,62 1,22 0,97 5,87 2,93 2,44 0,55 2,40 1,92 1,60 1,20 0,96 5,90 2,95 2,46 0,56 2,37 1,90 1,58 1,18 0,95 5,93 2,96 2,47 0,57 2,34 1,87 1,56 1,17 0,94 5,96 2,98 2,48 0,58 2,31 1,85 1,54 1,16 0,92 5,99 2,99 2,50 0,585 2,30 1,84 1,53 1,15 0,92 6,01 3,00 2,50 0,59 2,28 1,83 1,52 1,14 0,91 6,02 3,01 0,60 2,26 1,81 1,50 1,13 0,90 6,053,03 0,61 2,23 1,79 1,49 1,12 0,89 6,08 3,04 0,62 2,21 1,77 1,47 1,10 0,88 6,12 3,06 0,628 2,19 1,75 1,46 1,09 0,88 6,14 3,07 0,63 2,18 1,75 1,46 1,09 0,87 6,15 0,64 2,16 1,73 1,44 1,08 0,86 6,18 0,65 2,14 1,71 1,43 1,07 0,86 6,22 0,66 2,12 1,70 1,41 1,06 0,85 6,25 0,67 2,10 1,68 1,40 1,05 0,84 6,28 0,68 2,08 1,66 1,39 1,04 0,83 6,32 0,69 2,06 1,65 1,37 1,03 0,82 6,35 0,70 2,04 1,63 1,36 1,02 0,82 6,39 0,71 2,02 1,62 1,35 1,01 0,81 6,42 0,72 2,01 1,61 1,34 1,00 0,80 6,46 0,73 1,99 1,59 1,33 1,00 0,80 6,50 0,74 1,98 1,58 1,32 0,99 0,79 6,53 0,75 1,96 1,57 1,31 0,98 0,78 6,57 0,76 1,95 1,56 1,30 0,97 0,78 6,61 0,77 1,93 1,55 1,29 0,97 0,77 6,65 0,772 1,93 1,54 1,29 0,96 0,77 6,66 Fonte: o autor 192 UNIUBE Exemplos com a utilização da Tabela 21, a tabela de kc e ks: a. Calcular a altura útil (d) e a área de aço (As) para seção retangular. Dados: Concreto C25 e Aço CA-50, bw = 15 cm, Mf = 100 kN.m e considerando βx = βx23.. b. Dados: Concreto C25 e Aço CA-50, b = 15 cm e d= 40,43 cm. Qual o máximo momento fletor que esta seção suporta com armadura simples e qual será a armadura? Máximo momento fletor com armadura simples → Momento Limite → βx = βx34. UNIUBE 193 MOMENTO LIMITE: máximo momento que uma seção “normal- mente armada” suporta ou, máximo momento que uma seção suporta no domínio 3. MOMENTO LIMITE ↔ βx,34, kc,34 ks,34. 4.11.2 Seção retangular com armadura dupla O máximo Momento Fletor que uma seção retangular com dimensões pré-fixadas pode suportar, com armadura simples, no domínio 3 é: 2 , , .w fd Lim c Lim b dM k = Equação 22 Quando o Momento Solicitante (Mfd) for maior que o Momento Limite (Mfd,lim) será adotado o procedimento descrito a seguir, conforme Figura 61: 194 UNIUBE Figura 61 – Deformações e esforços internos resis- tentes na seção com armadura dupla Fonte: o autor A situação “0” é a situação real, uma seção com armadura dupla (A’s de compressão e As de tração) e será decomposta em duas outras situações: • Na situação “1” as partes resistentes serão a armadura tra- cionada (As1 é uma parcela de As) e o concreto comprimido (o mesmo da situação real). • Na situação “2” as partes resistentes serão constituídas ape- nas por armaduras, uma vez que o concreto comprimido já foi considerado na situação “1”. A’s é a armadura de compressão existente na seção real e As2 é a armadura tracionada (As2 é a parcela complementar de As, tal que As=As1+As2). Seção 1. 1 34 LimiteMf Mf Mf= = UNIUBE 195 Seção 2. 2 0 1Mf Mf Mf= − Para contrapor ao Momento Fletor Mf2, há o binário formado pelas resultantes de compressão (As2 fyd) e tração (A’s σ’s). ( ) ( )' ' ' '2 2 . . . f s s s ydMf A d d A f d dγ σ= − = − Como β = βlimite = β34 as deformações nas armaduras As1 e As2 serão iguais a εyd e, portanto, as tensões serão iguais a fyd. ( ) 2 2 2 2 2 ' ' 1 1. . . 100. 1 d d s d s yd yd Mf Mf k MfA f d dd d df d = = = − − ( ) ' ' 2 2 2 ' ' '' 1 1. . . 100. 1 d d s d s s s Mf Mf k MfA d dd d d d σ σ = = = − − Ou seja: 1 2 1 2 2. .100. 100. d d s s s s s Mf MfA A A k k d d = + = + Equação 23 ' ' 2. 100.s s MfA k d = Equação 24 196 UNIUBE Determinação de σ/s para o coeficiente k’s Conforme estabelecido em 5.2 normalmente d’ varia entre 3 e 3,5 cm para armaduras dispostas em uma camada e entre 4,0 e 4,5 cm para armaduras dispostas em duas camadas e, conforme estabele- cido em 5.3, |σ’s| = σs = f’yd (Tabela 20). Assim, nas equações 23 e 24: ( ) ' 2 ' 1 . 1 s s yd k k k df d = = = − O coeficiente k pode ser tabelado em função de d’/d e do aço (fyd). Na Tabela 22 esses coeficientes são apresentados para o Aço CA 50. Tabela 22 – Valores de k’s e ks2 (domínios 2 e 3) – Aço CA 50 Fonte: o autor Vamos refazer o exemplo com armadura dupla usando as tabelas. Calcular a altura útil (d) e a área de aço (As) para uma seção re- tangular dados: Concreto C25 e Aço CA-50, b = 15 cm, Mf = 100 kN.m e conside- rando βx = 0,72. UNIUBE 197 3434 34 34 23 34 /3,5 0,628. 0,628yd yd sc x f E x d x d x x d x εε β= ⇒ = ⇒ = = − − 34 1x xβ β≤ < → domínio 4 Equação 8 ( )2. 0,68. . . . 1 0,4.f f w cd x xM b d fγ β β= − ( ) ( ) . 1, 4.10000 38,72 0,68. . . 1 0,4. 0,68.15.1,786.0,72. 1 0,4.0,72 f f w cd x x M d cm b f γ β β = = = − − Armadura dupla. βx34 = 0,628 e vamos adotar d’ = 3,0 cm (2,0 cm de cobrimento, 0,5 de estribo e 0,5 do cg de A’s). 2 2 1 34 , . 15.38,72 12850,61 1,75 w d d Lim cLim b dMf Mf Mf k = = = = = 1 214000d d dMf Mf Mf= = + 2 1149,39dMf = ks = 3,07 e d´/d = 3/38,72 ≈ 0,077 →k = ks2 = k’s = 2,5 1 1 12850,61. 3,07. 10,19 100. 100.38,72 d s s MfA k d = = = ' 2 2 2,5 1149,39. . 0,742 100 100 38,72 d s s MfkA A d = = = = 2 1 1 10,19 0,742 10,93 cms s sA A A= + = + = e ' 20,742 cmsA = 198 UNIUBE Observe que sem as tabelas foram obtidos: A’s = 0,746 cm2 e As = 10,93 cm2. Mas ... o problema ainda não acabou. É preciso verificar e detalhar a seção. Detalhamento da seção: Armadura de tração: As = 10,93 cm2 Veja que temos 10 cm de largura para dispor essa armadura, pois bw =15 e, em cada lateral temos o cobrimento e o estribo (2,0 + 0,5), portanto temos que obter uma armadura maior ou igual à cal- culada e com b0 ≥ 10 cm. Na Tabela 18 de combinações de armaduras encontramos 2φ20,0 +1φ16,0 (na primeira camada) + 2φ16,0 (na segunda camada) tota- lizando uma área de 12,30 cm2, com b0 = 9,60 cm e cg = 2,21 cm. Observe que estamos usando uma seção 12,5 % maior, sendo que o usual seria até 10%, mas nesse caso não temos muitas alternativas. Armadura de compressão: A’s = 0,74 cm2 Na Tabela 18 encontramos 2φ8,0 totalizando uma área de 1,0 cm2, com cg = 0,4 cm. Observe que estamos usando uma seção 34,7 % maior, mas também nesse caso não temos muitas alternativas. Essa armadura é colocada na borda superior, onde o concreto é lançado e por onde entrará o vibrador. O usual é deixar uma distân- cia entre as barras maior ou igual a 5,0 cm, que nesse exemplo não seria possível com uma terceira barra. UNIUBE 199 Altura: adota-se sempre múltiplo de 5. Assim uniformizam-se um pouco as alturas e melhora o uso das formas. Como se determinou d = 38,72 cm (a primeira opção seria h = 40 cm é impossível) adota- se h = 45 cm. IMPORTANTE! Mas … o exercício ainda não acabou! A seção foi alterada. Adotado h = 45, qual o Momento fletor que esta seção (com essa armadura) suporta? 200 UNIUBE IMPORTANTE! Veja que esse exemplo contém, propositalmente, um erro em sua sequência de solução. Quando em seu início determinou-se a al- tura útil d = 38,72 cm e utilizou-se esse valor na sequência da so- lução, o correto seria a adoção imediata da altura e, em função desta, a adoção de um valor para a altura útil d. Veja: d = 38,72 cm, a primeira opção, h = 40 cm, é impossível. 4,5 ??? ou 5,0 cmcgh d y d d= + + +• • Veja que isso é impossível para valores de d entre 36 e 40. Adota-se, então, h = 45 cm. Com h = 45 cm, estima-se um novo valor para d, por exemplo, d = 40 cm e, agora sim, dar-se-ia continuidade ao cálculo. Por que é necessário fazer isso? Observe que na equação 8 traba- lha-se com a altura útil na segunda potência e, dessa forma, corrigir o valor da altura útil para 40 cm, mais próximo do valor real, implica em um ganho de 6,7% em relação ao valor de 38,72 e, 23,4% em relação a um valor de 36,0 cm, por exemplo. 4.12 Seções “T” submetidas à flexão simples 4.12.1Largura colaborante de vigas de seção T Nos casos em que a estrutura é discretizada em lajes, vigas, pi- lares, a NBR 6118 permite que se considere a ação conjunta de lajes e vigas com uma parte da laje trabalhando solidariamente com a viga, ou seja, a adoção de uma largura colaborante da laje UNIUBE 201 associada à viga, compondo uma seção transversal T, conforme apresentado na Figura 62. Figura 62 – Largura de mesa colaborante Fonte: NBR 6118 Sendo: • bw = largura real da nervura; • b0 = largura da nervurafictícia; • b0 = bw + soma dos menores catetos dos triângulos das mísu- las correspondentes; • b2 = distância entre as faces das nervuras fictícias sucessivas. Tanto para o cálculo de resistência quanto para o cálculo de defor- mações, adotam-se: 1 2 0,10 0,5 a b b ≤ e 3 0,10b a≤ Observa-se que a NBR 6118 que vigorou entre 1975 e 2003 con- siderava também a espessura da laje como limitante dos valores 202 UNIUBE de b1 e b3. O valor de b1 devia ser inferior a 8 hf e o de b3 inferior a 6 hf. Recomendamos a utilização desses parâmetros, pois julgamos que a espessura da laje é um fator importante para a adoção da largura colaborante. O valor do parâmetro “a” é estimado em função do vão do tramo considerado, conforme segue: • viga simplesmente apoiada: a = 1,00 ; • tramo com momento em uma só extremidade: a = 0,75 ; • tramo com momentos nas duas extremidades: a = 0,60 ; • tramo em balanço: a = 2,00 . 4.12.2 Cálculo de dimensionamento Como já vimos anteriormente, na flexão simples temos a seção de concreto com uma borda comprimida e a outra tracionada. Vimos também que a resistência à tração do concreto é desprezada (NBR 6118 - item 17.2.2). Veja as seções de concreto apresentadas na Figura 63. As seções a, b e c, embora sejam geometricamente diferentes, têm áreas de concreto comprimido iguais, assim como mesma altura útil e área de ferro, ou seja, as três seções têm o mesmo momento resistente (Figuras 63.d e 63.e) UNIUBE 203 Figura 63 – Forma da seção e seção de cálculo Fonte: o autor Observe que a seção de cálculo é dada pela seção de concreto comprimido, ou seja, as três seções na Figura 63 têm a mesma lar- gura “b1” e a mesma profundidade da linha neutra. Nessas seções, o concreto tracionado, por hipótese, com resistência à tração nula, tem a função de posicionar e proteger a armadura. A Figura 63(a) é a seção retangular usual, a 63(b) é, sem dúvi- da, um erro de concepção, pois o aumento da área de concreto tracionado, além de não trazer nenhum benefício, implica em um aumento do peso próprio e, a 63(c), muito usada em elementos pré-moldados, ao contrário da (b), busca uma redução da área de concreto tracionado em relação à seção (a) e, consequentemente, do volume de concreto (peso próprio). A análise feita anteriormente é importante para se distinguir a for- ma da seção da seção de cálculo. Essa análise é importante no caso das seções T. Tomemos como exemplo a seção “T” da Figura 64. Observe que assim como as seções da Figura 63 analisadas anteriormente, a forma geométrica é um “T”, mas a seção de cálculo pode ser retan- gular ou T. Enquanto o bloco de tensões estiver dentro da mesa de 204 UNIUBE compressão teremos uma seção de cálculo retangular e, quando o bloco de tensões ultrapassar a altura da mesa de compressão e atingir a nervura teremos uma seção de cálculo em T. Figura 64 – A seção com formato de “T” Fonte: o autor ( ) 2.f c x c d b d k f k Mf β= = 1,25. 1,25. ff f xf hxy h x h d d β= = = = Seção de cálculo: Retangular Seção de cálculo: "T" x xf x xf β β β β ≤ > 4.12.3 Caso 1 – Seção T calculada como seção retangular x xfβ β≤ A altura do bloco de tensões (y) não ultrapassa a mesa (y ≤ hf). Neste caso, o dimensionamento é feito como se fosse uma seção retangular (bf x h), inclusive podendo-se utilizar o cálculo pelas ta- belas já vistas, uma vez que a zona tracionada não interfere no cálculo. Observe que não é uma seção retangular, mas sim uma seção “T” calculada como retangular (Figura 65), ou seja, a seção de cálculo é dada pela seção do concreto comprimido. UNIUBE 205 Figura 65 – Seção T calculada como retangular – Seção T falsa Fonte: o autor 2. . 100 f s d c x x s s d b d K Mfk K A Mf d β β= → → = 4.12.4 Caso 2 - Seção “T” calculada como seção “T” x xfβ β> A altura do bloco de tensões (y) ultrapassa a mesa, cortando a nervura (y > hf). Para que se possa aproveitar as tabelas para seções retangulares, será empregado o artifício de decompor a seção “T”, em outras duas. Na a Figura 66, a seção (1) tem como altura do bloco de tensões y*= hf mediante a qual podemos determinar k*c. Com o valor de k*c determinamos o valor de Mf1, correspondente à parcela de Mf que a seção (1) pode resistir. 206 UNIUBE Figura 66 – Seção T calculada como T – Seção T verdadeira Fonte: o autor ( ). .0,85 .f w cd s sb b y f A− = ( ) ( ) 10,85. . . . 0,5.cd f w df b b y d y Mf− − = Nas duas equações, fazendo y = hf ( ) ( )1 0,85. . . . 0,5.d cd f w f fMf f b b h d h= − − ( ) 1 0,85. . .f w f cd s yd b b h f A f − = Mf2 = Mfd – Mf1 A seção (2) tem a linha neutra em sua posição real e é calculada normalmente como uma seção retangular, podendo estar nos do- mínios 2, 3 ou 4 (nesse último caso, seção T com armadura dupla). 2 2 2 2 2 2 2 2 . . 100 w s d c x s s d b d K MfK K A Mf d β= → → → = UNIUBE 207 4.13 Vãos efetivos e larguras mínimas de vigas As estruturas de elementos lineares são abordadas pela NBR 6118 (2003) em seu item 14.6. Para os elementos lineares (vigas, pila- res, tirantes, arcos, pórticos, grelhas, treliças) admitem-se as se- guintes hipóteses: a. manutenção da seção plana após a deformação; b. representação dos elementos por seus eixos longitudinais; c. comprimento limitado pelos centros de apoios ou pelo cruza- mento com o eixo de outro elemento estrutural. O vão efetivo de uma viga é determinado e mostrado na Figura 67. Figura 67 – Vão efetivo Fonte: NBR 6118 Em seu item 13.2, a NBR 6118 (2003) fixa as dimensões limites para os elementos estruturais. Essas dimensões mínimas visam as condições adequadas de desempenho e execução (concretagem) do elemento estrutural. Dessa forma, as vigas devem ter larguras maiores ou iguais a 14 cm podendo, em casos excepcionais, serem reduzidos para 12 cm, quando não houver prejuízo do alojamento das armaduras (espaçamentos e coberturas estabelecidos por nor- ma) e do lançamento e vibração do concreto. João Dirceu Nogueira Carvalho Introdução Vigas de concreto armado – detalhamento longitudinal Capítulo 5 Na introdução do Capítulo IV usamos uma viga bi apoiada com balanço para conceituar as zonas de armação. Vimos que ela tem a região do tramo com momento positivo e a do apoio com momento negativo e conforme o diagrama de momentos fl etores, esta viga é composta por infi nitas seções, cada uma submetida a esforços diferentes dos das demais seções. Vimos também que não há necessidade de se calcular a viga inteira, com suas infi nitas seções, basta calcularmos a seção mais solicitada de cada região, de cada zona de armação. O dimensionamento da viga consistirá no cálculo das seções mais solicitadas de cada uma destas regiões e o dimensionamento desta seção é extrapolado para a toda a região representada por ela. Terminamos a introdução do capítulo afi rmando que este procedimento se aplica a qualquer elemento em concreto armado, seja uma viga, um pórtico, uma grelha, uma laje etc. No Capítulo IV aprendemos a dimensionar uma seção de concreto armado, submetida a uma determinada solicitação e detalhar a armadura nesta seção, e agora chegamos ao momento em que o dimensionamento das seções mais solicitadas de cada uma das zonas de armação é extrapolado para a toda a região representada por ela. • Conceituar e elaborar a cobertura de diagramas de momento fletor; • Conceituar e equacionar a ancoragem de armaduras no concreto armado; • Conceituar a utilização de ganchos em armaduras no concreto armado; • Conceituar e equacionar a ancoragem nos apoios; • Conceituar a ancoragem de barras comprimidas; • Conceituar e equacionar as emendas de barras por aderência. • Detalhamento longitudinal da armadura • Cobertura de diagramas de momento fletor • Ancoragem • Introdução • Zonas de ancoragem • Resistência de aderência • Comprimento básico de ancoragem • Ganchos • Comprimento de ancoragem necessário (efetivo) • Ponto de início de ancoragem• Ancoragem nos apoios • Apoios extremos - comprimento mínimo de ancoragem Objetivos Esquema O que vamos aprender agora é trabalhar com as vigas longitudinalmente. Vamos aprender a distribuir longitudinalmente as barras detalhadas na seção, vamos aprender onde as barras começam e terminam e como terminam, com ganchos ou sem ganchos etc. • Armaduras construtivas e porta estribos • Ancoragens de barras comprimidas • Emendas de barras por aderência • Introdução • Emendas por traspasse • Emendas supostas na mesma seção transversal • Proporção máxima de barras tracionadas emendadas na mesma seção • Comprimento de traspasse de barras tracionadas isoladas • Comprimento por traspasse de barras comprimidas, isoladas Detalhamento longitudinal da armadura5.1 5.1.1 Cobertura de diagramas de momento fletor Vamos retomar nossa viga bi apoiada com balanço (Figura 68). Observa-se que ela tem duas regiões distintas de armação: • Região A, com tração na borda inferior e compressão na superior. • Região B, com tração na borda superior e compressão na inferior. O dimensionamento da seção SA, a seção mais solicitada da re- gião A, é extrapolado para toda esta região, este procedimento é denominado de cobertura de diagrama e, analogamente, o mes- mo procedimento será adotado para a seção SB, a seção mais solicitada da região B. Perceba que se for uma viga contínua o procedimento é o mes- mo. O diagrama de momentos fletores nos dará uma região de 212 UNIUBE momento fletor positivo em cada tramo, uma região de momento fletor negativo em cada apoio central, e se tiver balanços, uma re- gião de momento negativo no apoio do balanço. Neste caso pode- remos ter 3, 5, 10 zonas de armação. O mesmo raciocínio se aplica a um pórtico ou a qualquer elemento estrutural que possamos determinar os diagramas de esforços. Figura 68 – Regiões de armação em uma viga bi apoiada com balanço à direita Fonte: o autor Agora, por meio de um exemplo vamos explicitar a rotina para se fazer a cobertura do diagrama de momento fletor, que é extrapolar o dimensionamento da seção mais solicitada de uma região de ar- mação para esta região. Vamos adotar os valores necessários para o dimensionamento da viga apresentada na Figura 68 e iniciar o cálculo e detalhamento da UNIUBE 213 armadura longitudinal dimensionando-a até a cobertura do diagrama de momentos fletores. O dimensionamento das seções de concreto armado será efetuado conforme aprendemos no capítulo anterior. Exemplo 1 Dimensionar a viga de concreto armado ao lado, sendo dados: Aço CA-50, concreto C25 e bw = 20 cm Determinando os esforços, temos: RA = 80 kN RB = 160 kN Mfmax(+) = 106,67 kN.m a 2,67 m do apoio A Mfmax(-) = - 60,0 kN.m no apoio B Como o momento fletor positivo é o maior momento solicitante, ele é usado para iniciar o dimensionamento e para a adoção da altura da seção da viga. Mfmax+ = 106,67 kN.m Adotando-se βx = βx34 = 0,628 Kc = 2,452 d = 36,16 cm ks = 0,0307 As = 12,68 cm2 214 UNIUBE Adotando-se para h o primeiro múltiplo de cinco superior a d tere- mos: h = 40. Observe que com h = 40 cm, teremos ycg = 3,84 cm ( h = d + ycg), que é insuficiente para acomodar a armadura. Adotando-se h = 45 cm e ycg = 4,5 cm, teremos d = 40,5 valor muito maior que o 36,16 cm obtido, o que justifica refazer o cálculo: h = 45 cm d = 40,5 kc = 2,197 βx = 0,459 < βx34 = 0,628 domínio 3 Ks = 0,0282 As = 10,40 cm2 Adotando-se 4φ16 + 2φ12,5 mm temos: As = 10,49 cm2 > 10,4 cm2 OK ycg = 1,6 + 2,5 = 4,1 cm < 4,5 cm OK b0 = 12,40 < 20 - 2,5 -2,5 = 15 cm OK A seção está verificada. Mfmax- = 60 kN.m Observe que a altura da viga já foi determinada e, em função da expectativa da armadura (ycg) o valor da altura útil poderá sofrer pequenas variações. UNIUBE 215 Análise para a adoção da altura útil: • o valor do momento fletor foi reduzido de 106,67 para 60 kN e, como foram mantidas as dimensões da seção, trabalha-se com a expectativa de um As “em torno” da metade do anterior, ou seja, “em torno” de 5,0 cm; e • trata-se de um momento fletor negativo; a armadura será co- locada na borda superior. Neste caso, deve-se deixar espaço para o lançamento do concreto e para a entrada de vibrado- res, ou seja, um espaço entre as barras de no mínimo 4,5 cm (o ideal seria acima de 5 cm); • antes de iniciar o cálculo já se tem uma ordem de grandeza do resultado. Por exemplo: 4φ12,5 mm (As = 4,91, ycg ≈ 3,2 e b0 = 11 cm) e 3φ16 mm (As = 6,0, ycg ≈ 3,3 e b0 = 8,8 cm) h = 45 cm ycg ≤ 3,5 d = 41,5 kc = 4,101 βx = 0,22 < βx23 = 0,259 domínio 2 Ks = 0,0252 As = 5,10 cm2 216 UNIUBE Adotando-se 2φ16 + 1φ12,5 mm temos: As = 5,25 cm2 > 5,1 cm2 OK ycg = 0,76 + 2,5 = 3,3 cm < 3,5 cm OK b0 = 8,45 < 20 - 2,5 -2,5 = 15 cm OK A seção está verificada (conforme as expectativas). A Figura 69 detalha a armação destas duas seções. Figura 69 – Detalhamento do posicionamento das barras na seção Fonte: o autor Foram dimensionadas as seções mais solicitadas de cada uma das duas regiões de armação, a do tramo AB e a do apoio B. A seguir, vamos fazer a cobertura do diagrama de momento fletor, ou seja, extrapolar o dimensionamento destas seções para suas respecti- vas regiões. UNIUBE 217 Região do Tramo AB Para um momento fletor de 106,67 kN.m foi determinada uma ar- madura As = 10,4 cm2 e, adotado 4φ16 + 2φ12,5 mm totalizando As = 10,49 cm2. Observe que as seções desta região são solicitadas por momentos fletores variando entre zero e o máximo e, a inten- ção é adequar a armadura calculada conforme a solicitação das seções, ou seja, uma seção solicitada por metade deste momento fletor terá metade desta armadura. Isto será feito interrompendo as barras na medida em que a solicitação decrescer. Portanto, devemos estabelecer um esquema de corte das barras, conforme apresentado na Figura 41. Observe que se buscou a simetria e que longitudinalmente, temos a região central com todas as barras, uma região intermediária com as quatro barras de 16 mm e as regiões das extremidades com duas barras de 16 mm. Figura 70 – Esquema de corte da armadura longitudinal Fonte: o autor IMPORTANTE! Na Figura 70: • À esquerda é apresentado o esquema da disposição real das barras e, à direita, o esquema de corte das barras; 218 UNIUBE • As barras A, B e C são fictícias. A barra A, por exemplo, indica duas barras de φ16 mm, idênticas, ou seja, mesmo diâmetro, comprimento e forma. A barra B difere da A por apresentar comprimento diferente e, a C por apresentar diâmetro e com- primento diferentes; • A armadura está disposta em duas camadas; na primeira es- tão as quatro barras de 16 mm e na segunda as duas barras de 12,5 mm; • No esquema de corte apresentado à direita as barras A, B e C não estão dispostas em três camadas; as barras A e B estão na primeira camada e a barra C na segunda camada. O esquema está apenas indicando a sequência de corte das barras. O próximo passo é determinar o comprimento e o posicionamento longitudinal dessas barras e isso será feito por meio da cobertura de diagrama. Para o momento fletor de 106,67 kN.m foi determinada uma ar- madura As = 10,4 cm2, ou seja, cada cm2 de armadura absorve 10,257 kN.m: 106,67 10,257 1 10,4 Mf As Mfx x x As = = = = A cobertura de momento fletor consiste, portanto, em dispormos a armadura no tramo para que esta resista ao momento fletor atuan- te em cada seção. Conforme o esquema de corte adotado (Figura 70), inicialmente é colocada a barra A (2φ16), depois a barra (B) 2φ16 e, finalmente, a barra (C) 2φ12,5. UNIUBE 219 Como temos a seção de aço das barras A, B e C (2φ16 tem uma seção de 4,0 cm2 e 2φ12,5 tem uma seção de 2,45 cm2), e já de- terminamos que cada centímetro quadrado de armadura absorve 10,257 kN.m, podemos determinar o momento absorvido pelas barras A, B e C As (cm2) Mf Absorvido (kN.m) Σ Mf Absorvido (kN.m) A 2φ16 mm 4,0 41,03 41,03 B 2φ16 mm 4,0 41,03 82,06C 2φ12,5 mm 2,45 25,13 107,19 Agora fazemos a cobertura do diagrama: A Figura 71 mostra a sequência da cobertura do diagrama de mo- mento fletor. Inicialmente, é colocada a barra A (2φ16 mm) que irá absorver 41,03 kN.m e, na sequência adicionamos a barra B (2φ16 mm) que, juntamente com a barra A irão absorver 82,06 kN.m e, finalmente, adicionamos a barra C (2φ12,5 mm), as barras A, B e C irão absorver 107,19 kN.m. IMPORTANTE! Observe que a armadura vai absorver um momento de 107,19 kN.m, maior que o momento fletor calculado de 106,67 kN.m; isto se deve ao fato de que foi determinada uma armadura As = 10,4 cm2, e adotamos uma armadura As = 10,49 cm2. 220 UNIUBE UNIUBE 221 Figura 71 – Cobertura do diagrama de momento fletor - Tramo AB Fonte: o autor A Figura 72 mostra as dimensões das barras obtidas na cobertura do diagrama de momento fletor. Ainda não são as dimensões fi- nais, pois falta ancorá-las, o que aprenderemos logo adiante. 222 UNIUBE Figura 72 – Cobertura do diagrama de momento fletor - Tramo AB Fonte: o autor IMPORTANTE! Observemos que foi adotado um eixo de referência passando pela seção do momento fletor máximo e foram tomadas as dimensões à esquerda e à direita deste eixo. Isto é muito importante, pois, como veremos ao calcular a ancoragem, à esquerda as barras terminam muito próximas do apoio e, à direita o apoio está mais distante. Além disso, este eixo está deslocado para a esquerda do tramo e o posicionamento da armadura deverá constar do projeto, pois, se a armadura for centrada, as seções à direita do eixo de momento fletor máximo estarão com mais armadura que o necessário, e as da esquerda com menos. UNIUBE 223 Região do Apoio B Na cobertura do diagrama de momentos para a região do apoio B procederemos de forma análoga. Para um momento fletor de 60 kN.m foi determinada uma armadura As = 5,1 cm2 e, adotado 2φ16 + 1φ12,5 mm totalizando As = 5,25 cm2. Na Figura 73 apresentamos o esquema de corte. Figura 73 - Esquema de corte da armadura longitudinal Fonte: o autor 60 11,765 1 5,1 Mf As Mfx x x As = = = = Cada cm2 de armadura absorve 10,257 kN.m. Conforme o esque- ma de corte, a armação começa com a barra D (2φ16) e depois com a barra (E) 1φ12,5, ou seja: As (cm2) Mf Absorvido Σ Mf Absorvido D 2φ16 mm 4,0 47,06 47,06 E 1φ12,5 mm 1,25 14,47 61,53 A cobertura do diagrama é apresentada na Figura 74. 224 UNIUBE Figura 74 – Cobertura do diagrama de momento fletor - Apoio B Fonte: o autor Com isto, determinamos a cobertura de diagramas de momento fletor para esta viga, o primeiro passo no detalhamento da armadu- ra longitudinal. No próximo capítulo abordamos a ancoragem das barras e, como exemplo, continuamos este exercício. 5.2 Ancoragem 5.2.1 Introdução O concreto simples é composto pelos agregados (areia e brita), pelo aglomerante (cimento) e a água. Sabemos que possui boa UNIUBE 225 resistência à compressão e uma resistência à tração muito peque- na, aproximadamente um décimo da resistência à compressão. Com a adição da armadura ao concreto simples, posicionada nas re- giões tracionadas, tem-se o concreto armado, um compósito, ou seja, um material composto por dois ou mais tipos de materiais diferentes. Uma das características fundamentais do concreto armado é o tra- balho conjunto do concreto e o aço, aliás, uma das denominações da armadura de concreto armado é armadura passiva e, esta de- nominação deve-se a esse trabalho solidário, ou seja, se a seção estiver em repouso a armadura também estará, e se for solicitada (tração ou compressão) a armadura também o será. Essa solidariedade é obtida pela aderência que existe entre os materiais componentes do concreto armado, particularmente entre o concreto e o aço. A aderência (bond, em inglês) é responsável pela união, pela solidariedade entre esses materiais, impedindo o escorregamento da armadura em relação ao concreto e provocan- do o trabalho conjunto desses dois materiais, seja em termos de transferência de esforços entre aço e concreto, seja em termos de compatibilidade de deformações que é uma das hipóteses funda- mentais do concreto armado. Podemos dizer que a aderência compreende três parcelas: a ade- rência por adesão, a por atrito e a mecânica. • Aderência devida à adesão: é a cola que liga os materiais. São ligações físico-químicas que se formam na interface en- tre os materiais, iniciando-se com a concretagem e aumen- tando com a pega e o endurecimento do concreto. 226 UNIUBE • Aderência por Atrito: são as forças de atrito existentes na in- terface de contato entre dois materiais e, como tal, manifesta-se sempre que existe tendência ao deslocamento relativo destes materiais. A sua influência é tanto maior quanto for a rugosidade da superfície e a compressão externa exercida pelo concreto (re- tração, apoios diretos das vigas e nas partes curvas das barras). • Aderência Mecânica: ao contrário das anteriores, busca-se com a aderência mecânica um aumento significativo da aderên- cia global. No processo de fabricação são introduzidas na super- fície das barras, saliências ou reentrâncias para a criação de for- ças localizadas, contrárias ao movimento relativo dos materiais. Essas armaduras são chamadas de barras de alta aderência. A aderência mecânica também se manifesta nas barras lisas, embora de forma reduzida, em virtude das imperfeições da superfície das barras. Ao dimensionar as seções de concreto armado, observamos que a arma- dura está submetida a uma tensão σs (nos domínios 2 e 3 σs = fyd), mas nas extremidades das barras essa tensão é nula, pois não existe nenhu- ma força aplicada nas extremidades da barra, ou seja, estas barras ne- cessitam de um comprimento adicional em suas extremidades para gerar essa tensão de serviço. Esse trecho é o que denominamos ancoragem por aderência. IMPORTANTE! Ancoragem, portanto, é a região de término das barras. Esta região é geradora da tensão de serviço σs, ou, dito de outra forma, é nesta região que os esforços atuantes na barra são transferidos para o concreto. UNIUBE 227 5.2.2 Zonas de ancoragem Como vimos nessa introdução, a aderência está diretamente vincu- lada à relação entre a armadura e o concreto que a envolve e, essa relação pode ser prejudicada por uma série de fatores, entre os quais: • a região da seção de concreto que acomoda a armadura: - as camadas inferiores são mais adensadas que as superiores em função do volume de concreto sobre elas; - a vibração do concreto, necessária para a eliminação dos bolsões de ar, tem como efeito colateral a descida do material mais pesa- do e a elevação do mais leve, ou seja, há uma movimentação da água excedente na mistura para as camadas superiores que, com a evaporação, afloram à superfície superior para a atmosfera. Este fenômeno chamado de exsudação torna a camada superior mais porosa (veios capilares) que a inferior; e uma barra colocada nessa região pode estar em contato com esses vazios. • a direção da extremidade da ancoragem: - as barras posicionadas verticalmente têm uma capacidade de ade- rência significativamente maior que as posicionadas horizontalmente. Os comprimentos de barras necessários para a ancoragem depen- derão destas barras estarem localizadas em regiões de boa ou má aderência, ou seja, uma barra em uma região de má aderência necessitará de um comprimento de ancoragem maior do que o ne- cessário em uma região de boa aderência. 228 UNIUBE A NBR 6118 introduz o conceito de regiões de boa e má aderência e, conforme o posicionamento das barras nestas regiões, estas po- derão estar em situação de boa ou má aderência. Consideramos em situação de boa aderência os trechos das barras que estejam em uma das seguintes posições: a. Com inclinação não inferior a 45° sobre a horizontal. b. Com inclinação menor que 45° sobre a horizontal, desde que: • h < 60 cm - localizadas no máximo 30 cm acima de face infe- rior da peça ou da junta de concretagem mais próxima.• h ≥ 60 cm - localizadas a mais de 30 cm abaixo da face supe- rior da peça ou da junta de concretagem mais próxima. Os trechos das barras em outras posições ou quando do uso de formas deslizantes devem ser considerados em má situação quanto à aderência. IMPORTANTE! As barras com gancho estão automaticamente em situação de boa ade- rência, assim como todas as barras em elementos com altura menor ou igual a 30 cm, é o caso da armadura de lajes maciças, por exemplo. UNIUBE 229 A Figura 75 exemplifica as situações de boa e má aderência. Em a), b) e c) temos elementos com alturas inferiores ou iguais a 30 cm, entre 30 e 60 cm e superiores ou iguais a 60 cm, em d) temos a situação de um encontro laje com viga onde a região de boa ade- rência da laje se encontra com a de má aderência da viga e, em e) o caso das barras inclinadas a mais de 45° com a horizontal. Figura 75 – Regiões de boa e má aderência Fonte: o autor 5.2.3 Resistência de aderência A resistência de aderência de cálculo entre armadura e concreto na anco- ragem de armaduras passivas deve ser obtida pela seguinte expressão: 1 2 3 . . . bd ctdf fη η η= Onde: 2 3 2,inf , 3 0,7. 0,7 . 0,3 . 0,15 . ctk ct m ckctd ck c c c f f ff f γ γ γ = = = = 230 UNIUBE 1 1,0 para barras lisas = 1,4 para barras entalhadas 2,25 para barras nervuradas η 2 1,0 para situações de boa aderência = 0,7 para situações de má aderência η ( )3 1,0 para 32 mm = 132 100 para > 32 mm φ η φ φ ≤ − Onde φ é o diâmetro da barra, em milímetros. RELEMBRANDO Vamos relembrar um pouco a notação e a simbologia usada em concreto armado? A notação é composta por símbolos base e por símbolos subscritos. fbd f é um símbolo base usado para designar resistência (cuidado que F significa força), os símbolos subscritos, eles funcionam como “adjetivos”, para tipi- ficar o símbolo base. b significa adesão, em inglês “bound”, lembra-se de uma cola super ... d significa cálculo, projeto, em inglês “design”. fbd, portanto, significa resistência da aderência de cálculo. A seguir, temos fctd que significa resistência de cálculo do con- creto à tração. Veja a seção (Capítulo IV) da NBR 6118 se ainda está com dúvidas, ok? UNIUBE 231 Exemplo 2 Considerando concreto C25 e barras de aço CA-50 com diâmetro inferior ou igual a 32 mm, em uma região de boa aderência, deter- mine a resistência de aderência (fbd). 2 230,15 . 25 1,282 MPa 0,1282 kN/cmctdf = = = Considerando: situação de boa aderência - η2 = 1,0, aço CA-50 - barras nervuradas - η1 = 2,25 e sempre φ < 40 mm - η3 = 1,0. 22, 25 . 0,1282 0,289 kN/cmbdf = = DICAS • Atenção! Sempre que tivermos uma raiz de fck devemos usar fck em MPa e, como normalmente trabalhamos com unidades em kN e cm devemos converter para MPa, extrair a raiz, e retornar para kN/cm (1 MPa = 10 kN/cm2); • O nosso aço estrutural é o CA-50, portanto sempre vamos ter η1 = 2,25; • Espero, sinceramente, que nunca use um diâmetro de 40 mm. A partir do diâmetro de 22 mm a concentração de tensões na armadura, e também no concreto que a envolve, começa a ficar complicada, com problemas de fissuração etc., portanto teremos sempre η3 = 1,0 (φ < 40 mm). 232 UNIUBE A Tabela 23 apresenta os valores de fbd para o Aço CA-50 em fun- ção da classe de resistência do concreto. Tabela 23 - Valores da resistência de aderência (fbd) para aços CA-50 com φ ≤ 32 mm 1 2 3 . . . bd ctdf fη η η= (kN/cm2) . Concreto 20 MPa 25 MPa 30 MPa 35 MPa 40 MPa 45 MPa 50 MPa Boa Aderência 0,2487 0,2886 0,3259 0,3612 0,3948 0,427 0,4581 Má Aderência 0,1741 0,202 0,2281 0,2528 0,2764 0,2989 0,3207 Fonte: o autor 5.2.4 Comprimento básico de ancoragem Vamos definir comprimento básico de ancoragem o comprimento mínimo necessário para ancorar uma barra reta, ou seja, o com- primento necessário para que por meio da aderência os esforços atuantes na barra sejam transferidos para o concreto. O ensaio clássico para a quantificação de aderência é o “ensaio de arrancamento”, apresentado esquematicamente na Figura 76. Uma barra de aço incrustada em um bloco de concreto é submetida a uma força F e pretende-se obter o comprimento mínimo da barra incrustada no bloco. UNIUBE 233 Figura 76 - Comprimento básico de ancoragem Fonte: o autor O problema consiste em determinar a resultante das tensões de aderência que equilibra a forca F aplicada. Inicialmente, temos que a tensão na armadura não pode exceder a fyd, e como a barra é circular: 2 . 4yd F f π φ≤ E a resultante das tensões de aderência: . . . bd bR f π φ≤ Portanto: 2 . . . . 4bd b yd f f π φπ φ = . 4 yd b bd f f φ = 234 UNIUBE Exemplo 3 Determinar o comprimento de ancoragem básico de uma barra de 16 mm, aço CA-50, concreto C20, em situação de boa aderência. 2 230,15 . 20 1,105 MPa 0,1105 kN/cmctdf = = = aço CA-50 (barras nervuradas) η1 = 2,25 situação de boa aderência η2 = 1,0 φ = 16 mm (< 40 mm) η3 = 1,0 22, 25 . 0,1105 0,2487 kN/cmbdf = = 250 1,15 43,478 kN/cmydf = = 16 43,478 . 43,71 . 70 cm 4 0,2487b φ= = ≈ Observemos que caso essa barra estivesse em uma situação de má aderência o valor de η2 seria 0,7, ou seja, a resistência de ade- rência seria reduzida em 42,8% e, consequentemente, o compri- mento de ancoragem básico seria aumentado nessa porcentagem. A Tabela 24 fornece os valores básicos de ancoragem, para o aço CA-50, com diferentes resistências características do concreto considerando as situações de boa e de má aderência. Ainda não apresentamos os ganchos, mas por enquanto, vamos entendê-los como barras com extremidade inclinada a mais de 45° com a hori- zontal. As barras com gancho estão automaticamente em situação de boa aderência e, como veremos a seguir, o comprimento de ancoragem é multiplicado por um fator α1 = 0,7. UNIUBE 235 Tabela 24 – Comprimentos básicos de ancoragem (b b = k . φ) Aço CA-50 - φ ≤ 32 mm - η1 = 2,25 Concreto b b = k . φ - Valores do coeficiente k Boa aderência Má aderência c/ Gancho s/ gancho s/ gancho C20 31 44 63 C25 27 38 54 C30 24 34 48 C35 22 31 43 C40 20 28 40 C45 18 26 37 C50 17 24 34 Fonte: o autor 5.2.5 Ganchos A utilização de ganchos nas extremidades das barras aumenta substancialmente sua capacidade de ancoragem. A utilização do gancho, independente da barra estar localizada em uma região de boa ou má aderência, traz a barra para a situação de boa aderência. A Figura 76 mostra o esquema de arrancamento de uma barra, por meio do qual foi deduzida a expressão do comprimento de anco- ragem básico (ou reto). Imaginemos agora que a barra tenha este comprimento de ancoragem reto um pouco menor e um gancho em sua extremidade. O arrancamento da barra com a ancoragem reta ocorre com a fa- lência da aderência entre a barra e o concreto, enquanto que no caso da barra com gancho é necessário também a ruptura da barra ou, o esmagamento do concreto na região interna do gancho. 236 UNIUBE A NBR 6118 (2003) possibilita a ancoragem reta ou com gancho para as barras tracionadas, com algumas exceções: a. as barras lisas são ancoradas obrigatoriamente com gancho; b. as barras comprimidas são ancoradas sem ganchos; c. as barras com alternância de solicitação, de tração e com- pressão são ancoradas sem gancho; d. as barras com φ > 32 mm são ancoradas sem gancho (recomendação); e. os feixes são ancorados sem gancho (recomendação). IMPORTANTE! As barras comprimidas devem ser ancoradas sem ganchos, pois a aplicação de esforços de compressão nos ganchos pode originar efeitos de segunda ordem. Os ganchos nas extremidades das barras da armadura longitudinal compreendem uma curva seguida de um trecho reto, e podem ser: a. semicirculares, com ponta reta de comprimento não inferior a 2 φ; b. em ângulo de 45° (interno), com ponta reta de comprimento não inferior a 4 φ; c. em ângulo reto, com ponta reta de comprimento não inferior a 8 φ. UNIUBE237 IMPORTANTE! Para as barras lisas, os ganchos devem ser semicirculares. A Figura 77 ilustra os diferentes tipos de ganchos das armaduras de tração. D é o Diâmetro interno de curvatura ou diâmetro dos pinos de dobramento Figura 77 – Ganchos das armaduras de tração Fonte: o autor O diâmetro interno da curvatura dos ganchos das armaduras longitudi- nais de tração deve ser pelo menos igual ao estabelecido na Tabela 25. Tabela 25 – Diâmetro dos pinos de dobramento (D) Bitola mm Tipo de aço CA-25 CA-50 CA-60 < 20 4 φ 5 φ 6 φ ≥ 20 5 φ 8 φ - Fonte: NBR 6118 – Tabela 9.1 238 UNIUBE Os estribos devem ser ancorados por meio de ganchos ou barras longitudinais soldadas. Os ganchos podem ser: a. semicirculares ou em ângulo de 45º (interno), com ponta reta de comprimento igual a 5 φt, porém não inferior a 5 cm; b. em ângulo reto, com ponta reta de comprimento maior ou igual a 10φt, porém não inferior a 7 cm (este tipo de gancho não deve ser utilizado para barras e fios lisos). O diâmetro interno da curvatura dos ganchos dos estribos deve ser pelo menos igual ao estabelecido na Tabela 26. Tabela 26 – Diâmetro dos pinos de dobramento para estribos Bitola mm Tipo de aço CA-25 CA-50 CA-60 ≤ 10 3 φ 3 φ 3 φ 10 < φ < 20 4 φ 5 φ - ≥ 20 5 φ 8 φ - Fonte: NBR 6118 – Tabela 9.2 5.2.6 Comprimento de ancoragem necessário (efetivo) Ao se dimensionar uma seção de concreto armado determina-se uma armadura As correspondente à resultante de tração. Como vimos na Figura 76, as barras necessitarão do comprimento de an- coragem b. Em algumas situações, pode ocorrer a adoção de uma armadura efetiva As,efet. maior que a armadura calculada As,calc. UNIUBE 239 e, como a resultante de tração permanece constante, a armadura estará solicitada por uma força proporcionalmente menor, neces- sitando, dessa forma, de um comprimento de ancoragem menor. , , 1 ,min , . . s calcb nec b b s efet A A α= ≥ Em que b é o comprimento básico de ancoragem; 1 1,0 para barras sem gancho = 0,7 para barras tracionadas com gancho, com cobrimento 3 no plano normal ao do gancho α φ ≥ b, mim é um limitante para a redução do comprimento de ancoragem; b ,min 0,3 10 100 mm b φ ≥ Entre as situações nas quais se tem uma armadura efetiva maior que a armadura calculada, duas possibilidades ocorrem com muita frequência: • ao dimensionar uma seção de concreto armado determina- mos As e transformamos essa área de aço em barras de diâmetros comerciais com área maior ou igual à calculada. Observe que às vezes adotamos uma combinação de barras com área próxima da calculada, mas normalmente essa área supera a calculada em torno de 5% sendo que, em alguns casos, pode chegar a 10% ou mais. Na prática, não se consi- dera a redução do comprimento de ancoragem nesses casos; 240 UNIUBE • os comprimentos de ancoragem disponíveis nos apoios são muito inferiores aos necessários, conforme os valores obtidos na Tabela 24. O uso de ganchos nas ancoragens das barras que vão aos apoios torna-se, portanto, imperativo, mas ainda assim, 31, 27 ou 24φ são comprimentos de ancoragens muito grandes para apoios. Nesses casos, a solução é a redução desses comprimentos de ancoragens por meio da adoção de uma armadura efetiva maior que a calculada, conforme a dis- ponibilidade de ancoragem oferecida pelo apoio. 5.2.7 Ponto de início de ancoragem Conforme o item 18.3.2.3.1 da NBR 6118 (2003), o ponto do início da ancoragem da barra situa-se na seção teórica onde a tensão σs começa a diminuir (o esforço da armadura começa a ser transferido para o concreto) e deve prolongar-se pelo menos 10 φ além do ponto teórico de tensão σs nula, não podendo em nenhum caso, ser infe- rior ao comprimento necessário de ancoragem b.nec. Na armadura longitudinal de tração dos elementos estruturais solicitados por flexão simples, o trecho de ancoragem da barra deve ter início no ponto A (Figura 78) do diagrama de forças RSd = MSd/z decalado do comprimen- to a , conforme item 17.4.2 da NBR 6118 (2003). ( ) ( ) ,max ,max . 1 cotg cotg 0,5 2 Sd Sd c V a d d V V α α = + − ≥ − α é o ângulo de inclinação da armadura transversal em relação ao eixo longitudinal do elemento estrutural, portanto, para estribos verticais ( α = 90° ): ( ) ,max ,max . 0,5 2 Sd Sd c V a d d V V = ≥ − UNIUBE 241 VSd,max Força cortante solicitante de cálculo; máximo esforço cortante na face do apoio; Vc é parcela de força cortante absorvida pela seção de concreto. Figura 78 – Cobertura do diagrama de força de tra- ção solicitante pelo diagrama resistente Fonte: NBR 6118 (2003) - Figura 18.3 À primeira vista, parece que a determinação do ponto de início de ancoragem é alguma coisa muito complexa, mas vamos ver com este exemplo, que é relativamente simples. 242 UNIUBE Exemplo 4 Retomar o exemplo 1 e determinar o comprimento total da “barra” C. Mostrar para esta “barra” o ponto de início de ancoragem e as parcelas referentes à decalagem e à ancoragem. Repetindo os dados do exemplo 1: Concreto C25 e aço CA-50 bw = 20 cm RA = VSk,Adir = 80 kN RB = 160 kN VSk,Besq = 100 kN VSk,Bdir = 60 kN Ap = Bp = 20 cm (dimensão dos pilares na direção da viga) Portanto, o maior esforço cortante é no apoio B, à esquerda (VSk,max = VSk,Besq = 100 kN) A Figura 72 mostra o resultado da cobertura de diagrama feita no exemplo 1. Como o apoio B tem 20 cm de largura, o eixo do apoio estará cen- trado, ou seja, a 10 cm da face e, portanto, um trecho de 10 cm UNIUBE 243 da viga estará dentro do pilar e esta parcela pode ser reduzida do esforço cortante, portanto uma redução de 0,1 x 30 = 3 kN. Este é o valor do esforço cortante da face do apoio, a ser adotado, ( ),max 1, 4 100 3 135,8 SdV kN= − = Vc, a parcela do esforço cortante a ser absorvida pelo concre- to, será determinada conforme modelo I, na flexão simples, item 17.4.2.2.b da NBR 6118 (2003): 0,6 . . . c ctd wV f b d= 2 3 ,inf ,0,7 . 0,7 . 0,3 . 1, 4ctd ck c ct m c ckf f f fγ γ= = = 2 30,15 . ctd ckf f= 2 3 20,15 . 25 1,282 MPa 0,1282 kN/cmctdf = = = 0,6 . 0,1282 . 20 . 41,5 63,87 kNcV = = Agora podemos determinar o valor de a , o valor da decalagem do diagrama de momento fletor. ( ) ( ) ,max ,max 135,8 . . 0,944 0,5 2 135,8 63,872 Sd Sd c V a d d d d V V = = = ≥ −− 39,18 40 cma = ≈ 244 UNIUBE A Figura 79 mostra o diagrama de momento fletor decalado. O dia- grama pontilhado é o diagrama original, o real e, em traços cheios o diagrama decalado. Na decalagem do diagrama os pontos do diagrama real são transladados horizontalmente de a , afastando- se em relação aos seus eixos de momento fletor máximo. Ordenadas (momento fletor em kN.m) e abscissas (vão da viga em metros) Figura 79 – Decalagem do diagrama de momento fletor Fonte: o autor A Figura 80 mostra as parcelas do comprimento de uma barra. À esquerda e à direita do eixo de momento máximo temos a parcela referente à cobertura do diagrama, a parcela referente à decala- gem a e, o comprimento de ancoragem fornecido na Tabela 24. UNIUBE 245 Figura 80 – Detalhamento das parcelas do comprimento de uma barra Fonte: o autor Com o valor de a = 40 cm e com o comprimento de ancoragem reta (básico) fornecido pela Tabela 24, para concreto C25 igual a 38 φ = 38 x 1,25 = 47,5 cm, o comprimento da “barra” C será: • “barra” C à esquerda: 128 + 40 + 47,5 = 215,5 cm • “barra” C à direita: 128 + 40 + 47,5 = 215,5 cm • “barra” C Total: 215,5 + 215,5 = 431,0 cm Exemplo 5 Neste exemplo, vamos analisamos as demais barras. As Figuras 81 e 82 mostram a cobertura de diagrama com o diagrama real e o decalado. Observe que é a partir do diagrama decalado que as barras têm o início de sua ancoragem e esse comprimento é de 38 φ para as barras sem gancho (Tabela 24: concreto C25), ou seja, 47,5 cm para a barra de 12,5mm e 61 cm para a de 16 mm. 246 UNIUBE Figura 81 – Tramo AB decalado – Ponto de início de ancoragem das barras Fonte: o autor Figura 82 – Apoio B decalado – Ponto de início de ancoragem das barras Fonte: o autor UNIUBE 247 As Figuras 81 e 82 nos mostram várias “barras” com problemas, mostram também por que a necessidade de se verificar os compri- mentos à esquerda e à direita das barras. A Figura 83 mostra o esquema longitudinal da viga, considerando seus apoios A e B, com dimensões a = b = 20 cm adotadas no exemplo 4. O vão da viga refere-se à distância entre centros de apoios e, o vão do balanço, à distância do centro do apoio B à extremidade do balanço. É possível visualizar, por meio desta figura, que as barras da armadura do tramo AB têm um comprimento limite à esquerda que não pode ser ultrapassado, da mesma forma que as barras do apoio B são limitadas à direita, pelo comprimento do balanço. Figura 83 – Esquema longitudinal da viga com apoios Fonte: o autor Conforme mostra a Figura 83, a viga termina no apoio A, portan- to nenhuma das barras no tramo AB podem ter um comprimento superior à distância do eixo do momento fletor máximo positivo à lateral externa do apoio A, ou seja, 267 + a/2 e, desse valor deve-se ainda descontar o cobrimento de concreto. Adotando- se um cobrimento c = 2,0 cm e a dimensão do pilar a = 20 cm, nenhuma das barras poderá ter à esquerda um comprimento su- perior a 267 + 10 - 2,0 = 275 cm e, portanto: 248 UNIUBE • “barra” A (esquerda): Aesq = 267 + 40 + anc. > 275 cm problema! • “barra” B (esquerda): Besq = 209 + 40 + anc.= 310 cm > 275 cm problema! • “barra” C (esquerda): Cesq = 128 + 40 + anc.= 215,5 cm ≤ 275 cm OK! O ponto de início de ancoragem da “barra” A está fora da viga e a ancoragem da “barra” B inicia-se dentro da viga, porém, termina fora da viga. Estas duas barras estão com problemas. No apoio B à direita, a viga não termina neste apoio, temos um balanço, ou seja, a armadura pode se estender até o término do ba- lanço menos o cobrimento de concreto, ou seja, 200 - 2,0 = 198 cm. Esse é o comprimento máximo permitido para as barras, portanto: • “barra” D (direita): Ddir = 200 + 40 + 61 = 301 cm adota-se Ddir = 198 cm • “barra” E (direita): Edir = 23 + 40 + 47,5. = 110,5 cm OK! O fato de algumas barras terem apresentado problemas significa que precisamos de mais elementos para analisá-las. 5.2.8 Ancoragem nos apoios A NBR 6118 estabelece alguns critérios para as armaduras longi- tudinais que resistem aos esforços de tração junto aos apoios de vigas simples ou contínuas: UNIUBE 249 • em cada tramo uma parcela mínima da armadura calculada para a seção mais solicitada deve ser prolongada até os apoios: se Mapoio for nulo ou negativo e de valor absoluto |Mapoio| ≤ 0,5 Mvão um mínimo de 1/3 (As,vão) deve ser prolongada até o apoio; se Mapoio for negativo e de valor absoluto |Mapoio| > 0,5 Mvão um mínimo de 1/4 (As,vão) deve ser prolongada até o apoio; A Figura 84 exemplifica a armadura mínima a ser prolongada aos apoios por meio de duas vigas bi apoiadas com balanço à direita. Em ambas, o momento fletor máximo no tramo ocorre na seção C (seção de aço AsC), o momento no apoio A é nulo e, consequente- mente, inferior a 1/2 MfC, portanto 1/3 da armadura As,C deve ser prolongada até o apoio A. Em ambas as vigas têm-se balanço à direita e, consequentemente, momentos negativos nos apoios B, porém, na viga da esquerda o momento em B, em módulo, é inferior à metade do momento em C e, portanto, 1/3 da armadura As,C deve ser prolongada até o apoio B da viga esquerda. Na viga à direita o momento em B, em módulo, é superior à metade do momento em C e, portanto, 1/4 da armadura As,C deve ser prolongada até o apoio B da viga direita. Figura 84 - Armadura mínima de tração prolongada até os apoios Fonte: o autor 250 UNIUBE • Nos apoios intermediários e extremos se o ponto de início de ancoragem estiver na face do apoio ou além dela e a força RSd diminuir em direção ao centro de apoio, o trecho de ancora- gem deve ser medido a partir dessa face. É a situação da “barra” A do exemplo 5 que é apresentada de forma detalhada na Figura 85. Observe que o eixo do apoio da viga está dentro do pilar e o ponto de início de ancoragem, está além da face externa do apoio (está 30 cm fora da viga). A Figura 85 mostra à direita a barra, seu ponto de início de anco- ragem e o comprimento disponível para ancorar a barra, que será igual à largura do pilar menos o cobrimento da armadura adotado. Figura 85 – Ponto de início de ancoragem além da face do apoio Fonte: o autor • Nos apoios extremos para garantir ancoragem da diagonal de compressão, as armaduras devem resistir a uma força de tração: . sd d d aR V N d = + Vd é a força cortante no apoio; e Nd é a força de tração eventualmente existente; ou seja, salvo os casos de flexo-compressão Nd é nulo e, dessa forma: UNIUBE 251 . sd d aR V d = Isto nos dá condições para determinar a armadura mínima As,cal para garantir a ancoragem da diagonal de compressão. , sds calc yd RA f = • Nos apoios intermediários, as barras prolongadas até o apoio deverão atingir a face do apoio e ultrapassá-la em 10 φ, res- peitando o comprimento mínimo de ancoragem. Voltamos à situação da “barra” A, ou seja, das barras que deverão ir de apoio a apoio (1/3 ou 1/4 da armadura referente ao Mfmax,+ de- verá ser prolongada até os apoios). Vamos supor que somados os comprimentos de cobertura do diagrama, de decalagem e de anco- ragem a barra não atinja 10 φ além da face do apoio intermediário. Nesse caso, a barra deverá ser prolongada até ultrapassar a face do apoio em 10 φ. A Figura 86 caracteriza esta situação. Figura 86 - Barras prolongadas até o apoio intermediário Fonte: o autor 252 UNIUBE • Nos apoios intermediários se houver qualquer possibilidade da ocorrência de momentos positivos nessa região, provoca- dos por situações imprevistas, particularmente por efeitos de vento ou eventuais recalques, as barras devem ser contínuas ou emendadas sobre o apoio. 5.2.9 Apoios extremos - comprimento mínimo de ancoragem Nas ancoragens da armadura de tração nos apoios externos vi- mos que as barras das armaduras devem ser ancoradas a partir da face do apoio e devem ter comprimento igual ao fornecido pelo comprimento de ancoragem necessário (b,nec). O espaço disponí- vel para essa ancoragem é bastante reduzido, pois podemos ter como apoio pilares ou vigas com até 12 cm de espessura e, ainda é necessário descontar um mínimo de dois centímetros para o co- brimento da armadura. A NBR 6118 (2003) permite para as ancoragens de apoio de extre- midade o comprimento de ancoragem necessário (b,nec) com com- primento superior ou igual ao maior dos seguintes valores: , , 1 , 5,5 . . 60 mm s calc b nec b s efet rA A φ α + = ≥ Sendo: b o comprimento básico de ancoragem; 1 1,0 para barras sem gancho = 0,7 para barras tracionadas com gancho, com cobrimento 3 no plano normal ao do gancho α φ ≥ UNIUBE 253 , . = d sd s calc yd yd a VR dA f f = ; φ é o diâmetro da barra; e r é o raio interno de curvatura da barra (Tabela 25). A Tabela 27 apresenta os comprimentos mínimos de ancoragem em apoios de extremidade, condicionados aos valores do compri- mento de ancoragem necessário (b,nec). Tabela 27 - Comprimento de ancoragem mínimo, para barras com gancho, chegando ao apoio φ mm r+5,5φ cm Diâmetro interno de curvatura: 5 φ para φ < 20 mm 8 φ para φ ≥ 20 mm 5,0 6 6,3 6 8,0 7 10,0 8 12,5 10 16,0 13 20,0 19 22,0 21 25,0 24 32,0 30 40,0 38 Fonte: o autor 254 UNIUBE A Tabela 28 sintetiza uma padronização para a representação grá- fica dos ganchos conforme apresentado na Figura 86. O gancho de 90° compreende uma curva de 90°, com ponta reta de comprimento não inferior a 8φ e, é graficamente representado por um segmento de comprimentoG, perpendicular à extremidade da barra. Nessa tabela, consideram-se armaduras longitudinais, aço CA-50 e os di- âmetros internos de curvatura 5φ e 8φ respectivamente para φ < 20 mm e para φ ≥ 20 mm. Para φ < 20 mm obteve-se o coeficiente k = 9,213 e para φ ≥ 20, k = 10,07. Figura 87 – Representação esquemática do gancho de 90° Fonte: o autor Tabela 28 - Valores do gancho de 90° para representação gráfica φ A B C K G (cm) G (cm) Calculado Adotado 5,0 4,0 2,4 1,8 9,2 4,6 10 6,3 5,0 3,0 2,2 5,8 8,0 6,4 3,8 2,8 7,4 10,0 8,0 4,7 3,5 9,2 12,5 10,0 5,9 4,4 11,5 15 16,0 12,8 7,5 5,6 14,7 UNIUBE 255 20,0 16,0 14,1 10,0 10,07 20,1 25 22,2 17,8 15,7 11,1 22,0 25,0 20,0 17,7 12,5 25,2 30 32,0 25,6 22,6 16,0 32,2 35 40,0 32,0 28,3 20,0 40,3 45 Fonte: o autor Exemplo 6 Retomar os exemplos 4 e 5 e concluir o exercício. Antes de iniciar, vamos recuperar as informações já obtidas. Obs.: será usada ancoragem com gancho (Tabela 24, C25 - 27 φ) a = 40 cm, φ = 12,5 → b,nec = 27 φ = 34 cm e φ = 16 → b,nec = 27 φ = 44 cm 256 UNIUBE Barra A - Ancoragem de apoio (Apoio A) 0,944 . . 1, 4 . 80 105,73 kNsd d a dR V d d = = = 2 , 105,73 = 2,43 cm 50 1,15 sd s calc yd RA f = = , , 1 , . . s calcb nec b s efet A A α= 21 , , , . 27 104,98 . 2, 43 . = 5,83 cm 18 18 b s efet s calc b nec A A α φ= = = ( ) , 5,5 2,5 5,5 . 16 128 mm 18 cm 60 mmb nec r φ+ = + == ≥ (Exemplo 1) As,AB = 10,40 cm2 - adotado 4 φ 16 + 2 φ 12,5 (10,49 cm2) Apoio A - ancorar no mínimo de 1/3 de As = 3,47 cm2 - como 5,83 > 1/3 de As = 3,47 cm2→ ok! No apoio A devem ser ancoradas as barras A e B (4 φ 16 = 8,0 cm2) Apoio B - ancorar no mínimo de 1/4 de As = 2,6 cm2 No apoio B deve ser ancorada a barra A (2 φ 16 = 4,0 cm2) Tramo AB à esquerda ≤ 257 + 18 = 275 cm à direita - distância à face do apoio B = 323 cm UNIUBE 257 • “barra” Aesq = ancoragem de apoio = 257 + 18 = 275 • “barra” Adir =267 + 40 +44 = 351 cm > 323 + 10x1,6 = 339 (face apoio + 10 φ ok!!) • “barra” Besq = ancoragem de apoio = 257 + 18 = 275 • “barra” Bdir =209 + 40 +44 = 293 • “barra” Cesq = Cdir =128 + 40 + 34 = 202 cm Apoio B à direita - disponível pelo balanço = 200 - 2 = 198 cm • “barra” Desq = 67 + 40 + 44 = 151 cm • “barra” Ddir = Balanço = 198 cm • “barra” Eesq = 14 + 40 + 34 = 88 cm • “barra” Edir = 23 + 40 + 34 = 97 cm Ganchos: Tabela 28 - para φ12,5 e φ16 mm o valor de G = 15 cm Na Figura 88 é apresentado um esquema da armadura longitudinal da viga calculada neste exemplo. Vamos observar um pouco a figu- ra para explicar algumas alterações feitas no desenho. 258 UNIUBE Figura 88 - Representação esquemática da armadura longitudinal Fonte: o autor Observações: a. Em uma prancha de armação são desenhadas várias vigas e as barras são numeradas em cada viga, da esquerda para a direita, de cima para baixo e, desta forma, a barra D tornou- se a N2, a barra E a N3, a barra C a N4, a barra B a N5 e a barra A a N6; b. Sempre que tivermos barras idênticas, com mesma geometria e dimensões, na mesma viga ou em outras vigas da mesma prancha, elas terão a mesma numeração; c. Para os comprimentos das barras foram tomados múltiplos de cinco. Para a barra N2 (barra D), por exemplo, foram de- terminados 151 cm à esquerda e 198 cm à direita totalizando 349 cm. Este comprimento foi arredondado para 350 cm que, somados aos 30 cm dos ganchos totalizam os 380 cm apre- sentados como comprimento total da barra; UNIUBE 259 d. As barras precisam ser locadas na viga. As barras N2, N5 e N6 são posicionadas 2,0 cm afastadas da forma. A barra N5 está a 75 cm da forma lateral do Apoio A; e. Para a barra N3 foram feitas três locações (88 e 97, respecti- vamente, à esquerda e à direita do centro do apoio e, 103 cm a partir da forma da extremidade do balanço). Esta redundância de locações não só é desnecessária, como deve ser evitada; f. Os pontos de momento fletor máximo positivo devem ser evi- tados para a locação das barras, pois primeiro teríamos que locá-los no projeto e as referências para locação devem ser físicas, como as formas, os eixos de apoios etc.; g. Em um projeto, o eixo do momento fletor máximo positivo não seria desenhado, assim como a palavra cobrimento não seria escrita e nem as contas 277-202 e 200-97 seriam indicadas. 5.2.10 Armaduras construtivas e porta estribos As barras N1 e N7 não foram calculadas, elas simplesmente foram acrescentadas ao detalhamento. Estas barras são denominadas armaduras construtivas. Cada seção deve ter um número mínimo de barras para fixação dos estribos, na seção retangular devemos colocar uma barra em cada canto. As barras da armadura estrutural, estas que calculamos para a armadura de flexão podem ser usadas para a fixação dos estribos, mas na viga ficaram algumas regiões sem armadura de flexão. Na borda superior te- mos um longo trecho do apoio A até a barra N2, e na borda inferior, toda a região do balanço. Daí a necessidade das barras N1 e N7. 260 UNIUBE A barra N1 é o que denominamos como porta estribo. Deve ter diâmetro maior ou igual ao do estribo (≥ 5,0 mm) e maior ou igual a ¼ do maior diâmetro da armadura longitudinal (≥ ¼ . 16 = 4,0 mm). Esta barra é construtiva, não tem função estrutural, portanto não necessita de ganchos e seu comprimento deve ter início na face do apoio A, ir até alcançar a barrar N2 e ultrapassá-la 10 ou 15 cm, o necessário para amarrá-la à N2 com arame recozido. A barra N7 também vai trabalhar como porta estribo, porém é di- ferente da barra N1. Observe que durante a construção a extre- midade do balanço pode estar apoiada, aliás, durante a vida útil da estrutura isto pode acontecer, portanto a armadura na borda inferior deve atender aos quesitos da armadura mínima de flexão. No Capítulo III, quando estudamos as lajes, apresentamos na Tabela 11 as taxas mínimas de armadura de flexão para vigas de seção retangular. Está estranhando esta tabela estar no con- teúdo referente a lajes? Não se esqueça de que as lajes foram modeladas como vigas fictícias de 1,0 m de largura. Vamos repetir esta tabela aqui, ok? Tabela 29 – Taxas mínimas de armadura de flexão para vigas de seção retangular Valores de ρmin = As,min/Ac (%) fck ωmín 20 25 30 35 40 45 50 0,035 0,150 0,150 0,173 0,201 0,230 0,259 0,288 Fonte: NBR 6118 – item 17.3.5 – Tabela 17.3 UNIUBE 261 Valores de ρmin estabelecidos para aço CA-50, γc = 1,4 e γs = 1,15. ωmin = taxa mecânica mínima de armadura longitudinal para valores diferentes de fck, fyk, γc , e γs min min . cd yd f f ρ ω= Como nossa viga tem 20 x 45 cm, e concreto C25, da tabela, temos: ρmin = 0,15 %, portanto: As,min = ρmin . Ac = 0,0015 . 20 . 45 = 1,0 cm2. Duas barras de 8,0 mm seriam suficientes, mas vamos adotar para a barra N7 φ de 10,0 mm. A barra N7 pode ter função estrutural, portanto seu comprimento deve ir da face do balanço, respeitado o cobrimento, e penetrar 10φ a face do apoio B., no caso fomos até a outra face. 5.2.11 Ancoragens de barras comprimidas Na construção de um edifício, normalmente executamos os pila- res, as vigas e as lajes de cada pavimento, sistematicamente até a cobertura. É comum vermos que a armadura dos pilares do pa- vimento concretado fica “esperando” as armaduras dos pilares do pavimento superior (Figura 89). Esta é a armadura de espera, de arranque ou de emenda por aderência. Nas estruturas usuais de concreto armado, o exemplo mais co- mum do uso das armaduras comprimidas acontece nos pilares e, são nestes que acontece com mais frequência, a necessidade da 262 UNIUBE emenda (por aderência) das barras comprimidas. Outro caso bas- tante comum do uso de barras comprimidas ocorre nas vigas cal- culadas com armadura dupla. Figura 89 – Representação esquemática de emen- das das armaduras longitudinais de pilares Fonte: o autor O comprimento de ancoragem das barras comprimidas é calculado como o comprimento de ancoragemreta (sem gancho) das barras tracionadas. 5.3 Emendas de barras por aderência 5.3.1 Introdução As emendas de barras de aço são bastante comuns nos projetos e obras de concreto armado. Podemos ter vigas de grandes vãos em que as barras precisam ser emendadas para atingir o comprimento UNIUBE 263 necessário ou, a ligação de elementos estruturais executados em diferentes etapas, como são os casos, por exemplo, das armadu- ras de espera de escadas, marquise, pilares etc. As emendas das barras para concreto armado podem ser: • Por traspasse; • Por luvas com preenchimento metálico, rosqueadas ou prensadas; • Por solda; • Por outros dispositivos devidamente justificados. Neste texto vamos abordar apenas as emendas por traspasse, ou seja, as emendas baseadas na aderência entre o aço e o concreto. Quando introduzimos os conceitos de aderência e ancoragem vi- mos que o comprimento de ancoragem era um trecho na extremi- dade da barra em que os esforços atuantes na barra são transfe- ridos para o concreto ou, dito de outra forma, a região em que se gera a tensão de serviço, de zero na extremidade da barra até σs. Este é o princípio da emenda por traspasse e é mostrado na Figura 90. Acima, temos uma barra “A” com seus trechos de ancoragem e, a seguir, duas barras “B” e “C” emendadas por traspasse com o mesmo comprimento da barra “A”. 264 UNIUBE Figura 90 – Princípio da emenda por traspasse Fonte: o autor No detalhe da região do traspasse podemos observar que as duas barras juntas têm a tensão de serviço, por exemplo, na seção A temos σs para a barra B e zero para a barra C. Na seção D, temos 1/4 e 3/4 de σs, ou seja, a barra B a partir da seção A inicia a trans- ferência dos esforços atuantes na barra para o concreto e a barra C, a partir da seção A inicia a geração da tensão de serviço, por meio da aderência. Evidentemente estamos apenas expondo o conceito, o princípio da emenda por traspasse. Como veremos a seguir, o comprimento da emenda deverá ser um pouco maior que o comprimento de ancora- gem, pois, uma barra única, inteira, é muito mais “segura” que duas barras emendadas e, dessa forma, quanto mais crítica, mais desfavo- rável, forem as condições da emenda, por exemplo, a proporção de barras emendadas, a proximidade das barras emendas etc., maior será a majoração do comprimento de ancoragem para a emenda. UNIUBE 265 5.3.2 Emendas por traspasse A NBR 6118 (2003) estabelece algumas restrições para as emendas de barras por traspasse (ou por aderência), não permitindo seu uso para: • barras de bitola superior a 32 mm; • feixes com o diâmetro do círculo de mesma área superior a 45 mm; • elementos estruturais lineares de seção inteiramente tracio- nada (tirantes e pendurais). O comprimento das emendas será determinado em função de três fatores: • distância livre entre barras emendadas; • proporção de barras emendadas na mesma seção; • comprimento de ancoragem necessário. A Figura 91 mostra quatro barras em planta e na seção transversal da viga, sendo que as barras laterais A e D estão emendadas por traspasse. Apoiados nesta figura, tecemos algumas considerações sobre as emendas por traspasse: Figura 91 – Distância livre entre barras emendadas Fonte: o autor 266 UNIUBE • Começamos por algumas questões de ordem prática, por exemplo, evitar fazer as emendas na região de momentos fletores máximos, pois é a região mais armada, com maior número de barras. As emendas devem ser feitas, preferen- cialmente, nos quartos extremos dos vãos; • Um ponto negativo das emendas por traspasse é a dificulda- de de acomodar as barras na seção da viga, pois cada barra emendada é duplicada na região da emenda; • Dividir o número de barras emendadas entre os dois lados da viga, além de melhorar a acomodação das barras na seção, reduz a proporção de barras emendadas na seção. 5.3.2.1 Emendas supostas na mesma seção transversal Se a distância entre o término de uma emenda e o início de outra for inferior a 20% do maior comprimento do trecho de traspasse essas emendas são consideradas na mesma seção transversal. Observando a Figura 92 e considerando 01 e 02, os comprimentos de ancoragem das barras 1 e 2 com 01 = 100 cm e 02 = 80, a distância entre o tér- mino de uma e o início da outra emenda deveria ser superior a 20 cm para que não sejam consideradas na mesma seção transversal. UNIUBE 267 Figura 92 – Emendas supostas na mesma seção transversal Fonte: NBR 6118 – Figura 9.3 Quando as barras têm diâmetros diferentes, usamos o maior diâ- metro para o cálculo do comprimento de traspasse. 5.3.2.2 Proporção máxima de barras tracionadas emendadas na mesma seção A proporção máxima de barras tracionadas da armadura principal emendadas por traspasse na mesma seção transversal do elemen- to estrutural deve ser a indicada na Tabela 30. Quando se tratar de armadura permanentemente comprimida ou de distribuição, todas as barras podem ser emendadas na mesma seção. 268 UNIUBE Tabela 30 – Proporção máxima de barras tracionadas emendadas Tipo de barra Situação Tipo de carregamento Estático Dinâmico Alta aderência em uma camada em mais de uma camada 100% 50% 100% 50% Lisa φ < 16 mm φ ≥ 16 mm 50% 25% 25% 25% Fonte: NBR 6118 – Tabela 9.3 Considerando que o aço estrutural para concreto armado é o CA- 50, um aço de alta aderência, a proporção máxima de barras tra- cionadas emendadas, conforme a Tabela 29 será 100% quando as barras estiverem dispostas em apenas uma camada e, 50% quan- do em mais de uma camada. 5.3.2.3 Comprimento de traspasse de barras tracionadas isoladas Quando a distância livre entre barras emendadas estiver compre- endida entre zero e 4φ, o comprimento do trecho de traspasse para barras tracionadas será: 0t 0t b,nec 0t,min . α= ≥ Sendo: α0t o coeficiente função da porcentagem de barras emenda- das na mesma seção (Tabela 31), 0t b 0t,min 0,3 . . 15 200 mm α φ ≥ UNIUBE 269 Se distância livre entre barras emendadas for maior que 4φ, ao compri- mento 0t deve ser acrescida a distância livre entre barras emendadas. Tabela 31 – Valores do coeficiente α0t Barras emendadas na mesma seção (%) ≤ 20 25 33 50 > 50 Valores de α0t 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 Fonte: NBR 6118 – Tabela 9.4 5.3.2.4 Comprimento por traspasse de barras comprimidas, isoladas Conforme a NBR 6118, 2003, item 9.5.2.3, o comprimento de traspas- se das barras comprimidas, é determinado por meio da expressão: 0c n,nec 0c,min= ≥ Sendo: b 0c,min 0,6 . 15 200 mm φ ≥ Considerações finais Neste capítulo aprendemos o conceito de ancoragem, de emendas por traspasse e, por fim, aprendemos o detalhamento longitudinal da armadura de flexão. Terminamos fazendo o cálculo e detalha- mento completo da armadura de flexão de uma viga. O detalhamento da armadura de flexão apresentado na Figura 88 está pronto, completo, inclusive com as armaduras construtivas. Este detalhamento está pronto para ser desenhado em uma planta 270 UNIUBE de armação das vigas de uma planta de forma de um pavimento tipo, por exemplo. Isto significa que estamos quase chegando ao final. No próximo capítulo, vamos ver o cisalhamento, vamos aprender a calcular e detalhar a armadura de cisalhamento, os estribos. Ao acrescentarmos o detalhamento dos estribos à Figura 88, o de- talhamento da nossa viga exemplo estará completo e esta etapa do nosso curso, concluída. João Dirceu Nogueira Carvalho Introdução Vigas de concreto armado – cisalhamento Capítulo 6 Fazer um cálculo exato, perfeitamente exato, signifi ca fazer matemática, porém, teríamos procedimentos complexos, extensos e demorados, que inviabilizariam os procedimentos normais do engenheiro, então vamos estabelecer simplifi cações, isto é o que chamamos modelagem matemática, ou modelagem teórica e é o que faremos agora ao estabelecer nossas hipóteses de cálculo. Anteriormente, conceituamos modelagem matemática como sendoa adoção de hipóteses simplifi cadoras que viabilizem nossos cálculos, fornecendo-nos resultados rápidos e confi áveis. Há muito tempo, mais precisamente no início do século 20, o estudo do concreto armado ainda estava engatinhando, um engenheiro alemão chamado Emil Mörsch (1872-1950) propôs um método para calcular vigas de concreto armado. Mörsch propôs uma analogia entre uma viga fi ssurada e uma treliça, ou seja, resolvendo esta treliça teríamos todas as informações relativas à viga de concreto. Um século depois essa treliça é conhecida como Treliça Clássica de Mörsch – Ritter. Considerando uma viga bi apoiada de seção retangular, Mörsch admitiu que, após a fi ssuração, seu comportamento é similar ao de uma treliça como a indicada na Figura 93. Figura 93 – Treliça clássica de Mörsch – Ritter Fonte: o autor Supondo vigas de seção constante com armadura longitudinal suficientemente ancorada, temos: • Banzo comprimido - zona comprimida de - concreto, de altura x; • Banzo tracionado - barras da armadura longitudinal de tração; • Montantes tracionados - formado pela reunião dos estribos contidos na distância “z”, supostos como um único estribo equivalente, adotados como estribos verticais; • Diagonais comprimidas – admitidas fissuras a 45º com a horizontal, o concreto não fissurado entre duas fissuras, formam as bielas de compressão; • “z” – é o braço de alavanca, o braço do binário formado pela resultante de concreto comprimido e pela resultante de aço tracionado. Resolvendo a treliça, a força nas barras do banzo superior nos fornecia a resultante de compressão no concreto, a força nas barras do banzo inferior nos fornecia a resultante de tração no aço, a força nos montantes verticais nos permitia verificar o cisalhamento e a força nas diagonais nos permitia analisar o esmagamento do concreto. A chamada treliça clássica de Ritter-Mörsh foi uma das concepções mais fecundas na história do concreto armado. O dimensionamento à flexão foi muito modificado ao longo dos anos, muitos modelos teóricos foram adotados em vários países do mundo. No Brasil, o dimensionamento à flexão já foi feito pelo Estádio I, Estádio II, Estádio III e desde 1975 pelos Estados Limites, mas quanto ao cisalhamento, .... um século depois, calculamos os nossos estribos para combater o cisalhamento e verificamos o esmagamento do concreto com base na treliça Clássica de Morsch – Ritter. Evidentemente, cem anos se passaram e nesse período os ensaios laboratoriais e as pesquisas foram aprimorados, afinal foram desenvolvidas novas tecnologias, novos equipamentos, uma revolução nos instrumentos de medição e é claro, os meios computacionais. Este desenvolvimento científico nos mostraram imperfeições na teoria da treliça de Mörsch, por exemplo: • a inclinação das fissuras é inferior a 45°; • na região próxima aos apoios, o banzo superior inicia um processo de arqueamento, inclinando-se até encontrar o banzo inferior; • A treliça isostática, por hipótese, é na realidade muito hiperestática. As bielas e o banzo superior, ambos comprimidos se conectam rigidamente. As normas de concreto adotam o modelo teórico proposto por Mörsch-Ritter, com as correções devidas ao desenvolvimento científico e tecnológico ocorridas neste período. Objetivos • Conceituar o cisalhamento em vigas de concreto armado; • Desenvolver uma metodologia de cálculo, conforme as prescrições estabelecidas pela NBR 6118. • Cisalhamento - verificação do estado-limite último • Verificação de esmagamento de bielas • Cálculo da armadura transversal • Cargas próximas aos apoios • Cálculo da parcela a ser absorvida pelo concreto • Cálculo da parcela a ser absorvida pela armadura • Decalagem do diagrama de força no banzo tracionado • Cálculo da armadura transversal com a utilização de tabelas Esquema Cisalhamento - verificação do estado-limite último6.1 A verificação do cisalhamento em elementos lineares é tratada pela NBR 6118 a partir do item 17.4.1 de uma forma bastante simples e clara, delineando toda a sequência de cálculo. São admitidos dois modelos de cálculo que pressupõem a analogia com modelo em treliça, de banzos paralelos, associado a mecanismos resistentes complementares desenvolvidos no interior do elemento estrutural e traduzidos por uma componente adicional Vc. Em uma seção qualquer de uma viga, ela estará submetida a um esforço cortante que terá uma parcela absorvida pelo concreto e a outra pela armadura. Sd c swV V V= + Onde: VSd = esforço cortante atuante na seção; Vc = parcela do esforço cortante absorvida pelo concreto; Vsw = parcela do esforço cortante absorvida pela armadura. UNIUBE 275 Modelo de cálculo I: neste modelo são admitidos: • as diagonais de compressão têm uma inclinação constan- te θ = 45° em relação ao eixo longitudinal do elemento; • a parcela complementar Vc tem um valor constante, indepen- dentemente de VSd. Modelo de cálculo II: neste modelo são admitidos: • as diagonais de compressão têm uma inclinação variável 30º ≤ θ ≤ = 45° em relação ao eixo longitudinal do elemento; • a parcela complementar Vc sofre reduções com o aumento de VSd. A norma nos apresenta dois modelos para verificar o cisalhamento, o Modelo I, mais simples, e o Modelo II, um “pouquinho” mais com- plicado, e nos é permitido optar por qualquer um dos dois. A nossa opção, será pelo Modelo I, e mais, como a expressiva maioria dos autores abordaremos apenas o Modelo I. Na introdução observamos que ao resolver a treliça de Mörsch- Ritter, a força nas barras do banzo superior nos fornecia a resultan- te de compressão no concreto, a força nas barras do banzo inferior nos fornecia a resultante de tração no aço, a força nos montantes verticais nos permitia verificar o cisalhamento e a força nas diago- nais nos permitia analisar o esmagamento do concreto. As forças nos banzos superior e inferior é a parte referente à fle- xão, e na introdução observamos que seria resolvida com base em outro modelo teórico. Temos, então, três problemas para resolver: 276 UNIUBE • as bielas (diagonais) de compressão; • os montantes (estribos verticais); • resolver o problema de usarmos dois modelos teóricos ao tra- balharmos em uma mesma viga. O que faremos a seguir será resolver estes três problemas: • o primeiro será verificar o esmagamento das bielas de compressão; • o segundo, em uma seção qualquer submetida a um determinado esforço cortante, determinar quanto o concreto absorve, e com a di- ferença que caberá ao aço, determinar a armadura de cisalhamento; • o terceiro será compatibilizar os dois modelos mediante a de- calagem do diagrama de momento fletor. 6.2 Verificação de esmagamento de bielas A resistência do elemento estrutural, em uma determinada seção transversal, deve ser considerada satisfatória, quando verificadas simultaneamente as seguintes condições: O esforço cortante solicitante VSd deve ser inferior à força cortante resistente de cálculo, relativa à ruína das diagonais comprimidas de concreto VRd2. 2Sd RdV V≤ Sendo 2 20, 27 . . . . Rd v cd wV f b dα= UNIUBE 277 Onde: ( )2 1 / 250v ckfα = − fck, expresso em megapascal (MPa) ( )2 1 / 25v ckfα = − fck, expresso em kN / cm2. IMPORTANTE! Em edifícios, nas vigas de seção retangular nunca teremos esma- gamento de bielas. Nas vigas de seção T o esforço cortante atinge valores muito altos, mas raramente produzem o esmagamento das bielas. Em pontes de concreto armado de duas longarinas, as vi- gas são calculadas como seção T e é comum o esmagamento de bielas. Neste caso, a solução é próxima aos apoios alargar a seção pelo lado de dentro da viga. 6.3 Cálculo da armadura transversal DICAS Nas vigas temos a armadura de flexão que denominamos armadura lon- gitudinal e representamos por φℓ. Para o cisalhamento usamos os estri- bos chamados como armadura transversal e representados por φt. 278 UNIUBE 3Sd Rd c swV V V V= = + VRd3 é a força cortante resistente de cálculo, relativa àruína por tração diagonal; Vc é a parcela de força cortante absorvida pelo concreto; e Vsw é a parcela a ser absorvida pela armadura transversal, con- forme os modelos I ou II. 6.3.1 VSd - Cargas próximas aos apoios A Norma permite que próximo aos apoios diretos (carga e a reação de apoio aplicado em faces opostas comprimindo-o), se faça redu- ções no esforço constante: • para carga distribuída: , 2Sd Sd dV V= permite tomar como VSd o valor do esforço cortante a uma distância d/2 a partir da face do apoio (Figura 94); Figura 94 – Redução do esforço cortante – cargas distribuídas Fonte: do autor • para carga concentrada aplicada a uma distância a ≤ 2d do eixo teórico do apoio: a parcela do esforço cortante referente à carga concentrada pode ser reduzida, multiplicando-a por a/(2d). UNIUBE 279 ATENÇÃO Estas reduções não se aplicam à verificação do esmagamento das bielas. Somente são válidas para o cálculo da armadura transversal. 6.3.2 Cálculo da parcela a ser absorvida pelo concreto 0,6 . . . c ctd wV f b d= ,inf 2/3 2/3 , 0,7 0,7 . 0,3 . . 0,15 . 1, 4 ctk ctd ct m ck ck c c f f f f f γ γ = = = = Vc parcela a ser absorvida pelo concreto; bw largura na alma da viga (menor largura ao longo da altura útil); d altura útil; fctd resistência de cálculo do concreto à tração; fct,m resistência média do concreto à tração. DICA Sempre que tivermos uma raiz de fck devemos entrar com o valor em Mpa. É preciso tomar muito cuidado porque o cálculo é feito em kN/cm2. 280 UNIUBE 6.3.3 Cálculo da parcela a ser absorvida pela armadura Sd c sw sw Sd cV V V V V V= + → = − Onde: ( ) ( ) . 0,9 . . . cos sw sw ywdV A s d f sen α α= + Asw Seção da armadura transversal (de um estribo); fywd é a tensão na armadura transversal passiva, limitada ao valor fyd , não se tomando valores superiores a 435 MPa; α é o ângulo de inclinação da armadura transversal em relação ao eixo longitudinal do elemento estrutural, podendo-se tomar 45° ≤ α ≤ 90°. IMPORTANTE! A armadura de cisalhamento pode ser constituída apenas por estribos, que podem ser verticais ou inclinados, ou por estribos e barras dobradas. As barras dobradas são o aproveitamento da armadura de flexão, com suas extremidades dobradas a 45º para combater o cisalha- mento. Quando utilizadas elas não podem resistir a uma parcela superior a 60% do esforço cortante. Seu uso é desaconselhado por inviabilidade técnica e econômica. Muito comum até a década de 1960 atualmente é raramente usada. Os estribos inclinados, por atuarem normalmente à abertura das fissuras de cisalhamento, em princípio, poderiam proporcionar uma redução de diâmetro, porém por estarem inclinados a 45º teriam UNIUBE 281 um comprimento 40% maior. Devemos considerar também os pro- blemas construtivos decorrentes da fixação de armaduras inclina- das. Por estes motivos não são muito utilizados. Considerando a armadura transversal composta apenas por estri- bos verticais, teremos α = 90º e, portanto, sen α = 1 e cos α =0, desta forma: ( ) . 0,9 . . sw Sd c sw sw ywdV V V V A s d f= − = O que nos dá o espaçamento dos estribos, em função do diâmetro do estribo adotado. . 0,9 . . sw ywd sw A d f s V = DICAS Normalmente, adotamos estribos de 5,0 mm, o menor diâmetro permitido para estribos. Se o espaçamento for muito pequeno, por exemplo, 5,0 ou 6,0 cm, adotamos o diâmetro 6,3 mm e assim sucessivamente. As tensões de cisalhamento são tensões pequenas e distribuídas e devem ser combatidas por ferros finos e bem distribuídos ao longo da viga. Em edifícios normalmente resolvemos com o diâmetro de 5,0 mm e excepcionalmente com o 6,3 mm. É preciso ser uma viga muito solicitada para usarmos um estribo de 8,0 mm em edifícios. 282 UNIUBE Saiba mais Em uma longarina de ponte, uma viga com vão de 25 a 30 m e seção (bw x h) 25 a 30 x 220 a 230 cm, usamos estribos de 10 mm ou 12,5 mm. Os estribos podem ser de 2, 3 ou 4 ramos. Ramos são as pernas, os montantes dos estribos e a seção transversal dos estribos é dada pelo produto da seção da barra pelo número de ramos. Na Figura 95 exemplificamos estes estribos. Figura 95 – Desenho esquemático de estribos Fonte: o autor 6.3.3.1 Taxa mínima de armadura de cisalhamento Aprendemos a calcular a armadura de cisalhamento para um deter- minado esforço cortante, no caso, adotado um diâmetro, o esforço cortante no apoio esquerdo nos dará um determinado espaçamen- to de estribos e o esforço cortante no apoio direito nos dará outro (ou o mesmo) espaçamento de estribos. UNIUBE 283 Tomemos como exemplo uma viga bi apoiada submetida a uma carga uniformemente distribuída. O esforço cortante é positivo à esquerda terminando negativo à direita, sendo nulo no meio da viga. A questão é que calculamos o espaçamento dos estribos para os esforços cortantes nos apoios, ou seja, os esforços cortantes má- ximos, portanto, calculamos os espaçamentos mínimos. São estes espaçamentos que vamos utilizar no meio da viga? Aliás, não che- gará um momento em que apenas o concreto poderá absorver todo o esforço cisalhante? A resposta é não para a primeira pergunta e sim para a segunda, mas a segunda pergunta tem um problema: a norma não permite que apenas o concreto absorva todo esforço cisalhante, ela exige uma taxa mínima de armadura de cisalhamento, mesmo que o es- forço cortante seja nulo. No item 14.4.1.1., a NBR 6118 prescreve que todos os elementos lineares submetidos a força cortante, de- vem conter armadura transversal mínima constituída por estribos, com taxa geométrica: ,0, 2 . . . ct msw sw w ywk fA b s sen f ρ α = ≥ como sen α = 1 ,0, 2 . . ct msw sw w ywk fA b s f ρ = ≥ Como 2/3 , 0,3 . ct m ckf f= e 435 500 ywd ywkf MPa f MPa≤ ∴ ≤ po- demos tabelar ρsw,mim em função de fck. Veja a Tabela 6.3 284 UNIUBE 6.3.3.2 Esforço cortante relativo à taxa mínima de armadura de cisalhamento Se podemos determinar a armadura de cisalhamento para um esforço cortante, podemos fazer o caminho inverso, a partir da armadura de cisalhamento podemos determinar o esforço cortante que a produz. Temos que: ( ) . 0,9 . . sw sw ywdV A s d f= é a parcela do esforço cortante que cabe ao aço . sw sw w A b s ρ = é a taxa da armadura de cisalhamento, portanto: . 0,9 . . = . . 0,9 . . = . . 0,9 . . . sw sw sw ywd w ywd sw w ywd w A AV d f b d f b d f s s b ρ= ,0, 2 . ct msw ywk f f ρ ≥ é a taxa mínima da armadura de cisalhamento, portanto: , . max. ,min. . . sw sw sw sw mim w w sw A As b s b ρ ρ ρ = ≥ ∴ ≤ é o espaçamento máximo. ,min. ,min. . . 0,9 . . sw sw w ywdV b d fρ= Como ,min. ,min.Sd sw c Sd swV V V V V V= + → = + ,min. , . SdSd k k mim f f VVV V γ γ = → = UNIUBE 285 DICAS Em um diagrama de esforço cortante temos condições de deter- minar o esforço cortante que, para valores abaixo dele teremos a taxa mínima de armadura de cisalhamento, portanto os maiores espaçamentos, e para valores acima dele teremos a armadura de cisalhamento a ser determinada, portanto com taxas de armadura de cisalhamento acima da mínima e com espaçamentos menores. 6.3.3.3 Prescrições de norma para a armadura de cisalhamento Já aprendemos a determinar as regiões onde vamos ter que cal- cular a armadura de cisalhamento, as regiões onde vamos colocar a taxa mínima de armadura e a calcular estas armaduras. Para encerrarmos, precisamos ver algumas prescrições da norma para a armadura de cisalhamento: • O diâmetro da barra que constitui o estribo deve ser maior ou igual a 5 mm, e menor ou igual a 1/10 da largura da alma da viga. No caso de estribos formados por telas soldadas, o diâ- metro mínimo pode ser reduzido para 4,2 mm, desde que se- jam tomadas precauções contra a corrosão dessa armadura. • O espaçamento mínimo entre estribos, medido segundo o eixo longitudinal do elemento estrutural, deve ser suficiente para permitir a passagem do vibrador, garantindo um bom adensamentoda massa. • O espaçamento máximo deve atender às seguintes condições: 2 máx.Se 0,67 . então 0,6 . d 300 mmd RdV V s≤ = ≤ ; 2 máx.Se 0,67 . então 0,3 . d 200 mmd RdV V s> = ≤ . 286 UNIUBE • Os estribos para armaduras de cisalhamento devem ser fe- chados por meio de um ramo horizontal, envolvendo as bar- ras da armadura longitudinal de tração, e ancorados na face oposta, a superior. Quando essa face também estiver tracionada, caso de balanços ou regiões de momento negativo em vigas contínuas, o estribo deve ser fechado também para envolver a armadura superior. Propõe-se colocar nestas regiões os estribos com os ganchos na par- te inferior e estribos com os ganchos na parte superior intercalados. 6.3.4 Exemplo de cálculo Pronto, já temos condições de fazer um exercício completo para aplicarmos o que aprendemos. Vamos retomar a viga que usamos no capítulo anterior para deta- lhar a armadura de flexão e finalizar o dimensionamento dela com o cálculo e detalhamento da armadura de cisalhamento. Dados: concreto C25, aço CA-60 para os estribos, bw = 20 cm. O Apoio A e B têm 20 e 25 cm na direção da viga. A viga já foi calculada a flexão, obtendo-se: h = 45 cm e d = 40,5 (41,5) cm UNIUBE 287 As (+) = (4φ16) + 2φ12,5 e As (-) = (2φ12,5 + 1φ12,5) Redução do cortante nos apoios: Apoio A sA = 0,1+0,2025 = 0,3025 m red = sA . p = 9,075 VkA,red = 70,93 kN Apoio Besq sBesq = 0,125+0,2025 = 0,3275 m red = sBesq . p = 9,825 kBe,red = 90,18 kN Apoio Bdir sBdir = 0,125+0,2025 = 0,3275 m red = sBdir . p = 9,825 VkBd,red = 50,18 kN 288 UNIUBE a. Verificação do esmagamento de bielas ( ) ( )2 1 / 25 0,91 2,5 / 25v ckfα = == − − fcd = 1,786 kN/cm2. 2 20, 27 . . . . Rd v cd wV f b dα= = 2 0, 27 . 0,9 . 1,786 . 20 . 40,5RdV = = 351,54 kN ,max. 21, 4 . 100,0 140Sd RdV V= = <<< ,max. 20, 40 . !Sd RdV V ok= b. Determinação da parcela Vc absorvida pelo concreto 2/3 2/3 20,15 . 0,15 . 25 1,28 0,128 kN/cmctd ck ctdf f MPa f= = = = 0,6 . . . 0,6 . 0,128 . 20 . 40,5 62,208 c ctd wV f b d kN= = = c. Determinação de Vk,min ,min. ,min. . . 0,9 . . sw sw w ywdV b d fρ= ,min. 0,103% . 20 . 0,9 . 40,5 . 43,5 32,7 kNswV = = ,min. ,min. 32,7 62,21 94,91 kNSd sw cV V V= + = + = ,min. ,min. ,min. 1, 4 67,79 kNSk sd f sdV V Vγ= = = d. Determinação das regiões a serem armadas e as com taxa mínima No diagrama de esforço cortante, os valores inferiores a VSk,min = 67,79 kN serão armados com a taxa mínima de estribos e as regi- ões com valores superiores terão seus estribos calculados. UNIUBE 289 Quando colocados o valor de Vk,min no diagrama de esforço cor- tante, observamos que na viga temos quatro regiões: • As regiões A e C onde o esforço cortante supera o valor de Vk,min. Nestas regiões, deveremos calcular os estribos. • As regiões B e D onde o esforço são inferiores a Vk,min usa- remos a taxa mínima de estribos. Apoio A – REGIÃO A Já calculamos as reduções de cortante nos apoios, mas vamos detalhar o cálculo para o Vk,A. O apoio A tem 20 cm na direção da viga e a altura útil da viga é 40,5, ou seja, podemos tomar o esforço cortante a uma distância 20/2 + 40,5/2 = 30,25 cm. Como temos p = 30 kN/m, em 30,25 cm teremos uma redução de 0,3025 . 30 = 9,075 kN, ou seja: 290 UNIUBE No apoio A consideraremos Vk,A reduzido = 80 – 9,075 = 70,93 kN. y = 80 – 67,79 y = 9,6 kN p . x = y comprimento da região A → x = 0,41 m Apoio Besq. – REGIÃO C Vk, reduzido = 100 – 9,825 = 90,18 kN. y = 100 – 67,79 y = 32,21 p . x = y comprimento da região C → x = 1,07 m. REGIÃO B Se o vão tem 6,0 m, a região A tem 0,41m e a região C tem 1,07 m A Região B terá 6,0 – 0,41 – 1,07 = 4,52 m UNIUBE 291 REGIÃO D É a região do balanço. A Região D terá 2,0 m. e. Determinação das armaduras de cisalhamento – adotado φt = 5,0 mm Região A - Vk.reduzido = 70,93 kN. VSd,red = 99,302 x = 0,48 m Vc = 62,208 kN 70,93 . 1, 4 62,208 37,09sw Sd cV V V= − = − = . 0,9 . . 0,392 . 0,9 . 40,5 . 43,5 37,09 sw ywd sw A d f s V = = =16,8 s = 16,5 cm Intervalo = 41 - 10 = 31 cm n = 31/16,5 = 1,88 adota-se 2 n =2 + 1 = 3 estribos c/16,5 o intervalo passa a ser 2.16,5 =33 cm Obs.: não se coloca estribos dentro do pilar, por isso retiramos 10,0 cm do intervalo. Ao número inteiro de estribos somamos 1. O intervalo começa e termina com estribos. Região C Vk.reduzido =90,18 kN. VSd,red = 126,25 x = 1,07 m Vc = 62,208 kN 292 UNIUBE 90,18 . 1, 4 62,208 64,044sw Sd cV V V= − = − = . 0,9 . . 0,392 . 0,9 . 40,5 . 43,5 64,044 sw ywd sw A d f s V = = =9,7 s = 9,5 cm Intervalo = 107 – 12,5 = 94,5 cm n = 94,5 / 9,5 = 9,95 adota-se 10 n = 10 + 1 = 11 estribos c/ 9,5 o intervalo passa a ser 10 . 9,5 = 95 cm IMPORTANTE! Não se coloca estribos dentro do pilar, por isso retiramos a me- tade da largura do pilar do intervalo, determinamos o número de estribos, arredondamos para o inteiro superior e somamos 1, pois vamos fazer esse intervalo começar e terminar com estribos. Região B e D – Taxa mínima Vc = cte = 49,08 kN max. ,min. 0,392 19 . 20 . 0,103% sw w sw As b ρ ≤ = = IMPORTANTE! Não podemos nos esquecer que o espaçamento máximo é dado por três fatores: o obtido pela taxa mínima, o obtido em função da altura útil e o dado por uma distância máxima. w.mín. max. 2 max 2 max taxa mínima de armadura ( ) 0,67 . 0,6 . 30 0,67 . 0,3 . 20 Sd Rd Sd Rd s V V s d cm V V s d cm ρ ≤ ≤ → = ≤ > → = ≤ UNIUBE 293 No item a), quando verificamos esmagamento das bielas determi- namos: ,max. 20,39 . Sd RdV V= . w.mín. max. 2 max taxa mínima de armadura ( ) 19 cm 0,67 . 0,6 . 0,6 . 40,5 24,3 cm 30 cm Sd Rds V V s d ρ = ≤ ≤ → = = = Adotamos, portanto, max. 24,3 cm 19,0 cm 30 cm s = ≤ DICAS max. ,min. . sw w sw As b ρ ≤ Quanto mais larga a seção, menor será o espaçamento máximo dos estribos. Quanto maior o fck, maior será o ρw,min e, portanto, menor será o espaçamento máximo dos estribos. Região B e D As regiões A e C tiveram seus comprimentos recalculados em fun- ção do número de estribos e do espaçamento entre eles. A região B passou de 31 para 33 cm e a região C de 94,5 para 95 cm. Devemos, portanto, recalcular a região B para estes valores. Neste caso, as alterações foram mínimas porque o número de estribos deu muito próximo do inteiro superior. Região B, sem os pilares, e descontando as regiões A e C. 294 UNIUBE IMPORTANTE! Nos intervalos A e C somamos 1 estribo. Estes intervalos começa- ram e terminaram com estribos. O intervalo B começa com o último estribo do intervalo A e termina com o último do intervalo C, portanto vamos adotar o número intei- ro superior e subtrair um estribo. Intervalo = 600 – 10 – 12,5 – 33 – 95 = 449,5 cm smax = 19,0 cm n. estribos = 449,5 / 19 = 23,7 adoto 23,0 estribos Região D, balanço Descontando a metade do pilar, Intervalo = 200 – 12,5 = 187,5 cm smax = 19,0 cm n. estribos = 187,5 / 19 = 9,9 adoto 11,0 estribos IMPORTANTE! O intervalo D começa com um estribo na face do pilar e termina com um estribo na extremidade do balanço, portanto vamos adotar o número inteiro e adicionar um estribo. UNIUBE 295 Agora é só fazer o detalhamento final. Na planta de armação terí- amos o esquema longitudinal da viga, acima desse esquema te- ríamos o detalhamento da armadura de flexão negativa, abaixo o da armadura de flexão positiva e abaixo da armadura de flexão positiva o detalhamento da armadura de cisalhamento. A Figura 96 mostra o detalhamento final, completo, com o detalhamento da armadura de flexão e de cisalhamento, pronto para execução. 6.3.5 Decalagem do diagrama de força no banzo tracionado Como havíamos visto, adotamos um modelo teórico para a flexão e outro para o cisalhamento, agora temos que compatibilizar estes mo- delos. A NBR 6118 considera que os efeitos provocados pela fissura- ção oblíqua, provocados pela armadura longitudinal de tração, deter- minadamediante o equilíbrio de esforços na seção normal ao eixo do elemento estrutural, podem ser substituídos no cálculo pela decala- gem do diagrama de força no banzo tracionado, dada pela expressão: ( ) ( ) ,max ,max . 1 cotg cotg 2 . Sd Sd c V a d d V V α α = + − ≤ − 296 UNIUBE Figura 96 – Detalhamento da viga V117 Fonte: o autor A legenda do estribo indica: 36 N1 φ 5,0 mm c/var. c=114 cm • Trata-se do ferro N1; • Nesta viga vão ser usados 36 estribos; • O diâmetro é de 5,0 mm; • O espaçamento (a cada) é variável; • O comprimento do ferro é de 114,0 cm. UNIUBE 297 α é o ângulo de inclinação da armadura transversal em relação ao eixo longitudinal do elemento estrutural, portanto, para estribos verticais ( α = 90° ): ( ) ,max ,max . 0,5 2 Sd Sd c V a d d V V = ≥ − Onde: aℓ = d para | Vsd,máx | ≤ |Vc|; aℓ ≥ 0,5 d no caso geral; aℓ ≥ 0,2 d para estribos inclinados a 45°. Essa decalagem pode ser substituída, aproximadamente, pela corres- pondente decalagem do diagrama de momentos fletores, ou seja, IMPORTANTE! Uma forma bastante fácil de entendermos o que significa esta de- calagem e a diferença entre os dois modelos teóricos é que no caso da flexão, os esforços variam a cada seção da viga, por exemplo, uma seção a 2,0 m do apoio A está submetida a esforços diferentes de uma seção a 2,001 m. No caso do cisalhamento, nosso modelo teórico baseia-se em uma treliça e, sabemos que ao longo de uma barra da treliça as forças normais são constantes. Na treliça clássi- ca verifica-se que a força Nst calculada na seção “A - A” permanece constante até a seção “A’ - A’”, significando que o diagrama de Nst 298 UNIUBE deve ser deslocado de um certo valor “aℓ”. Na Figura 97 apresen- tamos um desenho esquemático para visualizar esta explicação. Figura 97 – Desenho esquemático da decalagem aℓ Fonte: o autor Cálculo da armadura transversal com a utilização de tabelas: Tabela 32 – Valores de Vc em função de bw e d 0,6 . . . c ctd wV f b d= 2/30,15 . ctd ckf f= 2/30,09 . . . c ck wV f b d= fck = 20 MPa fck = 25 MPa fck = 30 MPa bw bw bw d 14 15 17 20 d 14 15 17 20 d 14 15 17 20 30,0 27,9 29,8 33,8 39,8 30,0 32,3 34,6 39,2 46,2 30,0 36,5 39,1 44,3 52,1 30,5 28,3 30,3 34,4 40,5 30,5 32,9 35,2 39,9 46,9 30,5 37,1 39,8 45,1 53,0 31,0 28,8 30,8 34,9 41,1 31,0 33,4 35,8 40,6 47,7 31,0 37,7 40,4 45,8 53,9 31,5 29,2 31,3 35,5 41,8 31,5 33,9 36,4 41,2 48,5 31,5 38,3 41,1 46,5 54,7 32,0 29,7 31,8 36,1 42,4 32,0 34,5 36,9 41,9 49,2 32,0 38,9 41,7 47,3 55,6 35,0 32,5 34,8 39,5 46,4 35,0 37,7 40,4 45,8 53,9 35,0 42,6 45,6 51,7 60,8 35,5 33,0 35,3 40,0 47,1 35,5 38,2 41,0 46,4 54,6 35,5 43,2 46,3 52,4 61,7 36,0 33,4 35,8 40,6 47,7 36,0 38,8 41,6 47,1 55,4 36,0 43,8 46,9 53,2 62,6 36,5 33,9 36,3 41,1 48,4 36,5 39,3 42,1 47,7 56,2 36,5 44,4 47,6 53,9 63,4 37,0 34,3 36,8 41,7 49,1 37,0 39,9 42,7 48,4 56,9 37,0 45,0 48,2 54,7 64,3 40,0 37,1 39,8 45,1 53,1 40,0 43,1 46,2 52,3 61,6 40,0 48,7 52,1 59,1 69,5 40,5 37,6 40,3 45,7 53,7 40,5 43,6 46,7 53,0 62,3 40,5 49,3 52,8 59,8 70,4 41,0 38,1 40,8 46,2 54,4 41,0 44,2 47,3 53,6 63,1 41,0 49,9 53,4 60,6 71,3 41,5 38,5 41,3 46,8 55,0 41,5 44,7 47,9 54,3 63,9 41,5 50,5 54,1 61,3 72,1 42,0 39,0 41,8 47,3 55,7 42,0 45,2 48,5 54,9 64,6 42,0 51,1 54,7 62,0 73,0 UNIUBE 299 45,0 41,8 44,8 50,7 59,7 45,0 48,5 51,9 58,9 69,3 45,0 54,7 58,7 66,5 78,2 45,5 42,2 45,3 51,3 60,3 45,5 49,0 52,5 59,5 70,0 45,5 55,4 59,3 67,2 79,1 46,0 42,7 45,8 51,9 61,0 46,0 49,6 53,1 60,2 70,8 46,0 56,0 60,0 68,0 79,9 46,5 43,2 46,3 52,4 61,7 46,5 50,1 53,7 60,8 71,6 46,5 56,6 60,6 68,7 80,8 47,0 43,6 46,8 53,0 62,3 47,0 50,6 54,2 61,5 72,3 47,0 57,2 61,3 69,4 81,7 50,0 46,4 49,7 56,4 66,3 50,0 53,9 57,7 65,4 76,9 50,0 60,8 65,2 73,9 86,9 50,5 46,9 50,2 56,9 67,0 50,5 54,4 58,3 66,1 77,7 50,5 61,4 65,8 74,6 87,8 51,0 47,3 50,7 57,5 67,6 51,0 54,9 58,9 66,7 78,5 51,0 62,0 66,5 75,3 88,6 51,5 47,8 51,2 58,1 68,3 51,5 55,5 59,4 67,4 79,3 51,5 62,7 67,1 76,1 89,5 52,0 48,3 51,7 58,6 69,0 52,0 56,0 60,0 68,0 80,0 52,0 63,3 67,8 76,8 90,4 55,0 51,1 54,7 62,0 72,9 55,0 59,3 63,5 71,9 84,6 55,0 66,9 71,7 81,2 95,6 55,5 51,5 55,2 62,6 73,6 55,5 59,8 64,1 72,6 85,4 55,5 67,5 72,3 82,0 96,5 56,0 52,0 55,7 63,1 74,3 56,0 60,3 64,6 73,3 86,2 56,0 68,1 73,0 82,7 97,3 56,5 52,5 56,2 63,7 74,9 56,5 60,9 65,2 73,9 87,0 56,5 68,7 73,6 83,5 98,2 57,0 52,9 56,7 64,3 75,6 57,0 61,4 65,8 74,6 87,7 57,0 69,3 74,3 84,2 99,1 60,0 55,7 59,7 67,6 79,6 60,0 64,6 69,3 78,5 92,3 60,0 73,0 78,2 88,6 104,3 60,5 56,2 60,2 68,2 80,2 60,5 65,2 69,8 79,1 93,1 60,5 73,6 78,9 89,4 105,1 61,0 56,6 60,7 68,8 80,9 61,0 65,7 70,4 79,8 93,9 61,0 74,2 79,5 90,1 106,0 61,5 57,1 61,2 69,3 81,6 61,5 66,3 71,0 80,5 94,6 61,5 74,8 80,2 90,8 106,9 62,0 57,6 61,7 69,9 82,2 62,0 66,8 71,6 81,1 95,4 62,0 75,4 80,8 91,6 107,7 65,0 60,3 64,7 73,3 86,2 65,0 70,0 75,0 85,0 100,0 65,0 79,1 84,7 96,0 113,0 65,5 60,8 65,2 73,8 86,9 65,5 70,6 75,6 85,7 100,8 65,5 79,7 85,4 96,8 113,8 66,0 61,3 65,6 74,4 87,5 66,0 71,1 76,2 86,3 101,6 66,0 80,3 86,0 97,5 114,7 66,5 61,7 66,1 75,0 88,2 66,5 71,6 76,8 87,0 102,3 66,5 80,9 86,7 98,2 115,6 67,0 62,2 66,6 75,5 88,9 67,0 72,2 77,3 87,6 103,1 67,0 81,5 87,3 99,0 116,4 70,0 65,0 69,6 78,9 92,8 70,0 75,4 80,8 91,6 107,7 70,0 85,2 91,2 103,4 121,7 70,5 65,5 70,1 79,5 93,5 70,5 75,9 81,4 92,2 108,5 70,5 85,8 91,9 104,1 122,5 Fonte: o autor 300 UNIUBE Tabela 33 – Valores de Vs em função de s/d sw Sd cV V V= − 1 . . 0,9 . sw sw ywdV A fs d = estribos de 2 ramos - bitolas em mm s/d 5 6 6,3 8 10 s/d 5 6 6,3 8 10 0,10 153,47 221,59 244,30 393,85 614,66 0,36 42,63 61,55 67,86 109,40 170,74 0,11 139,52 201,44 222,09 358,04 558,78 0,37 41,48 59,89 66,03 106,45 166,12 0,12 127,89 184,66 203,58 328,21 512,21 0,38 40,39 58,31 64,29 103,64 161,75 0,13 118,05 170,45 187,92 302,96 472,81 0,39 39,35 56,82 62,64 100,99 157,60 0,14 109,62 158,28 174,50 281,32 439,04 0,40 38,37 55,40 61,07 98,46 153,66 0,15 102,31 147,73 162,86 262,57 409,77 0,41 37,43 54,05 59,58 96,06 149,92 0,16 95,92 138,49 152,69 246,16 384,16 0,42 36,54 52,76 58,17 93,77 146,35 0,17 90,28 130,35 143,70 231,68 361,56 0,43 35,69 51,53 56,81 91,59 142,94 0,18 85,26 123,11 135,72 218,81 341,48 0,44 34,88 50,36 55,52 89,51 139,69 0,19 80,77 116,63 128,58 207,29 323,50 0,45 34,10 49,24 54,29 87,52 136,59 0,20 76,73 110,79 122,15 196,92 307,33 0,46 33,36 48,17 53,11 85,62 133,62 0,21 73,08 105,52 116,33 187,55 292,69 0,47 32,65 47,15 51,98 83,80 130,78 0,22 69,76 100,72 111,04 179,02 279,39 0,48 31,97 46,16 50,90 82,05 128,05 0,23 66,73 96,34 106,22 171,24 267,24 0,49 31,32 45,22 49,86 80,38 125,44 0,24 63,95 92,33 101,79 164,10 256,11 0,50 30,69 44,32 48,86 78,77 122,93 0,25 61,39 88,64 97,72 157,54 245,86 0,51 30,09 43,45 47,90 77,23 120,52 0,26 59,03 85,23 93,96 151,48 236,41 0,52 29,51 42,61 46,98 75,74 118,20 0,27 56,84 82,07 90,48 145,87 227,65 0,53 28,96 41,81 46,09 74,31 115,97 0,28 54,81 79,14 87,25 140,66 219,52 0,54 28,42 41,04 45,24 72,94 113,83 0,29 52,92 76,41 84,24 135,81 211,95 0,55 27,90 40,29 44,42 71,61 111,76 0,30 51,16 73,86 81,43 131,28 204,89 0,56 27,41 39,57 43,62 70,33 109,76 0,31 49,51 71,48 78,81 127,05 198,28 0,57 26,92 38,88 42,86 69,10 107,83 0,32 47,96 69,25 76,34 123,08 192,08 0,58 26,46 38,21 42,12 67,91 105,98 0,33 46,51 67,15 74,03 119,35 186,26 0,59 26,01 37,56 41,41 66,75 104,18 0,34 45,14 65,17 71,85 115,84 180,78 0,60 25,58 36,93 40,72 65,64 102,44 0,35 43,85 63,31 69,80 112,53 175,62 Fonte: o autor UNIUBE 301 Tabela 34 – Valores da taxa mínima da armadura de cisalhamento ρsw,mim (%) , , . 0, 2 . ct m sw mín ywk f f ρ ≥ Aço CA-50 e CA-60 fck 20 25 30 35 40 45 50 ρsw,min.(%) 0,088 0,103 0,116 0,1284 0,14 0,152 0,163 Fonte: o autor Tabela 35 – Valores de smáx., em função de bw e fck 2/3 , 0,3 . ct m ckf f= , , . 0, 2 . ct m sw mín ywk f f ρ ≥ max. ,min. . sw w sw As b ρ ≤ fck 20 MPa fck 25 MPafck 30 MPa φ 5 6 6,3 5 6 6,3 5 6 6,3 bw 14 27,6 30,0 30,0 23,7 30,0 30,0 21,0 30,0 30,0 15 25,7 30,0 30,0 22,2 30,0 30,0 19,6 28,3 30,0 16 24,1 30,0 30,0 20,8 30,0 30,0 18,4 26,6 29,3 17 22,7 30,0 30,0 19,6 28,2 30,0 17,3 25,0 27,6 18 21,4 30,0 30,0 18,5 26,7 29,4 16,4 23,6 26,0 19 20,3 29,3 30,0 17,5 25,3 27,8 15,5 22,4 24,7 20 19,3 27,8 30,0 16,6 24,0 26,5 14,7 21,3 23,4 22 17,5 25,3 27,9 15,1 21,8 24,1 13,4 19,3 21,3 Fonte: o autor 302 UNIUBE Considerações finais Na conclusão do capítulo anterior observamos que o detalhamento da armadura de flexão apresentado na Figura 88 estava pronto, completo, que um armador poderia executar a armação de flexão para aquela viga usada como exemplo. Neste capítulo, estudamos o cisalhamento. Aprendemos a calcular e detalhar a armadura de cisalhamento, os estribos. Concluímos este capítulo retomando a Figura 88 para acrescentar- mos o detalhamento dos estribos. O detalhamento da nossa viga exemplo conforme apresentado na Figura 98, está completo, é o detalhamento final desta viga. Este detalhamento juntamente com os detalhamentos das outras vigas deste pavimento, constantes da planta de forma, irão compor a planta de armação das vigas deste pavimento. Isto significa que esta etapa do nosso curso está concluída. Nos Capítulos VII e VIII vamos trabalhar com os pilares de concreto armado. João Dirceu Nogueira Carvalho Introdução Pilares de concreto armado - dimensionamento Capítulo 7 Estamos chegando ao fi nal do nosso curso. Discretizamos nossa estrutura em seus elementos básicos: as lajes, as vigas e os pilares. As lajes recebem as cargas de utilização (as variáveis ou acidentais) e somadas à sua carga permanente (peso próprio, revestimento etc.), descarregam em seus apoios, as vigas. As vigas recebem as cargas das lajes e somadas ao seu peso próprio, cargas de parede etc., descarregam em seus apoios, os pilares. Os pilares são elementos de barra, lineares, retos e normalmente verticais, solicitados por esforços normais de compressão, excêntricos, ou seja, solicitados à fl exo- compressão. Excepcionalmente, podem ser solicitados por esforços de tração, denominados então como tirantes, e também excepcionalmente podem estar inclinados. Os pilares, a partir da cobertura, pavimento por pavimento, recebem as reações das vigas e somado ao seu peso próprio, descarrega estas cargas nos elementos de fundação que, por sua vez, irão transmiti-los ao solo. Dentre os elementos estruturais são os que mais nos preocupam, pois a ruptura de apenas um pilar pode levar ao colapso em cadeia, ao colapso progressivo de toda a estrutura. Os pilares normalmente são classifi cados de duas formas: • Conceituar e classificar os pilares retangulares de concreto armado; • Equacionar o dimensionamento dos pilares de concreto armado. • Pilares de concreto armado - dimensionamento • Classificação dos pilares quanto à sua posição em planta • Pilares intermediários • Pilares de extremidade • Pilares de canto • Classificação dos pilares quanto à sua esbeltez • Índice de esbeltez, raio de giração, comprimento de flambagem • Exemplo de determinação do índice de esbeltez de um pilar. • Classificação dos pilares quanto ao índice de esbeltez. Objetivos Esquema • Quanto à sua posição em planta; • Quanto à sua esbeltez. Em nosso curso, vamos adotar os pilares de seção retangular. Em relação à posição em planta veremos as três posições possíveis, os intermediários ou centrais, os laterais ou de extremidade e os de canto, já em relação à esbeltez, vamos limitá-la em 90. Neste capítulo, vamos conceituar este elemento estrutural e equacionar seu dimensionamento, conforme as recomendações da NBR 6118 – “Projeto de estruturas de concreto – Procedimento” e dentre os vários métodos de cálculo propostos vamos abordar os métodos do pilar padrão com curvatura e rigidez aproximadas. UNIUBE 305 • Tipos de excentricidades • Excentricidade de forma (ef ou er) • Excentricidade acidental (ea) • Excentricidade inicial (ei) • Excentricidade de segunda ordem (e2) • Resumo geral das excentricidades em um pilar • Exemplos de cálculo das excentricidades • Ábacos para o cálculo da armadura longitudinal de pilares • Ábacos para Flexão Normal Composta • Ábacos para Flexão Composta Oblíqua Pilares de concreto armado - dimensionamento7.1 7.1.1 Classificação dos pilares quanto à sua posição em planta Vamos retomar nossa planta de forma desenvolvida no Capítulo II e apresentada na Figura 18. Veja o pilar P11, por exemplo, é um pi- lar central e as vigas passam por ele formando uma cruz, tanto em sua base como em seu topo, ele é um apoio interno paras as duas vigas. O pilar P09, por exemplo, está na lateral da planta e, na dire- ção vertical ele é um apoio interno da viga V106, mas na horizontal, para a viga V104 ele é um apoio de extremidade. Finalmente, o pilar P01, tanto na horizontal como na vertical, é o apoio de extre- midade tanto para a viga V101 como para a viga V106. Explicando de uma forma bem simples, essa ligação da viga com o pilar, provoca um giro na cabeça do pilar, ou seja, um momento que pode ser representado por uma carga excêntrica e esta é uma das excentricidades que vamos considerar no dimensionamento do nosso pilar. 306 UNIUBE Figura 99 - Planta de forma (parcial) do pavimen- to tipo e planta dos vãos teóricos Fonte: o autor Bem, voltemos aos nossos pilares P11, P09 e P01. Quando o pilar é um apoio interno da viga, ou seja, quando a viga passa pelo pilar, o tramo esquerdo provoca um giro anti-horário e o tramo direito, um giro horário e dessa forma, teremos uma excen- tricidade para a esquerda anulando, ou reduzindo muito, a excen- tricidade para a direita. Quando o pilar é um apoio extremo da viga, ou seja, quando a viga termina no pilar, o tramo provoca um giro na cabeça do pilar, ou seja, teremos uma excentricidade para apenas um dos lados do pilar. UNIUBE 307 Após esta pequena explicação, vamos classificar nossos pilares como pilares intermediários, de extremidade e de canto, e na Figura 100 mostraremos a caracterização de cada um deles. 7.1.1.1 Pilares intermediários São os pilares internos das vigas nas duas direções. Os pilares P06, P10 P11 e P12, são pilares intermediários. Para eles, não se considera a excentricidade provocada pelas vigas. 7.1.1.2 Pilares de extremidade São os pilares nas laterais da planta de forma, quando em uma das direções é um apoio interno da viga e na outra é um apoio de extremidade da outra viga. Os pilares P02, P03 P04 e P07, P09, P14, P15 e P16, enquadram-se nesta definição, não é mesmo? Para eles, não se considera a excentricidade provocada pela viga em que eles são pilares internos e considera-se a excentricidade provocada pela viga em que eles são pilares de extremidade. Veja que os pilares P05 e P08 não são pilares laterais, mas são pilares de extremidade. IMPORTANTE! É comum, às vezes, ouvirmos Pilares centrais ou intermediários. Precisamos tomar cuidado porque um pilar central é intermediário 308 UNIUBE quando ele é um apoio interno para ambas as vigas, quando am- bas as vigas passam por ele. Os pilares de extremidade normalmente são pilares laterais, mas os Pilares centrais também podem ser Pilares de extremidade, como é o caso dos P05 e P08. 7.1.1.3 Pilares de canto São os pilares de extremidade para ambas as vigas, e recebem essa denominação por estarem nos cantos da plante de forma. Os pilares P01 e P13, são pilares de canto. Para eles, considera-se a excentricidade provocada pelas vigas em ambas as direções. IMPORTANTE! Para que serve tudo isso? Veremos, a seguir, que os pilares inter- mediários serão calculados à flexão normal composta e de uma forma um pouquinho mais simples que os de extremidade que tam- bém serão calculados à flexão normal composta. Os pilares de canto serão calculados à flexão composta oblíqua. UNIUBE 309 Figura 100 - Posição dos pilares em uma estrutura Fonte: Fusco(1981, p.238) 7.2 Classificação dos pilares quanto à sua esbeltez Já vimos esse assunto em Mecânica dos Sólidos (resistência dos Materiais), vamos apenas relembrar, ok? Vamos pegar algumas ré- guas de plástico com tamanhos variados, mas de mesma seção transversal. Inicialmente, vamos pegar a de 50 cm, colocá-la na vertical, com uma extremidade apoiada na mesa e a outra com a palma de nossa mão comprimindo-a ligeiramente. Se a pressio- narmos um pouquinho a régua vai dar aquela embarrigada, não é mesmo? Se pressionarmos mais um pouquinho ela vai entortar mais ainda e mais um pouquinho de pressão, ela irá romper. 310 UNIUBE Com a régua de 40 cm de comprimento vai acontecer a mesma coi- sa, mas precisaremos fazer um pouquinho mais de pressão. Com a régua de 30 cm, teremos que aumentar a pressão para acontecer a mesma coisa, o mesmo valendo para a régua de 20 cm de com- primento e para a de 10 cm. Verificamos que diminuindo o comprimento da régua, temos que aplicar uma força de compressão cada vez maior e a régua vai en- tortando cada vez menos, não é mesmo? Imagine se pegarmos um pedacinho de 2 cm de uma das réguas e tentarmos fazer o mesmo. Vamos aplicar uma baita força de compressão, vamos machucar a palma de nossa mão, e o pedacinho de régua de 2 cm de compri- mento não irá entortar, quanto mais atingir a ruptura. De uma forma muito simples estamos descrevendo o processo de flambagem e as nossas réguas estão atingindo a ruptura por perda de estabilidade devido à flambagem, ou seja, o estado de deforma- ção provoca esforços internos. Isto é o que chamamos de efeito de segunda ordem. Veja a Figura 101. Figura 101 - Momento de segunda ordem Fonte: o autor. UNIUBE 311 Como no início estabelecemos que todas as réguas teriam a mes- ma seção transversal e variamos o comprimento da régua percebe- se que a esbeltez é proveniente de uma relação entre uma carac- terística geométrica da seção e o vão, o comprimento do elemento. 7.2.1 Índice de esbeltez, raio de giração, comprimento de flambagem O índice de esbeltez (λ) dos pilares de concreto armado é uma grandeza que depende do comprimento equivalente do pilar (ℓe), e do raio de giração (i) da sua seção transversal: , ye x x y y I i i A λ = = ,ye x y x x Ii i A λ = = Em que: • λ- índice de esbeltez; • ℓe - comprimento de flambagem nas direções x ou y - depende das condições de apoio; • raio de giração em x ou y; • momento de inércia em x ou y; • A - área da seção transversal do pilar. 312 UNIUBE Para peças com seção transversal retangular resulta: IMPORTANTE! Lembra-se do exemplo das réguas? Todas as réguas tinham a mesma seção transversal (mesmo raio de giração) e variamos o comprimento da régua (ℓe), ou seja, maior o comprimento de flam- bagem, maior o índice de esbeltez (λ). Maior o índice de esbeltez, maior a possibilidade de haver flamba- gem do pilar. O pilar terá um índice de esbeltez para a direção x e um para a dire- ção y, e irá flambar na direção que tiver o maior índice de esbeltez. IMPORTANTE! Muito cuidado! Podemos dizer na direção x ou em torno do eixo y e estaremos dizendo a mesma coisa. Na literatura técnica preci- samos prestar atenção na convenção que o autor está usando. Às vezes, adota-se a seguinte convenção: λx significa na direção x e λxx significa em torno do eixo x, portanto λxx = λy. Entendeu? UNIUBE 313 Na Figura 102 são mostrados os comprimentos de flambagem para outros tipos de vinculação das extremidades: apoio-apoio, apoio -engaste, engaste-engaste e engaste-borda livre. rótula-rótula rótula-engaste engaste-engaste livre-engaste Figura 102 - Comprimentos de flambagem Fonte: o autor Em edifícios, os pilares são considerados contraventados pelo vi- gamento de cada pavimento, e esse contraventamento é represen- tado pelo vínculo de apoio. Em cada pavimento, o pilar é suposto vinculado em ambas as ex- tremidades e seu comprimento equivalente (ℓe), pode ser adotado conforme mostra a Figura 103, como o menor valor entre: 0 e h+ ≤ Onde: ℓ é a distância de centro a centro de vigas (o mesmo que cen- tro a centro de lajes); 314 UNIUBE ℓ0 é a distância entre a base da viga do pavimento superior e o topo da viga do andar inferior; h é a altura do pilar na direção considerada. Figura 103 - Determinação do comprimento equivalente Fonte: o autor 7.2.2 Exemplo de determinação do índice de esbeltez de um pilar Vamos supor um pilar de 17x25 cm, considerando vigas de 15x45 cm na direção horizontal e 15x35 cm na direção vertical. A distância entre as faces dos pisos é 270 cm. UNIUBE 315 Na direção x: ℓ = 270 cm, ℓ0 = 270 – 45 = 225, ℓe ≤ (270;225+17) = 242 cm Na direção x: ℓ = 270 cm, ℓ0 = 270 – 35 = 235, ℓe ≤ (270;235+25) = 260 cm Vamos fazer: e Ionde i i A λ = = Na direção x: b = 25 h = 17 A = 425 Ix = 10235,42 ix = 4,907 λx = ℓe,x / ix = 242 / 4,907 = 49,3 Na direção y: b = 17 h = 25 A = 425 Ix = 22135,42 ix = 7,217 λy = ℓe,y / iy = 260 / 7,217 = 36,0 316 UNIUBE Mas poderíamos ter feito: ,, 3,46 . 3,46 . e ye x x yb h λ λ= = λx = 3,46 . 242 / 17 = 49,3 λy = 3,46 . 260 / 25 = 36 7.2.3 Classificação dos pilares quanto ao índice de esbeltez Vamos retomar, novamente, o exemplo das réguas. Todas tinham a mesma seção transversal (mesmo raio de giração) e maior o com- primento da régua (ℓe), maior o índice de esbeltez (λ). Podemos perceber facilmente que a régua de 50 cm de comprimen- to era extremamente instável, bastando uma pequena compressão com o dedo mindinho para ela se vergar e romper. Em compensa- ção, um pedacinho de régua de 5 cm dificilmente perderia a estabi- lidade. Se comprimíssemos esse pedacinho de régua com a palma da mão, com bastante força, provavelmente iríamos machucar nos- sa mão e a reguinha de 5 cm não perderia a estabilidade. Com os pilares acontece exatamente isso. Em função do índice de esbeltez, podemos ter: • Pilares curtos (λ< λ1); • Pilares medianamente esbeltos (λ1 < λ < 90); • Pilares esbeltos (90 < λ < 140); • Pilares muito esbeltos (140 <λ < 200); • Pilares com λ > 200. UNIUBE 317 À medida que o índice de esbeltez aumenta, aumenta a instabilida- de do pilar e, consequentemente, modelos teóricos de cálculo cada vez mais rigorosos são exigidos pela NBR 6118: • Para pilares com λ > 90 deve-se considerar a fluência e o mo- delo teórico mais rigoroso; • Para pilares com λ > 140, a consideração da fluência é obri- gatória e torna-se obrigatório o cálculo pelo Método Geral, um modelo teórico muito mais rigoroso; • A NBR 6118 não admite pilares com λ > 200. DICAS Normalmente, dimensiona-se pilares curtos (λ < λ1) e mediana- mente esbeltos (λ1 < λ < 90). Para valores de λ superiores a 90 aumentam-se as dimensões do pilar. 7.2.3.1 Pilares curtos ( λ < λ1) É possível a utilização de modelos simplificados de cálculo como o Método do pilar-padrão com curvatura aproximada que adotare- mos neste texto e, os esforços locais de segunda ordem e2, M2 (Figura 101), podem ser desprezados quando o índice de esbeltez for menor que o valor-limite λ1 determinado pela expressão: 318 UNIUBE 1 1 25 12,5 . 90 35b e hλ α + ≤ = ≥ Onde: e1 é a excentricidade de 1ª ordem (não inclui a excentricidade acidental ea); h é a altura da seção na direção considerada; os valores de αb são analisados a seguir: a. Pilares bi apoiados sem cargas transversais 0,40 0,60 0,4 . 1,00 B b A M M α ≥ = + ≤ • Os momentos de primeira ordem MA e MB são os momentos nos extremos do pilar. • Toma-se para MA o maior valor absoluto ao longo do pilar bi apoiado. • MB tem o sinal positivo se tracionar a mesma face que MA e negativo em caso contrário. b. Pilares bi apoiados com cargas transversais significati- vas, ao longo da altura αb =1 UNIUBE 319 c. Pilares em balanço 0,85 0,80 0,2 . 1,00 C b A M M α ≥ = + ≤ • MA é o momento fletorde 1ª ordem no engaste; • MC é o momento fletor de 1ª ordem no meio do pilar em balanço. d. Pilares bi apoiados ou em balanço com momentos fleto- res menores que o momento mínimo αb =1 O momento mínimo é fornecido pela NBR 6118 no item 11.3.3.4.3, como o momento mínimo de 1ª ordem que pode ser usado para substituir o efeito das imperfeições locais nos pilares, em estruturas reticuladas. ( )1 ,min 0,015 0,03d dM N h= + Onde: • M1d,mín é o momento total de primeira ordem, isto é, o momento de primeira ordem acrescido dos efeitos das imperfeições locais; • 0,015 é dado em metros; • h é a altura total da seção transversal na direção considerada, em metros; • Nd é o esforço normal de cálculo. 320 UNIUBE No caso de pilares submetidos à flexão oblíqua composta, esse momento mínimo deve ser respeitado em cada direção principal, separadamente (o pilar deve ser verificado sempre à flexão oblíqua composta, onde, em cada verificação, pelo menos um dos momen- tos respeita o mínimo acima). A expressão de M1d,mín também pode ser expressa em função de uma excentricidade mínima: ( )1 ,min1 ,min 0,015 0,03dd d M e h N = = + DICAS O valor de αb, depende da vinculação dos extremos da coluna iso- lada e do carregamento atuante. Temos quatro possibilidades de vinculações e carregamentos. A NBR 6118 que vigorou de 1975 a 2003 fixava para pilares curtos λ < 40. Sugerimos que se adote curtos λ < 35 para limitar os pilares curtos. 7.2.3.2 Pilares pouco esbeltos (λ1 < λ ≤ 90) Ainda é possível a utilização do Método do pilar-padrão com cur- vatura aproximada como modelo simplificado de cálculo, porém os esforços locais de segunda ordem devem ser considerados. UNIUBE 321 7.3 Tipos de excentricidades Agora, vamos ter a consideração de duas situações: a de projeto e a de cálculo. Na Figura 104 apresentamos dois pilares internos e intermediários e a situação de projeto nos mostra que em planta o pilar à esquerda está submetido a uma compressão axial, centra- da, pois os eixos do pilar e da viga estão coincidentes. O pilar da direita nos mostra que o eixo da viga horizontal está afastado do eixo do pilar, ou seja, está excêntrica. Figura 104 - Situações de projeto Fonte: o autor. As situações de projeto apresentadas na Figura 104 são o que con- sideraremos como ponto de partida para a situação de cálculo, por exemplo, a NBR 6118 considera efeitos de desaprumo ou falta de retilineidade do eixo do pilar, ou seja, a incerteza quanto ao posi- cionamento da aplicação da carga e, desta forma, todo pilar estará sujeito a uma excentricidade acidental. 322 UNIUBE Na Figura 104 o pilar da esquerda, na direção x e na direção y, a partir do centro do pilar, coincidente com o centro das vigas, tere- mos a aplicação desta excentricidade acidental em cada direção, portanto flexão normal composta. O pilar da direita, na direção x aplica-se a partir do eixo vertical a mesma excentricidade acidental, mas na direção y a viga horizontal está excêntrica, ou seja, além da excentricidade acidental temos uma excentricidade real, ou tam- bém chamada de excentricidade de forma. 7.3.1 Excentricidade de forma (ef ou er) É a excentricidade real produzida por uma viga, ou pilar, descarre- gando fora do centro do pilar, ou seja, as reações das vigas estão excêntricas em relação ao centro do pilar. 7.3.2 Excentricidade acidental (ea) No dimensionamento NBR 6118 considera efeitos de desaprumo ou falta de retilineidade do eixo do pilar, conforme mostra a Figura 105. UNIUBE 323 Figura 105 - Imperfeições geométricas locais Fonte: NBR 6118. Figura 11.2. Repetindo, excentricidade acidental é a incerteza quanto ao po- sicionamento da aplicação da carga, portanto ocorre em todos os pilares, independentemente do índice de esbeltez, e deve ser adi- cionada à excentricidade inicial (ei), quando houver. A excentricidade acidental, é determinada por meio das expressões: 1 . 2a e θ = onde 1 1,min 1 100 . θ θ= ≥ Sendo: • θ1 - desaprumo de um elemento vertical contínuo; • - altura de um pavimento em metros; 324 UNIUBE • θ1,min - 1/300 para imperfeições locais; • θ1,max -1/200. IMPORTANTE! Não podemos esquecer que no item 7.2.3.1.c vimos que o momen- to de primeira ordem mais os efeitos das imperfeições locais deve respeitar o momento mínimo. ( )1 ,min 0,015 0,03d dM N h= + ( )1 ,min1 ,min 0,015 0,03dd d M e h N = = + 7.3.3 Excentricidade inicial (ei) Quando classificamos os pilares quanto à posição em planta men- cionamos a ligação da viga com o pilar, onde a viga provoca um giro na cabeça do pilar, ou seja, um momento que pode ser repre- sentado por uma carga excêntrica. Vimos que nos pilares inter- mediários, aqueles em que o pilar é um apoio interno da viga, os efeitos provocados pelo tramo de um lado do pilar é compensado pelos efeitos provocados pelo tramo do outro lado do pilar. A excentricidade inicial (ei) ocorre quando o pilar é um apoio extre- mo da viga, ou seja, quando a viga termina no pilar o tramo provoca um giro na cabeça do pilar e não é compensado, ou seja, teremos apenas a excentricidade para um dos lados do pilar. A excentricidade inicial será obtida supondo o engastamento da viga no pilar e a distribuição deste momento de engastamento UNIUBE 325 perfeito entre a viga, o pilar superior e o pilar inferior. Desta forma, o valor da excentricidade inicial é dado pelo quociente da parcela de momento que cabe ao pilar e a força normal aplicada no pilar. Em um edifício, o conjunto de pilares alinhados e o conjunto das vi- gas dos vários pavimentos que interligam estes pilares, formam um pórtico, uma estrutura altamente hiperestática. A NBR 6118 permite que se discretize os elementos estruturais, ou seja, que se desvincule o pilar, a viga e a laje, dessa forma uma viga contínua é considerada simplesmente apoiada nos pilares, como mostra o esquema de cálcu- lo apresentado na Figura 106. Com esta simplificação permitida por norma, se não temos o engaste, a solidarização perfeita pilar-viga, pois não calculamos e nem armamos para isso, temos uma vincula- ção pilar-viga muito mais forte do que um simples apoio. Dessa forma, a NBR 6118 permite a consideração da viga contínua como simples- mente apoiada nos pilares, porém, exige que nos apoios extremos se considere um momento igual ao Momento de Engastamento Perfeito (M.E.P.) (Figura 106) produzido pelo tramo de extremidade e distribu- ído entre este tramo, o pilar superior e o inferior. Figura 106 - Modelo simplificado de uma viga contínua simples- mente apoiada nos pilares e a correção nos apoios extremos Fonte: o autor 326 UNIUBE Na Figura 107 detalhamos a distribuição do Momento de Engastamento Perfeito (M.E.P.) produzido pelo tramo de extremi- dade. Consideramos o vigamento de três pavimentos para anali- sarmos o pavimento central. Observe que é o tramo de extremida- de com Momento de Engastamento Perfeito apresentado na Figura 106 vinculado ao pilar superior e ao inferior. Na Figura 108 apresentamos o esquema estático adotado para a dis- tribuição do Momento de Engastamento Perfeito. Esta distribuição será feita considerando a rigidez de cada um dos elementos envolvi- dos, em relação à rigidez total, por exemplo, a rigidez do pilar superior em relação à soma da rigidez do pilar superior, inferior e da viga. Esta será a parcela do Momento de Engastamento Perfeito que caberá ao pilar superior e de forma análoga, ao inferior e à viga. Figura 107 - Esquema de distribuição dos Momentos de Engastamento Perfeito (M.E.P.) das vigas aos pilares Fonte: NBR 6118. Figura 11.2 UNIUBE 327 Figura 108 - Esquema estático para a distribuição do Momento de Engastamento Perfeito (M.E.P.) Fonte: NBR 6118 – Figura 14.8 RELEMBRANDO Aprendemos a determinar o vão do pilar neste capítulo (Figura 103). Para o vão da viga considera-se o vão teórico, lembra-se como determiná-lo? 0 1 2a a= + + Sendo: ℓ0 a distância entre as facesinternas dos apoios; h a altura da viga; t1 , t2 espessura dos apoios (pilares) esquerdo e direito da viga. 1 2 1 2 2 2 0,3 . 0,3 . t t a e a h h ≤ ≤ 328 UNIUBE A NBR 6118 em seu item 14.6.6.1 permite algumas simplificações no cálculo de estruturas usuais de edifícios. É neste item que se permite a utilização do modelo clássico de viga contínua, simples- mente apoiada nos pilares, impondo a necessidade de algumas correções, entre elas: quando não for realizado o cálculo exato da influência da solidariedade dos pilares com a viga, deve ser considerado, nos apoios extremos, momento fletor igual ao momento de engastamento perfeito multiplicado pelos coefi- cientes estabelecidos nas seguintes relações: • na viga: inf sup inf supviga r r r r r + + + • no tramo superior do pilar: sup inf supviga r r r r+ + • no tramo inferior do pilar: inf inf supviga r r r r+ + Sendo: sup infviga sup inf , ,sup ,inf 4 . 3 . 3 . 0,5 . 0,5 . viga e viga e e I I Ir r r= = = IMPORTANTE Os coeficientes 3 e 4 foram introduzidos nas fórmulas anteriores para considerar o vínculo de apoio e a metade dos tramos dos pilares. UNIUBE 329 Para finalizar, vimos que o momento fletor na extremidade do pi- lar será o produto do coeficiente determinado anteriormente pelo Momento de Engastamento Perfeito da viga e assim determinamos a excentricidade inicial: ,pilard i d M e N = A excentricidade inicial foi determinada para as extremidades do pilar, onde normalmente temos os máximos momentos iniciais, po- rém como já mencionamos anteriormente a excentricidade de 2ª ordem é máxima no meio do pilar, conforme mostrado na Figura 101, portanto é necessário que se considere uma excentricidade inicial na seção do meio do pilar: 1, 0,6 . 0, 4 . 0, 4 . iA iB C iA e e e e + ≥ Sendo: eiC a excentricidade inicial no meio do pilar; eiA a maior entre as excentricidades iniciais no topo e na base do pilar; eiA a menor entre as excentricidades iniciais no topo e na base do pilar. 7.2.4 Excentricidade de segunda ordem (e2) A teoria de 2ª ordem trata dos esforços provocados pela defor- mação dos elementos estruturais, como é o caso da flambagem (Figura 101) que provoca uma flecha no pilar, ou seja, na seção intermediária do pilar teremos uma excentricidade de segunda 330 UNIUBE ordem. A modelagem teórica deste fenômeno pode ser mais simpli- ficada para os índices de esbeltez menores e se tornando cada vez mais rigorosa à medida que o índice de esbeltez vai aumentando. Neste texto, como observamos anteriormente em 7.2.3.1 e 7.2.3.2 quando classificamos os pilares quanto ao índice de esbeltez, para os pilares curtos ( λ ≤ λ1), os esforços locais de segunda ordem po- dem ser desprezados, e para os pilares pouco esbeltos (λ1 < λ ≤ 90) ainda é permitida a utilização de modelos teóricos simplificados como o Método do pilar-padrão com curvatura aproximada que usaremos, porém considerando os esforços locais de segunda ordem. A excentricidade de segunda ordem é dada pela expressão: 2 2 1 . 10 ee r = = Sendo 1/r a curvatura do pilar submetido à flexão composta: ( ) ( ) 1 0,5 . c s r h ε ε ν + = + Onde: . . . d d c cd cd F F A f b h f ν = = é o valor adimensional da força normal; 0,0035cε = deformação específica do concreto; 435 0,00207 210000 yd s yd s f E ε ε= = = = deformação específica do aço. 0,00557 0,005c sε ε+ = ≅ UNIUBE 331 ( ) 1 0,005 0,5 . r hν = + com ( )0,5 1ν + ≥ Dessa forma, a expressão para o cálculo da excentricidade de se- gunda ordem ficará: ( ) 2 2 0,005 . 10 0,5 . ee hν = + 7.3.5 Resumo geral das excentricidades em um pilar a. Excentricidade de forma (ef ou er) Eixos do pilar e da viga não coincidentes. b. Excentricidade acidental (ea) Ocorre em todo o pilar: nas seções de topo, base e intermediária. Considerar sempre, observando que ea ≥ e1d,min 1d,min 0,015 0,03 . (h em m)e h= + Seção extrema 1 . θ Seção intermediária ( )1 . 2θ 1 1 1= 200100 . θ ≤ 332 UNIUBE c. Excentricidade mínima (e1d,min) Ocorre em todo o pilar: nas seções de topo, base e intermediária. Como o próprio nome diz, é o valor mínimo 1d,min 0,015 0,03 . (h em m)e h= + d. Excentricidade inicial (ei) Em todo o pilar com valores diferentes para as seções de topo e base e para a intermediária. Pilares intermediários - não se considera, ei = 0 em ambas as direções. Pilares laterais - ei ≠ 0 na direção da viga que termina no pilar. Pilares de canto - ei ≠ 0 em ambas as direções na direção da viga que termina no pilar. ,pilard i d M e N = no topo e na base do pilar. 1, 0,6 . 0, 4 . 0, 4 . iA iB C iA e e e e + ≥ no meio do pilar. e. Excentricidade de segunda ordem (e2) É máxima na seção intermediária. UNIUBE 333 λ ≤ λ1 e2 = 0, não se considera a excentricidade de segunda ordem. λ1 < λ ≤ 90 e2 ≠ 0, considera-se a excentricidade de segunda ordem. ( ) 2 2 0,005 . 10 0,5 . h ee ν = + IMPORTANTE! Temos também a excentricidade suplementar (fluência) que não estamos abordando neste texto, pois ela deve ser considerada a partir de λ > 90. 7.3.6 Exemplos de cálculo das excentricidades No item 7.2.2 já aprendemos a determinar o índice de esbeltez de um pilar, agora vamos trabalhar com as excentricidades. Retomando o exemplo do item 7.2.2: um pilar de 17x25 cm, con- siderando vigas de 15x45 cm na direção horizontal e 15x35 cm na direção vertical. A distância entre as faces dos pisos é 270 cm. 334 UNIUBE Na direção x: ℓe ≤ (270;225+17) = 242 cm Na direção x: ℓe ≤ (270;235+25) = 260 cm λx = 3,46 . 242 / 17 = 49,3 λy = 3,46 . 260 / 25 = 36 Portanto, trata-se de um pilar pouco esbelto em ambas as direções. a. Excentricidade acidental (ea) 1 1 1= 200100 . θ ≤ Na direção x 1x 1 1= 200100 . 2,42 θ ≤ como 0,0064 > 0,005 θ1x = 0,005 1 . θ Seção extrema eax,Topo = 0,005 . 242 = 1,21 cm ( )1 . 2θ Seção intermediária eax,Meio = 0,0065 . 242 = 0,605 cm UNIUBE 335 b. Excentricidade inicial (eid,x) Vamos supor que seja um pilar lateral submetido a uma carga de 500 kN, armado com Aço CA 50 e concreto C25. Na direção x tenha uma viga com seção de 14x40 cm e 4,0 m de vão (centro a centro de apoio), submetida a uma carga de 20 kN/m terminando no pilar. O Pilar direito da viga tem 30 cm na direção da mesma. Ambos os pilares com a mesma seção acima e abaixo. Poderíamos trabalhar com o vão de 4,0 m, centro a centro de apoio, mas só para recordar: 1 2 1 2 2 2 0,3 . 0,3 . t t a e a h h ≤ ≤ a1 ≤ (17/2; 0,3 x 40) a1 ≤ (8,5; 12) a1 = 8,5 cm a2 ≤ (30/2; 0,3 x 40) a1 ≤ (15; 12) a2 = 12,0 cm Se de centro a centro são 4,0 m, de face a face de pilar serão: ℓ0 = 400 – 8,5 – 15 = 3,765 m 0 1 2a a= + + =3,765 + 0,085 + 0,12 = 3,97 m 336 UNIUBE A distância de centro a centro, para pilares “normais” normalmente gera resultados bastante satisfatórios. A rigidez total será: 752,31 + 253,77 + 253,77 = 1259,9 cm3. E a parcela de rigidez referente ao pilar superior será: 253,77 / 1259,9 = 0,201 O Momento de Engastamento Perfeito da viga é: 2 2 . 20 . 3,97.E. 26,268 kN.cm 2626,8 kN.cm 12 12 pM P = = = = O Momento no pilar será: 0,201. 2626,8 = 527,99 kN.cm Como a carga no pilar é N = 500 kN. Excentricidades na base e topo, eiA é a maior, eiB a menor. UNIUBE 337 Excentricidades no meio do pilar, eic 1, 0,6 . 0, 4 . 0, 4 . iA iB C iA e e e e + ≥ 1, 0,6 . 1,06 0,4 . (-)1,06 0,212 0,4 . 1,06 0,424C e + = ≥ = 1, 0, 424 cmCe = c. Excentricidade mínima (e1d,mim) 1d,min 0,015 0,03 . (h em m)e h= + Dir x. e1d,min = 0,015 + 0,03 . 0,17 = 0,0201 m e1d,min x = 2,01 cm Dir y. e1d,min = 0,015 + 0,03 . 0,25 = 0,0225 m e1d,min y = 2,25 cm d. Excentricidade de segunda ordem (e2) Pilares curtos ( λ ≤ λ1). Os esforços locais de segunda ordem po- dem ser desprezados. Pilares pouco esbeltos (λ1 < λ ≤ 90)têm que considerar os esforços locais de segunda ordem. Aço CA 50 fyd = 50/1,15 = 43,48 kN/cm2. Concreto C20 fcd = 20/1,4 = 14,29 MPa. fcd = 1,429 kN/cm2. 338 UNIUBE Na direção x . . . d d c cd cd F F A f b h f ν = = 1,4 . 500 1,1526 0,5 ok! 17 . 25 . 1,429 ν = = > ( ) ( ) 1 0,005 0,005 0,000178 0,5 . 1,1526 0,5 . 17r hν = = = + + Finalmente: 2 2 2, 1 242 . . 0,000178 1,042 cm 10 10 e xe r = = = Na direção y: 1,1526 . d c cd F A f ν = = ( ) ( ) 1 0,005 0,005 0,000121 0,5 . 1,1526 0,5 . 25r hν = = = + + Finalmente: 2 2 2, 1 260 . . 0,000121 0,8181 cm 10 10 e ye r = = = Terminamos? Não, não terminamos! Precisamos agora analisar estas excentricidades. Por exemplo: • O ponto de partida é uma excentricidade inicial no eixo x. • No eixo x, se a soma das excentricidades iniciais com a aci- dental for inferior à mínima, usa-se a excentricidade mínima. UNIUBE 339 • Na direção y não temos excentricidade inicial, então se a ex- centricidade acidental for inferior à mínima, usa-se a excentri- cidade mínima (na direção y), mas não nos esqueçamos que o ponto de partida é uma excentricidade inicial no eixo x. • Algumas excentricidades referem-se à seção de topo ou base do pilar, outras, como a excentricidade de segunda ordem re- ferem-se à seção intermediária, então precisamos tomar cui- dado, temos que fazer a análise da região das extremidades e da região intermediária do pilar. Mas isso vamos deixar para o próximo capítulo, quando faremos alguns exercícios explicando detalhadamente essas combinações. O fato é que teremos uma excentricidade para a direção x e outra para a direção y e, consequentemente, teremos os momentos em cada direção, pois a força normal aplicada no pilar vezes a excen- tricidade em uma direção, produz o momento nessa direção. Com o momento e a força normal estamos prontos para determinar a armadura do pilar. 7.4 Ábacos para o cálculo da armadura longitudinal de pilares 7.4.1 Ábacos para Flexão Normal Composta Como falamos anteriormente, os pilares são solicitados à flexão composta normal ou à flexão composta oblíqua. Detalhar o modelo teórico para esse dimensionamento seria assunto para um outro curso, um curso longo e complexo. 340 UNIUBE Alguns autores já estudaram o assunto e elaboraram ábacos para a determinação das taxas de armadura para uma série bastante grande de arranjos de armaduras na seção transversal do pilar. Neste texto, vamos utilizar os ábacos de Venturini (2000) para a Flexão Composta Normal e de Pinheiro (2009) para a Flexão Composta Oblíqua. Venturini apresenta uma introdução de trinta e poucas páginas e rapidamente explica e detalha a utilização dos ábacos e a seguir apresenta noventa e seis ábacos. Libânio adota o mesmo procedi- mento, quinze páginas para a apresentação e explicações neces- sárias para o uso dos ábacos e na sequência apresenta 92 ábacos. A seguir, vamos aprender a usar estes ábacos. Como escolher um de- terminado ábaco, quais os parâmetros necessários e como utilizá-los. Na Figura 109 apresentamos um ábaco para Flexão Normal Composta extraído de Venturini (2000). Veja o que temos: • O número do ábaco (A3); • Aço CA-50A (é o nosso aço CA 50, em 2000 pela norma vi- gente usava-se a letra A); • Coeficiente de minoração do aço (γs = 1,15). UNIUBE 341 Figura 109 - Ábaco para Flexão Normal Composta Fonte: Venturini (2000) 342 UNIUBE • d’/h d’ é a distância da armadura comprimida à borda comprimida e h a altura da seção. Observe que há uma figura detalhando a seção; • A figura da seção que aparece no canto superior direito. Figura 109. Observe que Nd está na direção vertical e a armadura está disposta na direção vertical. • Observe também que em alguns ábacos a armadura é repre- sentada por uma barra, como é o caso deste gráfico, e outros a armadura é representada por barras. No primeiro caso in- dicando a armadura aparece 2 As/2, ou seja calculamos As e dividimos meio a meio. No segundo caso pode aparecer 4 As/8 indicando que obrigatoriamente vamos usar 8 barras, 4 de um lado e 4 do outro. • Embaixo aparece algumas expressões: . Sd c cd N A f ν = . h . d c cd M A f µ = . . s yd c cd A f A f ω = • Finalmente, observe que o ábaco é cartesiano, possui um eixo horizontal µ, e um eixo vertical ν, portanto usaremos o par (µ, ν) para acessar o ábaco. Desta forma, a sequência para a obtenção da armadura é a seguinte: • Primeiro escolhemos se queremos impor o número de barras ou não (traço cheio ou não); • Em função do eixo considerado (momento) verificamos se a armadura está na mesma direção ou na direção oposta; UNIUBE 343 • Dentre estas escolhas determinamos d’/h e buscamos o ába- co que mais se aproxima (0,015, 0,10, 0,15, 0,20 e 0,25) ou, por exemplo, para d’/h = 0,8 podemos considerar os ábacos para 0,05 e 0,10 e interpolamos; • Determinamos os valores de µ e ν e no ábaco escolhido, va- mos adotar o valor de ω referente à curva mais próxima do ponto (µ, ν); • Com o valor de ω determinamos a armadura As. . . s yd c cd A f A f ω = . . c cds yd A fA f ω= Pronto! Agora é só detalharmos a armadura, o que faremos no pró- ximo capítulo. 7.4.2 Ábacos para Flexão Composta Oblíqua Para a Flexão Composta Oblíqua usaremos os ábacos propostos por Pinheiro (2009). Os procedimentos para acessar estes ábacos são bastante semelhantes ao que já vimos para a Flexão Normal Composta, porém com uma diferença significativa: antes trabalha- mos com a excentricidade em relação a um dos eixos e, portanto, com um par de esforços, o momento e esforço normal. Isto nos possibilitou o ábaco em um sistema cartesiano de eixos (µ, ν). Na Flexão Composta Oblíqua temos excentricidades em rela- ção aos dois eixos e, portanto, agora teremos três esforços a considerar: o esforço normal e um momento em cada direção. Convenhamos que um ábaco tridimensional vai complicar um pouquinho, não é mesmo? 344 UNIUBE Libânio mantém o sistema cartesiano de eixos, o eixo horizontal para µX, e o vertical para µY. Cada ábaco com os parâmetros (µX, µY) é feito para um valor específico de ν. Na Figura 110 apresentamos um ábaco para Flexão Composta Oblíqua extraído de Libânio (2009). Veja que temos quatro qua- drantes, no sentido anti-horário o primeiro para ν = 0,0, o seguindo para ν = 0,2, o terceiro para ν=0,4 e o quarto quadrante para ν = 0,6. E continua, este é o ábaco 3A, todos os ábacos são divididos em A e B, e no 3B teremos ν = 0,8, 1,0, 1,2 e 1,4. Dessa forma, determinado o valor de ν, entramos no quadrante correspondente com os parâmetros (µX, µY). Para um valor de ν diferente poderemos interpolar ou adotar o valor mais conservador, favorável à segurança. Veja que é o mesmo padrão dos ábacos usados para a Flexão Normal Composta. • O número do ábaco (3A). São fornecidos 46 ábacos A e 46 ábacos B; • Aço CA-50A (atualmente não se usa mais a letra A, é o nosso aço CA 50); • Coeficiente de minoração do aço (γs = 1,15); • d’y = 0,05 hy e d’x = 0,25 hx d’ é a distância da arma- dura comprimida à borda comprimida e h a altura da seção; • Asy / As = 2/6. Vamos usar 6 barras, sendo que duas delas deverão estar em cada lado menor; • Asx / As = 3/6. Vamos usar 6 barras, sendo que três delas deverão estar em cada lado maior. UNIUBE 345 Pronto! Agora é só detalharmos a armadura, o que faremos no pró- ximo capítulo. No Capítulo VIII vamos fazer alguns exercícios e aprender a detalhar a armadura dos pilares. Figura 110. Ábaco para Flexão Composta Oblíqua Fonte: Venturini (2000) 346 UNIUBE Considerações finais Neste capítulo aprendemos bastante sobre pilares de concreto ar- mado. Aprendemos a classificá-los, equacioná-los e a rotina para a determinação da armadura por meio dos ábacos de Flexão Normal Composta ou de Flexão Composta Oblíqua. Vimos que o objetivo principal é a determinação das excentricida- des, pois mediante elas determinamoso momento atuante no pilar. Mas no final do item 7.3.6, quando exemplificamos o cálculo das excentricidades, deixamos algumas dúvidas pairando no ar, por exemplo, quando usávamos a excentricidade mínima, as excentri- cidades que ocorriam nas extremidades do pilar, e as que ocorriam no meio, o tipo de flexão composta, normal ou oblíqua. Da mesma forma, apenas esquematizamos a utilização dos ába- cos. Acreditamos que com a rotina apresentada já é possível utilizá -los e determinar a armadura, mas sem dúvida, uma aplicação real facilitaria bastante, não é mesmo? Mas o importante é que cumprimos o objetivo proposto para este capítulo. Já temos todos os elementos para a determinação da ar- madura de um pilar, evidentemente falta detalhar melhor, ou seja, exemplificarmos por meio de alguns exercícios explicando de for- ma mais detalhada estes procedimentos. Para isto, teremos o Capítulo VIII inteirinho para dimensionar e de- talhar as armaduras dos pilares. João Dirceu Nogueira Carvalho Introdução Pilares de concreto armado – exercícios e detalhamento Capítulo 8 No capítulo anterior classifi camos e equacionamos o dimensionamento dos pilares de concreto armado. Mas no fi nal do item 7.3.6, quando exemplifi camos o cálculo das excentricidades, deixamos algumas dúvidas pairando no ar, por exemplo, quando usávamos a excentricidade mínima, as excentricidades que ocorriam nas extremidades do pilar, e as que ocorriam no meio, o tipo de fl exão composta, normal ou oblíqua. Da mesma forma, apenas esquematizamos a utilização dos ábacos. Acreditamos que com a rotina apresentada já é possível utilizá-los e determinar armadura, mas sem dúvida, uma aplicação real facilitaria bastante, não é mesmo? É o que faremos neste capítulo. Vamos resolver alguns exercícios explicando com mais detalhes o dimensionamento dos pilares. Mas ainda faltam algumas coisinhas para aprendermos sobre os pilares, por exemplo, o cálculo dos pilares intermediários, de extremidade e de canto. E se forem pilares curtos ou pouco esbeltos? E mais, calculada a armadura longitudinal, precisamos aprender o que fazer com ela, não é mesmo? Taxas mínima e máxima, escolha de diâmetros, detalhamento na seção, comprimentos de ancoragem das barras etc. • Exemplificar o dimensionamento de pilares retangulares de concreto armado; • Detalhar as armaduras longitudinal e transversal dos pilares. • Pilares de concreto armado – exercícios e detalhamento • Pré-dimensionamento • Exemplo 01 • Cálculo do índice de esbeltez • Cálculo das excentricidades acidentais • Análise das excentricidades • Cálculo da armadura longitudinal • Detalhamento da armadura de pilares de concreto armado • Relação máxima entre as dimensões da seção • Armaduras longitudinais • Armaduras transversais • Estribos suplementares • Detalhamento da armadura do exemplo 01 • Exemplo 02 • Cálculo do índice de esbeltez Objetivos Esquema E mais ainda, até agora falamos da armadura longitudinal, e a transversal? Os estribos, qual a função deles nos pilares? Afinal, não temos cisalhamento nos pilares, então para que os estribos? E por que tantos? Como calculá-los? Como detalhá-los? etc. Bem, já dá para termos uma ideia de que temos uma boa caminhada pela frente, mas estamos terminando, este é o nosso último capítulo. Então, vamos a ele! • Cálculo das excentricidades iniciais • Cálculo das excentricidades acidentais • Análise das excentricidades • Cálculo da armadura longitudinal • Detalhamento da armadura do exemplo Pilares de concreto armado – exercícios e detalhamento8.1 Vamos retomar nossa planta de forma desenvolvida no Capítulo II e apresentada na Figura 18. Para facilitar seu uso vamos refazê-la aqui a denominando como Figura 111. Para o dimensionamento de alguns pilares precisamos adotar al- guns parâmetros de projeto necessários para isso, por exemplo: adotar o Aço CA 50, concreto C25 e supor que de nível a nível de pavimento tenhamos uma altura de 270 cm. É claro, precisamos também da carga aplicada em cada pilar, mas isso será feito caso a caso no momento oportuno. 350 UNIUBE Figura 111 - Planta de forma (parcial) do pavimen- to tipo e planta dos vãos teóricos Fonte: o autor Vamos iniciar trabalhando com o pilar P10, por exemplo. Trata-se de um pilar central e intermediário, portanto não teremos excentricidade inicial. 8.1.1 Pré-dimensionamento Os pilares geralmente são embutidos nas paredes e, portanto, os re- tangulares têm um dos lados com a dimensão um pouco menor que UNIUBE 351 a dimensão da parede. A menor dimensão permitida para pilares é de 19 cm, admitindo-se dimensões entre 19 cm e 14 cm, desde que os esforços solicitantes de cálculo sejam majorados por um coeficiente adicional γn, conforme disposto na Tabela 36. Em qualquer caso, não se permite pilar com seção transversal de área inferior a 360 cm2. Tabela 36 - Valores do coeficiente adicional γn para pilares b cm ≥ 19 18 17 16 15 14 γn 1,00 1,05 1,10 1,15 1,20 1,25 onde γn = 1,95 – 0,05 b; b é a menor dimensão da seção transversal, expressa em centímetros (cm). NOTA: o coeficiente γn deve majorar os esforços solicitan- tes finais de cálculo quando de seu dimensionamento. Fonte: NBR6118. Tabela 13.1 A outra dimensão pode ser estimada adotando-se para a força nor- mal adimensional um valor entre 0,8 e 1,2. 1,2 . . 0,8 1,2 1,2 . . . . d cdd dcd cd F b fF h Fb h f b f ν ν ≤≤ ≤ = ≤ O pilar P10 considerado neste exemplo teria 14 cm como uma das dimensões, e a outra: Para P = 450 kN, Nd = γf . γn . P = 1,4 . 1,25 . 450 = 787,5 kN (26,2 ≤ h ≤ 37,8) h = 35 cm Para P = 300 kN, Nd = γf . γn . P = 1,4 . 1,25 . 300 = 525 kN (17,5 ≤ h ≤ 25,2) h = 25 cm 352 UNIUBE DICA Em um edifício, o pilar do último pavimento recebe apenas a carga da cobertura e à medida que descemos para o térreo vai receben- do a carga dos pavimentos acima dele, até que no térreo ele está recebendo a carga correspondente a ele, de todo o edifício. Isto significa que sua seção varia, uma seção maior no térreo, diminuin- do, até sua menor seção no último pavimento. Uma das alternativas é manter a seção por alguns pavimentos, au- mentando a armadura, à medida que a carga vai aumentando. 8.1.2 Exemplo 01 Dimensionar a armadura do pilar P10 (Figura 111). Dados: Aço CA 50, concreto C25, H nível a nível de pavimento = 270 cm, P = 400 kN. b = 14 cm. Da planta de forma temos que a V104 (14x40) e a V107 (14x35). Estimativa da seção: 1,2 . . 0,8 1,2 1,2 . . . . d cdd dcd cd F b fF h Fb h f b f ν ν ≤≤ ≤ = ≤ Para P = 400 kN, Nd = γf . γn . P = 1,4 . 1,25 . 400 = 787,5 kN (26,2 ≤ h ≤ 37,8) h = 35 cm UNIUBE 353 Figura 112 - Seção e elevação do pilar P10 nas direções x e y Fonte: o autor 8.1.2.1 Cálculo do índice de esbeltez Na direção x: ℓ = 270 cm, ℓ0 = 270 – 40 = 230, ℓe ≤ (270;230+14) = 244 cm Na direção y: ℓ = 270 cm, ℓ0 = 270 – 35 = 235, ℓe ≤ (270;235+30) = 265 cm ,3,46 . 3,46 . 244 60,3 14 e x x x xh λ λ= = = 35 ≤ λ ≤ 90 Pilar pouco esbelto ,3,46 . 3,46 . 265 30,6 30 e y y x yh λ λ= = = λ ≤ 35 Pilar curto Na direção x 35 ≤ λ ≤ 90 Pilar pouco esbelto excentricidade de 2ª ordem Na direção y λ ≤ 35 Pilar curto não considera ex- centricidade de 2ª ordem 354 UNIUBE 8.1.2.2 Cálculo das excentricidades acidentais 8.1.2.2.1 Cálculo das excentricidades acidentais 1 1 1 1 0,0033 rad 0,005 rad 300 200 θ θ≤ ≤ ≤ ≤ 1 1 1 1 10,0064 > adota-se 0,005 200100 . 100 . 2,44x xex θ θ= = = = 1 . 0.005 . 244 1,22 cmax x x axe eθ= ∴ = = seção extrema (topo e base do pilar) 1 244 . 0.005 . 0,61 cm2 2 x ax x axe eθ= ∴ = = seção intermediária (meio do pilar) Analogamente, na direção do eixo y a excentricidade acidental resulta: 1 1 1 1 10,0061 > adota-se 0,005 200100 . 100 . 2,65y yex θ θ= = = = 1 . 0.005 . 265 1,325 cmay y y aye eθ= ∴ = = seção extrema (topo e base do pilar) 1265 . 0.005 . 0,663 cm2 2 y ay y aye eθ= ∴ = = seção intermediária (meio do pilar) UNIUBE 355 8.1.2.2.2 Cálculo das excentricidades iniciais (ei) Pilar intermediário não tem ei. Apenas os pilares extremos de vigas têm excentricidade inicial. 8.1.2.2.3 Cálculo das excentricidades mínimas 1,min, 0,015 0,03 . 0.015 0.03 . 0,14 0,0192 m 1,92 cmx xe h= + = + = = 1,min, 0,015 0,03 . 0.015 0.03 . 0,30 0,024 m 2,40 cmy ye h= + = + = = Como as excentricidades acidentais devem ser maiores ou iguais as mínimas, teremos como excentricidades de 1ª ordem: 1min, 11,92 cm 1,22 cm 1,92 cmx ax xe e e= > = = em todo o pilar 1min, 12,40 cm 1,33 cm 2,40 cmy ay ye e e= > = = em todo o pilar 8.1.2.2.4 Cálculo das excentricidades de segunda ordem Valor da força normal adimensional (ou força normal reduzida): . . . d d c cd cd F F A f b h f ν = = ; 1,4 . 1,25 . 400 0,933 . 30 . 14 . 1,786 d c cd F A f ν = = = Valor da curvatura na seção crítica do pilar submetido à flexão composta: ( ) ( ) 1 0,005 1 0,005 0,000249 0,5 . 0,933 0,5 . 14r h rν = = = + + com ( )0,5 1ν + ≥ 356 UNIUBE Valor da excentricidade de 2ª ordem na direção x: 2 2 2 2 1 244 . . 0,000249 1,48 cm 10 10 ex x xe er = = = Observação Para a direção y λ ≤ 35 Pilar curto não considera ex- centricidade de 2ª ordem 8.1.2.3 Análise das excentricidades Excentricidades iniciais: Como temos um pilar intermediário, a situação de projeto é uma carga centrada. Se tivéssemos um pilar lateral, nosso pilar fosse o apoio extremo de uma viga, na situação de projeto teríamos a excentricidade inicial na direção desta viga. Agora, temos as outras excentricidades que acontecerão na situa- ção de cálculo. Excentricidades acidentais: Determinamos: eax = 1,21 cm e eay = 1,33 cm nas extremidades e eax = 0,61 cm e eay = 0,663 cm no meio do pilar. UNIUBE 357 Excentricidades mínimas: e1 = ea + ei ≥ e1,min A soma das excentricidades inicial e acidental deve ser maior ou igual a mínima, caso contrário usamos a mínima em cada direção. Como e1x,min = 1,92 > 1,21 + 0 e e1x,min = 1,92 > 0,61 + 0 e1x = 1,92 (extremidades e no meio) Como e1y,min = 2,40 > 1,21 + 0 e e1y,min = 2,40 > 0,61 + 0 e1y = 2,40 (extremidades e no meio) Excentricidades de segunda ordem: Por ser um pilar intermediário não tivemos excentricidade inicial. Na direção x tivemos excentricidade de 2ª ordem 35 ≤ λ ≤ 90 Pilar pouco esbelto Na direção y não consideramos a excentricidade de 2ª ordem λ ≤ 35 Pilar curto Observe que a excentricidade de segunda ordem é máxima no meio do pilar e em uma das extremidades. 358 UNIUBE Figura 113 - Pilar P10: Situações de projeto e de cálculo Fonte: o autor Da análise da situação de cálculo das excentricidades apresenta- das na Figura 113, temos: • a seção intermediária é a mais desfavorável para a direção x, com uma excentricidade de cálculo igual a 3,40 cm; • na direção y, a seção intermediária e a das extremidades apre- sentaram a excentricidade mínima (igual a 2,40 cm) como a mais desfavorável como a excentricidade de cálculo. UNIUBE 359 8.1.2.4 Cálculo da armadura longitudinal No capítulo anterior mencionamos a utilização dos ábacos de Venturini (2000) para a Flexão Composta Normal. No item 7.4.1 apresentamos uma rotina para a utilização destes ábacos. Então agora vamos a eles, mas não se preocupe, vamos fazer isso passo a passo, explicando tudo, ok? Inicialmente, vamos detalhar os parâmetros d’/h. Na Figura 114 detalhamos a altura d’. À esquerda, o pilar com seus eixos x e y, ao centro o pilar, seu estribo e uma barra em cada direção para exemplificar o centro de gravidade da armadura, visto que arma- mos nossos pilares com apenas uma camada de ferros e, final- mente, à direita ampliamos o Detalhe A, onde se vê o cobrimento da armadura (c), o diâmetro da armadura transversal (estribo, φt) e o cg da armadura (cg). Figura 114 - Detalhe da altura d’ Fonte: o autor O cobrimento da armadura já foi visto no Capítulo IV, item 4.8 e depende da classe de agressividade ambiental. O diâmetro do es- tribo será ¼ do diâmetro da armadura longitudinal, maior ou igual a 5,0 mm e, finalmente, o cg da armadura será igual à metade do 360 UNIUBE diâmetro da armadura longitudinal, que por norma deve ser maior ou igual a 10,0 mm, assim teremos 0,5 cm para o φ10 mm, 1,0 cm até o φ20 mm, 1,5 cm para os φ22 e φ25 mm etc. RELEMBRANDO cnom = cmin + ∆c cobrimento nominal = cobrimento mínimo + tolerância de execução Nas obras correntes, o valor de ∆c (tolerância de execução) deve ser maior ou igual a 10 mm permitindo-se a redução para 5 mm quando ficar explícito nos desenhos de projeto a obrigatoriedade de controles de qualidade e rígidos limites de tolerância da variabilidade das medi- das durante a execução (exigências de controle rigoroso). Pode-se admitir um microclima com uma classe de agressividade mais branda (um nível acima) para ambientes internos secos (sa- las, dormitórios, banheiros, cozinhas e áreas de serviço de apar- tamentos residenciais e conjuntos comerciais ou ambientes com concreto revestido com argamassa e pintura). Tabela 37 - Cobrimentos nominais (∆c = 10mm) referentes à classe de agressividade ambiental Componente ou elemento de con- creto armado Classe de agressividade ambiental (Tabela 4.2) I II III IV Cobrimento nominal mm Laje 20 25 35 45 Viga/Pilar 25 30 40 50 Fonte: NBR 6118. (2003) - Tabela 7.2 UNIUBE 361 Desta forma, para edifícios residenciais e comerciais Classe de agressividade II, podemos conforme a norma usar um nível mais brando, portanto Classe I, e ainda obedecendo as prescrições da norma, usar ∆c = 0,5. Desta forma, o cobrimento passaria de 3,0 cm na Classe II, para 2,5 cm na Classe I e, finalmente, 2,0 cm com o ∆c de 1,0 para 0,5 cm. Continuando, agora que já definimos todos os parâmetros pode- mos facilmente estimar o valor de d’, para edifícios residenciais ou comerciais Classe II, por exemplo: Para φℓ = 10 mm d’ = c + φt + ½ φℓ = 2,0 + 0,5 + 0,5 = 3,0 cm Para 12,5 ≤ φℓ ≤ 20 mm d’ = c + φt + ½ φℓ = 2,0 + 0,5 + 1,0 = 3,5 cm Para φℓ = φ 22 ou 25 mm d’ = c + φt + ½ φℓ = 2,0 + 0,5 + 1,0 = 3,5 cm 8.1.2.4.1 Direção x a. Cálculo de d’x No caso do nosso pilar, supondo φ 20 mm, teremos: Direção x d’ = 3,5, hx = 14 d’ / hx = 0,25 b. Excentricidade de cálculo na direção x Conforme a Figura 113, na seção intermediária ex = eimin,x + e2x = 1,92 + 1,48 = 3,40 cm 362 UNIUBE c. Valor da Força normal adimensional (reduzida) calculada em 8.3.4 νd = 0,933 d. Cálculo do momento fletor adimensional (reduzido) na dire- ção do eixo x . . dx c cd M A h f µ = Veja que podemos calcular o µ de duas formas diferentes: . . . . . dx d x c cd c cd M N e A h f A h f µ = = ou rearranjando esta fórmula . xd e h µ ν= 3,4 . 0,933 . 0, 227 14 x x d x e h µ ν= = = e. Ábaco de Flexão Normal Composta Veja a figura a seguir. É um esboço de como vamos armar nosso pilar. Veja que a armadura deve ser colocada normalmente à me- nor dimensão, neste caso, vamos buscar um ábaco onde a arma- dura é normal à direção de Nd. Adotaremos o Ábaco A5 (d’ / hx = 0,25) UNIUBE 363 Figura 115 - Ábaco para Flexão Normal Composta – A5 Fonte: Venturini (2000) 364 UNIUBE Entrando com ν = 0,933 e µ = 0,227 (veja as linhas pontilhadas na Figura 115) Teremos ω ≈ 0,89 . . s yd c cd A f A f ω = 2 . . . 0,89 . 15,35 cm 43,48 c cd c cd s yd A f A fA f ω= = = Adotando φ 12,5 mm (1,23 cm2) necessitaremos de 12,48 barras. Como usaremos metade em um lado e metade no outro, teremos que usar 14 barras. 14 barras darão uma seção total de 17,22 cm2, 12,18% a mais que o calculado. Adotando φ 16 mm (2,0 cm2) necessitaremos de 7,68 barras, ou seja 4 + 4 = 8 barras. 8 barras darão uma seção total de 16,0 cm2, 4,23% a mais que o calculado. Adotando φ 20 mm (3,14 cm2) necessitaremos de 4,89barras, ou seja 3 + 3 = 6 barras. 6 barras darão uma seção total de 18,84 cm2, 22,74% a mais que o calculado. Independente disso, sete barras em cada lado é muita coisa, oito ou seis barras é um número melhor. Adotaremos, portanto, 8 φ 16 mm, 4 barras em cada lateral do lado maior (da direção y). UNIUBE 365 8.1.2.4.2 Direção y IMPORTANTE! O que vamos fazer agora é basicamente um cálculo de verificação. Em princípio, a armadura já foi calculada, pois consideramos a si- tuação mais desfavorável. Neste cálculo, vamos adotar a mesma premissa de colocação das barras, calculamos a armadura para a direção y e usaremos a maior entre as armaduras determinadas para a direção x ou y. a. Cálculo de d’y Já foi suposto φ 20 mm, teremos: Direção y d’ = 3,5, hy = 30 d’ / hy = 0,117 b. Excentricidade de cálculo na direção x Conforme a Figura 113, nas seções intermediária e de extremidades ey = 2,40 cm c. Valor da Força normal adimensional (reduzida) calculada em 8.3.4 νd = 0,933 d. Cálculo do momento fletor adimensional (reduzido) na dire- ção do eixo x . . dx c cd M A h f µ = Veja que podemos calcular o µ de duas formas diferentes: . . . . . d ydx c cd c cd N eM A h f A h f µ = = ou rearranjando esta fórmula . y d e h µ ν= 2,4 . 0,933 . 0,075 30 y y d y e h µ ν= = = 366 UNIUBE e. Ábaco de Flexão Normal Composta Observe que a armadura é mantida normal- mente à menor dimensão, mas agora a arma- dura está na mesma direção que o momento aplicado (Nd . ey). Não temos um ábaco para o valor de d’y / hy = 0,117 e neste caso, ou arredondamos para 0,10 ou usamos os ábacos de 0,10 e 0,15. Vamos adotar o ábaco para d’y / hy = 0,10 Podemos usar o Ábaco A115 ou o Ábaco A25 ambos para d’ / hy = 0,10. UNIUBE 367 Figura 116 - Ábaco para Flexão Normal Composta – A11 Fonte: Venturini (2000) 368 UNIUBE Figura 117 - Ábaco para Flexão Normal Composta – A25 Fonte: Venturini (2000) UNIUBE 369 Entrando com ν = 0,933 e µ = 0,075 (veja as linhas pontilhadas nas Figuras 116 e 117) Teremos ω ≈ 0,33 em ambos os ábacos. A única diferença entre os dois ábacos é que o A11 impõe 8 barras (4 de cada lado) e o A25 deixa em aberto o número de barras (traço cheio), ou seja, calculamos uma armadura e colocamos metade em cada lado. O importante é o seguinte, percebeu que o cálculo da armadura terminou? Isso mesmo, não precisamos mais continuar, pois deter- minamos ω ≈ 0,33 para a direção y, uma taxa de armadura muito inferior ao ω ≈ 0,89 encontrada para a direção x. Adotaremos a solução inicial encontrada para a direção x, 8 φ 16 mm, 4 barras em cada lateral do lado maior (da direção y). Antes de fazermos outro exercício, vamos terminar este, mas antes temos que aprender a detalhar a armadura, ok? 8.2 Detalhamento da armadura de pilares de concreto armado 8.2.1 Relação máxima entre as dimensões da seção Antes, vamos diferenciar pilar de pilar parede. Os pilares deverão ter a maior dimensão de sua seção menor ou igual a cinco vezes sua menor dimensão. 5 . Pilarh b≤ 5 . Pilar paredeh b> 370 UNIUBE 8.2.2 Armaduras longitudinais O diâmetro das barras longitudinais não pode ser inferior a 10 mm nem superior a 1/8 da menor dimensão transversal. A armadura longitudinal mínima deve ser: , 0,15 . 0,004 . ds mín c yd NA Af = ≥ A armadura longitudinal máxima deve ser: , 0,08 . s max cA A≤ Esta armadura máxima deve considerar inclusive a sobreposição de ar- madura existente em regiões de emenda (esperas, arranques de pilares). Em seções poligonais, deve existir pelo menos uma barra em cada vértice; em seções circulares, no mínimo seis barras distribuídas ao longo do perímetro. Na seção retangular, portanto, um mínimo de quatro barras, uma em cada canto. O espaçamento mínimo entre as barras longitudinais deve ser maior ou igual a: ( )max diâmetro máxim 20 1,2 . o do agregad o mm a d φ ≥ Quando estiver previsto no plano de execução da concretagem, o adensamento por meio de abertura lateral na face da fôrma, o espaçamento das armaduras deve ser suficiente para permitir a passagem do vibrador. UNIUBE 371 O espaçamento máximo sℓ entre os eixos das barras deve ser me- nor ou igual a duas vezes a menor dimensão da seção no trecho considerado, sem exceder 40 cm, ou seja: 2 40 cm b s ≥ 8.2.3 Armaduras transversais Nas vigas, os estribos são fundamentais para combater o cisalha- mento. Nos pilares, os estribos têm outra função, os estribos têm como principal função fixar as barras longitudinais e contraventá -las, impedindo sua flambagem. Entre outras funções, eles também confinam o concreto em seu interior aumentando a resistência do pilar e a sua ductilidade. Diâmetro dos estribos: 5 mm 4 tφ φ ≥ Espaçamento dos estribos: 372 UNIUBE 8.2.4 Estribos suplementares Como vimos, os estribos têm como uma de suas principais funções o contraventamento das barras longitudinais impedindo sua flam- bagem, mas estribos muito compridos perdem esta capacidade na sua região central. A NBR 6118 considera que os estribos protegem contra a flambagem as barras longitudinais situadas em seus can- tos e as situadas no máximo à distância de 20 φt do canto, se nes- se trecho de comprimento 20 φt não houver mais de duas barras, não contando a de canto. Quando houver mais de duas barras nes- se trecho ou barra fora dele, deve haver estribos suplementares. Figura 118 - Proteção contra a flambagem das barras Fonte: NBR 6118. Figura 18.2 8.3 Detalhamento da armadura do exemplo 01 Agora já temos condições de terminar nosso exercício, detalhando sua armadura. O pilar P10 tem uma seção de concreto 14 x 30 cm e foi armado com 8 φ 16 mm, 4 barras em cada lateral do lado maior (da direção y). UNIUBE 373 Menor dimensão ≥ 14,0 cm Área 14 x 30 = 420 cm2 ≥ 360 cm2 Área de aço 8 φ 16 mm = 8,0 cm2 Armadura mínima = 2 , 7000,15 . 0,004 . 0,15 . 2, 41 cm 43,48 d s mín c yd NA A f = = = ≥ 2 , 0,004 . 0,004 . 420 1,68 cms mín cA A≥ = = A armadura longitudinal máxima deve ser: ( ) 2, 0,08 . 0,04 . 420 16,8 cms max cA A≤ = = DICAS No cálculo feito anteriormente para a determinação da armadura má- xima não cometemos nenhum erro. A taxa de 8% deve considerar, in- clusive, a sobreposição de armadura nas regiões de emenda, portanto devemos considerar uma taxa máxima de 4,0% para o nosso pilar. DICAS As taxas de armadura em pilares variam de calculista para calculista, mas normalmente ficam próximas de 1% não ultrapassando 2%, 2,5%. É uma taxa de armadura ρ = As / Ac = 16 / 420 = 3,81% é alta. Isto se deve em parte à dimensão de 14 cm (γn =1,25) e indica a necessidade de um aumento de seção. Pilares com dimensões de 14, 15 cm, embutidos na parede são um luxo, não é mesmo? Mas lembre-se, custam caro. 374 UNIUBE Comprimento de ancoragem sem gancho (Tabela 24, Capítulo V) = 38 φ = 38 . 1,6 = 61 cm Armadura transversal Diâmetro dos estribos: 5 mm 16 4,0 mm4 4 tφ φ ≥ = = φt = 5,0 mm Espaçamento dos estribos Portanto, estribos de 5,0 mm a cada 14 cm. Número de estribos n = 270 / 14 = 19,28 (mais um estribo que vai na base) n = 20. Não há necessidade de armadura suplementar (ganchos). Figura 119 - Pilar P10 - Detalhamento da armadu- ra longitudinal na seção transversal Fonte: o autor UNIUBE 375 Figura 120 - Pilar P10 - Detalhamento de um tramo Fonte: o autor 8.4 Exemplo 02 Dimensionar a armadura do pilar P07 (Figura 111). Dados: Aço CA 50, concreto C25, H nível a nível de pavimento = 270 cm, P = 450 kN. b = 17 cm. Vamos adotar para a V103 uma carga de 25 kN/m. V106 (14x40), V103 (14x35), P07 (17 cm), P08(14 cm) e face a face de pilar com 362 cm. 376 UNIUBE Estimativa da seção: 1,2 . 0,8 19,9 . . . 0,1,2 28,6 1,2 . . d cdd dcd cd Fh b fF Fb h f h b f ν ν ν ≈ ≈ ≈= ≈ ≈ ≈ Para P = 450 kN, Nd = γf . γn . P = 1,4. 1,1 . 470 = 723,8 kN (20 ≤ h ≤ 29) h = 30 cm Figura 121 - Seção e elevação do pilar P07 nas direções x e y Fonte: o autor 8.4.1 Cálculo do índice de esbeltez Na direção x: ℓ = 270 cm, ℓ0 = 270 – 35 = 235, ℓe ≤ (270;235+17) = 252 cm Na direção y: ℓ = 270 cm, ℓ0 = 270 – 40 = 230, ℓe ≤ (270;230+30) = 260 cm UNIUBE 377 ,3,46 . 3,46 . 252 51,4 17 e x x x xh λ λ= = = 35 ≤ λ ≤ 90 Pilar pouco esbelto ,3,46 . 3,46 . 260 30,0 30 e y y x yh λ λ= = = λ ≤ 35 Pilar curto Na direção x 35 ≤ λ ≤ 90 Pilar pouco esbelto excentricidade de 2ª ordem Na direção y λ ≤ 35 Pilar curto não considera excentricidade de 2ª ordem Este exemplo é muito parecido com o anterior, a única diferença é que o pilar P10 era intermediário, portanto não tinha excentricidade inicial. O P07 é um pilar de extremidade, ele é o apoio extremo da viga V103, e esta viga provocará excentricidade inicial na direção do eixo x, a sua direção. 8.4.2 Cálculo das excentricidades iniciais 8.4.2.1 Cálculo do vão teórico da V103 Vão da V103 ℓ0 = 362 cm, t1 / 2 = 17/2 = 8,5 cm, t2 / 2 = 14/2 = 7,0 cm, hV103 = 35 cm a1 ≤ (0,3 . 35 = 10,5 ou t1/2 = 8,5) a1 = 8,5 a2 ≤ (0,3 . 35 = 10,5 ou t1/2 = 7,0) a2 = 7,0 ℓ = ℓ0 + a1 + a2 = 362 + 8,5 + 7,0 = 377,5 cm 378 UNIUBE A rigidez total será: 530,02 + 292,44 + 292,44 = 1114,9 cm3. E a parcela de rigidez referente ao pilar superior será: 292,44 / 1114,9 = 0,262 O Momento de Engastamento Perfeito da viga é: 2 2 . 25 . 3,62.E. 27,3 kN.cm 2730,0 kN.cm 12 12 pM P = = = = O Momento no pilar será: 0,262. 2730,0 = 715,26 kN.cm Como a carga no pilar é N = 470 kN Nd = 723,8 kN Excentricidades na base e topo, eiA é a maior, eiB a menor UNIUBE 379 , , 1, 4 . 715,26 1001,4 1,38 cm 1,4 . 1,1 . 470 723,8 d pilar iA x d M e N = = = = , 1001,4 1,38 cm 723,8iB x e = − = − Excentricidades no meio do pilar, eic 1, 0,6 . 0, 4 . 0, 4 . iA iB C iA e e e e + ≥ 1, 0,6 . 1,38 0,4 . (-1,38) 0,276 0,4 . 1,38 0,552C e + = ≥ = 1, 0,552 cmCe = Esta é a situação de projeto, a situação “0” iA,x iC,x i,y extremidades (e = 1,38) eixo x meio do pilar (e = 0,552) eixo y carga centrada (e = 0) → → 8.4.3 Cálculo das excentricidades acidentais 8.4.3.1 Cálculo das excentricidades acidentais 1 1 1 1 0,0033 rad 0,005 rad 300 200 θ θ≤ ≤ ≤ ≤ 1 1 1 1 10,0062 > adota-se 0,005 200100 . 100 . 2,52x xex θ θ= = = = 1 . 0.005 . 252 1,26 cmax x x axe eθ= ∴ = = seção extrema (topo e base do pilar) 380 UNIUBE 1 252 . 0.005 . 0,63 cm2 2 x ax x axe eθ= ∴ = = seção intermediária (meio do pilar) Analogamente, na direção do eixo y a excentricidade acidental resulta: 1 1 1 1 10,0062 > adota-se 0,005 200100 . 100 . 2,60y yex θ θ= = = = 1 . 0.005 . 260 1,30 cmay y y aye eθ= ∴ = = seção extrema (topo e base do pilar) 1 260 . 0.005 . 0,65 cm2 2 y ay y aye eθ= ∴ = = seção intermediária (meio do pilar) 8.4.3.2 Cálculo das excentricidades mínimas 1,min, 0,015 0,03 . 0.015 0.03 . 0,17 0,0201 m 2,01 cmx xe h= + = + = = 1,min, 0,015 0,03 . 0.015 0.03 . 0,30 0,024 m 2,40 cmy ye h= + = + = = 8.4.3.3 Cálculo das excentricidades de segunda ordem Valor da força normal adimensional (ou força normal reduzida): . . . d d c cd cd F F A f b h f ν = = ; 1,4 . 1,1 . 470 0,795 . 30 . 17 . 1,786 d c cd F A f ν = = = UNIUBE 381 Valor da curvatura na seção crítica do pilar submetido à flexão composta: ( ) ( ) 1 0,005 1 0,005 0,000227 0,5 . 0,795 0,5 . 17r h rν = = = + + com ( )0,5 1ν + ≥ Valor da excentricidade de 2ª ordem na direção x: 2 2 2 2 1 252 . . 0,000227 1,44 cm 10 10 ex x xe er = = = Observação Para a direção y λ ≤ 35 Pilar curto não considera excen- tricidade de 2ª ordem 8.4.4 Análise das excentricidades Excentricidades iniciais: Como temos um pilar de extremidade na direção x a situação de projeto é uma carga excêntrica (eiA,x nas extremidades e eiC,x na seção intermediária). Na direção y, o pilar não é de extremidade, portanto na situação de projeto a carga não é excêntrica. Agora, temos as outras excentricidades que acontecerão na situa- ção de cálculo. Como a soma das excentricidades iniciais e acidentais devem ser maio- res ou iguais às mínimas, teremos como excentricidades de 1ª ordem: 382 UNIUBE Direção x: Topo e base , , 1,38 1,26 2,64iA x aA xe e+ = + = min,x 2,01ie = 1 , 2,64A xe = Intermediária , , 0,552 0,63 1,18iC x aC xe e+ = + = min,x 2,01ie = 1 , 2,01C xe = Direção y: Topo e base , , 0,0 1,3 1,3iA y aA ye e+ = + = min, 2, 40i ye = 1 ,y 2, 40Ae = Intermediária , ,y 0,0 0,65 0,65iC y aCe e+ = + = min,y 2, 40ie = 1 , 2, 40C ye = Excentricidades de segunda ordem: Na direção x tivemos excentricidade de 2ª ordem 35 ≤ λ ≤ 90 Pilar pouco esbelto Na direção y não consideramos a excentricidade de 2ª ordem λ ≤ 35 Pilar curto Observe que a excentricidade de segunda ordem é máxima no meio do pilar e nula nas extremidades. UNIUBE 383 Figura 122 - Pilar P07: Situações de projeto e de cálculo Fonte: o autor Da análise da situação de cálculo das excentricidades apresenta- das na Figura 122, temos: • a seção intermediária é a mais desfavorável para a direção x, com uma excentricidade de cálculo igual a 2,01+1,44 = 3,45 cm; • na direção y, as seções das extremidades apresentaram a situ- ação mais desfavorável, Flexão Composta Oblíqua com excen- tricidades iguais a 1,38 cm na direção x e 2,40 cm na direção y. 384 UNIUBE 8.4.5 Cálculo da armadura longitudinal Vamos utilizar os ábacos de Venturini (2000) para a Flexão Composta Normal, e para a Flexão Composta Oblíqua usaremos os ábacos propostos Pinheiro (2009). Quanto aos ábacos para Flexão Composta Normal, apresentamos uma rotina para a utiliza- ção destes ábacos em 7.4.1 e os usamos no exemplo 01. Quanto aos ábacos para a Flexão Composta Oblíqua, vamos usá-los pela primeira vez, mas lembre-se que apresentamos uma rotina para a utilização destes ábacos em 7.4.2. RELEMBRANDO Para φℓ = 10 mm d’ = c + φt + ½ φℓ = 2,0 + 0,5 + 0,5 = 3,0 cm Para 12,5 ≤ φℓ ≤ 20 mm d’ = c + φt + ½ φℓ = 2,0 + 0,5 + 1,0 = 3,5 cm Para φℓ = φ 22 ou 25 mm d’ = c + φt + ½ φℓ = 2,0 + 0,5 + 1,0 = 3,5 cm 8.4.5.1 Direção x a. Cálculo de d’x No caso do nosso pilar, supondo até o φ 20 mm, teremos: Direção x d’ = 3,5, hx = 17 d’ / hx = 0,206 adotaremos d’ / hx = 0,20 UNIUBE 385 b. Excentricidade de cálculo na direção x Conforme a Figura 122, na seção intermediária ex = eimin,x + e2x = 2,01 + 1,44 = 3,45 cm c. Valor da Força normal adimensional (reduzida), calculada em 8.5.3.3 νd = 0,795 d. Cálculo do momento fletor adimensional (reduzido) na dire- ção do eixo x . . dx c cd M A h f µ = Veja que podemos calcular o µ de duas formas diferentes: . . . . . dx d x c cd c cd M N e A h f A h f µ = = ou rearranjando esta fórmula . xd e h µ ν= 3,45 . 0,795 . 0,161 17 x x d x e h µ ν= = = e. Ábaco de Flexão Normal Composta Veja a figura a seguir. É um esboço de como vamos armar nosso pilar. Veja que a armadura deve ser colocada normalmente à menor di- mensão, neste caso, vamos buscar um ábaco onde a armadura é normal à direção de Nd. Adotaremos o Ábaco A4 (d’ / hx = 0,20). 386 UNIUBE Figura 123 - Ábaco para Flexão Normal Composta – A4 Fonte: Venturini (2000) UNIUBE 387 Entrando com ν = 0,795 e µ = 0,161 (veja as linhas pontilhadas na Figura 123) Teremos ω ≈ 0,69 . . s yd c cd A f A f ω = 2 . . . 0,69 . 14,45 cm 43,48 c cd c cd s yd A f A fA f ω= = = • Adotando φ 12,5 mm (1,23 cm2) necessitaremos de 11,75 barras, portanto 2 x 6 barras. 12 barras darão uma seção total de 14,76 cm2, 2,15% a mais que o calculado. • Adotando φ 16 mm (2,0 cm2) necessitaremos de 7,23 barras, ou seja 2 x 4 barras. 8 barras darão uma seção total de 16,0 cm2, 10,73% a mais queo calculado. • Adotando φ 20 mm (3,14 cm2) necessitaremos de 4,6 barras, ou seja 2 x 3 barras. 6 barras darão uma seção total de 18,84 cm2, 30,38% a mais que o calculado. Podemos adotar 12 φ 12,5 mm, 6 barras em cada lateral do lado maior (da direção y) Podemos adotar 8 φ 16 mm, 4 barras em cada lateral do lado maior (da direção y) Observe que a adoção das 12 φ 12,5 mm implicará em armadura suplementar e espaçamentos menores de estribos. 388 UNIUBE 8.4.5.2 Direção y IMPORTANTE! Assim como no exemplo 01, o que vamos fazer agora é basica- mente um cálculo de verificação. Em princípio, a armadura já foi calculada, pois consideramos a situação mais desfavorável. Neste cálculo vamos adotar a mesma premissa de colocação das barras, calculamos a armadura para a direção y e usaremos a maior entre as armaduras determinadas para a direção x ou y. a. Cálculo de d’x e d’y Já foi suposto até φ 20 mm, teremos: d’ = 3,5, hx = 17 d’ / hx = 0,206 adotaremos d’ / hx = 0,20 d’ = 3,5, hy = 30 d’ / hy = 0,117 adotaremos d’ / hy = 0,10 b. Excentricidade de cálculo na direção x Conforme a Figura 122, situação mais desfavorável: ex = 1,38 cm ey = 2,40 cm UNIUBE 389 c. Valor da Força normal adimensional (reduzida), calculada em 8.5.3.3 νd = 0,795 d. Cálculo dos momentos adimensionais (reduzidos): 1,38 . 0,795 . 17 x dx d x e h µ ν= = = 2, 40 . 0,795 . 30 y dy d y e h µ ν= = = e. Ábacos de Flexão Composta Oblíqua. Pinheiro (2009). Observe que a convenção adotada pelo Pinheiro mudou um pouquinho. Estes segmentos com duas flechinhas é a re- gra da mão direita: aponte o dedão na direção das flechinhas e gire os outros dedos no senti- do horário. Mxd nesta figura significa momento em torno do eixo y, na direção x. O ábaco 15 é para d’ / hy = 0,10 e d’ / hx = 0,20 e para oito barras e como temos νd = 0,795, vamos usar o Ábaco 15B – primeiro quadrante. Observe que fizermos a opção pelo ábaco de 8 barras no dimensio- namento para a direção x teremos a opção para 8 φ 16 mm. 390 UNIUBE Figura 124 - Ábaco para Flexão Composta Oblíqua – 15B Fonte: Pinheiro (2009) UNIUBE 391 Veja que as linhas pontilhadas estão se cruzando entre a segunda e a terceira curva, ou seja, entre as curvas de ω = 0,2 e ω = 0,3. Vamos adotar ω ≈ 0,25. Com o valor de ω ≈ 0,25 podemos calcular a armadura por meio da expressão: . . s yd c cd A f A f ω = Mas de novo: percebeu que o cálculo da armadura terminou? Não precisamos mais continuar, pois determinamos ω ≈ 69 para a dire- ção x, uma taxa de armadura muito superior ao ω ≈ 0,25 encontra- da para a direção y. Adotaremos a solução inicial encontrada para a direção x, 8 φ 16 mm, 4 barras em cada lateral do lado maior (da direção y). 8.5 Detalhamento da armadura do exemplo 02 Agora já temos condições de terminar nosso exercício, detalhando sua armadura. O pilar P07 tem uma seção de concreto 17 x 30 cm e foi armado com 8 φ 16 mm, 4 barras em cada lateral do lado maior (da direção y). Menor dimensão ≥ 17,0 cm Área 17 x 30 = 510 cm2 ≥ 360 cm2 Área de aço 8 φ 16 mm = 8,0 cm2 392 UNIUBE Armadura mínima = 2 , 723,80,15 . 0,004 . 0,15 . 2,5 cm 43,48 d s mín c yd NA A f = ≥ = = 2 , 0,004 . 0,004 . 510 2,04 cms mín cA A≥ = = A armadura longitudinal máxima deve ser: , 0,08 . s max cA A≤ , porém vamos fazer , 0,04 . s max cA A≤ considerando a sobreposição de ar- madura nas regiões de espera (emenda) de pilares. Portanto: 2 , 0,04 . 510 20,4 cms maxA ≤ = Taxa de armadura do pilar 16 3,14% 510 s c A A ρ = = = Comprimento de ancoragem sem gancho (Tabela 5.2. Capítulo V) = 38 φ = 38 . 1,6 = 61 cm Armadura transversal Diâmetro dos estribos: 5 mm 16 4,0 mm4 4 tφ φ ≥ = = φ t = 5,0 mm Espaçamento dos estribos 20 cm menor dimensão da seção = 17,0 cm 12 para CA-50 = 12 . 1,6 19,2 cm ts φ ≥ = s = 17 cm UNIUBE 393 Portanto, estribos de 5,0 mm a cada 17 cm. Número de estribos n = 270 / 17 = 19,28 (mais um estribo que vai na base) n = 20. Não há necessidade de armadura suplementar (ganchos). Figura 125 - Pilar P07 - Detalhamento da armadu- ra longitudinal na seção transversal Fonte: o autor 394 UNIUBE Figura 126 - Pilar P07 - Detalhamento de um tramo Fonte: o autor Considerações finais Com os dois exemplos de dimensionamento de pilares feitos neste capítulo, trabalhamos com as situações de pilares curtos e pouco esbeltos, e pilares intermediários e de extremidade. Aprendemos o dimensionamento à Flexão Normal Composta e à Flexão Composta Oblíqua, aprendemos, inclusive, a utilizar as ta- belas propostas por Venturini (2000) - Ábacos de Flexão Normal Composta e por Pinheiro (2009) - Ábacos para Flexão Composta Oblíqua. A propósito, estas publicações podem ser obtidas no setor de publicações da Escola de Engenharia de São Carlos - USP. Aprendemos também as prescrições da NBR 6118 (2014), relativas às dimensões dos pilares, taxas mínimas e máximas de armadura, estribos e ao detalhamento dessas armaduras. Mais uma vez, o UNIUBE 395 detalhamento que fizemos ao final de cada exemplo, está pronto para execução. Não fizemos um exemplo para os pilares de canto, não é mesmo? Não se preocupe, é a mesma rotina de cálculo que aprendemos nestes dois exemplos, a diferença é que o pilar de canto é de extre- midade nas duas direções, portanto teremos um dimensionamento apenas à Flexão Composta Oblíqua, e isso nos já aprendemos, não é mesmo? Acabamos de fazer no exemplo 2. 396 UNIUBE CONCLUSÃO Após estes oito capítulos, quase trezentas páginas com muitos conceitos, muitos equacionamentos, detalhamentos e longos, mui- to longos exercícios, concluímos nosso objetivo inicial: introduzir- mos as noções básicas de um projeto estrutural e o conceito do cal- culo, dimensionamento e o detalhamento dos elementos básicos, as lajes, as vigas e os pilares de concreto armado. Terminamos vários capítulos com o detalhamento completo da ar- madura calculada, às vezes inclusive com as armaduras construti- vas, e sempre observamos que estes estavam prontos para serem desenhados em uma planta de armação. Mas não esgotamos o assunto, aliás, para quem se interessar pelo concreto armado e quiser continuar seus estudos nessa área, ain- da há muita, muita coisa para aprendermos. Nosso objetivo foi in- troduzir o dimensionamento do concreto armado para todos aca- dêmicos, mas evidentemente, alguns se interessarão pela área de hidráulica, outros pela de estradas, de geotecnia, construção ou gestão de obras, etc. Para aqueles que se interessaram pela área de estruturas e pelo dimensionamento de concreto armado, ainda há muito para estu- dar, e por isso recomendamos uma leitura melhor da NBR 6118 e outras normas voltadas para o concreto armado, assim como de livros sobre o dimensionamento do concreto armado. Para aqueles que não se interessarem pela área de estruturas, in- dependente da área da engenharia que que venham a abraçar, o concreto armado estará lá. É por esse motivo que esperamos uma boa leitura e um bom aprendizado dos conteúdos aqui abordados. Bom estudo João Dirceu UNIUBE 397 Referências Bibliografia: Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR 6118 - Projeto de estruturas de concreto - procedimento, Rio de Janeiro, 2003. CARVALHO, J. D. N. Concreto Armado - Notas de aula - B, Maringá: EDUEM, 2010a. -- Coleção Fundamentum; 61. ______. Concreto Armado - Notas de aula - C, Maringá: EDUEM, 2010. -- Coleção Fundamentum; 62. ______. Concreto Armado - Notas de aula - D, Maringá: EDUEM, 2011. -- Coleção Fundamentum; 64. Bibliografia Básica: ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS - ABNT. NBR 6118/2014: Projeto de estruturas de concreto - Procedimento. Rio de Janeiro: ABNT, 2014. ______. NBR 6120: Cargas para o cálculo de estruturas de edificações. Rio de Janeiro: ABNT, 1980. ______. NBR 7480: Aço destinado a armaduras para estruturas de concreto armado - Especificação.Rio de Janeiro: ABNT, 2007. ______. NBR 14931: Execução de estruturas de concreto - Procedimento. Rio de Janeiro: ABNT, 2004. CARVALHO, J. D. N. Concreto armado: Notas de aula A. Coleção Fundamentum – nº. 60. Maringá: EDUEM, 2010. CARVALHO, J. D. N. Concreto armado: Notas de aula B. Coleção Fundamentum – nº. 61. Maringá: EDUEM, 2010. CARVALHO, J. D. N. Concreto armado: Notas de aula C. Coleção Fundamentum – nº. 62. Maringá: EDUEM, 2010. CARVALHO, J. D. N. Concreto armado: Notas de aula D. Coleção Fundamentum – nº. 74. Maringá: EDUEM, 2011. CARVALHO, R. C.; FIGUEIREDO FILHO, J. R. Cálculo de detalhamento de es- truturas usuais de concreto armado. V. 1, 3. ed. São Carlos: EdUfscar, 2013. 398 UNIUBE CARVALHO, R. C.; PINHEIRO, L. M. Cálculo de detalhamento de estruturas usuais de concreto armado. V. 2. São Paulo: PINI, 2011. Bibliografia complementar: BORGES, A. N. Curso prático de cálculo em concreto armado: projetos de edifícios. Rio de Janeiro: Livro Técnico, 2009. BOTELHO, M. H. C. Concreto armado eu te amo. V.1, 7.ed. São Paulo: Edgard Blücher, 2013. BOTELHO, M. H. C. Concreto armado eu te amo. V.2, 3.ed. São Paulo: Edgard Blücher, 2011. CLÍMACO, J. C. T. S. Estruturas de concreto armado - Fundamentos de pro- jeto, dimensionamento e verificação. 2. ed. Brasília: Ed. UnB, FINATEC, 2013. FUSCO, P. B. Técnica de armar as estruturas de concreto. São Paulo: Pini, 2003. FUSCO, P. B. Estruturas de concreto – solicitações normais, estados limites últimos - teoria e aplicações. Rio de Janeiro: Ed Guanabara Dois, 1981. GIONGO, J. S., ALVA, G. M. S., EL DEBS, A. L. H. Concreto Armado: Projeto de Pilares de Acordo com a NBR 6118:2003. São Carlos: EESC-USP, 2008. PINHEIRO, L. M.; BARALDI, L. T.; POREM, M. E. Estruturas de concreto: ába- cos para flexão oblíqua. São Carlos: EESC-USP, 2009. VENTURINI, W. S.; RODRIGUES, R. de O. Dimensionamento de peças re- tangulares de concreto armado solicitadas à flexão reta. São Carlos: EESC- USP, 2000.