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137 ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO 7 VIGAS EM CONCRETO ARMADO 7.1 Introdução Segundo a NBR 6118 (ABNT, 2014, p. 83), vigas são “elementos lineares em que a flexão é preponderante”, então podemos dizer que os esforços predominantes em uma viga são a força cortante e o momento fletor. Elementos lineares são aqueles em que o seu comprimento é maior que três vezes a maior dimensão da seção transversal. As vigas, em geral, nos casos de edificações comuns, servem para suportar lajes e paredes, e conduzir as cargas desses elementos até os pilares. Ainda, a NBR 6118 (ABNT, 2014, p. 86-87), no seu item 14.6, demonstra as hipóteses básicas para elementos de estruturas lineares: Estruturas ou partes de estruturas que possam ser assimiladas a elementos lineares (vigas, pilares, tirantes, arcos, pórticos, grelhas, treliças) podem ser analisadas admitindo-se as seguintes hipóteses: a) manutenção da seção plana após deformação; b) representação dos elementos por seus eixos longitudinais; c) comprimento limitado pelos centros de apoio ou pelo cruzamento com o eixo de outro elemento estrutural. Saiba mais Em estruturas usuais de edifícios, para estudos de cargas verticais, as vigas podem ser consideradas simplesmente apoiadas nos pilares, sejam biapoiadas ou contínuas, desde que realizadas algumas correções. Para saber mais sobre o assunto, recomendamos a leitura do item 14 da NBR 6118. Análise estrutural. In: ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (ABNT). NBR 6118: projeto de estruturas de concreto – procedimento. Rio de Janeiro: Associação Brasileira de Normas Técnicas, 2014. Unidade III 138 Unidade III 7.2 Vão efetivo Segundo a NBR 6118 (ABNT, 2014), e de acordo com a figura a seguir, o vão efetivo de uma viga é calculado da seguinte maneira: ef 0 1 2l l a a= + + Sabendo que: 1 2t / 2 t / 2a1 a2 0,3 h 0,3 h ≤ ≤ As dimensões da equação são definidas nesta figura: h l0 t2t1 Figura 89 – Vão efetivo de vigas Exemplo de aplicação A partir da figura, conseguimos determinar o vão teórico da viga. 100 P.1 100x20 P.2 25x20 500 h= 50 V.1 20x50 a1 L0 a1+L0+a2 a2 25 Figura 90 139 ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO Primeiro determinamos as medidas a1 e a2: 1t / 2 100 / 2 50cma1 a1 a1 1 5cm 0,3 h 0,3 h 0,3 . 50 1 5cm = ≤ = ≤ → = = = 2t / 2 25 / 2 1 2,5cma2 a2 a2 1 2,5cm 0,3 h 0,3 . 50 1 5cm = ≤ = ≤ → = = O vão efetivo lef será: ef 0l l a1 a2= + + ef l 500 1 5 1 2,5 527,5cm= + + = 7.2.1 Disposições construtivas A seção transversal de vigas não pode apresentar dimensões menores que 12 cm. Em casos excepcionais, esse limite pode ser reduzido respeitando-se um valor mínimo absoluto de 10 cm, considerando-se obrigatoriamente as seguintes condições: • O alojamento das armaduras e interferências com armaduras de outros elementos estruturais devem ser verificados, respeitando os espaçamentos e cobrimentos estabelecidos na NBR 6118 (ABNT, 2014). • O lançamento e vibração do concreto tem de estar em conformidade com a NBR 14931 (ABNT, 2004b). bf bw ou b hf d h Figura 91 – Disposições construtivas em vigas (dimensões da seção transversal típica para momentos fletores positivos) 140 Unidade III Onde: • Largura da alma = b ou bw. • Altura da viga = h. • Altura útil = d (altura útil é a distância do centro de gravidade da armadura tracionada até a borda mais comprimida). • Largura da aba ou mesa colaborante = bf (para seções T). • Altura da aba ou da mesa colaborante = hf (para seções T). As vigas também possuem uma limitação de altura, conforme item 18.3 da NBR 6118 (ABNT, 2014). • Vigas isostáticas – l/h ≥ 2,0. • Vigas contínuas – l/h ≥ 3,0. Onde l é comprimento do vão teórico, ou o dobro do comprimento teórico no caso de balanços, e h é a altura da viga. Vigas com relações menores que l/h devem ser tratadas como vigas-parede. 7.2.1.1 Instabilidade lateral de vigas A segurança à instabilidade lateral de vigas deve ser garantida através de procedimentos apropriados. Pode-se adotar como procedimento aproximado, para vigas de concreto armado com armaduras ativas ou passivas, sujeitas à flambagem lateral nas seguintes condições: 0b l / 50≥ flb h≥ β Onde: • Largura da zona comprimida = b. • Altura total da viga = h. • Comprimento do flange comprimido, medido entre os suportes que garantam o contraventamento lateral = l0. • Coeficiente que depende da forma da viga = flβ . 141 ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO Tabela 36 – Valores de βfl Tipologia da viga Valores de βfl b b b 0,40 b b 0,20 Onde Zona comprimida Fonte: ABNT (2014, p. 114). Saiba mais Para aprofundar seus conhecimentos sobre vigas-parede, recomendamos a leitura do capítulo 22 da NBR 6118 e o capítulo 4 do quarto volume do livro do professor José Milton de Araújo. Detalhamento de lajes. In: ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (ABNT). NBR 6118: projeto de estruturas de concreto – procedimento. Rio de Janeiro: Associação Brasileira de Normas Técnicas, 2014. ARAÚJO, J. M. de. Vigas-paredes e consolos. In: ___. Curso de concreto armado. 4. ed. Rio Grande: Dunas, 2014. v. 4. Disponível em: <http://www.editoradunas.com.br/dunas/V4.pdf>. Acesso em: 26 mar. 2019. A altura total da viga h leva em consideração a altura da laje. Portanto uma viga de 60 cm que sirva de apoio a uma laje de 12 cm terá sua altura descontada da laje de 48 cm. Somando-se essa altura à da laje, temos a altura final da viga. Lembrete A seção transversal de vigas não pode apresentar dimensões menores que 12 cm, porém esse limite pode ser reduzido, desde que seja respeitado um valor mínimo absoluto de 10 cm em casos excepcionais. 142 Unidade III 7.2.2 Valores limites para armaduras longitudinais de vigas 7.2.2.1 Armadura de tração mínima A armadura mínima de tração, em elementos estruturais armados ou protendidos, deve ser determinada conforme NBR 6118 (ABNT, 2014), que determina que a armadura mínima deva ser dimensionada para um momento fletor mínimo, sendo respeitada a taxa mínima de 0,15%. Os valores da armadura mínima para seções retangulares foram calculados para os concretos dos grupos I e II, considerando a relação d/h = 0,8, gc = 1,4 e gs = 1,15. Para outros valores de coeficientes de minoração dos materiais e para relações d/h inferiores a 0,8, as armaduras mínimas deverão ser calculadas, aplicando-se a definição de momento fletor mínimo: d,min 0 ctk,supM 0,8 W f= Onde: • W0 é o módulo resistente da seção bruta de concreto, relativo à fibra mais tracionada. • fctk,sup é a resistência característica superior do concreto à tração. A armadura mínima também pode ser considerada atendida para vigas, desde que sejam respeitadas as taxas da tabela 17.3 da NBR 6118 (ABNT, 2014) . Observação Em elementos estruturais, exceto para elementos em balanço, calculados e dimensionados para um momento fletor igual ou maior ao dobro do momento fletor de dimensionamento Md, não é necessário atender às especificações de armadura mínima. Nesse caso, a determinação dos esforços solicitantes deverá considerar de forma extremamente rigorosa todas as combinações possíveis de carregamento, bem como os efeitos de temperatura, deformações diferidas e recalques de apoio. Outro cuidado essencial é quanto ao diâmetro e espaçamento das armaduras de limitação de fissuração. 7.2.2.2 Armadura de pele A armadura mínima lateral, ou armadura de pele, é obrigatória em elementos cuja altura seja maior que 60 cm. Em elementos com alturas diferentes, a armadura de pele é dispensada. 143 ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO A armadura de pele deve ser 0,10% da área da alma em cada face da alma da viga, e ser composta por barras CA50 ou CA60, com espaçamento não maior que 20 cm, ancorada devidamente nos apoios, conforme item 17.3.5.2.3 da NBR 6118 (ABNT, 2014), com uma armadura máxima de 5,0 cm2 por face. As armaduras de tração e compressão das vigas não devem ser computadas no cálculo da armadurade pele. Aspele Aspele Aspele ≥ 0,10% Ac, alma Aspele ≤ 5,0 cm 2/m Ac, alma = bw . h As d1< d/3 20,0 cm h bw d1 Figura 92 – Disposições de armadura de pele em vigas 7.2.2.3 Armadura máxima para vigas A soma das armaduras de tração e compressão (As + As'), não deve ter valor maior de 4% da área de concreto (Ac), calculada na região fora da zona de emendas das barras, devendo ser garantidas as condições de ductilidade estabelecidas no item 14.6.4.3 da NBR 6118 (ABNT, 2014). 7.2.3 Distribuição transversal da armadura longitudinal O espaçamento mínimo livre entre faces de barras longitudinais, medido no plano da seção transversal, deve ser igual ou superior aos seguintes valores: Na direção horizontal -ah Na direção vertical -av ah > 20 mm 20 mm Øl Øl 1,2 . Dmáx 0,5 . Dmáx av >ah av c Øt Øl bw Figura 93 – Espaçamentos livres entre faces de barras O espaçamento das barras (vertical e horizontal) deve existir, para permitir a passagem do concreto e, dessa maneira, assegurar a perfeita solidarização aço-concreto. 144 Unidade III Quando o número de barras calculadas for grande, e não for possível a colocação de todas as barras em uma mesma camada, deve-se colocá-las em mais de uma camada, com o auxílio de espaçadores. Espaço para passagem do vibrador Expaçador (Usualmente colocado de metro em metro) Estribo Figura 94 – Espaçadores de armadura colocados quando há armadura em mais de uma camada A distância do centro de gravidade (CG) das barras tracionadas ou comprimidas até a face mais afastada da armadura não deve exceder 5% da altura da viga, para que dessa maneira se possa considerar as barras centradas em seu respectivo CG. dCG < 5% h h dC G Figura 95 – Concentração de barras junto ao CG das armaduras 7.3 Cálculo das armaduras de flexão em vigas (armadura simples) A armadura simples em vigas pode ser definida como as vigas que necessitam de armaduras resistentes somente ao esforço de tração. Por questões construtivas são colocadas armaduras na região onde a seção está comprimida, porém nessa área da seção considera-se somente o concreto como resistente às tensões de compressão, dessa maneira a armadura colocada nessa região é conhecida como “porta-estribos”, pois funciona somente como amarração para os estribos. 145 ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO Para dimensionamento da seção, adotam-se as formulações teóricas constantes. Caso a viga seja uma seção retangular e esteja sob flexão simples, podem-se adotar os critérios mostrados das tabelas k, já mencionadas. De modo geral, para nosso dimensionamento, fixam-se os materiais (aço e concreto) e a seção transversal baseada na arquitetura e em pré-dimensionamentos anteriores, o momento fletor é conhecido através de carregamentos atuantes e regras de resistência dos materiais. Dessa maneira, as incógnitas que temos nessas equações serão a altura da linha neutra (LN) “x” e a área de aço “As”. As equações contidas nos tópicos sobre formulação teórica para dimensionamento de seções sujeitas a flexão e dimensionamento de seções sujeitas à flexão com uso de tabelas possibilitam obter a altura da LN e, assim, determinar em qual domínio a viga estará (2, 3 ou 4). Nos domínios 2 e 3, a viga é considerada “subarmada”. Esse termo representa que o elemento estrutural sofrerá um colapso com aviso prévio, já que sua armadura entrará no estado-limite último, alongando de maneira excessiva antes de romper. Com a ruptura do concreto, atinge-se um estado último de ruptura. É sempre preferível que as vigas sejam subarmadas, para tanto, é necessário que elas estejam nos domínios 2 e 3. É possível que algumas vezes o dimensionamento resulte no domínio 4, a recomendação é que alguma alteração seja feita para que a viga passe a trabalhar no domínio 3, onde será mais a favor da segurança. Para isso, seria necessário mudar a LN “x”. As práticas mais comuns para conseguir isso são: • Diminuir o valor do momento fletor solicitante. • Aumentar a largura b da viga ou a altura da viga h, com isso aumentar a altura útil d da viga (de preferência aumenta-se a altura útil da viga, pois surte mais efeito). • Aumentar a resistência do concreto (aumentar seu fck). Das possibilidades citadas, a comumente aplicada é o aumento da altura da viga, no entanto, muitas vezes o projeto arquitetônico não permite que essa solução seja adotada, e às vezes nenhuma das outras soluções. Quando nenhuma solução é possível, podemos dimensionar a seção com “armadura dupla”. 7.4 Cálculo das armaduras de flexão em vigas (armadura dupla) Define-se como armadura dupla a seção transversal que, além de possuir a armadura resistente à tração, contém também uma armadura resistente na região comprimida da seção transversal. Esta tem função de auxiliar o concreto da região comprimida a suportar as tensões de compressão que ali existem. A armadura dupla é um recurso que permite que seções transversais que tenham deformações no domínio 4 sejam dimensionadas sem que haja necessidade de alterar parâmetros iniciais adotados, como altura e largura da viga, bem como permite não alterar a resistência característica do concreto. Seções no domínio 4 são consideradas antieconômicas e contra a segurança (ruptura frágil e sem aviso). Coloca-se uma armadura longitudinal próxima à borda comprimida, o que compensa a área de concreto 146 Unidade III comprimido não mais considerada como resistente, pois, com a diminuição da altura da LN, a equação de equilíbrio de momentos será deficitária, não havendo equilíbrio das forças. Outro caso comum de aplicação de armadura dupla se dá em função do limite de ductilidade imposto pela NBR 6118 (ABNT, 2014), em seu item 14.6.4.3. Em vez de mudar a altura da seção para a LN que exceda os limites da norma, é possível utilizar o artifício da armadura dupla e assim preservar as propriedades da seção transversal. Na maioria dos casos, a armadura dupla é adotada em regiões de apoios centrais de vigas contínuas, onde ocorrem os momentos “negativos”. Como os momentos dessa região são significativamente maiores do que aqueles que estão no meio do vão, e, como na maioria dos casos os momentos negativos são bastante superiores aos momentos positivos, é comum utilizar armaduras duplas nas regiões próximas aos apoios intermediários, onde ocorrem os momentos negativos, não aumentando a altura de viga em toda sua extensão. 7.4.1 Equacionamento Da mesma maneira como foi feita a dedução da equação de equilíbrio para armaduras simples, será feita para a armadura dupla, desenvolvida através das equações de equilíbrio da estática. Para que haja equilíbrio, determina-se o momento fletor resistente que a viga seria capaz de suportar com armadura simplesmente tracionada e com sua altura de LN real, chamado aqui de M34. A diferença entre o momento último de cálculo Md e o momento limite do domínio 3, M34, será aqui chamada de M2 ou ∆Md, e será a parcela resistida pela armadura comprimida. Quando x > xlim, impõe-se que x/d = 0,45 para concretos do grupo I, e x/d = 0,35 para concretos do grupo II, ou seja, fixamos o valor de x, x = xlim, o que resulta na equação de equilíbrio representada pela figura a seguir: αc.fcd y = λ.x Rcd Rsdfyd R' sd σ' sd Rcd = (αc.fcd) . (λ.x.b) R'sd = σ'sd'A's Md Rsd = fyd' As (λ/2).x (λ/2).x d - (λ/2).x Diagrama de tensões Resultantes das tensões Figura 96 – Seção retangular com armadura dupla (equilíbrio dos esforços resistentes) 147 ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO 7.4.2 Equilíbrio de forças normais Nos casos de flexão simples não ocorre força normal, portanto o equilíbrio se dá através do equilíbrio das forças resultantes relativas aos esforços resistentes internos. Sd cd SdR R R'= + Onde: • RSd é resultante de tração ocasionada pela armadura tracionada. • Rcd é resultante de compressão ocasionada pelo concreto comprimido. • R'Sd é resultante de compressão ocasionada pela armadura comprimida. Portanto, conforme a figura anterior, temos: ( )yd c cdSd sf As ( . f ). . x . b ' . A'= α λ + σ 7.4.3 Equilíbrio de momentos fletores Fazendo o equilíbrio de momentos fletores em torno da linha de ação da força resultante de RSd, o momento resistente à compressão será dado pelas forças de compressão Rcd e RɣSd multiplicadas pelo respectivo braço de alavanca. d cdM R d xlim2 λ = − Fazendo Md = Mcd, Mcd igual ao momento da parcela comprimida, temos: cd cM . fcd . b . . x d xlim2 λ = α λ − Onde xlim/d = Kx, temos: 2 cd cM . . b . d . kx . fcd 1 Kx2 λ = α λ − Momento relativo à região comprimida igual a: Md d cdM M∆ = − 148 Unidade III 7.4.4 Cálculo das armaduras de tração e de compressão ( ) cd Md s M A fyd d d'fyd d xlim 2 ∆ = + λ − − Onde: • d' = distância do centro de gravidade da armadura comprimida até a borda mais comprimida. • As = armadura tracionada. ( ) Md s sd A' ' d d' ∆ = σ − • A's = armadura comprimida. • σ'sd = tensão na armadura de compressão conseguida através de ε's. • ε's = deformação na armadura de compressão. Como x = xlim, tem-se no domínio 3 a deformação εc do concreto em 3,5‰, e no domínio 2 temos: c 0,010 x d x ε = − (por semelhança de triângulos) Dessa maneira é possível calcular a deformação ε's: ( )c s x d' ' x ε − ε = Se a deformação da armadura comprimida for maior ou igual à deformação específica do aço, adotar a tensão na armadura comprimida igual à tensão de escoamento de projeto. Caso a deformação na armadura comprimida seja menor que a deformação específica do aço, determinar a tensão na armadura comprimida pelo produto do módulo de elasticidade longitudinal do aço pela deformação na armadura comprimida, como na formulação a seguir: s yd sd yd se ' ' fε ≥ ε → σ = s yd sd s s se ' ' E ε < ε → σ = ε Após encontrar essa deformação, é possível determinar σ'sd, através do diagrama tensão × deformação da armadura. 149 ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO Ao longo dos anos, vem se ensinando o dimensionamento de elementos de concreto armado com o auxílio de tabelas tipo k. Para a armadura dupla também foram obtidas tabelas para dimensionamento e suas respectivas formulações. Tabela 37 – k7 – para dimensionamento de armadura dupla Ta be la d e K7 kx CA. 25 CA. 50 CA. 60 0,44 0,65 0,32 0,270 0,46 0,65 0,32 0,280 0,48 0,65 0,33 0,280 0,50 0,65 0,33 0,290 0,52 0,65 0,34 0,300 0,54 0,65 0,35 0,300 0,56 0,65 0,36 0,310 0,58 0,65 0,37 0,310 0,60 0,65 0,38 0,330 0,62 0,65 0,39 0,340 0,64 0,65 0,40 0,360 0,66 0,65 0,41 0,370 0,68 0,65 0,43 *** 0,70 0,65 0,45 *** 0,78 0,65 *** *** Tabela 38 – k8 – para dimensionamento de armadura dupla Ta be la d e K8 kx CA. 50 CA. 60 0,44 0,37 0,32 0,46 0,37 0,32 0,48 0,36 0,32 0,50 0,36 0,32 0,52 0,36 0,32 0,54 0,36 0,31 0,56 0,36 0,31 0,58 0,36 0,31 0,60 0,36 0,31 0,62 0,36 0,31 0,64 0,36 0,31 0,66 0,36 0,31 0,68 0,36 *** 0,70 0,36 *** CA . 25 Kg = 0,65 0,44 < Kx < 0,77 A formulação para a utilização das tabelas é a seguinte: 150 Unidade III ( ) lim 1k 2k s k3 . M k7 . M A 10 . d 10 d d' = + − Onde: • k3lim = valor de k3 correspondente ao limite entre armadura simples e dupla. • Mk = momento característico. • M1k = momento resistido pela armadura simples. M2k = Mk – M1k ( ) 2k s k8 . M A' 10 d d' = − Exemplo de aplicação Determinar as armaduras necessárias para uma viga de seção transversal 20 × 40 para concreto estrutural classe C30; aço CA50; momento fletor máximo Mk = 100 kNm; d = 33 cm; dɣ = 5,0 cm. Por impossibilidades econômicas e pelo projeto arquitetônico, nenhuma das premissas da viga poderá ser modificada. Resolução Momento majorado: Md = 1,4 ∙ 100 = 140 kNm ou 14.000 kNcm Determinação de fcd; fyd: fck 30 fcd 21,43Mpa c 1,4 = = = γ 2 fyk 50 kN fyd 43,5 s 1,15 cm = = = γ Determinação dos limites dos domínios: X23 = 0,259 d = 0,259 ∙ 33 = 8,55 cm X34 = 0,628 d = 0,628 ∙ 33 = 20,72 cm Como o concreto da viga pertence ao grupo I, e a viga tem seção retangular, podemos determinar a altura da LN com a equação simplificada: 2 Msd x 1 ,25.d 1 1 0,425.bw.d .fcd = − − 151 ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO 2 14000 x 1 ,25.33 1 1 1 8,87cm 0,425.20.33 .2,143 = − − = A altura da LN está menor que x34, portanto no domínio 3. Para continuarmos, deveremos verificar se o limite de ductibilidade atende aos requisitos da NBR 6118 (ABNT, 2014). Kx = x/d = 18,87 / 33 = 0,57 > 0,45 – adotar “armadura dupla” Portanto, xlim = Kx ∙ d = 0,45 ∙ 33 = 14,85 cm Determinação do momento resistido pela seção com armadura simples: 2 cd cM . . b . d . kx . fcd 1 Kx2 λ = α λ − ( )2 cdM 0,85 . 0,8 . 20 . 33 . 0,45 . 2,143 1 0,4 .0,45 1 1711,6 kNcm= − = Parcela do momento fletor resistida pela armadura de compressão: Md d cdM M 1 4000 – 1 1711,6 2288,4 kNcm∆ = − = = Determinação das armaduras: ( ) cd Md s M A fyd d d'fyd d xlim 2 ∆ = + λ − − ( ) ( ) 21 1711,6 2288,4 As 1 1,82 cm 43,5 33 0,4 .1 4,85 43,5 33 5 = + = − − Para determinar a armadura de compressão, é necessário o cálculo da deformação específica do aço e de sua tensão de dimensionamento. Supondo que o domínio da armadura comprimida seja o D3, temos: ( ) ( ) s c x . d' 0,0035 14,85 . 5 ' 0,00232 x 14,85 ε ε = = = s yd sd yd' 2,32‰ portanto ' fε = ≥ ε σ = 152 Unidade III ( ) ( ) 2Md s 2288,4 A' 1 ,88 cm fyd d d' 43,5 33 5 ∆ = = = − − 7.5 Cálculo das armaduras de flexão em vigas – seção T O concreto é um material prático e é muito utilizado porque pode assumir diversas formas. Uma viga em concreto armado pode ser feita em qualquer forma que se imagine, no entanto, as formas mais comuns são as retangulares, as seções I ou T. Em estruturas pré-moldadas e pré-fabricadas, as seções I, V e duplo T. Figura 97 – Seções comuns em concreto pré-moldado Uma viga em seção T é assim chamada porque sua forma tem a geometria de um T. As partes de uma viga em seção T são a mesa e a alma (também chamada de nervura). As seções T podem ser: • Maciças moldadas no local. • Pré-fabricadas. • Pré-moldadas. Em vigas internas de estruturas de concreto moldado no local, quando a zona de compressão está do lado da laje, as tensões de compressão distribuem-se além da nervura, atingindo parte da laje. Dessa forma podemos considerar as regiões da laje nas vizinhanças da nervura como parte integrante da seção transversal da viga. Tensão na borda superior Linha neutra σmax σ x Figura 98 – Tensão na laje vizinha à nervura As seções T, submetidas a esforços de flexão simples, no estado-limite último apresentam um bloco de tensões não prismáticos. Por razões práticas de dimensionamento, pode-se substituir esse bloco de 153 ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO tensões real por um bloco de tensões ideal e teórico, com forma prismática, com um diagrama de tensões constantes e semelhante ao diagrama real no plano de solicitação. bf x hf Linha neutra Figura 99 – Diagrama prismático de tensões Para esse bloco ideal de tensões, escolhe-se uma largura eficaz chamada de bf, que mantenha a resistência de cálculo da seção mesmo que seja substituída pelo bloco real de tensões. A largura bf é denominada largura colaborante. O valor da largura colaborante não é constante ao longo da viga e depende de: • Tipo de viga considerada (apoiada, contínua etc.). • Cargas distribuídas ou concentradas. • Existência de mísulas ou não. Segundo o item 14.6.2.2 da NBR 6118 (ABNT, 2014), quando não for considerada a disposição automática da laje e das vigas, esse efeito pode ser respeitado através da adoção de uma largura colaborante, associada à viga compondo uma seção T. A consideração da seção T pode ser feita para estabelecer as distribuições de esforços internos, tensões, deformações e deslocamentos na estrutura, de uma forma mais realista. Mesa hf bf bw Nervura ou alma Figura 100– Notação da seção T 154 Unidade III Nos trechos de apoios de vigas contínuas, onde os momentos forem negativos e as lajes estiverem na face superior da viga, estas deverão ser consideradas como retangulares. Conforme o item citado na norma: A largura colaborante bf deve ser dada pela largura da viga bw acrescida de no máximo 10% da distância a entre pontos de momento fletor nulo, para cada lado da viga em que haja laje colaborante (ABNT, 2014, p. 87). A distância a pode ser estimada em função do comprimento l, do tramo considerado. l l l l a = l a = 0,6 l a = 0,75 l a = 2 l Figura 101 – Valores de a em função dos vínculos dos apoios bw bf bf hf c c mísula bw b2b4 b3 b3b1 Figura 102 – Valores de b1 e b3 155 ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO Obedecendo a: 0,1 a b1 0,5 b2 ≤ 0,1 a b2 b4 ≤ Com b3 sendo a largura colaborante das lajes em balanço. Nos casos mais corriqueiros, as mísulas não existem, dessa maneira as larguras b1 e b3 são contadas a partir da largura bw. As larguras colaborantes podem ser feitas em vigas de borda, configurando uma seção “L”, desde que sejam obedecidos os critérios mencionados. Observar que, caso haja mísulas (chanfros) nas ligações da viga com a laje, deve-se tomar seu menor lado no retângulo, somando-se ao valor do b1 ou do b3. l1 L1 L2 b2 (V1/V2) b2 (V1/V4) b2 (V3/V4) b2 (V4/V5) L3 l3 b1 b1 b1 b1 b1 b1 b1 b1 b3 b3 V1 V2V 3 b4 V4 V5 l2 Figura 103 – Planta de formas com indicação de dimensões para seções T e L 156 Unidade III 7.5.1 Equacionamento Utiliza-se a mesma hipótese das seções retangulares sujeitas à flexão simples: • Equilíbrio do momento fletor na seção. • Equilíbrio da seção comprimida com a armadura tracionada. O equilíbrio da seção pode ser calculado para duas situações: • Linha neutra dentro da espessura da aba. • Linha neutra fora da espessura da aba. O equilíbrio da seção pode ser calculado para duas situações: linha neutra passando pela laje ou linha neutra passando pela nervura. 7.5.2 Linha neutra passando pela mesa ou fora da mesa cortando a alma Caso 1: 1 x hf≤ ⋅ λ bf bw LNLN d h hfX x hf� 1 � . Figura 104 – Linha neutra passando pela alma 157 ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO bf bw LNLN d h hfX x hf� 1 � . Figura 105 – Linha neutra no limite da mesa cortando a alma Nessa situação limite, sendo a viga dita T falsa e calculada como tendo seção retangular de largura constante bf e altura total h, conforme demonstrado na figura a seguir, tem-se: c b c cdfσ = α ⋅α ⋅ c fA y b= ⋅ 1 z d y 2 = − ⋅ Sendo: • αb = 1,0 ɣ seção retangular. • αc = 0,85 ɣ classes de concreto – grupo I. • αC = 0,85 ∙ ckf – 501 – 200 → classes de concreto – grupo II. • y = λ ∙ x, com x = 1 λ ∙ hf → y = λ ∙ 1 λ ∙ hf → y = hf Definição do momento de transição M1-2: • σc = 1,0 ∙ αc ∙ fcd 158 Unidade III • σc(1 – 2) = hf ∙ bf • z(1 – 2) = d – 1 2 ∙ hf bf Fc hf/2 hf/2 σc Fs Z1–2Md(1–2) bw d d' hf LN h x y Figura 106 – Momento de transição É possível definir o momento de cálculo limite (ou momento de transição), Md1-2, entre os casos 1 e 2, como sendo: ( ) ( ) ( )cd 1 2 c 1 2 1 2M A z − − −= σ ⋅ ⋅ ( ) ( ) ( )c cd f f fd 1 2 1 M 1,0 f h b d h 2− = ⋅α ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ − ⋅ Como os valores de algumas variáveis mudam conforme o grupo de resistência dos concretos, temos as formulações para cada grupo: • Concreto grupo I: ( ) ( ) ( )cd f fd 1 2 1 M 1,0 0,85 f h b d hf 2− = ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ − ⋅ ( ) cd f fd 1 2 1 M 0,85 f h b d hf 2− = ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ − ⋅ • Concreto grupo II: ( ) ( )ck cd f fd 1 2 f 50 1 M 1,0 0,85 1 f h b d hf 200 2− − = ⋅ ⋅ − ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ − ⋅ 159 ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO ( ) ck cd f fd 1 2 f 50 1 M 0,85 1 f h b d hf 200 2− − = ⋅ − ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ − ⋅ Conforme as formulações citadas, podemos definir: • ( )d d 1 2M M −≤ → caso 1 – viga de seção retangular com bw igual a bf. • ( )d d 1 2M M −> → caso 2 – viga de seção T (fase mesa + fase nervura). Esteja a LN passando pela mesa ou fora dela, cortando a alma, somente a mesa, de forma retangular, estará comprimida. Logo, a área de concreto comprimida (Ac) será a área da própria mesa, parcial ou total, pois: cA y bw= ⋅ → vigas de seção retangular Com: y x= λ ⋅ Sendo um limite máximo de: 1 1 x hf, y hf y hf= ⋅ = λ ⋅ ⋅ → = λ λ Considerando a largura constante e igual a bf, temos: cA hf bf≤ ⋅ Portanto é um caso de viga T falsa, pois somente a mesa estará comprimida, colaborando para a resistência da peça. Nesse caso, procede-se o dimensionamento conforme uma seção retangular, adotando a largura da viga igual a bf. 7.5.3 Linha neutra passando fora da mesa cortando a alma Caso 2: 1 x hf> ⋅ λ 160 Unidade III bf bw LNLN x d hf h y x hf� � 1 � Figura 107 – Linha neutra cortando a alma Para o dimensionamento da peça, é possível utilizar os mesmos conceitos empregados para as vigas de seção retangular, fazendo o cálculo em duas etapas, a partir do desmembramento da seção de acordo com o esquema da figura a seguir: bf (bf=bw)/2 hf hf x Md Md,m Md, n As As,m As,n bw bw bw d Fc, m Fc, n Fs, nFs, m Fase nervuraFase mesa zm=d–hf/2 zn=d–y/2 d' h h h L.N. L.N. L.N. y Figura 108 – Desmembramento da seção T em duas seções retangulares Etapas de dimensionamento: Cálculo do momento de transição Md1-2: 1 x hf= ⋅ λ ( ) ( )d1 2 c c 1 2 1 2M A z − − −= σ ⋅ ⋅ 161 ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO ( ) ( )d1 2 c cd f 1 M 1,0 f h bf d hf 2− = ⋅α ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ − ⋅ Cálculo do momento Md,mesa resistido pelas abas (mesa): ( ) ( )d,mesa c c,m m d,mesa c cd 1 M A z M 1,0 f bf bw hf d hf 2 = σ ⋅ ⋅ → = ⋅α ⋅ ⋅ − ⋅ ⋅ − ⋅ Cálculo da área de armadura As,mesa necessária para resistir ao momento Md,mesa: d,mesa d,mesa s,mesa s,mesa yd m yd M M A A 1f z f d hf 2 = → = ⋅ ⋅ − ⋅ Cálculo do momento Md,nervura resistido pela nervura: d,nervura d d,mesaM M M= − Cálculo da profundidade da linha neutra x em função de Md,nervura. d,n2 c cd w M d d 2 1,0 f b x ± − ⋅α ⋅ ⋅ = λ lim lim x x , armadura simples Se x x , armadura dupla ≤ > Sendo: lim x _limx k d= ⋅ Cálculo da área de armadura As,nervura necessária para resistir ao momento Md,nervura. Armadura simples (x < xlim) d,nervura d,nerura s,nervura s,m yd n yd M M A A , com y x 1f z f d y 2 = → = = λ ⋅ ⋅ ⋅ − ⋅ 162 Unidade III Armadura dupla (x > xlim) ( ) d,n_lim d,nervura d,n_lim st,nervura st,n_lim st,n st,nervura yd n_lim yd M M M A A A A f z f d d − = + ∆ → = + ⋅ − ′′⋅ Sendo: ( ) 2d,nim b c cd w x im z iml l lM ) (f b k k d = α ⋅α ⋅λ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ n_lim lim 1 z d x 2 = − ⋅λ ⋅ z _lim x _lim 1 k 1 k 2 = − ⋅λ ⋅ Cálculo da área de armadura As,nervura necessária para resistir ao momento Md,nervura: lim scd s cu yd lim x d'' f E f x − = ⋅ ⋅ ε ≤ ( ) ( ) d,nervura d,n_lim scd yd sc,nervura scd d,nervura d,n_lim scd yd sc,nervura yd M M1 f f , A d df Se M M1 f f , A f d d ′′ ′′ − ≤ = ⋅ − − > = ⋅ − Observação As formulações do dimensionamento da armadura de viga seção T verdadeira com armadura dupla foram baseadas nas tabelas de dimensionamento KMD, KX, KZ do livro Cálculo e Detalhamento de Estruturas Usuais de Concreto Armado (CARVALHO; FIGUEIREDO, 2014). 7.5.4 Dimensionamento com o uso de tabelas O dimensionamento das seções T também pode ser feito com o uso de tabelas de dimensionamento do tipo k. Para utilização das tabelas em unidades de momento fletor kNcm ou kNm, é necessário que se divida os coeficientes k por 10, para compatibilização das unidades. 163 ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO O equacionamento é similar ao realizado sem o uso de tabelas. • Vigas de seção T: bf hf bw AsT hd Figura 109 – Formulações tabela k para dimensionamento de seção T Admitimos y ≤ hf: Mk = 2 f b d k ⋅ ∙ fc k6 ⇒ ky ≤ hf / d ⇒ k3 = ∴ AST = k3∙ kM d y > hf Mkf = ( )f w 6f b b k − ∙ d2 ∙ fc ⇒ decorrente da tabela ky = hf/d Asf = k7 ∙ ( ) kf f M d h / 2− ⇒ onde k7 decorre da linha neutra final ∴ k6w Mkw = Mk – Mkf ⇒ k6w = 2 w c kw b d f M ⋅ ⋅ → k3w Asw = k6w ∙ kw M d AST = Asf + Asw Lembrete Para a utilização das tabelas em unidades de momento fletor kNcm ou kNm, é necessário que se divida os coeficientes k por 10 para compatibilização das unidades. 164 Unidade III 8 DETALHAMENTO LONGITUDINAL DAS ARMADURAS EM VIGAS 8.1 Introdução Para se fazer o detalhamento completo das armaduras de flexão de uma viga, é necessário observar o diagrama de momentos fletores que a solicitam. Na quase totalidade dos casos, na prática, as cargas aplicadas nas vigas são de cima para baixo, devido às cargas permanentes e acidentais concomitantes. Assim, os diagramas de momentos fletores apresentam características comuns, que permitem sua análise sucinta: em uma viga biapoiada, isostática, o diagrama de fletores apresenta o valor máximo positivo no vão, ou seja, tração nas fibras inferiores da viga e compressão nas fibras superiores; as fibras mais afastadas da linha neutra, ou seja, as bordas inferior e superior são as mais tracionadas e mais comprimidas, respectivamente. No caso das vigas contínuas, compostas de vários tramos, o diagrama de fletores apresenta momentos fletores positivos nas regiões centrais dos vãos e momentos fletores negativos nos apoios. Ou seja, para os carregamentos usuais, de uma forma geral, os vãos das vigas apresentam tração nas fibras inferiores, e os apoios intermediários das vigas contínuas apresentam tração na fibra superior. Portanto, nos vãos, há a necessidade de colocação de armaduras na fibra inferior para resistirem aos momentos positivos, denominadas amaduras positivas de flexão. De forma semelhante, nas regiões dos apoios intermediários das vigas contínuas, há a necessidade de colocação de armaduras na fibra superior, dessa vez para resistirem aos momentos negativos, denominadas amaduras negativas de flexão. Todas essas armaduras são determinadas por meio do cálculo teórico (apresentado anteriormente) das respectivas seções sujeitas aos momentos fletores máximos atuantes, sejam eles positivos ou negativos. A diferença principal entre elas é que as armaduras positivas são dispostas na parte inferior da viga, enquanto as armaduras negativas são dispostas na parte superior. Todo o detalhamento da seção transversal da viga naquelas seções sujeitas aos valores máximos de momentos fletores, sejam eles positivos ou negativos, devem observar as prescrições da NBR 6118 (ABNT, 2014). Essas armaduras são denominadas armaduras longitudinais de flexão. Uma vez que o detalhamento das seções transversais já tenha sido feito para as seções mais solicitadas, é possível pensar no detalhamento das armaduras longitudinais ao longo da extensão da viga, uma vez que a intensidade do momento varia ao longo de sua extensão, chegando inclusive a mudar de sinal (passando de positivo a negativo). Dentre os processos possíveis para o detalhamento das armaduras longitudinais de flexão ao longo das vigas, apresentaremos adiante o método gráfico, por ser mais intuitivo e de fácil compreensão, podendo ser aplicado de forma genérica. 8.2 Comentários gerais sobre as armaduras necessárias ao longo da viga Ao se efetuar o cálculo da armadura necessária para uma seção de uma viga, toma-se o valor máximo do momento fletor atuante naquela seção. Mas, ao observarmos o diagrama de momentos fletores ao longo da viga, podemos notar que seus valores vão diminuindo ao nos afastarmos daquela 165 ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO seção. Portanto, se tomássemos os valores reais dos momentos em cada seção, obteríamos a necessidade de uma armadura diferente em cada seção da viga, cujo valor iria diminuindo em função do momento fletor atuante em cada seção, até chegar a zero, quando o momento for nulo. A partir dessa constatação, pode-se afirmar que nem todas as barras a serem dispostas na seção mais solicitada precisam estar presentes em uma seção menos solicitada, ou seja, onde o momento fletor é menor que o máximo. Se quiséssemos levar ao pé da letra o cálculo, deveríamos efetuá-lo na armadura necessária em cada seção, processo um tanto demorado e improdutivo. Dessa forma, adota-se um processo mais prático e simplificado para definir os comprimentos longitudinais das barras, para que não haja excesso de armadura de flexão desnecessária ao longo da viga. Esse processo é conhecido como ‘cobertura’ do diagrama de fletores. Para sua aplicação, admite-se, de uma forma simplificada, que existe uma linearidade entre o momento fletor e a área de aço necessária para as seções, simplificação que pode ser provada como aceitável. 8.3 Divisão do diagrama em faixas horizontais Como se conhece o traçado do diagrama de momentos fletores, o processo considera a seguinte sequência: para cada momento máximo, divide-se o diagrama pelo número de barras adotado e traça-se linhas paralelas à linha horizontal (considera-se que no detalhamento da seção transversal, são utilizadas barras de apenas um diâmetro). Assim, o diagrama é fatiado em partes iguais, correspondente ao número de barras. Dessa forma, estamos considerando que cada uma das barras é responsável por resistir a uma parcela do momento. Nas regiões de momento máximo (no caso dos vãos, nas seções próximas aos meios dos vãos), há necessidade de que todas as barras estejam lá para resistirem ao momento máximo. Porém, conforme o diagrama vai diminuindo, observa-se que sobram barras, ou sejam se todas as barras foram colocadas de apoio a apoio, o diagrama resistente corresponderia a um momento constante igual ao momento máximo. Logo, nesses locais será possível eliminar algumas barras, cortando-as ao longo da extensão da viga, de forma que as barras restantes, a serem mantidas, continuem “cobrindo” o diagrama de fletores. Por exemplo, ao longo de uma viga isostática biapoiada, o valor do momento máximo acontece na região central do vão, e os momentos nos dois apoios é zero. Dessa forma, é possível dispor as barras da seguinte forma: algumas barras mais longas, indo de apoio a apoio, e outras barras mais curtas, que existem apenas nas regiões mais solicitadas à flexão. Com umas barras mais longas e outras mais curtas é possível de se conseguir uma boa economia de aço. Essa mesma metodologia também serve e pode ser adotada para os vários vãos de uma viga contínua e para os apoios intermediários das vigas contínuas, bem como para as armaduras de vigas em balanço. 8.4 Distribuição da armadura ao longo da viga Cada tramo de uma viga contínua e o vão de uma viga biapoiada irão apresentar barras mais longas e barras mais curtas. É possível que existam vários comprimentos de barras, necessários para cobrir o diagrama de momentos fletores, com a quantidade necessária de barras. As barras mais longas, que vão 166 Unidade III de apoio a apoio. Por isso, devem-se observar porcentagens em relação às armaduras do vão, como prescrições da NBR 6118 (ABNT, 2014), apresentadas a seguir, e devem-se chegar até os apoios e em conformidade, ou seja, ancorar de forma adequada. Já as barras mais curtas, podem ser colocadas nos locais apropriados, para garantir a resistência necessária, e a partir do instante em que sua presença não é necessária, podem ser cortadas, desde que respeitem sua ancoragem. Número de barras da armadura positiva que devem ir até os apoios, conforme NBR 6118 (ABNT, 2014): • 1/3 das barras do vão para apoios extremos. • 1/4 das barras do vão para apoios intermediários. • Mínimo de duas barras em qualquer caso. As barras das armaduras negativas não precisam ser levadas até os apoios; a partir do momento em que elas não forem necessárias, podem ser suprimidas, respeitando a ancoragem. 8.5 Escalonamento da armadura A partir das considerações feitas, é possível escalonar as armaduras, para cobrirde forma satisfatória o diagrama de momentos fletores, dentro das condições ideais de segurança, proporcionando economia de aço, ou seja, não usando barras a mais nas seções menos solicitadas. Vamos tomar como exemplo o dimensionamento e o detalhamento feitos para a viga indicada a seguir, simétrica, com dois vãos de 8,00 metros, cujo diagrama de momentos fletores de meia viga está desenhado a seguir (como a estrutura é simétrica, o diagrama de momentos também é simétrico, por isso está desenhado apenas o primeiro vão, desde o apoio 1 até o central, apoio 2). As barras da armadura positiva no vão (para o momento máximo de 230 kNm) não precisam ser colocadas todas do apoio 1 até o apoio 2. Apenas uma parcela precisa ser prolongada até os apoios, e boa parte das barras pode ser colocada apenas na região central do vão. De forma análoga, as barras da armadura negativa na região do apoio central podem ser cortadas assim que o momento negativo for diminuindo, o que ocorre do apoio 2 em direção ao apoio 1. 167 ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO D 22,5 40 65 90 115 140 160 200 CA 4N10 - 854 M + m áx = 2 30 k N m M + m áx = 4 08 ,8 k N m 2N11 - 660 2N11 - 660 (chega até o apoio esquerdo) 4N10 - 854 (apoio esquerdo ao central) 2N12 - 536 2N11 - 660 300 425 2N12 - 536 600 cm 2N1 - 281 cm 2N2 - 316 cm 2N3 - 366 cm 2N4 - 416 cm 2N5 - 466 cm 2N6 - 516 cm 2N7 - 556 cm 2N8/2N9 B (apoio a apoio) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 1 2 3 4 5 6 7 8 Figura 110 – Diagrama de momentos fletores e armaduras 8.6 Deslocamento do diagrama de momentos (decalagem) Como foi visto, os comprimentos das barras da armadura longitudinal são definidos por meio das dimensões obtidas do diagrama de momentos fletores na viga. A partir das considerações feitas, é possível escalonar as armaduras, para cobrir de forma satisfatória o diagrama de momentos fletores, dentro das condições ideais de segurança. Devido à inclinação das fissuras, a seção onde deve estar colocada a armadura para resistir ao momento fletor está deslocada em relação à seção onde o momento fletor está atuando, então não se desloca o diagrama, para facilidade do detalhamento da armadura longitudinal. Esse deslocamento é para as laterais, e pode ser utilizado o valor de al definido pela NBR 6118 (ABNT, 2014), calculado de acordo com o item 17.4.2. 8.7 Ancoragem da armadura 8.7.1 Aderência entre o concreto e o aço O trabalho conjunto do concreto e das armaduras se faz por transmissão de esforços internos de um para outro material por meio da aderência entre ambos. A tensão de aderência é necessária para o funcionamento conjunto do concreto com o aço, resultando no concreto armado. Caso não existisse aderência entre esses dois materiais, as barras de aço deslizariam dentro da massa de concreto ao serem submetidas a esforços de tração, e a estrutura se comportaria como concreto simples, sem resistência 168 Unidade III à tração. A aderência ente o concreto e o aço faz que esses dois materiais, embora com resistências diferentes, tenham a mesma deformação e trabalhem em conjunto. A aderência é composta de três parcelas, cujos efeitos não podem ser avaliados na prática de maneira precisa. • Adesão: de natureza físico-química, com forças capilares na interface entre os dois materiais, efeito da colagem proporcionada pela nata de cimento na superfície da barra de aço. • Atrito: é a força que ocorre na superfície de contato entre os dois materiais e se manifesta pelo impedimento do deslocamento relativo entre a massa de concreto e a barra de aço quando há essa tendência de deslocamento; sua amplitude varia em função da rugosidade da superfície de contato em razão da penetração da pasta de cimento nas irregularidades, e é tanto maior quanto maior for a pressão exercida pelo concreto sobre a barra. • Engrenamento: resistência mecânica ao arrancamento da barra imersa na massa do concreto, por causa da conformação superficial das barras, onde mossas e saliências funcionam como peças de apoio, aplicando forças de compressão no concreto (bielas de compressão), o que aumenta significativamente a aderência. A transmissão dos esforços para o concreto nas regiões de extremidade das barras de aço é feita pelas tensões de aderência, que se desenvolvem ao longo da extensão da interface concreto-aço. 8.7.2 Tensão de aderência entre concreto e aço Ao longo do comprimento de ancoragem, admite-se que a tensão de aderência seja constante, e que as tensões no aço (ou seja, a força de tração na barra) decrescem de forma linear. Figura 111 – Ilustração dos esforços transmitidos pela aderência entre barra de aço e concreto Os valores médios de tensão de aderência podem ser obtidos por meio de ensaios de arrancamento. Nesses ensaios aplica-se uma força crescente que procura arrancar uma barra de um bloco de concreto. Supõe-se que, na iminência do arrancamento, toda a tensão atuante na barra seja transferida para o concreto. 169 ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO Trajetórias de compressão direção das bielas de compressão Trajetórias de tração Desenvolvimento da força de tração na barra Comprimento de ancoragem a Força de tração τ1 admitidos constante (valor de cálculo) Diagrama real das tensões de aderência τ1 Figura 112 – Diagramas das tensões de aderência na região de ancoragem de barras Fs = π φ L τb τb ≥3φ ≥3φ ≥3φ≥3φ L Fs Figura 113 – Tensão de aderência entre o concreto e o aço para a força Fs aplicada na barra, ao longo do comprimento l considerando um envolvimento de pelo menos três vezes o diâmetro da barra O comprimento necessário L para transferir do aço para o concreto os esforços de uma barra de diâmetro φ sujeita a um esforço Fs, é dado pela fórmula: L = Fs / π φ τb 170 Unidade III Onde τb é a tensão de aderência entre os dois materiais. 8.7.3 Comprimento de ancoragem O comprimento necessário para que uma barra transmita os esforços internos máximos para o concreto é denominado comprimento de ancoragem por aderência. Essa situação de esforço máximo corresponde à situação de esforço normal máximo na barra, ou seja, correspondente à tensão de escoamento do aço. O comprimento de ancoragem para a barra tracionada é igual ao comprimento de ancoragem para a barra comprimida, uma vez que o mecanismo de transferência é o mesmo para os dois casos. Na prática, o comprimento de ancoragem básico lb pode ser calculado pela expressão a seguir: yd b bd f l 4 f φ = ≤ 25 φ Onde: • φ é o diâmetro da barra. • fyd é a tensão de escoamento de cálculo do aço. • fbd é a tensão de aderência. O valor da tensão de aderência é calculado pela fórmula: fbd = η1 η2 η3 fctd Onde: • fctd = fctk,inf/yc • η1 = 1,0 para barras lisas. • η1 = 1,4 para barras entalhadas. • η1 = 2,25 para barras nervuradas. • η2 = 1,0 para situações de boa aderência (ver adiante). • η2 = 0,7 para situações de má aderência (ver adiante). • η3 = 1,0 para φ < 32 mm. • η3 = (132 – φ)/100, para φ ≥ 32 mm, com φ expresso em milímetros. A análise dessa formulação leva às conclusões simples de que o comprimento de ancoragem é diretamente proporcional à bitola da barra da armadura e à tensão de seu escoamento, e é inversamente proporcional à resistência de compressão do concreto. Ou seja, quanto maior é a bitola da barra, maior 171 ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO será seu comprimento de ancoragem. Barras finas requerem comprimentos de ancoragem menores que as barras mais grossas. E os comprimentos de ancoragem em concretos com fck elevado são menores que para concretos com fck mais baixo. Caso a barra esteja sujeita a uma tensão abaixo da tensão de escoamento, o comprimento necessário para transferir o esforço para o concreto é menor que o comprimento de ancoragem; é possível admitir que esse comprimento seja proporcional ao valor da tensão na barra dividido pela tensão de escoamento. Ou seja, quando a armadura adotada para resistir a um determinado esforço(As,ef) for superior à armadura calculada, As,calc, o comprimento de ancoragem necessário para transmitir o esforço para o concreto lb,nec resulta: s,calc b,nec 1 b b,min s,ef A l .l l A = α ≥ Tomando-se lb,nec o maior valor entre 0,3 lb, 10φ e 10 cm. Onde: • α1 = 1,0 para barras retas, sem gancho. • α1 = 0,7 para barras tracionadas com gancho, com cobrimento no plano normal ao do gancho ≥ 3 φ. • α1 = 0,7 quando houver barras transversais soldadas conforme o item 9.4.2.2 da NBR 6118 (ABNT, 2014). • α1 = 0,5 quando houver barras transversais soldadas, conforme o item 9.4.2.2 da NBR 6118 (ABNT, 2014), e gancho com cobrimento no plano normal ao do gancho ≥ 3 φ. Quando o comprimento disponível for inferior ao comprimento de ancoragem, haverá o deslizamento da armadura. Nesses casos, é possível afirmar que a barra não está devidamente ancorada no concreto. 8.7.4 Condições de ancoragem De acordo com a NBR 6118 (ABNT, 2014), item 9.4.2, as barras tracionadas podem ser ancoradas no concreto com um comprimento retilíneo, ou com grande raio de curvatura na sua extremidade. Essa ancoragem deve se dar: • Obrigatoriamente com ganchos para as barras lisas. • Sem ganchos para as barras que estiverem sujeitas à alternância de esforços (tração e compressão). • Com ou sem ganchos nos demais casos, não sendo recomendados aqueles para barras de diâmetros iguais ou superiores 32 mm. 172 Unidade III Por sua vez, para a ancoragem das barras comprimidas, não é permitida a colocação de ganchos. Sua ancoragem deve ser reta. 8.7.5 Zonas de boa e má aderência A NBR 6118 (ABNT, 2014), item 9.3.1, define as zonas de boa e má aderência em função das posições das barras ancoradas. São consideradas em zonas de boa aderência as barras nas seguintes condições: • Barras com inclinação maior que 45° em relação à horizontal. • Barras horizontais ou com inclinação inferior a 45° em relação à horizontal, desde que: – Para elementos com h < 60 cm, estejam localizadas no máximo 30 cm acima da face inferior do elemento ou da junta de concretagem mais próxima. – Para elementos estruturais com h ≥ 60 cm, estejam localizadas no mínimo 30 cm abaixo da face superior do elemento ou da junta de concretagem mais próxima (ABNT, 2014, p. 34). Os trechos das barras em outras posições devem ser considerados em zona de má aderência. Também devem ser consideradas zonas de má aderência as barras de estruturas em que são usadas formas deslizantes. α>45º h<30 α>45º 30 h-30 30 < h < 60 α<45º 30 h-30 h > 60 h<60cm hf < 30cm 30cm (e) h>60cm hf < 30cm h-30cm (f) Boa aderência Má aderência A) C) D) E) B) Figura 114 – Esquemas de zonas de boa aderência e zonas de má aderência 173 ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO 8.7.6 Dobras das armaduras (ganchos das armaduras de tração) O item 9.4.2.3 da NBR 6118 (ABNT, 2014), descreve como colocar ganchos para a ancoragem das barras tracionadas, referentes à armação longitudinal e também à armação transversal (estribos). O detalhamento das armaduras com esses ganchos permite a redução do comprimento de ancoragem, conforme visto anteriormente. Os comprimentos retos mínimos nas extremidades visam garantir o funcionamento eficiente do gancho ou a efetiva ancoragem da barra. Os ganchos nas extremidades das barras da armadura longitudinal de tração 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 (ABNT, 2014, p. 36-37). 2φ 4φ 8φ A) B) C) Figura 115 – Tipos e comprimentos dos ganchos das armaduras de tração O diâmetro interno da curvatura dos ganchos das armaduras longitudinais de tração deve ser pelo menos igual ao estabelecido na tabela a seguir. Tabela 39 – Diâmetros do pino de dobramento dos ferros Bitola mm Tipo de aço CA-25 CA-50 CA-60 φ < 20 4 φ 5 φ 6 φ φ ≥ 20 5 φ 8 φ – Fonte: ABNT (2014, p. 36). As barras lisas, segundo essas prescrições, deverão ser ancoradas sempre com ganchos semicirculares. 174 Unidade III 8.7.7 Ancoragem das barras na região dos apoios Deve-se prolongar até o apoio uma parcela da armadura calculada para o momento positivo máximo (Asvão), igual a: • 1/3 Asvão para apoios extremos e tramos isostáticos. • 1/4 Asvão para apoios intermediários. • 2 barras no mínimo. Com relação à ancoragem das barras na extremidade da viga: As al d Vd fyd Vd fydapo necess � � 0 5, Onde: • al = valor do deslocamento do diagrama de Mk (ver adiante). • Vd = força cortante de cálculo junto ao apoio considerado. Vd = yf ∙ Vk lbe = lb - ∆lb φ Ft 4φ 2φ 8φ lbe = lb - ∆lb > 10 cm lb1/3 (*) Barras tracionadas Figura 116 – Redução do comprimento de ancoragem (Δlb) devido às dobras nas extremidades 8.7.8 Emendas das barras Em muitos casos, há necessidade de se emendar barras de aço, seja por causa da limitação do comprimento das barras, fornecidas com 12 metros, seja pelas etapas de concretagem, como é o caso da junta de concretagem de pilares, em que cada piso estrutural tem uma determinada data, ou outro motivo. 175 ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO As emendas das barras podem ser de vários tipos: • Por traspasse. • Por luvas com preenchimento metálico, rosqueadas ou prensadas. • Por solda. • Por outros dispositivos devidamente justificados. As emendas por luvas e por solda são abordadas na NBR 6118 (ABNT, 2014), que também define as recomendações a serem observadas para a implantação e execução de emendas. Essas recomendações devem ser observadas, em complementação ao que se aborda aqui. A emenda das barras por traspasse, aqui abordada, refere-se à superposição de barras colocadas lado a lado, de forma a dar continuidade à armadura. Incialmente, cabe observar que não há necessidade de ligação física das barras emendadas, mas deve ser tomado o devido cuidado durante a concretagem, para que estas sejam mantidas em suas posições. Esse tipo de emenda não é permitido para barras de bitola maior que 32 mm. No caso geral, as emendas por traspasse podem ser executadas com barras retas, ou com ganchos nas extremidades, mas na grande maioria dos casos utiliza-se as emendas com barras retas. φ lb Localização na seção transversal 0 < e < 4 φ Figura 117 – Emendas por traspasse com barras retas φ lb 0 < e < 4 φ dB Figura 118 – Emendas por traspasse com ganchos fechados φ lb 0 < e < 4 φ dB Figura 119 – Emendas por traspasse com ganchos abertos e suas distâncias transversais 176 Unidade III O funcionamento básico de uma emenda por traspasse é muito semelhante ao da ancoragem por aderência de uma barra, porque segue a mesma mecânica de transferência de esforços entre o aço e o concreto. Assim sendo, o comprimento de uma emenda isolada entre duas barras, por traspasse, é o mesmo comprimento de ancoragem de uma barra isolada. Figura 120 – Emenda por traspasse 8.7.9 Porcentagem de emendas na mesma seção Consideram-se como na mesma seção transversal as emendas que se superpõem ou cujas extremidades mais próximas estejam afastadas de menos que 20% do comprimento do trecho de traspasse. Quando as barras têm diâmetros diferentes, o comprimento de traspasse deve ser calculado pela barra de maior diâmetro. < 0,2 l01 l02 l01 > l02 Figura 121 – Emendas supostas como na mesma seção transversal A proporção máxima de barras tracionadas da armadura principal emendadas por traspasse na mesma seção transversal do elemento estrutural deve ser a indicada conforme a tabela a seguir. Tabela 40 – Proporção máxima de barras tracionadas 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 mmφ ≥ 16 mm 50% 25% 25% 25% Fonte: ABNT (2014, p. 43). 177 ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO Para que essa emenda seja eficiente (e o conjunto seja considerado como uma barra contínua, em termos de resistência), a distâncialivre entre as barras, medida na direção transversal às barras, deve ser inferior a quatro vezes o seu diâmetro. Quando a distância livre entre barras emendadas estiver compreendida entre 0 e 4 φ, o comprimento do trecho de traspasse para barras tracionadas deve ser: ot 0t b,nec 0t,minl . l l= α ≥ Onde: • 0t,minl é o maior valor entre 0,3 lb, 15 φ e 20 cm. • 0t α é o coeficiente função da porcentagem de barras emendadas na mesma seção, conforme a tabela a seguir. Tabela 41 – Valores de α0t em função da proporção de barras emendadas na mesma seção Barras emendadas na mesma seção % ≤ 20 25 33 50 > 50 Valores de α0t 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 Fonte: ABNT (2014, p. 43). Quando a distância livre entre barras emendadas for maior que 4 φ, ao comprimento, deve ser acrescida a distância livre entre as barras emendadas. A armadura transversal na emenda deve ser verificada, considerando o comportamento conjunto concreto-aço, para atender ao item 9.5.2.4. da NBR 6118 (ABNT, 2014). 8.8 Observação sobre o deslocamento do diagrama (decalagem) Como foi visto, os comprimentos das barras da armadura longitudinal são definidos por meio das dimensões obtidas no diagrama de momentos fletores na viga. Como as barras precisam ser ancoradas de forma conveniente a esses comprimentos, deve ser somado o comprimento de ancoragem de cada uma. A esse funcionamento deve ser superposto o efeito do cisalhamento na viga, devido aos esforços cortantes. O estudo do comportamento das vigas foi elaborado há muito tempo e é conhecido através da analogia da viga de concreto armado com uma treliça, pelos estudos do professor Mörsch, após adaptação dos estudos de Ritter. A analogia da treliça clássica de Mörsch visualiza o comportamento de uma viga de concreto a uma treliça, em que o banzo e as diagonais comprimidos acontecem no concreto, e o banzo e as diagonais tracionados são representados pelas barras da armadura, sendo a armadura longitudinal de flexão correspondente ao banzo tracionado. Essa analogia de treliça será abordada de forma mais adequada ao estudarmos as solicitações tangenciais, que envolvem o dimensionamento das armaduras transversais. 178 Unidade III Na análise do efeito da força cortante em vigas, parte-se de um modelo usado para cálculo, que represente a viga fissurada na condição próxima ao limite, na situação de colapso. Nessa situação, as fissuras apresentam uma inclinação que, nas regiões próximas aos apoios, podem ser consideradas a 45°. Analisando essa região, pode-se considerar que o concreto está íntegro entre duas fissuras inclinadas. Ou seja, a seção em que está atuando o momento fletor não é correspondente à seção onde será colocada a armadura de flexão. Na realidade, a seção onde será colocada a armadura está mais próxima do apoio, em função da inclinação das fissuras. Para corrigir esse deslocamento da seção em que o momento está atuando em relação à seção onde a armadura deve ser colocada, é feita uma correção por meio do deslocamento do diagrama de momentos fletores em direção ao apoio. Portanto, é criado um diagrama virtual deslocado em relação ao diagrama real de momentos fletores, que indica não onde os momentos ocorrem, mas sim onde a armadura deve ser posicionada. Seção estudada Linha Neutra Fissuras inclinadas Diagrama decalado (al) na horizontal Armadura longitudinal Diagrama original de momentos fletores Momento fletor (M) na seção estudada Local onde a armadura deve estar M x d h Diagrama de M Diagrama de V Figura 122 – Seção onde a armadura deve ser colocada, que está deslocada (“decalada”) na horizontal em relação à seção onde ocorre o momento 179 ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO Portanto, os comprimentos das armaduras devem cobrir não o diagrama original de momentos fletores, mas o diagrama deslocado. Esse deslocamento, cujo valor é al, é conhecido pelo termo “decalagem” do diagrama, termo proveniente do francês, que tem esse mesmo significado. 8.9 Determinação dos comprimentos das barras da armadura longitudinal de flexão A definição dos comprimentos das barras deve ser tal que estas envolvam o diagrama “decalado”, conforme mostra a figura a seguir. Diagrama de força de tração solicitante FSd,cor Diagrama de força de tração resistente lb,nec lb,nec lb,nec > 10 φ > 10 φ > 10 φA A B B al al RSd RSd = MSd/z Figura 123 – Cobertura do diagrama de momentos fletores É possível considerar que a faixa coberta por barra corresponda à altura do diagrama que ela cobre. Assim sendo, pode-se afirmar que, em certa escala, o diagrama dos momentos fletores dividido por barra corresponde ao diagrama de forças nas barras ou mesmo ao diagrama de tensões internas de tração nas barras. Portanto, é possível ainda otimizar os comprimentos das barras considerando que, ao longo do comprimento de ancoragem, as tensões na barra vão decrescendo, desde o início da ancoragem, onde a tensão é máxima (correspondente à tensão de escoamento), até zero, no final da barra. Simplificadamente, podemos considerar que essa perda de tensão se dá de forma constante, ou seja, retilínea. Sequência de cálculo e detalhamento longitudinal da armadura em uma viga: • Cálculo dos esforços fletores na viga. 180 Unidade III • Cálculo das armaduras longitudinais de flexão. • Detalhamento das armaduras de flexão na seção transversal. • Detalhamento longitudinal das armaduras de flexão. • Desenho final das armaduras da viga. 8.9.1 Cálculo dos esforços fletores e cortantes na viga A partir do esquema estático da viga, calculam-se os esforços fletores e cortantes, utilizando-se os conceitos e técnicas da resistência dos materiais. Com base na leitura dos respectivos diagramas ao longo da viga, passa-se ao seu cálculo. 8.9.2 Cálculo das armaduras longitudinais de flexão Para o momento fletor máximo de cada vão e para cada momento fletor negativo sobre os apoios intermediários, calcula-se a respectiva armadura necessária à flexão, com o auxílio das tabelas de k6 (tabelas de dimensionamento à flexão simples). Compara-se a armadura necessária com a armadura mínima e adota-se a maior das duas. 8.9.3 Detalhamento das armaduras de flexão na seção transversal Para cada seção calculada, determina-se número e diâmetro das barras que se vai usar, de modo a satisfazer os resultados do item anterior. Observando-se as regras de espaçamento na seção transversal, dispõe-se as barras na seção transversal, buscando, sempre que possível, colocá-las em uma ou duas camadas. Ao final, é importante verificar se a altura útil (d) adotada para a viga está correta, em função da posição do CG das barras. Observação Altura útil d é a distância do centro de gravidade da armadura tracionada até a borda mais comprimida do concreto. Nos dimensionamentos de vigas, pode-se adotar para d, a princípio, d = h – 4 cm, valor que deverá ser confirmado após o detalhamento da seção transversal. 8.9.4 Detalhamento longitudinal das armaduras de flexão Com o diagrama de fletores desenhado em escala (escala horizontal preferivelmente 1:50, e escala vertical qualquer), executa-se a cobertura do diagrama de momentos (método gráfico): 1a etapa: divisão dos trechos dos diagramas positivos e negativos em partes iguais pelo número de barras adotado para os respectivos momentos máximos. 181 ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO 2a etapa: deslocamento (decalagem) do diagrama – deslocamento dos trechos dos diagramas na horizontal, para a sua lateral externa, geralmente de um valor al = 0,75 d (lembrando que d é a altura útil da viga). Ver comentário adiante. 3a etapa: determinação e representação gráfica dos comprimentos de ancoragem lb de cada barra: • Barras da armadura positiva – zonas de boa aderência. • Barras da armadura negativa – zonas de má aderência. 4a etapa: traçado das linhas de cobertura do diagrama correspondentes à “parcela resistente de cada barra”. (Através de trapézios de altura igual à parcela do diagrama correspondente a cadabarra, e de base maior correspondente ao tamanho de cada uma; as inclinações laterais são paralelas às inclinações obtidas pelo triângulo obtido do comprimento de ancoragem respectivo). Cada trapézio definido representa o diagrama de momentos resistentes para aquele comprimento de barra, e precisa envolver o diagrama de momentos atuantes. Caso haja cruzamento dos diagramas, em algum trecho os momentos atuantes serão superiores aos momentos resistentes, portanto, nessas regiões, os critérios de segurança das normas brasileiras não estarão sendo respeitados. 5a etapa: determinação das extremidades das barras – com base nos traçados da etapa anterior, determina-se os pontos de extremidade de cada barra. Observações importantes: • É recomendável a adoção de uma folga para permitir desvios de colocação na obra. • Há necessidade de se levar um número mínimo de barras das armaduras positivas até os apoios externos e internos* e ancorá-las de forma conveniente**. — *Número de barras até o apoio: – 1/3 das barras do vão para apoios extremos. – 1/4 das barras do vão para apoios intermediários. – Duas barras, no mínimo, em qualquer caso. — **Ancoragem conveniente: – Apoios extremos: dobra para cima na face externa da viga; valor recomendado: 25 φ. – Apoios intermediários: superposição das barras, de comprimento, do eixo do apoio ao final de cada barra igual à metade do comprimento de ancoragem da barra. 6a etapa: determinação dos comprimentos das barras. Como resultado da etapa anterior, determina-se os comprimentos de cada barra (comprimentos totais e parciais). 182 Unidade III Observação Como a sequência para detalhamento da armadura longitudinal é baseada em um processo gráfico, ela deve ser feita em escala. Exemplo de aplicação Detalhar as armaduras longitudinais de flexão da viga a seguir, sendo dados sua geometria e seu esquema estático: Viga V2 – (20/70) Dados: Concreto classe 25 – fck = 25 MPa Aço CA-50 Cobrimento da armadura: 3 cm Esquema estático e dimensões dos apoios: ver a seguir. Comprimento de ancoragem: adotar 38 φ. Deslocamento do diagrama de fletores: adotar al = 0,75 d. Folga adotada no detalhamento das barras = 20 cm. Altura útil d = 64 cm. P = 500 kN P = 20 kN/m 4m 4m 780 2020 70 Figura 124 183 ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO Medidas em centímetro. Nessas condições, o momento fletor máximo no vão será igual a 260 kNm. Para esse momento fletor, usando a sequência de dimensionamento e detalhamento da seção apresentada anteriormente, a armadura de flexão necessária será composta por 5 φ 20 mm. O detalhamento da seção indica que três barras ficarão na primeira camada e duas barras na segunda camada. Vamos fazer a sequência do detalhamento longitudinal dessas barras pelo processo gráfico. Nota: os desenhos não estão apresentados aqui em escala, mas servem como orientação, pois originalmente foram feitos na escala devida ao momento. Sequência de cobertura do diagrama de fletores: Início Figura 125 – Diagrama dos momentos fletores 1ª etapa: divisão dos trechos dos diagramas positivos e negativos em partes iguais, pelo número de barras adotado para os respectivos momentos máximos. 52 52 52 52 52 Figura 126 184 Unidade III 2a etapa: deslocamento (decalagem) do diagrama: al = 0,75 d = 0,75 × 64 = 48 cm 48 48 Figura 127 3ª etapa: determinação e representação gráfica dos comprimentos de ancoragem de cada barra: lb = 38 φ = 38 × 2,0 = 76 cm 76 Figura 128 4ª etapa: traçado das linhas de cobertura do diagrama. As linhas inclinadas representam as forças de tração/tensões de tração ao longo do comprimento de ancoragem da barra. Foi dada uma folga de 20 cm de cada lado por orientação do exercício. 185 ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO 20 20 20 Figura 129 5a etapa: determinação das extremidades das barras. Figura 130 6a etapa: determinação dos comprimentos das barras. Face externa Eixo de simetria Figura 131 186 Unidade III As armaduras transversais, compostas de estribos, foram adotadas – seu cálculo e detalhamento será abordado quando for feito o estudo das solicitações tangenciais. V2 (20/70) 814 780 814 N7 10 20 50 N5 2 φ 8 - C = 834 27 φ 6,3 C/30 5 φ 20 N6 2x3 φ 8 - C = 814 N4 1 φ 20 - C = 408 N3 1 φ 20 - C = 578 N2 1 φ 20 - C = 716 N1 2 φ 20 - C = 914 ESC 1:50 50 33 20 10 68 85 Figura 132 – Desenho final do detalhamento da viga Corte N5 N4N3 N2 14 64 N1 N 6 ESC 1:25 N 7 2 7 φ 6 ,3 - C = 1 68 Figura 133 Resumo Estudamos as vigas em concreto armado e seu comportamento, conforme as solicitações de normas de flexão simples, com base nos conceitos de dimensionamento e verificação de seções sujeitas à flexão simples. 187 ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO Foram apresentadas as disposições construtivas prescritas pela NBR 6118 (ABNT, 2014), assim como armaduras mínimas, armaduras de pele, porta-estribos e distribuição das barras da armadura principal de tração na seção transversal. Depois foi abordada a sequência de cálculo e o equacionamento das armaduras para as vigas de flexão, estabelecendo o limite entre a armadura simples e a armadura dupla, onde é inserida uma armação de compressão para auxiliar o concreto a resistir à compressão, de forma a deixar a estrutura dúctil, com ruptura avisada. Por questões construtivas são colocadas armaduras na região onde a seção está comprimida, porém, nessa área da seção, considera-se somente o concreto como resistente às tensões de compressão, dessa maneira a armadura colocada nessa região é conhecida como “porta-estribos”, pois funciona somente como amarração para estes. Caso a viga seja uma seção retangular e esteja sob flexão simples, pode-se adotar os critérios mostrados das tabelas k, cuja utilização permite a agilização do cálculo das seções fletidas que necessitam de armadura dupla. Define-se como armadura dupla a seção transversal que, além de possuir a armadura resistente à tração, contém também uma armadura resistente na região comprimida da seção transversal. Outro caso comum de aplicação de armadura dupla se dá em função do limite de ductibilidade imposto pela NBR 6118 (ABNT, 2014). Em vez de mudar a altura da seção para a linha neutra (LN), que exceda os limites da norma, é possível utilizar o artifício da armadura dupla, e assim preservar as propriedades da seção transversal. Para que haja equilíbrio, determina-se o momento fletor resistente que a viga seria capaz de suportar com armadura simplesmente tracionada e com sua altura de LN real, que chamamos de M34. Foi abordada também a consideração da colaboração das lajes na resistência à flexão na zona comprimida do concreto, configurando as seções conhecidas com “T”. É assim chamada porque sua forma tem essa geometria. As partes de uma viga em seção T são a mesa e a alma (também chamada de nervura). O dimensionamento das seções T também pode ser feito com o uso de tabelas de dimensionamento do tipo k. Em seguida, foi estudado o detalhamento longitudinal das armaduras de flexão, com o objetivo de buscar o delineamento econômico dentro das condições de segurança. A sequência de dimensionamento e detalhamento das armaduras foi abordada com o escalonamento das barras e a definição dos seus comprimentos, 188 Unidade III levando-se em consideração a necessidade da decalagem do diagrama de momentos fletores. Especial destaque foi dado ao estudo das ancoragens das armaduras por meio da aderência entre o concreto e o aço, das emendas por traspasse e dos ganchos nas barras. Para se fazer o detalhamento completo das armaduras de flexão de uma viga, é necessário observar o diagrama de momentos fletores que a solicitam. Assim, esses diagramas apresentam características comuns, que permitem sua análise sucinta: em uma viga biapoiada, isostática, o diagrama de fletores apresenta o valor máximo positivo no vão, ou seja, tração nas fibras inferioresda viga e compressão nas fibras superiores; as fibras mais afastadas da linha neutra, ou seja, as bordas inferior e superior, são as mais tracionadas e mais comprimidas. Todo o detalhamento da seção transversal da viga naquelas seções sujeitas aos valores máximos de momentos fletores, sejam eles positivos ou negativos, devem observar as prescrições da NBR 6118 (ABNT, 2014). Ao se efetuar o cálculo da armadura necessária para uma seção de uma viga, toma-se o valor máximo do momento fletor atuante naquela seção. Portanto, se tomássemos os valores reais dos momentos em cada seção, obteríamos a necessidade de uma armadura diferente em cada seção da viga, cujo valor iria diminuindo em função do momento fletor atuante em cada seção. Devido à inclinação das fissuras, a seção onde deve estar colocada a armadura para resistir ao momento fletor está deslocada em relação à seção onde o momento fletor está atuando, então não se desloca o diagrama, para facilidade do detalhamento da armadura longitudinal. Ao longo do comprimento de ancoragem, admite-se que a tensão de aderência seja constante, e que as tensões no aço (ou seja, a força de tração na barra) decrescem de forma linear. O comprimento necessário para que uma barra transmita os esforços internos máximos para o concreto é denominado comprimento de ancoragem por aderência. O comprimento de ancoragem para a barra tracionada é igual ao comprimento de ancoragem para a barra comprimida, uma vez que o mecanismo de transferência é o mesmo para os dois casos. No final, foi apresentada uma sequência de operações relativas ao processo de detalhamento da armadura longitudinal de flexão, que ao serem acrescentadas à armadura transversal, irão compor a armadura total das vigas de concreto armado. Essas armaduras serão abordadas por meio do estudo das solicitações tangenciais, por vir. 189 ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO Exercícios Questão 1. (Enade 2014) Segundo a definição da NBR n. 6.118/2014, vigas “são elementos lineares em que a flexão é preponderante”. Sua função é basicamente vencer vãos e transmitir as ações nela atuantes para os apoios. Para tanto, as armaduras das vigas são geralmente compostas por estribos, chamados “armadura transversal”, e por barras longitudinais chamadas “armadura longitudinal”. Fonte: Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR 6.118 – Projeto e execução de obras de concreto armado, ABNT. Rio de Janeiro, 2003. Considere a figura a seguir. 422 424 N3 (400) 2 N2 φ 10 C = 472 20 N3 φ 5 C = 100 2 N1 φ 10 C =482 20 φ 5 C/20 15/40 P1 P2 Corte A V1 24 30 34 9 24 30 A A -2 φ 10 -2 φ 8 Figura 134 Para a viga representada, assinale a alternativa que apresenta corretamente o comprimento total da armadura longitudinal e da armadura transversal, respectivamente. A) 9,54 m e 17,20 m. B) 9,54 m e 20,00 m. C) 19,08 m e 17,20 m. D) 19,08 m e 20,00 m. E) 20,00 m e 19,08 m. Resposta correta: alternativa D. 190 Unidade III Análise da questão A principal linguagem do engenheiro civil é o desenho, na forma de esboços, rascunhos ou desenhos técnicos. Essa é a forma mais simples e precisa do profissional para representar as suas ideias e transmitir as devidas instruções aos seus colaboradores. Um dos componentes é o desenho de armação, que contém as instruções para o corte, a dobra e a instalação da armadura das vigas de concreto armado, basicamente feito conforme indicado na figura a seguir. 424 422 20 N3 ∅ 5 C = 100 cm2 N2 ∅ 10 mm C = 472 cm N3 (400) 20 ∅ 5 mm C/20 cm 2 N1 ∅ 10 mm C = 482 cm Corte A 34 9 24 24 30 30 2 ∅ 10 2 ∅ 10 Quant. – Identif. – Diâm. – Compr.Quantidade de peças – Identificação da peça – Diâmetro – Comprimento da peça Comprimento da dobra Identificação da peça Extensão ocupada Quantidade de peças – Diâmetro – Espaçamento das peças Comprimento longitudinal útil Figura 135 O desenho técnico de armação de aço apresenta pelo menos duas seções, a longitudinal e a transversal, que devem ser lidas em conjunto. A seção longitudinal mostra o formato, as dimensões, a quantidade, o diâmetro da barra e o comprimento de cada peça de armadura longitudinal. Mostra também o posicionamento, a quantidade, o diâmetro e o espaçamento das peças de armadura transversal. A seção transversal, ou corte A, mostra o formato, as dimensões, a quantidade, o diâmetro da barra e o comprimento de cada peça de armadura transversal, bem como o posicionamento de cada peça de armadura longitudinal. O comprimento total da armadura longitudinal pode ser determinado multiplicando a quantidade de peças pelo valor do comprimento de cada uma: 2 × N1 + 2 × N2 = 2 × 482 + 2 × 472 = 1.908 cm =19,08 m O comprimento total da armadura transversal pode ser determinado multiplicando a quantidade de peças pelo valor do comprimento de cada uma: 20 × N3 = 20 × 100 = 2.000 cm = 20 m 191 ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO Questão 2. (Capes 2008) 80 cm 80 cmx Figura 136 No detalhamento das armaduras é necessário verificar a proporção máxima de barras tracionadas da armadura principal emendadas por traspasse na mesma seção transversal. No detalhe esquematizado, em função do comprimento de traspasse utilizado, as emendas serão consideradas na mesma seção para quaisquer valores de x, em cm, que sejam menores que: A) 8 B) 10 C) 12 D) 16 E) 24 Resposta correta: alternativa D. Análise da questão Observe a figura a seguir: l01 > l02 < 0,2 l01 l02 Figura 137 – Emendas supostas como na mesma seção transversal Quando as barras têm diâmetros diferentes, o comprimento de traspasse deve ser calculado pela barra de maior diâmetro. 192 A figura mostra que a distância entre as extremidades das barras mais afastadas entre si é determinada por: x < 0,2 . l01 Assim: x l x cm x cm < < < < < 0 2 0 2 80 16 01, , Unidade III 193 FIGURAS E ILUSTRAÇÕES Figura 5 ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (ABNT). NBR 6118: projeto de estruturas de concreto – procedimento. Rio de Janeiro: Associação Brasileira de Normas Técnicas, 2014. p. 26. Figura 6 ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (ABNT). NBR 6118: projeto de estruturas de concreto – procedimento. Rio de Janeiro: Associação Brasileira de Normas Técnicas, 2014. p. 27. Figura 9 A) ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (ABNT). NBR 7480: aço destinado a armaduras para estruturas de concreto armado – especificação. Rio de Janeiro: Associação Brasileira de Normas Técnicas, 2007. p. 9. Figura 9 B) ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (ABNT). NBR 7480: aço destinado a armaduras para estruturas de concreto armado – especificação. Rio de Janeiro: Associação Brasileira de Normas Técnicas, 2007. p. 9. Figura 11 ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (ABNT). NBR 6118: projeto de estruturas de concreto – procedimento. Rio de Janeiro: Associação Brasileira de Normas Técnicas, 2014. p. 29. Adaptada. Figura 15 CARVALHO, R. C.; FIGUEIREDO FILHO, J. R. de. Cálculo e detalhamento de estruturas usuais de concreto armado. 4. ed. São Carlos: Edufscar, 2014. v. 1. p. 105. Figura 16 PINHEIRO, L. M.; MUZARDO, C. D.; SANTOS, S. P. Bases para cálculo. In: PINHEIRO, L. M. Fundamentos do concreto e projeto de edifícios. Universidade de São Paulo – Escola de Engenharia de São Carlos. São Carlos: Departamento de Engenharia de Estruturas, 2007. Disponível em: <http://coral.ufsm.br/ decc/ECC1006/Downloads/Apost_EESC_USP_Libanio.pdf>. Acesso em: 19 fev. 2019. p. 6.9. Figura 17 PINHEIRO, L. M.; MUZARDO, C. D.; SANTOS, S. P. Bases para cálculo. In: PINHEIRO, L. M. Fundamentos do concreto e projeto de edifícios. Universidade de São Paulo – Escola de Engenharia de São Carlos. São Carlos: Departamento de Engenharia de Estruturas, 2007. Disponível em: <http://coral.ufsm.br/ decc/ECC1006/Downloads/Apost_EESC_USP_Libanio.pdf>. Acesso em: 19 fev. 2019. p. 6.10. 194 Figura 18 PINHEIRO, L. M.; MUZARDO, C. D.; SANTOS, S. P. Bases para cálculo. In: PINHEIRO, L. M. Fundamentos do concreto
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