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UNIVERSIDADE FEDERAL DO VALE DO SÃO FRANCISCO Professor M.Sc. Sérgio Luís de Oliveira. 1 PILARES DE CONCRETO ARMADO – SEGUNDO A NBR 6118:2023 DISCIPLINA: ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO II – NOTAS DE AULA Prof. M.Sc. Sérgio Luís de Oliveira JUAZEIRO-BA, 2023 UNIVERSIDADE FEDERAL DO VALE DO SÃO FRANCISCO Professor M.Sc. Sérgio Luís de Oliveira. 2 SUMÁRIO 1.0 – Introdução 2.0 – Cargas nos Pilares 3.0 – Características Geométricas 3.1 – Dimensões Mínimas dos Pilares 3.2 – Comprimento de Equivalente ( e ) 3.3 –Raio de Giração (i) 3.4 – Índice de Esbeltez (λ) 4.0 – Classificação dos Pilares Quanto à sua Posição em Planta 5.0 – Determinação Aproximada dos Momentos na Ligação Viga-Pilar 6.0 – Classificação dos Pilares em Função de sua Esbeltez 7.0 – Dispensa dos Efeitos Locais de Segunda Ordem a) Para pilares biapoiados sem cargas transversais b) Para pilares biapoiados com cargas transversais significativas ao longo da altura: c) Para pilares em balanço d) Para pilares biapoiados ou em balanço com momentos menores que o momento mínimo: 8.0 – Critérios da NBR 6118:2023 para Consideração dos Efeitos de 2ª Ordem a) Pilares Curtos (λ ≤ λ1) b) Pilares Mediamente Esbeltos (λ1 < λ ≤ 90) c) Pilares Esbeltos (90 < λ ≤ 140) d) Pilares Muito Esbeltos (140 < λ ≤ 200) 9.0 – Tipos de Excentricidades Consideradas no Dimensionamento dos Pilares 9.1 – Excentricidade inicial ( ie ) 9.2 – Excentricidade de Forma ( fe ) 9.3 – Excentricidade Acidental ( ae ) 9.4 – Excentricidade Mínima de Primeira Ordem ( míne1 ) 9.5 – Excentricidade de Fluência ou Suplementar ( ce ) 9.6 – Excentricidade de Segunda Ordem ( 2e ) UNIVERSIDADE FEDERAL DO VALE DO SÃO FRANCISCO Professor M.Sc. Sérgio Luís de Oliveira. 3 – Cálculo dos Efeitos de 2ª Ordem Segundo a NBR 6118:2023 9.7 – Método Geral – processo exato (NBR 6118:2023 item 15.8.3.2) 9.8 – Método do Pilar-Padrão com Curvatura Aproximada (NBR 6118:2023 item 15.8.3.3.2) 9.9 – Método do Pilar-Padrão com Rigidez к Aproximada (NBR 6118:2023 item 15.8.3.3.3) 9.10 – Método do Pilar-Padrão acoplado a Diagramas M, N, 1/r (NBR 6118:2023 item 15.8.3.3.4) 9.11 – Método do Pilar-Padrão para Pilares de Seção Retangular Submetidos à Flexão Composta Oblíqua (NBR 6118:2023 item 15.8.3.3.5) 10.0 – Situações de Projeto e de Cálculo dos Pilares 10.1 – Seções de Extremidade e Seções Intermediárias de Pilares a) Pilares curtos: λ ≤ λ1 b) Pilares medianamente esbeltos: λ1 < λ ≤ 90 c) Pilares esbeltos: 90 < λ ≤ 140 d) Pilares muito esbeltos: 140 < λ ≤ 200 11.0 – Disposições Construtivas dos Pilares Segundo a NBR 6118:2023 11.1 – Cobrimento da Armadura 11.2 – Armadura Longitudinal dos Pilares 11.2.1 - Armadura Longitudinal Mínima 11.2.2 - Armadura Longitudinal Máxima 11.2.3 – Diâmetro Mínimo e Máximo das Barras 11.2.4 – Espaçamento Mínimo e Máximo entre as Barras Longitudinais 11.2.5 – Emendas das Barras Longitudinais por Traspasse 11.3 – Armadura Transversal dos Pilares 11.3.1 – Diâmetro dos Estribos 11.3.2 – Espaçamento Longitudinal dos Estribos 11.4 – Proteção Contra Flambagem das Barras (NBR 6118:2023 – item 18.2.4) 11.5 – Desenho da Armação dos Pilares 12.0 – Estimativa de Carga Vertical nos Pilares e Pré-dimensionamento UNIVERSIDADE FEDERAL DO VALE DO SÃO FRANCISCO Professor M.Sc. Sérgio Luís de Oliveira. 4 PILARES 1.0 – Introdução Pilares são elementos estruturais lineares de eixo reto, usualmente dispostos na direção vertical, em que as forças normais de compressão são preponderantes e cuja função principal é receber as ações atuantes nos diversos níveis da edificação e conduzi-las até as fundações. As disposições dos pilares na planta de forma de um edifício são importantes, pois o posicionamento destes, juntamente com as vigas, formam pórticos que proporcionam rigidez e são os responsáveis por resistir às ações verticais (gravitacionais e de serviço) e horizontais (vento) e garantir a estabilidade global da estrutura. Em virtude do tipo de material (concreto) e da solicitação preponderantemente de força de compressão, os pilares apresentam rupturas frágeis. A ruína de uma seção transversal de um único pilar pode ocasionar o colapso progressivo dos demais pavimentos subseqüentes provocando, assim, a ruína de toda a estrutura. Os pilares têm forma prismática ou cilíndrica (usualmente com seção transversal quadrada, retangular ou circular), sendo uma das dimensões (comprimento) bem maior que as outras duas. Para critérios de dimensionamento de acordo com a NBR 6118:2023, os pilares são tratados como elementos lineares e, geralmente, isolados. 2.0 – Cargas nos Pilares Nas estruturas usuais, compostas por lajes, vigas e pilares, o caminho das cargas começa nas lajes, que delas vão para as vigas e, em seguida, para os pilares, que as conduzem até a fundação. As lajes recebem as cargas permanentes (peso próprio, revestimentos etc.) e as variáveis (pessoas, máquinas, equipamentos etc.) e as transmitem para as vigas de apoio. As vigas, por sua vez, além do peso próprio e das cargas das lajes, recebem também cargas de paredes dispostas sobre elas, além de cargas concentradas provenientes de outras vigas, levando todas essas cargas para os pilares em que estão apoiadas. UNIVERSIDADE FEDERAL DO VALE DO SÃO FRANCISCO Professor M.Sc. Sérgio Luís de Oliveira. 5 Os pilares são responsáveis por receber as cargas dos andares superiores, acumular as reações das vigas em cada andar e conduzir esses esforços até as fundações (Figura 1). Nos edifícios de vários andares, para cada pilar e no nível de cada andar, obtém-se o subtotal de carga atuante, desde a cobertura até os andares inferiores. Essas cargas, no nível de cada andar, são utilizadas para dimensionamento dos tramos (lances) do pilar. A carga total é usada no projeto da fundação. Figura 1: Cargas nos pilares. Nas estruturas constituídas por lajes sem vigas, os esforços são transmitidos diretamente das lajes para os pilares. Nessas lajes, deve-se dedicar atenção especial à verificação de punção. 3.0 – Características Geométricas 3.1 – Dimensões Mínimas dos Pilares Com o objetivo de evitar um desempenho inadequado e propiciar boas condições de execução, a NBR 6118:2023, no seu item 13.2.3, estabelece que a seção transversal dos pilares e pilares-paredes maciços, qualquer que seja a sua forma, não deve apresentar dimensão menor que 19 cm. Em casos especiais, permite-se que a menor dimensão do pilar esteja compreendida entre 19 cm e 14 cm. Nestes casos, é preciso multiplicar os esforços finais de cálculo (esforço normal e momentos) empregados no dimensionamento dos pilares por um UNIVERSIDADE FEDERAL DO VALE DO SÃO FRANCISCO Professor M.Sc. Sérgio Luís de Oliveira. 6 coeficiente adicional γn, de acordo com a Tabela 1. Em qualquer caso, não se permite pilar com seção transversal de área inferior a 360 cm2. bn 05,095,1 (1) Onde: b é a menor dimensão da seção transversal do pilar, em centímetros. Quando a maior dimensão da seção transversal do pilar é superior a cinco vezes a menor dimensão, o elemento estrutural é denominado de pilar-parede. Tabela 1: Valores do coeficiente de majoração adicional γn. b (cm) > 19 18 17 16 15 14 γn 1,00 1,05 1,10 1,15 1,20 1,25 3.2 – Comprimento de Equivalente ( e ) O comprimento de equivalente e (chamado na NBR 6118:2023, item 15.6, de comprimento equivalente) do pilar, suposto vinculado em ambas as extremidades, deve ser tomado como o menor dos seguintes valores (Figura 1A): Figura 1A: Determinação do comprimento de equivalente. h e 0 (2) UNIVERSIDADE FEDERAL DO VALE DO SÃO FRANCISCO Professor M.Sc. Sérgio Luís de Oliveira. 7 Onde: 0 é a distância entre as faces internas dos elementos estruturais, supostos horizontais, que vinculam o pilar; h é a altura da seção transversal do pilar, medida na direção em estudo; é a distância entre os eixos dos elementos estruturais aos quais o pilar está vinculado. No caso de pilar engastado na base e livre no topo, 2e (item 15.8.2 da NBR 6118:2023). Como o comprimento equivalente e depende da dimensão do pilar na direção considerada, com isso, nota-se que poderão existir casos em que se têm comprimentos de equivalentes diferentes para as direções principais x e y. 3.3 – Raio de Giração (i) Define-se o raio de giração i como sendo: cA I i (3) Onde: I é o momento de inércia da seção transversal em relação ao eixo x ou y; Ac é a área da seção transversal. Para peças com seção transversal retangular (Figura 2), temos: UNIVERSIDADE FEDERAL DO VALE DO SÃO FRANCISCO Professor M.Sc. Sérgio Luís de Oliveira. 8 Em relação ao eixo x 12 3 yx x hh I yx yx x hh hh i 12 3 12 y x h i Em relação ao eixo y 12 3 yx y hh I yx yx y hh hh i 12 3 12 x y h i Figura 2: Seção transversal retangular. 3.4 – Índice de Esbeltez (λ) O índice de esbeltez (λ) é uma grandeza que depende do comprimento do pilar, da sua seção transversal (forma e dimensões) e das condições de extremidades. O índice de esbeltez é dado pela seguinte relação: i e (4) Onde: é o índice de esbeltez na direção considerada, x ou y; e é o comprimento de flambagem na direção considerada, x ou y; i é o raio de giração em x ou y. De maneira análoga ao que foi feito para o raio de giração, no caso peças com seção transversal retangular, temos que: x xe x y xe x hi 12,, e y ye y x ye y hi 12,, (5) Observa-se na Figura 3 que, quando a deformação ocorre na direção do eixo x (portanto esbeltez x ), a rotação da seção transversal ocorre em relação ao eixo y (assim o raio de giração usado será yi ). UNIVERSIDADE FEDERAL DO VALE DO SÃO FRANCISCO Professor M.Sc. Sérgio Luís de Oliveira. 9 Quanto maior o índice de esbletez, maior será a possibilidade de haver flambagem do pilar, que ocorre sempre em relação ao eixo de menor inércia da seção (ou na direção do eixo com maior índice de esbeltez). Figura 3: Pilar de seção retangular (flambagem em relação ao eixo de menor inércia y). 4.0 – Classificação dos Pilares Quanto à sua Posição em Planta Os pilares podem ser classificados dependendo do seu posicionamento na planta de forma (posição na estrutura) de um pavimento de um edifício em estudo em: pilares intermediários (centrais), pilares de extremidade (laterais) e pilares de canto, conforme as Figuras 4 a 7. Essa classificação permite considerar as diferentes situações de projeto e de cálculo, em relação aos esforços solicitantes, em que cada um desses pilares se enquadra. Figura 4: Situação de projeto do pilar. Figura 5: Pilar intermediário. UNIVERSIDADE FEDERAL DO VALE DO SÃO FRANCISCO Professor M.Sc. Sérgio Luís de Oliveira. 10 Figura 6: Pilar de extremidade. Figura 7: Pilar de canto. Nos pilares intermediários ou centrais, os momentos que as vigas transmitem a esses pilares são pequenos e, em geral podem ser desprezados. Dessa forma, um pilar intermediário está em uma situação de projeto de compressão centrada. Nos pilares de extremidade (laterais) os momentos transmitidos pelas vigas (em uma direção, x ou y) devem ser considerados. Dessa forma, a situação de projeto é de flexão composta normal ou reta, ou seja, existe uma excentricidade inicial em uma das direções principais. Para os pilares de canto a situação de projeto é de flexão composta oblíqua, já que devem ser considerados os momentos transmitidos pelas vigas nas duas direções “x” e “y”, ou seja, existem excentricidades iniciais nas duas direções principais. 5.0 – Determinação Aproximada dos Momentos na Ligação Viga-Pilar Na ligação viga-pilar existe certa rigidez (não é uma rótula), e o momento fletor transmitido pela viga para o pilar não pode ser desprezado. O que ocorre, na verdade, é que o sistema de vigas e pilares que compõem a estrutura da edificação funciona como um pórtico espacial, o qual deveria ser calculado para determinar de forma exata os momentos nas ligações entre vigas e pilares. Segundo a NBR 6118:2023 (item 14.6.6.1), quando não for realizado um cálculo mais rigoroso da influência da solidariedade dos pilares com a viga, deve ser considerado, UNIVERSIDADE FEDERAL DO VALE DO SÃO FRANCISCO Professor M.Sc. Sérgio Luís de Oliveira. 11 nos apoios extremos, momento fletor igual ao momento de engastamento perfeito multiplicado pelos coeficientes estabelecidos nas seguintes relações: Momento na extremidade do pilar (inferior ao nó, ou seja, abaixo do nó em estudo) viga engp rrr r MM supinf inf inf (6) Momento na extremidade do pilar (superior ao nó, ou seja, acima do nó em estudo) viga engp rrr r MM supinf sup sup (7) Momento na extremidade da viga (considerando o equilíbrio do nó) viga engviga rrr rr MM supinf supinf ou supinf ppviga MMM (8) Onde: Meng – momento de engastamento perfeito; i i i I r , sendo Ii inércia do elemento em estudo e i o comprimento (Figura 8). (9) Figura 8: Modelo estático adotado nos casos de apoios extremos de vigas contínuas. UNIVERSIDADE FEDERAL DO VALE DO SÃO FRANCISCO Professor M.Sc. Sérgio Luís de Oliveira. 12 6.0 – Classificação dos Pilares em Função de sua Esbeltez No cálculo de pilares, a consideração da flambagem (efeitos de segunda ordem devido à não-linearidade geométrica, onde as deformações da estrutura influenciam nos esforços internos) está relacionada às condições de apoio, comprimento e seção transversal do pilar, através do índice de esbeltez (λ). Dependendo do valor desse índice as abordagens consideradas no processo de dimensionamento dos pilares poderão exigir um maior ou menor grau de simplificação nos cálculos a serem efetuados. De acordo com o índice de esbeltez (λ), os pilares podem ser classificados em: Pilares curtos ou robustos → λ ≤ λ1; Pilares mediamente esbletos → λ1 < λ ≤ 90; Pilares esbeltos → 90 < λ ≤ 140; Pilares muito esbeltos → 140 < λ ≤ 200. O índice de esbeltez limite λ1 será definido adiante. A NBR 6118:2023 (item 15.8.1) não admite pilares com índice de esbeltez λ superior a 200. Apenas nos casos de elementos pouco compridos com força normal ccdd AfN 10,0 , o índice de esbeltez pode ser maior que 200. Para pilares com índice de esbeltez superior a 140, na análise dos efeitos locais de 2ª ordem, devem-se multiplicar os esforços solicitantes nais de cálculo por um coe ciente adicional n1. 4,1/14001,011 n (9) 7.0 – Dispensa dos Efeitos Locais de Segunda Ordem O conceito de esbeltez limite surgiu a partir de análises teóricas de pilares, considerando material elástico-linear. Esse limite corresponde ao valor da esbeltez a partir do qual os efeitos de segunda ordem começam a provocar uma redução da capacidade resistente do pilar. Em estruturas de nós fixos, dificilmente um pilar de pórtico, não muito esbelto, terá seu dimensionamento afetado pelos efeitos de segunda ordem, pois o momento fletor total máximo provavelmente será apenas o de primeira ordem, num de seus extremos.UNIVERSIDADE FEDERAL DO VALE DO SÃO FRANCISCO Professor M.Sc. Sérgio Luís de Oliveira. 13 De acordo com o item 15.8.2 da NBR 6118:2023, os esforços locais de 2ª ordem em elementos isolados podem ser desprezados quando o índice de esbeltez λ for menor que o valor limite λ1 (dado na expressão a seguir). O valor de λ1 depende de diversos fatores, mas os preponderantes são: A excentricidade relativa de 1ª ordem e1/h na extremidade do pilar, na direção considerada, onde ocorre o momento de 1ª ordem de maior valor absoluto. O valor de e1 é igual a excentricidade de 1ª ordem, não incluindo a excentricidade acidental; A vinculação dos extremos da coluna isolada; A forma do diagrama de momentos de 1ª ordem. O valor de λ1 pode ser calculado pela expressão (item 15.8.2 da NBR 6118:2023): b he 1 1 5,1225 sendo 9035 1 (10) O valor de αb, que depende da vinculação da coluna isolada e do carregamento atuante, deve ser determinado da seguinte forma: a) Para pilares biapoiados sem cargas transversais: A B b M M 40,060,0 sendo 0,140,0 b (11) onde: MA e MB são os momentos de 1ª ordem nos extremos do pilar, obtidos na análise de 1ª ordem no caso de estruturas de nós xos e os momentos totais (1ª ordem + 2ª ordem global) no caso de estruturas de nós móveis. Deve ser adotado para MA o maior valor absoluto ao longo do pilar biapoiado e para MB o sinal será positivo, se tracionar a mesma face que MA, e negativo em caso contrário, como mostra a Figura 9. UNIVERSIDADE FEDERAL DO VALE DO SÃO FRANCISCO Professor M.Sc. Sérgio Luís de Oliveira. 14 Figura 9: Momentos MA e MB nas extremidades de um pilar. b) Para pilares biapoiados com cargas transversais significativas ao longo da altura: 0,1b c) Para pilares em balanço: 0,1b d) Para pilares biapoiados ou em balanço com momentos menores que o momento mínimo: 0,1b Se o maior momento calculado ao longo do pilar for menor que o momento mínimo definido no item 11.3.3.4.3 da NBR 6118:2023, dado por: )03,0015,0(,1 hNM dmínd (13) Onde: M1d,mín é o momento mínimo total de 1ª ordem; h é altura da seção transversal medida na direção considerada (em metros); Nd é o esforço normal de cálculo. UNIVERSIDADE FEDERAL DO VALE DO SÃO FRANCISCO Professor M.Sc. Sérgio Luís de Oliveira. 15 8.0 – Critérios da NBR 6118:2023 para Consideração dos Efeitos de 2ª Ordem Ainda de acordo com a NBR 6118:2023 (item 15.8.3), dependendo do índice de esbeltez do pilar, os efeitos de 2ª ordem podem ser desprezados ou não. No caso negativo, a partir do valor do índice de esbeltez define-se o processo a ser utilizado no cálculo dos efeitos de 2ª ordem, conforme exposto a seguir: a) Pilares Curtos (λ ≤ λ1) Para os pilares curtos os efeitos de segunda ordem podem ser desprezados. b) Pilares Mediamente Esbeltos (λ1 < λ ≤ 90) Os pilares medianamente esbeltos que são aqueles para os quais podem ser considerados os efeitos de segunda ordem por processos aproximados como o método do pilar-padrão com curvatura aproximada ou o método do pilar-padrão com rigidez к aproximada. c) Pilares Esbeltos (90 < λ ≤ 140) Os pilares esbeltos são aqueles para os quais é possível considerar-se nos projetos os efeitos de segunda ordem a partir do processo aproximado que é o método do pilar-padrão com curvatura real acoplada a diagramas de M – N – 1/r (momento – normal – curvatura). Para esses pilares a consideração dos efeitos da fluência é obrigatória. d) Pilares Muito Esbeltos (140 < λ ≤ 200) Para os pilares muito esbeltos a consideração dos efeitos de segunda ordem é feita por processos exatos. Para esses pilares o método geral (para avaliar os efeitos de segunda ordem) e a consideração dos efeitos da fluência são obrigatórios. 9.0 – Tipos de Excentricidades Consideradas no Dimensionamento dos Pilares Para o dimensionamento dos pilares, é necessário obter as excentricidades pertinentes a cada tipo de pilar analisado. Essas excentricidades nos pilares ocorrem não apenas por conta das solicitações iniciais (momentos transmitidos pelas vigas) atuantes nos pilares, mas também por causa de diversos fatores adicionais como: os efeitos de 2ª ordem, as imperfeições geométricas locais e a fluência do concreto. UNIVERSIDADE FEDERAL DO VALE DO SÃO FRANCISCO Professor M.Sc. Sérgio Luís de Oliveira. 16 De maneira geral, as excentricidades podem ser divididas em: Excentricidade inicial; Excentricidade acidental; Excentricidade mínima de primeira ordem; Excentricidade de forma; Excentricidade de fluência ou suplementar; Excentricidade de segunda ordem. Apresentam-se a seguir os critérios para a obtenção dessas excentricidades em pilares isolados, de acordo com as recomendações da norma NBR 6118:2023. 9.1 – Excentricidade inicial ( ie ) Os pilares de extremidade (laterais) e os de canto, por estarem monoliticamente ligados à extremidade de uma viga, estão submetidos a um momento fletor inicial, que pode ser representado por uma excentricidade inicial ( ie ) da força de compressão atuante na seção. Numericamente as excentricidades iniciais (nas extremidades do pilar) são iguais aos valores dos momentos com plano de ação contendo cada eixo principal, divididos pelo módulo da força normal de compressão, conforme as expressões a seguir: d Ad A N M e ,1 ,1 e d Bd B N M e ,1 ,1 (14) Onde: Nd a força normal solicitante de cálculo; M1d,A e M1d,B são os momentos solicitantes de cálculo nas extremidades do pilar (devidos às ligações dos pilares com as vigas) . Neste texto adota-se, de acordo com a NBR 6118:2023, para ie a maior excentricidade em valor absoluto (obtida a partir de MA). Além das excentricidades iniciais nas extremidades do pilar, precisa ser realizada uma análise dos efeitos locais de 2ª ordem ao longo do seu eixo. Normalmente, em pilares UNIVERSIDADE FEDERAL DO VALE DO SÃO FRANCISCO Professor M.Sc. Sérgio Luís de Oliveira. 17 de edifícios, os máximos momentos iniciais ocorrem em suas extremidades e os máximos momentos de 2ª ordem ocorrem em suas seções intermediárias. Por esse motivo, deve-se considerar uma excentricidade inicial na seção intermediária (meio do vão) do pilar, dada por: ABAc eeee ,1,1,1,1 4,04,06,0 (15) sendo que o sinal de e1,B é obtido com o mesmo raciocínio aplicado à determinação do coeficiente b (conforme apresentado no item 7.0): positivo se MB tracionar a mesma face que MA e negativo em caso contrário, conforme Figura 10. A NBR 6118:2023, embora não mencione explicitamente a excentricidade inicial a ser adotada para a seção intermediária, adota o mesmo procedimento mostrado anteriormente. Figura 10: Extremidades iniciais nas seções de extremidade e na seção intermediária. 9.2 – Excentricidade de Forma ( fe ) Em edifícios, as posições das vigas e dos pilares dependem fundamentalmente do projeto arquitetônico. Assim, é comum em projetos a coincidência entre faces (internas ou externas) das vigas com as faces dos pilares que as apóiam. Quando os eixos baricêntricos das vigas não passam pelo centro de gravidade da seção transversal do pilar, as reações das vigas apresentam excentricidades que são UNIVERSIDADE FEDERAL DO VALE DO SÃO FRANCISCO Professor M.Sc. Sérgio Luís de Oliveira. 18 denominadas excentricidades de forma. A Figura 11 apresenta exemplos de excentricidades de forma em pilares intermediários, de borda (extremidade) e de canto. Figura 11: Exemplos de excentricidades de forma em pilares. As excentricidades de forma, de maneira geral, quando se fazem os projetos de estruturasde edifícios sem assistência de programas computacionais elaborados para este fim, não são consideradas no dimensionamento dos pilares. O momento fletor produzido pelas excentricidades no nível de cada andar é equilibrado por um binário, produzindo, em cada piso, pares de forças de sentidos contrários e de mesma ordem de grandeza, que tendem a se anular (Figura 11A). No nível da fundação, a não consideração da excentricidade de forma se justifica pelas elevadas forças normais atuantes, cujos acréscimos de excentricidades são pequenos, não alterando os resultados do dimensionamento. No nível da cobertura, os pilares são poucos solicitados e dispõem de uma armadura mínima capaz de absorver o acréscimo de esforços causados pelas excentricidades de forma, não sendo necessário, portanto, considerá-la. Programas computacionais elaborados para análise estrutural e dimensionamento com os critérios dos estados limites últimos e verificações de aberturas de fissuras e deslocamentos com os critérios dos estados limites de serviço, consideram as excentricidades de forma. UNIVERSIDADE FEDERAL DO VALE DO SÃO FRANCISCO Professor M.Sc. Sérgio Luís de Oliveira. 19 Figura 11A: Excentricidades de forma e binários correspondentes. 9.3 – Imperfeição Geométrica Local - Excentricidade Acidental ( ae ) Na análise local de elementos isolados de estruturas reticuladas, nesse caso a verificação de um lance de pilar, a NBR 6118:2023 (item 11.3.3.4.2) prevê a consideração de uma excentricidade acidental ( ae ) para levar em consideração as imperfeições geométricas locais por ocasião da construção dos pilares. As imperfeições podem ser a falta de retilineidade do eixo do pilar ou o desaprumo (Figura 12). UNIVERSIDADE FEDERAL DO VALE DO SÃO FRANCISCO Professor M.Sc. Sérgio Luís de Oliveira. 20 Figura 12: Imperfeições geométricas locais em pilares. Conforme a NBR 6118:2023, admite-se que, nos casos usuais (e a norma não faz nenhuma referência ao que seria um caso usual), a consideração apenas a falta de retilineidade do pilar é suficiente com relação à verificação da segurança estrutural. Assim a excentricidade acidental pode ser obtida a partir das seguintes expressões: 2 1 ae (16) mín11 100 1 (17) Onde: 1 é o desaprumo de um elemento vertical contínuo; é o comprimento equivalente do pilar na direção considerada, em metros; 300 1 1 mín para imperfeições locais; 200 1 1 máx . Para pilares em balanço, obrigatoriamente deve ser considerado o desaprumo, dado pela expressão abaixo. Essa expressão também pode ser utilizada para calcular a excentricidade acidental nas seções de extremidade. UNIVERSIDADE FEDERAL DO VALE DO SÃO FRANCISCO Professor M.Sc. Sérgio Luís de Oliveira. 21 1ae (18) Para pilares isolados em balanço, deve-se adotar 1 = 1/200. 9.4 – Excentricidade Mínima de Primeira Ordem ( míne1 ) A NBR 6118:2023 estabelece ainda que para o dimensionamento o momento total de 1ª ordem, precisa respeitar o valor mínimo (já apresentado anteriormente), dado por: mínddmínd eNhNM 1,1 03,0015.0 (19) he mín 03,0015.01 (20) onde: Nd é a força normal de cálculo; h é a altura medida na direção considerada (em metros); míndM ,1 é o momento total de 1ª ordem mínimo a ser considerado no dimensionamento; míne1 é a excentricidade mínima de primeira ordem. A NBR 6118:2023 estabelece ainda que nas estruturas reticuladas usuais (e mais uma vez a norma não faz nenhuma referência ao que seria um caso usual) admite-se que o efeito das imperfeições locais esteja atendido se for respeitado esse valor de momento total mínimo. A este momento devem ser acrescidos os momentos de 2ª ordem definidos na Seção 15 desta norma. No caso de pilares submetidos à flexão oblíqua composta (pilares de canto), esse mínimo deve ser respeitado em cada uma das direções principais, separadamente; isto é, o pilar deve ser verificado sempre à flexão oblíqua composta onde, em cada verificação, pelo menos um dos momentos respeita o valor mínimo indicado. 9.5 – Excentricidade de Fluência ou Suplementar ( ce ) A fluência, ou seja, o acréscimo de deformações no concreto ao longo do tempo sob a aplicação de uma tensão constante gerada pelas ações permanentes, gera esforços adicionais no lance de pilar em virtude do aumento de deslocamentos. UNIVERSIDADE FEDERAL DO VALE DO SÃO FRANCISCO Professor M.Sc. Sérgio Luís de Oliveira. 22 A excentricidade suplementar leva em conta o efeito da fluência. A consideração da fluência é complexa, pois o tempo de duração de cada ação tem que ser levado em conta, ou seja, o histórico de cada ação precisaria ser conhecido. De acordo com a NBR 6118:2023, item 15.8.4, a consideração da excentricidade de fluência deve ser obrigatoriamente considerada em pilares com índice de esbeltez λ > 90 (pilares esbeltos e muito esbeltos). O valor dessa excentricidade cce , em que o índice c refere-se a “creep” (fluência, em inglês), pode ser obtida de maneira aproximada pela seguinte expressão: 1718,2 sge sg NN N a sg sg cc e N M e (21) Onde: 2 10 e cci e IE N é a carga crítica de Euler; Nsg e Msg são os esforços solicitantes característicos para a combinação quase permanente; ae é a excentricidade acidental; é o coeficiente de fluência; Eci módulo de elasticidade inicial do concreto; Ic é o momento de inércia da seção de concreto segundo a direção do carregamento analisado; e é o comprimento equivalente do tramo do pilar. A parcela de momento gerada a partir da consideração da fluência, deve ser somada ao momento de 1ª ordem. 9.6 – Excentricidade de Segunda Ordem ( 2e ) A força normal atuante no pilar, sob as excentricidades de 1ª ordem, provoca o fenômeno da flambagem, que causa deformações que dão origem a uma nova UNIVERSIDADE FEDERAL DO VALE DO SÃO FRANCISCO Professor M.Sc. Sérgio Luís de Oliveira. 23 excentricidade, denominada excentricidade de 2ª ordem, podendo causar uma instabilidade da peça. A determinação dos efeitos locais de 2ª ordem, segundo a NBR 6118:2023 (item 15.8.3), em barras submetidas à flexo-compressão normal, pode ser feita pelo método geral (processo exato) ou por métodos aproximados. Os métodos adotados pela NBR 6118:2023 para determinação dos efeitos locais de 2ª ordem são apresentados a seguir. 10.0 – Cálculo dos Efeitos de 2ª Ordem Segundo a NBR 6118:2023 Para determinação dos efeitos locais de 2ª ordem, existem diversos métodos que apresentam razoável precisão quando aplicados às situações específicas. Assim, os métodos mais simplificados servem apenas para algumas situações e os mais rigorosos, aplicam-se para todas as situações, mas que dependem de um trabalho numérico, muitas vezes só possível de ser executado com o auxílio de programas computacionais específicos. 10.1 – Método Geral – processo exato (NBR 6118:2023 item 15.8.3.2) O método consiste em estudar o comportamento da barra à medida que se dá o aumento do carregamento ou de sua excentricidade. O método geral é aplicável a qualquer tipo de pilar, inclusive nos casos em que as dimensões da peça, a armadura ou a força aplicada são variáveis ao longo do seu comprimento. O método geral justifica sua utilização pela qualidade dos seus resultados, que retratam com maior precisão o comportamento real da estrutura, pois consiste na análise não-linear de segunda ordem efetuada com discretização adequada da barra, considerando a relação momento-curvatura real de cada seção, e considerando a não-linearidade geométrica demaneira não aproximada. O método geral deve ser empregado obrigatoriamente para pilares muito esbeltos (λ > 140), mas por ser geral também pode ser aplicado nos casos em que o índice de esbeltez seja menor. Esse método só pode ser aplicado com o auxílio de uma ferramenta computacional adequada. UNIVERSIDADE FEDERAL DO VALE DO SÃO FRANCISCO Professor M.Sc. Sérgio Luís de Oliveira. 24 10.2 – Método do Pilar-Padrão com Curvatura Aproximada (NBR 6118:2023 item 15.8.3.3.2) O método do pilar padrão com curvatura aproximada é permitido para pilares de seção constante e de armadura simétrica e constante ao longo de seu eixo e λ ≤ 90. A não- linearidade geométrica é considerada de forma aproximada, supondo-se que a configuração deformada da barra seja senoidal. A não-linearidade física é considerada através de uma expressão aproximada da curvatura na seção crítica (seção transversal que apresenta maior valor de momento fletor levando em conta os momentos de 1ª e 2ª ordens). A excentricidade de 2ª ordem 2e é dada por: r e e 1 10 2 2 (22) sendo r 1 a curvatura na seção crítica, que pode ser avaliada pela expressão aproximada: hhr d 005,0 5,0 005,01 e cd d d fhb N (23) Onde: h é a altura da seção medida na direção considerada (le e h devem ter as unidades compatibilizadas nas equações 22 e 23); d é o esforço normal adimensional de cálculo. O momento total máximo no pilar, ou seja, a soma dos momentos de 1ª ordem com os momentos de 2ª ordem, é calculado pela seguinte expressão: Ad e dAdbtotd M r NMM ,1 2 ,1, 1 10 e míndAd MM ,1,1 (24) Onde: b é o mesmo coeficiente definido no item 7.0; AdM ,1 é o valor do momento de cálculo de 1ª ordem MA; UNIVERSIDADE FEDERAL DO VALE DO SÃO FRANCISCO Professor M.Sc. Sérgio Luís de Oliveira. 25 10.3 – Método do Pilar-Padrão com Rigidez к Aproximada (NBR 6118:2023 item 15.8.3.3.3) O presente método pode ser empregado no dimensionamento de pilares com λ ≤ 90, com seção constante e armadura simétrica e constante ao longo do seu eixo. A não- linearidade geométrica é considerada de forma aproximada, supondo-se que a deformada da barra seja senoidal. A não-linearidade física é considerada por uma expressão aproximada da rigidez. O valor de cálculo do momento total máximo no pilar deve ser calculado a partir da majoração do momento de 1ª ordem pela expressão: mínd Ad d Adb totSd M MM M ,1 ,1 2 ,1 , 120 1 (25) sendo o valor da rigidez adimensional dado aproximadamente pela expressão: d d totRd Nh M , 5132 (26) Em um processo de dimensionamento, toma-se MRd,tot = MSd,tot. Em um processo de verificação, onde a armadura é conhecida, MRd,tot é o momento resistente calculado com essa armadura e Nd = NSd = NRd. As demais variáveis possuem o mesmo significado do método anterior. Usualmente, 2 ou 3 iterações são suficientes quando se optar por um processo iterativo, já que o valor de totSdM , depende к, e vice-versa. Contudo, uma solução analítica pode ser obtida a partir da substituição da equação (25) na expressão (26), em um processo de dimensionamento, recai na seguinte formulação: UNIVERSIDADE FEDERAL DO VALE DO SÃO FRANCISCO Professor M.Sc. Sérgio Luís de Oliveira. 26 10.4 – Método do Pilar-Padrão acoplado a Diagramas M, N, 1/r (NBR 6118:2023 item 15.8.3.3.4) A determinação dos esforços locais de 2ª ordem em pilares com λ ≤ 140 pode ser feita pelo método do pilar-padrão ou pilar-padrão melhorado, utilizando-se para a curvatura da seção crítica os valores obtidos de diagramas M, N, 1/r especí cos para o caso. Se λ > 90, é obrigatória a consideração dos efeitos da uência. 10.5 – Método do Pilar-Padrão para Pilares de Seção Retangular Submetidos à Flexão Composta Oblíqua (NBR 6118:2023 item 15.8.3.3.5) Quando a esbeltez de um pilar de seção retangular submetido à flexão composta oblíqua for menor ou igual a 90 (λ ≤ 90) nas duas direções principais, podem ser aplicados os processos aproximados descritos nos itens 10.2, 10.3 e 10.4, simultaneamente, em cada uma das duas direções. A amplificação dos momentos de 1ª ordem em cada direção é diferente, pois depende de valores distintos de rigidez e esbeltez. Uma vez obtida a distribuição de momentos totais (1ª e 2ª ordens), em cada direção, deve ser verificada, para cada seção ao longo do eixo, se a composição desses momentos solicitantes fica dentro da envoltória de momentos resistentes para a armadura escolhida. Essa verificação pode ser realizada em apenas três seções: nas extremidades A e B e em um ponto intermediário onde se admite atuar concomitantemente os momentos Md,tot nas duas direções (x e y). 11.0 – Situações de Projeto e de Cálculo dos Pilares As situações de projeto dos pilares dependem apenas de sua posição em relação à estrutura e dos esforços iniciais nos mesmos. Portanto, conforme mencionado no item 4.0, a situação de projeto dos pilares intermediários é de compressão centrada, dos pilares de extremidade é de flexão composta normal e dos pilares de canto é de flexão composta oblíqua. Nas situações de cálculo, ou seja, as admitidas para o dimensionamento, além das excentricidades iniciais da situação de projeto, devem ser consideradas as excentricidades UNIVERSIDADE FEDERAL DO VALE DO SÃO FRANCISCO Professor M.Sc. Sérgio Luís de Oliveira. 27 que levam em conta efeitos adicionais, tais como as imperfeições geométricas, os efeitos de 2ª ordem e os efeitos da fluência do concreto. 11.1 – Seções de Extremidade e Seções Intermediárias de Pilares No dimensionamento, além das seções das extremidades, também precisam ser analisadas as seções intermediárias do pilar. Para compreender as diferentes situações em que se encontram essas duas seções, pode-se partir de uma estrutura de nós indeslocáveis, onde os nós extremos de um pilar não têm deslocamentos horizontais, pois os mesmos podem ser considerados fixos nas vigas dos pavimentos. Os pavimentos constituídos por lajes e vigas funcionam como um diafragma horizontal impedindo, assim, os deslocamentos no seu plano. Entretanto, em uma seção intermediária do pilar, existem deslocamentos de 2ª ordem, que precisam ser considerados no projeto. Por outro lado, as excentricidades iniciais nas seções intermediárias são menores que as das seções extremas (pois os momentos solicitantes iniciais são menores). As situações de cálculo nas seções de extremidade e na seção intermediária precisam ser consideradas separadamente, as resistências destas seções precisam ser verificadas separadamente e a área de armadura a ser adotada na transversal seção, será a maior entre as verificações das várias seções. a) Pilares curtos: λ ≤ λ1 Quando λ < λ1, os efeitos locais de 2ª ordem podem ser desprezados em cada direção analisada. Somando-se a excentricidade inicial e a relativa à falta de retilinidade (excentricidade acidental), geram-se as situações de cálculo para esses pilares. b) Pilares medianamente esbeltos: λ1 < λ ≤ 90 Nos casos de projetos de pilares em λ > λ1, os efeitos locais de 2ª ordem precisam ser obrigatoriamente considerados. A determinação dos efeitos de 2ª ordem pode ser feita por métodos aproximados, como o método do pilar padrão. Os efeitos da fluência do concreto podem ser desprezados nos pilares medianamente esbeltos (λ1 < λ ≤ 90). A excentricidade de 2ª ordem pode ser vista na Figura 13. UNIVERSIDADE FEDERAL DO VALE DO SÃO FRANCISCO Professor M.Sc. Sérgio Luís de Oliveira. 28 Figura 13: Excentricidades iniciais e de segunda ordem em pilares. Lembra-se,novamente, que nas seções de extremidade não se incluem os efeitos de 2ª ordem, devendo considerá-los apenas na seção intermediária. Somando as excentricidades, geram-se as situações de cálculo para esses tipos de pilares. c) Pilares esbeltos: 90 < λ ≤ 140 Para λ ≥ 90 é obrigatória a consideração dos efeitos da fluência do concreto, efetuada por meio de uma excentricidade ecc. A determinação dos efeitos locais de 2ª ordem pode ser feita pelo método do pilar padrão ou pilar padrão melhorado, utilizando-se para a curvatura da seção crítica valores obtidos dos diagramas de momento fletor, força normal e curvatura ( rNM 1 ) específica para o caso. d) Pilares muito esbeltos: 140 < λ ≤ 200 Uma classificação adicional pode ser feita para pilares que apresentam índices de esbeltez compreendidos entre 140 < λ ≤ 200, denominados muito esbeltos. Neste caso, para a consideração dos efeitos de 2ª ordem, deve-se recorrer ao Método Geral, que consiste na análise não-linear de 2ª ordem efetuada com discretização adequada da barra, considerando a relação momento-curvatura real em cada seção e a não-linearidade geométrica de maneira não aproximada, conforme mencionado anteriormente. UNIVERSIDADE FEDERAL DO VALE DO SÃO FRANCISCO Professor M.Sc. Sérgio Luís de Oliveira. 29 12.0 – Disposições Construtivas dos Pilares Segundo a NBR 6118:2023 De uma forma geral, entende-se que um projeto consistente não se limita a um cálculo preciso das solicitações e das dimensões dos elementos estruturais. Além disso, devem ser tomadas algumas medidas que facilitem a execução dos elementos estruturais, possibilitando uma maior uniformidade na concretagem da estrutura. Nesse sentido, deve-se especificar dimensões mínimas para as seções transversais da peças estruturais, bem como limitar a taxa geométrica de armadura a um valor máximo compatível com uma boa concretagem. A seguir, são apresentadas as disposições construtivas recomendadas na NBR 6118:2023 para o detalhamento dos pilares de concreto armado. 12.1 – Cobrimento da Armadura Para atender aos requisitos estabelecidos na NBR-6118:2023, o cobrimento mínimo da armadura é o menor valor que deve ser respeitado ao longo de todo o elemento considerado. Para garantir o cobrimento mínimo (Cmín) o projeto e a execução devem considerar o cobrimento nominal (Cnom), que é o cobrimento mínimo acrescido da tolerância de execução (Δc). Assim, as dimensões das armaduras e os espaçadores devem respeitar os cobrimentos nominais, estabelecidos na tabela 4, para Δc = 10 mm. Os cobrimentos nominais exigidos na Norma (item 7.4.7.6) são dados em função da classe de agressividade ambiental. No caso dos pilares, os cobrimentos nominais exigidos são indicados na Tabela 2 a seguir. Tabela 2 – Cobrimentos nominais em função da classe de agressividade, para Δc = 10 mm. Classe de Agressividade I II III IV Cobrimento Nominal (mm) 25 30 40 50 Em qualquer caso, o cobrimento nominal de uma determinada barra não deve ser inferior ao diâmetro da própria barra. No caso de feixes de barras, esse cobrimento não deve ser inferior ao diâmetro equivalente do feixe. UNIVERSIDADE FEDERAL DO VALE DO SÃO FRANCISCO Professor M.Sc. Sérgio Luís de Oliveira. 30 12.2 – Armadura Longitudinal dos Pilares As barras da armadura longitudinal devem estar bem distribuídas ao longo da periferia da seção, ou, em caso de pilares retangulares, nas situações de flexão composta normal reta e oblíqua, devem ser dispostas conforme a configuração de barras adotadas no processo de dimensionamento. Geralmente, são colocadas simetricamente em faces opostas. As armaduras longitudinais colaboram para resistência à compressão, diminuindo a seção do pilar, e também resistem às tensões de tração. Além disso, têm a função de diminuir as deformações do pilar, especialmente as decorrentes da retração e da fluência. 12.3 - Armadura Longitudinal Mínima A ruptura frágil das seções de concreto, quando da formação da primeira fissura, deve ser evitada, considerando-se, para o cálculo das armaduras um momento mínimo dado pelo valor correspondente ao que produziria a ruptura do concreto simples. De acordo com a NBR 6118:2023, em seu item 17.3.5.3.1, a armadura longitudinal mínima de um pilar deve ser obtida a partir da seguinte expressão: c yd d smín A f N A 004,015,0 (27) Definindo a taxa geométrica de armadura como sendo c s A A , temos então que a taxa geométrica mínima de armadura para os pilares pode ser escrita em função de d (esforço normal reduzido de cálculo): %4,015,0 d yd cd mín f f (28) 12.4 - Armadura Longitudinal Máxima A especificação de valores máximos para as armaduras decorre da necessidade de se assegurar condições de ductilidade e de se respeitar o campo de validade dos ensaios que deram origem às prescrições de funcionamento do conjunto concreto-aço. UNIVERSIDADE FEDERAL DO VALE DO SÃO FRANCISCO Professor M.Sc. Sérgio Luís de Oliveira. 31 De acordo com a NBR 6118:2023, em seu item 17.3.5.3.2, a maior armadura possível em pilares deve ser de 8% da seção real de concreto, considerando-se inclusive a sobreposição de armaduras existente nas regiões de emenda por traspasse das barras (Figura 14), com isso temos: csmáx AA 100 8 (29) A taxa geométrica de armadura máxima é tomada como sendo igual a %8máx . Figura 14 – Limitações da taxa de geométrica de armadura na região de emendas por traspasse. 12.5 - Diâmetro Mínimo e Máximo das Barras O diâmetro mínimo das barras longitudinais ( ) dos pilares não deve ser inferior a 10 mm e nem superior a 81 da menor dimensão da seção transversal do pilar, ou seja: 8 10 bmm (30) 12.6 - Distribuição das Armaduras na Seção Transversal do Pilar As armaduras longitudinais devem ser dispostas na seção transversal de forma a garantir a adequada resistência do elemento estrutural. Em seções poligonais, deve existir pelo menos uma barra em cada vértice e em seções circulares, no mínimo seis barras distribuídas ao longo do perímetro. A Figura 15 apresenta o número mínimo de barras para alguns tipos de seção. UNIVERSIDADE FEDERAL DO VALE DO SÃO FRANCISCO Professor M.Sc. Sérgio Luís de Oliveira. 32 Figura 15 – Número mínimo de barras nas seções de pilares. 12.7 - Espaçamento Mínimo e Máximo entre as Barras Longitudinais Para garantir adequada concretagem é necessário que o concreto tenha um mínimo de espaço para passar entre as armaduras longitudinais. Por esse motivo impõem-se limitações ao espaçamento mínimo livre (a) entre as barras da armadura longitudinal. O espaçamento mínimo livre entre as faces das barras longitudinais, medido no plano da seção transversal, deve ser igual ou superior ao maior dos seguintes valores (Figura 16): 20 mm; Diâmetro da barra ( ), do feixe de barras ou da luva adotada na emenda; máxd2,1 ( máxd é a dimensão máxima do agregado graúdo). Esses valores também se aplicam na região de emenda por traspasse. Figura 16 – Espaçamento mínimo entre as barras longitudinais. UNIVERSIDADE FEDERAL DO VALE DO SÃO FRANCISCO Professor M.Sc. Sérgio Luís de Oliveira. 33 Quando estiver previsto no plano de concretagem o adensamento através de abertura lateral na face da forma, o espaçamento das armaduras deve ser suficiente para permitir a passagem do vibrador. O espaçamento máximo entre eixos das barras, ou de centros de feixes de barras, deve ser menor ou igual a duas vezes a menor dimensão da seção no trecho considerado, sem exceder 400 mm. 12.8 - Emendas das Barras Longitudinais por Traspasse Em função do processo construtivo empregado para execução dos pilares, as barraslongitudinais desses elementos precisam ser emendadas ao longo de seu comprimento. As emendas das barras podem ser feitas por traspasse, por solda ou através de luvas rosqueadas. Dentre esses tipos, a emenda por traspasse é predominantemente mais usada nas obras correntes, por seu menor custo, além da facilidade na montagem das barras da armadura na construção. Nas emendas por traspasse as forças são transferidas das armaduras para o concreto, e vice-versa, através das tensões de aderência. A NBR 6118:2023 recomenda que a emenda por traspasse seja evitada para barras de diâmetros maiores que 32 mm. O comprimento de traspasse nas barras longitudinais comprimidas é determinado pela seguinte expressão: míncnecbc ,0,0 (31) O valor de mínc,0 é o maior entre os seguintes casos: b mínc cm 6,0 15 20 ,0 O valor de necb, é dado pela seguinte expressão: mínb efs necs bnecb A A , , , 1, (32) UNIVERSIDADE FEDERAL DO VALE DO SÃO FRANCISCO Professor M.Sc. Sérgio Luís de Oliveira. 34 O valor de 1 é igual a 1 para barras sem gancho, e As,ef é a área de aço usada efetivamente no detalhamento, enquanto As,nec é a área de aço necessária. O valor de mínb, é o maior entre: b3,0 , 10 e 100 mm. O comprimento de ancoragem básico é dado por: bd yd b f f 4 (33) A resistência de aderência de cálculo (fbd) entre armadura e concreto na ancoragem de armaduras passivas deve ser obtida pelas seguintes expressões (NBR 6118:2007, item 9.3.2.1), para aço CA-50: 3 23375,0 ckbd ff (para situação de boa aderência) (34) 3 22363,0 ckbd ff (para situação de má aderência) (35) Recomenda-se que as emendas das barras sejam feitas no terço inferior ou superior da altura do pilar, pois, em caso de ocorrência de efeito de segunda ordem, o momento máximo, na região central da altura do pilar, não romperá a emenda. O ideal é que a emenda seja feita no nível de cada pavimento e, dessa forma, o tamanho final de uma barra (para um lance do pilar) será igual à distância de piso a piso somado ao comprimento da emenda (Figura 17). Quando a seção do pilar sofre uma redução, como na figura 17-b, as barras do tramo inferior do pilar devem ser ligeiramente dobradas para dentro, de modo a se efetuar a emenda. Se a redução na seção for maior grande, provocando grandes inclinações nessas dobras, deve-se empregar chumbadores (barras complementares) que servirão de arranque para a parte superior do pilar, como indicado na figura 17-c. Devido à pressão de ponta, as barras que terminam em locais próximos da superfície (laje da cobertura por exemplo), devem ser dobradas ou cortadas a uma distância de 54 cm abaixo da face superior da viga ou laje, de modo a evitar o rompimento da capa de concreto. UNIVERSIDADE FEDERAL DO VALE DO SÃO FRANCISCO Professor M.Sc. Sérgio Luís de Oliveira. 35 Figura 17 – Emendas das longitudinais. 12.9 – Armadura Transversal dos Pilares A armadura transversal de pilares, constituída por estribos e, quando for o caso, por grampos suplementares, deve ser colocada em toda a altura do pilar, sendo obrigatória sua colocação na região de cruzamento com vigas e lajes. Os estribos têm as seguintes funções: Garantir o posicionamento e impedir a flambagem das barras longitudinais; Garantir a costura das emendas de barras longitudinais; Confinar o concreto e obter uma peça mais resistente ou dúctil. 12.10 – Diâmetro dos Estribos Segundo a NBR 6118:2023 (item 18.4.3), o diâmetro dos estribos em pilares não deve ser inferior a 5 mm nem a 1/4 do diâmetro da barra isolada ou do diâmetro equivalente do feixe que constitui a armadura longitudinal, ou seja: 4 0,5 mm t UNIVERSIDADE FEDERAL DO VALE DO SÃO FRANCISCO Professor M.Sc. Sérgio Luís de Oliveira. 36 12.11 – Espaçamento Longitudinal dos Estribos O espaçamento longitudinal entre os estribos, medido na direção do eixo do pilar, para garantir o posicionamento, impedir a flambagem das barras longitudinais e garantir a costura das emendas de barras longitudinais nos pilares usuais, deve ser igual ou inferior ao menor dos seguintes valores: 200 mm; Menor dimensão da seção; 24 para CA-25 e 12 para CA-50 ( é o diâmetro da barra longitudinal). Os estribos podem apresentar diâmetro 4 t desde que as armaduras sejam constituídas do mesmo tipo de aço e o espaçamento longitudinal respeite também a seguinte limitação: yk t máx f S 1 000.90 2 (fyk em MPa) (36) A Figura 18 indica, resumidamente, os valores dos espaçamentos máximos e mínimos das armaduras transversais e longitudinais recomendados pela NBR 6118:2023. Figura 18 – Principais recomendações para os espaçamentos entre as armaduras do pilares. UNIVERSIDADE FEDERAL DO VALE DO SÃO FRANCISCO Professor M.Sc. Sérgio Luís de Oliveira. 37 12.12 – Proteção Contra Flambagem das Barras (NBR 6118:2023 – item 18.2.4) Sempre que houver possibilidade de flambagem das barras da armadura, situadas junto à superfície do elemento estrutural, devem ser tomadas precauções para evitá-la. Os estribos poligonais impedem a flambagem das barras longitudinais situadas em seus cantos e as por eles abrangidas, situadas no máximo à distância de t20 do canto, desde que nesse trecho de comprimento t20 não existam mais de duas barras, não contando a do canto. Quando houver mais de duas barras no trecho de comprimento t20 ou barras fora dele, deve haver estribos suplementares Figura 19 – Proteção contra a flambagem das barras longitudinais. Se o estribo suplementar for constituído por uma barra reta, terminada em ganchos (90º a 180º), ele deve atravessar a seção do elemento estrutural e os seus ganchos devem envolver a barra longitudinal. Se houver mais de uma barra longitudinal a ser protegida junto à extremidade do estribo suplementar, seu gancho deve envolver um estribo principal em ponto junto a uma das barras, o que deverá ser indicado no projeto de modo bem destacado (Figura 20). Figura 20 – Posicionamento dos ganchos dos estribos suplementares. UNIVERSIDADE FEDERAL DO VALE DO SÃO FRANCISCO Professor M.Sc. Sérgio Luís de Oliveira. 38 12.13 – Desenho da Armação dos Pilares Na Figura 21, indica-se um desenho típico de armação para os pilares dos edifícios. No térreo são representadas as barras de espera do pilar. Os comprimentos das emendas indicados são iguais ao valor de míncnecbc ,0,0 correspondente a um concreto com fck = 20MPa. Na passagem do segundo para o terceiro pavimento não houve variação das dimensões do pilar. Porém, a armadura sofreu uma redução. O detalhamento é continuado de forma análoga, até o último pavimento do edifício. Figura 21 – Desenho de armação dos pilares. UNIVERSIDADE FEDERAL DO VALE DO SÃO FRANCISCO Professor M.Sc. Sérgio Luís de Oliveira. 39 13.0 – Estimativa de Carga Vertical nos Pilares e Pré-dimensionamento Durante o desenvolvimento e desenho da planta de fôrma é necessário definir as dimensões dos pilares, antes mesmo que se conheçam os esforços solicitantes atuantes. Alguns processos podem ser utilizados para a fixação das dimensões dos pilares, entre eles a experiência do engenheiro. Um processo simples, que auxilia na definição das dimensões do pilar, é a estimativa da carga vertical no pilar pela sua área de influência, ou seja, a carga que estiver na laje dentro da área de influência do pilar “caminhará” até o pilar. A Figura 22 mostra como se pode, de modo simplificado, determinar a área de influência de cada pilar. Noentanto, é necessário ter um valor que represente a carga total por metro quadrado de laje, levando-se em conta todos os carregamentos permanentes e variáveis. Para edifícios de pequena altura, com fins residenciais e de escritórios, pode-se estimar a carga total de 10 kN/m². Edifícios com outros fins de utilização podem ter cargas superiores e edifícios onde a ação do vento é significativa, a carga por metro quadrado deve ser majorada. É importante salientar que a carga estimada serve apenas para o pré-dimensionamento da seção transversal dos pilares. O dimensionamento final deve ser obrigatoriamente feito com os esforços solicitantes reais, calculados em função das cargas (reações) das vigas e lajes sobre o pilar, e com a atuação das forças do vento e outras que existirem. Figura 22: Processo simplificado para determinação da área de influência dos pilares. UNIVERSIDADE FEDERAL DO VALE DO SÃO FRANCISCO Professor M.Sc. Sérgio Luís de Oliveira. 40 Para o pré-dimensionamento, no caso de seções retangulares, como estimativa inicial para a menor dimensão da seção transversal (b) recomenda-se os seguintes valores: b > 14 a 19 cm - obras até 2 pavimentos; b > 15 a 20 cm - obras até 4 pavimentos; b > 20 a 30 cm - obras até 12 pavimentos. A outra dimensão, conhecido o valor estimado do esforço normal, pode-se determinar a partir da expressão (37) considerando o valor adimensional reduzido entre 1,0 e 1,2. (37) Nos casos mais comuns dos projetos usuais, pode-se ajustar as dimensões das seções transversais tomando como referência os valores de , conforme mostrado na Figura 23. Figura 23: Valores de referência de esforço normal reduzido para ajuste da seção transversal. Obviamente o método exposto trata-se de um procedimento aproximado e existem inúmeros outros processos aproximados na literatura técnica, os quais servem de parâmetro inicial. Posteriormente devem ser realizados todos os cálculos pertinentes ao dimensionamento dos pilares. UNIVERSIDADE FEDERAL DO VALE DO SÃO FRANCISCO Professor M.Sc. Sérgio Luís de Oliveira. 41 Referências Bibliográficas ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (ABNT), “NBR 6118:2023 - Projeto de estruturas de concreto”, Rio de Janeiro, 2023. ALVA, G. M. S., DEBS, A. L. H. C., GIONGO, J. S., Concreto armado: projeto de pilares de acordo com a NBR 6118:2003 – Notas de Aula, São Carlos-SP, 2008. BASTOS, P. S. S., Pilares de Concreto Armado – Notas de Aula, Bauru-SP, 2017. CARVALHO, R. C. & PINHEIRO, L. P., “Cálculo e detalhamento de estruturas usuais de concreto armado”, Vol. 2, Ed. Pini, 589 p., São Paulo, 2009. COVAS, N. C. & KIMURA, A. E., “Efeitos locais de 2ª ordem em pilares”, São Paulo, 2003. FRANÇA, R. L. S., “Contribuição ao estudo dos efeitos de segunda ordem em pilares de concreto- armado”, Tese de doutoramento, São Paulo, 1991. FUSCO, P. B., “Estruturas de Concreto – Solicitações Normais”, LTC - Livros Técnicos e Científicos Editora, Rio de Janeiro, 1981. FUSCO, P. B., “Técnica de armar as estruturas de concreto”, Ed. Pini, 396 p., São Paulo, 1995. IBRACON, “Comentários Técnicos e Exemplos de Aplicação NB-1”, Comitê Técnico Concreto Estrutural, São Paulo, 2007. IBRACON, “Comentários Técnicos e Exemplos de Aplicação NB-1”, Comitê Técnico Concreto Estrutural, São Paulo, 2015. KIMURA, A. E., Cálculo de Pilares de Concreto Armado – Introdução, Visão e Exemplos – Apostila, São Paulo, 2017. MACGREGOR, J. G & WIGHT, J. K., “Reinforced Concrete: Mechanics and Design”, Pearson - Prentice Hall, New Jersey, 2005. Além dessas referências bibliográficas citadas anteriormente, este material foi elaborado a partir de diversos trabalhos disponíveis na Internet, desenvolvidos por: Profa .Dra. Ana Lúcia Homce de Cresce El Debs; Prof.Dr. José Samuel Giongo; Prof.Dr. Libânio Miranda Pinheiro; Eng.MsC. Murilo A. Scadelai; Eng.MsC. Gerson Moacyr Sisniegas Alva; Eng. Leonardo de Araujo dos Santos; Eng. Alio Ernesto Kimura; Prof.Dr. Ricardo L. Silva e França; Prof.Dr. Paulo Sérgio dos Santos Bastos; UNIVERSIDADE FEDERAL DO VALE DO SÃO FRANCISCO Professor M.Sc. Sérgio Luís de Oliveira. 42 Prof. Dr. José Luiz Pinheiro Melges; Prof. Dr. José Milton de Araújo.
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