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UNIVERSIDADE ANHEMBI-MORUMBI ESCOLA DE ENGENHARIA CIVIL CONCRETO ARMADO CONCEITOS FUNDAMENTAIS 1 PROF. FERNANDO JOSÉ RELVAS 2015 UNIVERSIDADE ANHEMBI MORUMBI - ESCOLA DE ENGENHARIA CIVIL 2 1.CONCEITOS FUNDAMENTAIS 1.1 Propriedades 1.1.1 Trabalhabilidade (NBR - 7223) É a propriedade de se adaptar às formas que se deseja dar às estruturas. A trabalhabilidade do concreto se apresenta como uma das suas principais vantagens. Assim sendo, a trabalhabilidade do concreto deve ser adequada com a conformação e dimensões da peça, como também com a disposição da armadura e métodos de lançamento e adensamento. 1.1.2 Durabilidade É a propriedade de resistir bem às ações do meio ambiente. O concreto apresenta boa durabilidade, entretanto dever-se-ia tomar cuidados especiais, quando o ambiente ao qual fica exposto o concreto apresentar grande agressividade. 1.1.3 Resistência Mecânica A principal resistência mecânica do concreto é aos esforços de compressão. A resistência á compressão do concreto é obtida através de ensaios de corpos de provas cilíndricos normais conforme a NBR-5738, enquanto que a resistência à tração é obtida através também de ensaios de corpos de prova cilíndricos normais de acordo com a NBR-7222 fazendo-se a devida transformação para a resistência à tração axial, ou como uma parte da resistência à compressão. Lajes 5 a 6 Lançamento SLUMP Vigas 5 a 7 Convencional Paredes 8 a9 L = Abatimento 30 20 10 L UNIVERSIDADE ANHEMBI MORUMBI - ESCOLA DE ENGENHARIA CIVIL 3 Quando não se citar a idade do corpo de prova, tomar-se-á como tendo a idade de 28 dias. 1.2. Colaboração entre o concreto e a armadura A colaboração entre o concreto e a armadura chama-se aderência. É por este fenômeno que existe o concreto armado. A aderência entre o concreto e a armadura, faz com que ambos os materiais trabalhem como sendo uma única peça. A aderência é provocada pela adesão eletroquímica (colagem) + atrito (pressão lateral) + ancoragem mecânica entre as barras de aço e concreto (curvas e dobramentos) + encunhamento. Para aumentar a ancoragem mecânica entre a armadura e o concreto, fabricam-se as barras com saliência ou mossas. 1.3. Vantagens e desvantagens do concreto armado 1.3.1. Vantagens a) Trabalhabilidade b) Durabilidade c) Boa resistência ao fogo d) Impermeabilidade e) Bom trabalho a compressão f) Baixo Custo 1.3.2. Desvantagens a) Mau trabalho na tração b) Material heterogêneo c) Características mecânicas variáveis d) Peso específico alto e) Forma de execução, empírica e baixo controle executivo. UNIVERSIDADE ANHEMBI MORUMBI - ESCOLA DE ENGENHARIA CIVIL 4 1.4. Monolitismo Estrutural É a característica que tem o concreto de ligar entre si todas as peças estruturais, permitindo que sob a ação de uma força, os esforços se distribuam através de toda estrutura e não apenas localizadamente na peça que se aplicou a ação. É o monolitismo a principal causa da redistribuição dos esforços e portanto, da grande segurança estrutural das obras de concreto armado. 1.5. Efeito térmico do concreto A condutividade térmica do concreto é baixa (bom isolante). Os coeficientes de dilatação do concreto e do aço apresentam valores próximos, podendo-se para fins práticos, toma-los como igual, o que muito beneficia o desempenho das estruturas sujeitas a variação de temperatura. A partir dos 700ºC o coeficiente de dilatação térmico do aço passa a aumentar chegando em altas temperaturas a ser 30 vezes maior, enquanto que o do concreto permanece constante, daí os problemas causados nas estruturas sujeitas a incêndios. 1.6. Efeito da corrosão no aço Defeitos no recobrimento relativos a espessura ou mau adensamento, podem originar o ataque que pode se dar por: 1.6.1. Oxidação 4 Fe + 302 + 6H20 4 Fe (OH)3 (ferrugem) A água colocada “a mais”, uma parte se evapora e a outra parte em contato com o oxigênio origina a ferrugem. 1.6.2. Carbonatação O hidróxido de cálcio se forma do oxido de cálcio e silicatos do cimento Portland por reação durante o amassamento com a água. UNIVERSIDADE ANHEMBI MORUMBI - ESCOLA DE ENGENHARIA CIVIL 5 Ca0 + H20 Ca (0H)2 Ca (0H)2 + C02 Ca C03 + H20 Se conseguir chegar (C02) por mau recobrimento até o Ca (0H)2 que recobre o aço, forma-se Ca C03 + H20 e deixa o aço pronto para ser atacado. 1.6.3. Corrosão clorídrica Fe+++ + 3C1- Fe C13 por hidrólise: Fe C13 + 30H Fe (0H)3 + 3C- (para nova reação) (ferrugem) Os íons cloro são em geral, liberados pelos aditivos ricos em cloretos, industriais químicas e atmosfera próxima ao mar. 1.7. Breve noção sobre concreto protendido O concreto protendido baseia-se no fato de se comprimido, o diagrama de tensões praticamente se anula, quanto à tração, o que é altamente vantajoso. Esta compressão se obtém através de uma deformação (alongamento) prévio das “barras” de aço, que com a tendência de voltar ao seu comprimento normal, gera o esforço de compressão. ● ● ● e _ + + + - + _ = 1 2 3 cabo - UNIVERSIDADE ANHEMBI MORUMBI - ESCOLA DE ENGENHARIA CIVIL 6 1.8. Normas, Métodos e Especificações da ABNT, pertinentes ao concreto armado NBR - 6118 Projeto de estruturas de concreto. NBR - 7187 Pontes de concreto armado. NBR - 6119 Lajes mistas NBR - 6120 Cargas em edifícios. NBR - 7188 Cargas em pontes rodoviárias. NBR - 7189 Cargas em pontes ferroviárias. NBR - 5984 Desenho técnico. NBR - 7191 Desenho de concreto armado. NBR - 6123 Ação do vento. NBR - 5738 Confecção de corpos de prova. NBR - 5739 Ensaio de corpos de prova a compressão. NBR - 7222 Ensaios de corpos de prova a tração. NBR - 5732 Especificações para cimento portland comum. NBR - 7480 Especificações dos aços para concreto armado. NBR - 7211 Agregados para o concreto. NBR - 5627 Exigências particulares das obras de concreto armado e protendido em relação ao fogo. NBR - 7223 Consistência do concreto pelo abatimento do tronco de cone. UNIVERSIDADE ANHEMBI-MORUMBI ESCOLA DE ENGENHARIA CIVIL CONCRETO ARMADO AMBIENTE DA CONSTRUÇÃO E DURABILIDADE DAS ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO 2 Prof. Fernando José Relvas 2015 UNIVERSIDADE ANHEMBI MORUMBI - ESCOLA DE ENGENHARIA CIVIL 2 AMBIENTE DA CONSTRUÇÃO E DURABILIDADE DAS ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO As estruturas de concreto armado são tidas genericamente como de grande durabilidade. Este conceito é correto desde que sejam oferecidas as condições necessárias. Há de se diferenciar as estruturas de concreto simples e as de concreto armado, pois sob o aspecto de durabilidade podem ter comportamento muito distintos. A deterioração do concreto em si pode ser classificada como menos suscetível de degradação ao meio, em relação ao aço. Para o aço o simples contato com a umidade e o oxigênio já é suficiente para o inicio da sua deterioração (oxidação/corrosão). O aço presente nas estruturas de concreto armado deve estar portanto bem protegido. O material concreto, pela sua constituição básica, cimento portland,areia, brita e água, é naturalmente alcalino, criando portanto um meio protetivopara a armadura, contra a sua corrosão. Para que isto ocorra é evidente que os agregados (areia e brita) e a água não contenham agentes contaminantes/agressivos que interfiram nas características químicas do concreto. O concreto por sua vez não é um sólido perfeito, ou seja, apresenta uma porosidade/capilaridade que estará associada a sua qualidade, principalmente função do fator água/cimento. Esta porosidade pode portanto permitir a penetração de agentes agressivos, que podem vir por acabar atingindo a armadura e provocando sua deterioração. Com base nesta filosofia a nova norma NBR 6118, estabelece critérios mais rigorosos para a espessura mínima de envolvimento da armadura que é o denominado cobrimento. A NBR 6118 estabelece quatro classes de agressividade e para cada uma são especificados requisitos mínimos de qualidade para o concreto e as espessuras mínimas para o cobrimento. Tabela 1 - Classes de agressividade ambiental Classe de agressividade ambiental (CAA) Agressividade Risco de deterioração da estrutura I fraca insignificante II moderada pequeno III forte grande IV muito forte elevado UNIVERSIDADE ANHEMBI MORUMBI - ESCOLA DE ENGENHARIA CIVIL 3 Tabela 2 - Classes de agressividade ambiental em função das condições de exposição Micro-clima Macro-clima Ambientes internos Ambientes externos e obras em geral Seco1) UR 65% Úmido ou ciclos2) de molhagem e secagem Seco3) UR 65% Úmido ou ciclos4) de molhagem e secagem Rural I I I II Urbana I II I II Marinha II III ----- III Industrial II III II III Especial 5) II III ou IV III III ou IV Respingos de maré ----- ----- ----- IV Submersa 3m ----- ----- ----- I Solo ----- ----- não agressivo I úmido e agressivo II, III ou IV 1) Salas, dormitórios, banheiros, cozinhas e áreas de serviço de apartamentos residenciais e conjuntos comerciais ou ambientes com concreto revestido com argamassa e pintura. 2) Vestiários, banheiros, cozinhas, lavanderias industriais e garagens. 3) Obras em regiões de clima seco, e partes da estrutura protegidas de chuva em ambientes predominantemente secos. 4) Ambientes quimicamente agressivos, tanques industriais, galvanoplastia, branqueamento em indústrias de celulose e papel, armazéns de fertilizantes, indústrias químicas. 5) Macro clima especial significa ambiente com agress ividade bem conhecida, que permite definir a classe de agressividade III ou IV nos ambientes úmidos. Se o ambiente for seco, deve ser considerada classe de agressividade II nos ambientes internos e classe de agressividade III nos externos. UNIVERSIDADE ANHEMBI MORUMBI - ESCOLA DE ENGENHARIA CIVIL 4 Tabela 3 - Correspondência entre classe de agressividade e qualidade do concreto Concreto Tipo Classe de agressividade (tabela 1) I II III IV Relação água/aglomeran te em massa CA 0,65 0,60 0,55 0,45 CP 0,60 0,55 0,50 0,45 Classe de concreto (NBR 8953) CA C20 C25 C30 C40 CP C25 C30 C35 C40 NOTAS: CA Componentes e elementos estruturais de concreto armado CP Componentes e elementos estruturais de concreto protendido Tabela 4 - Correspondência entre classe de agressividade ambiental e cobrimento nominal para c=10mm Tipo de estrutura Componente ou elemento Classe de agressividade ambiental (tabela 1) I II III IV3) Cobrimento nominal mm Concreto armado Laje2) 20 25 35 45 Viga/Pilar 25 30 40 50 Concreto protendido1) Todos 30 35 45 55 1) Cobrimento nominal da armadura passiva que envolve a bainha ou os fios, cabos e cordoalhas, sempre superior ao especificado para o elemento de concreto armado, devido aos riscos de corrosão fragilizante sob tensão. 2) Para a face superior de lajes e vigas que serão revestidas com argamassa de contrapiso, com revestimentos finais secos tipo carpete e madeira, com argamassa de revestimento e acabamento tais como pisos de elevado desempenho, pisos cerâmicos, pisos asfálticos, e outros tantos, as exigências desta tabela podem ser substituídas pelo item 7.4.7.5 respeitado um cobrimento nominal ≥15 mm. 3) Nas faces inferiores de lajes e vigas de reservatórios, estações de tratamento de água e esgoto, condutos de esgoto, canaletas de efluentes e outras obras em ambientes química e intensamente agressivos a armadura deve ter cobrimento nominal ≥45mm. UNIVERSIDADE ANHEMBI MORUMBI - ESCOLA DE ENGENHARIA CIVIL UNIVERSIDADE ANHEMBI-MORUMBI ESCOLA DE ENGENHARIA CIVIL CONCRETO ARMADO ESTADOS LIMITES E AÇÕES 3 PROF. FERNANDO JOSÉ RELVAS 2015 UNIVERSIDADE ANHEMBI MORUMBI - ESCOLA DE ENGENHARIA CIVIL 2 1. ESTADOS LIMITES Para efeito do estudo das seções de concreto armado devem ser considerados os estado limite último e o estado limite de serviço. 1.1. Estados Limites Últimos (ELU) A segurança das estruturas de concreto deve ser verificada em relação aos seguintes estados limites últimos: a) estado limite último da perda do equilíbrio da estrutura, admitida como corpo rígido; b) estado limite último de esgotamento da capacidade resistente da estrutura, no seu todo ou em parte, considerando os efeitos de segunda ordem; c) estado limite último provocado por solicitações dinâmicas; d) outros estados limites últimos que eventualmente possam ocorrer em casos especiais. 1.2. Estados Limites de Serviço (ELS) Generalidades Estados limites de serviço são aqueles relacionados à durabilidade das estruturas, aparência, conforto do usuário e boa utilização funcional da mesma, sejam em relação aos usuários, seja às maquinas e aos equipamentos utilizados. 2. AÇÕES 2.1. Simbologia específica desta seção De forma a simplificar a compreensão e portanto a aplicação dos conceitos estabelecidos nesta seção, os símbolos mais utilizados, ou que poderiam gerar dúvidas, encontram-se a seguir definidos. A simbologia apresentada nesta seção segue a mesma orientação estabelecida na NBR - 6118. F Ações M1d,min Momento total de 1ª ordem de cálculo mínimo que possibilita o atendimento da verificação das imperfeições localizadas de um lance de pilar f1 Parte do coeficiente de ponderação das ações f que considera a variabilidade das ações f2 Parte do coeficiente de ponderação das ações f que considera a simultaneidade de atuação das ações f3 Parte do coeficiente de ponderação das ações f que considera os desvios gerados nas construções e as aproximações feitas em projeto do ponto de vista das solicitações q Coeficiente de ponderação para as ações variáveis diretas qs Coeficiente de ponderação para a ação variável estabilizante UNIVERSIDADE ANHEMBI MORUMBI - ESCOLA DE ENGENHARIA CIVIL 3 gn Coeficiente de ponderação para as ações permanentes não estabilizantes g Coeficiente de ponderação para as ações indiretas permanentes (retração ou fluência) q Coeficiente de ponderação para as ações indiretas variáveis (temperatura) n Coeficiente de ajuste de f que considera o aumento de probabilidade de ocorrência de desvios relativos significativos na construção (aplicado em paredes e pilares com dimensões abaixo de certos valores) Θ1 Desaprumo de um elemento vertical contínuo oj Fator de redução de combinação para as ações variáveis diretas o Fator de redução de combinação para as ações variáveis indiretas o Fator de reduçãode combinação para ELU 1 Fator de redução de combinação freqüente para ELS 2 Fator de redução de combinação quase permanente para ELS 2.2. Ações a considerar 2.2.1. Generalidades Na análise estrutural deve ser considerada a influência de todas as ações que possam produzir efeitos significativos para a segurança da estrutura em exame, levando-se em conta os possíveis estados limites últimos e os de serviço. 2.2.2. Classificação das ações As ações a considerar classificam-se de acordo com a NBR 8681 em: permanentes, variáveis e excepcionais. Para cada tipo de construção, as ações a considerar devem respeitar suas peculiaridades e as normas a ela aplicáveis. 2.2.2.1. Ações permanentes 2.2.2.1.1. Generalidades Ações permanentes são as que ocorrem com valores praticamente constantes durante toda a vida da construção. Também são consideradas como permanentes as ações que crescem no tempo tendendo a um valor limite constante. As ações permanentes devem ser consideradas com seus valores representativos mais desfavoráveis para a segurança. UNIVERSIDADE ANHEMBI MORUMBI - ESCOLA DE ENGENHARIA CIVIL 4 2.2.2.1.2. Ações permanentes diretas Peso próprio Peso dos elementos construtivos fixos e de instalações permanentes Empuxos permanentes 2.2.2.1.3. Ações permanentes indiretas As ações permanentes indiretas são constituídas pelas deformações impostas por: retração e fluência do concreto, deslocamentos de apoio, imperfeições geométricas e protensão. Retração do concreto Nos casos correntes das obras de concreto armado, função da restrição à retração do concreto, imposta pela armadura, o valor de cs (t, t0) pode ser adotado igual a - 15 x 10-5. Esse valor admite elementos estruturais de dimensões usuais, entre 10 cm e 100 cm sujeitos a umidade ambiente não inferior a 75%. O valor característico inferior da retração do concreto é considerado nulo. Nos elementos estruturais permanentemente submetidos a diferentes condições de umidade em faces opostas, admite-se variação linear da retração ao longo da espessura do elemento estrutural, entre os dois valores correspondentes a cada uma das faces. Fluência do concreto Deslocamentos de apoio Imperfeições geométricas 2.2.2.2. Ações variáveis 2.2.2.2.1. Ações variáveis diretas As ações variáveis diretas são constituídas pelas cargas acidentais previstas para o uso da construção, pela ação do vento e da chuva, devendo-se respeitar as prescrições feitas por normas brasileiras específicas. UNIVERSIDADE ANHEMBI MORUMBI - ESCOLA DE ENGENHARIA CIVIL 5 Cargas acidentais previstas para o uso da construção Ação do vento Ação da água Ações variáveis durante a construção 2.2.2.2.2. Ações variáveis indiretas Variações uniformes de temperatura A variação da temperatura da estrutura, causada globalmente pela variação da temperatura da atmosfera e pela insolação direta, é considerada uniforme. Ela depende do local de implantação da construção e das dimensões dos elementos estruturais que a compõem. Em edifícios de vários andares devem ser respeitadas as exigências construtivas prescritas na NBR - 6118 para que sejam minimizados os efeitos das variações de temperatura sobre a estrutura da construção. Variações não uniformes de temperatura Nos elementos estruturais em que a temperatura possa ter distribuição significativamente diferente da uniforme, devem ser considerados os efeitos dessa distribuição. Na falta de dados mais precisos, pode ser admitida uma variação linear entre os valores de temperatura adotados, desde que a variação de temperatura considerada entre uma face e outra da estrutura não seja inferior a 5ºC. 2.2.2.3. Ações dinâmicas Quando a estrutura, pelas suas condições de uso, está sujeita a choques ou vibrações, os respectivos efeitos devem ser considerados na determinação das solicitações. 2.2.2.24. Ações excepcionais No projeto de estruturas sujeitas a situações excepcionais de carregamento, cujos efeitos não possam ser controlados por outros meios, devem ser consideradas ações excepcionais com os valores definidos, em cada caso particular, por normas brasileiras específicas. 2.3. Valores das ações 2.3.1. Valores característicos Os valores característicos Fk das ações são estabelecidos nesta seção em função da variabilidade de suas intensidades. Ações permanentes Ações variáveis UNIVERSIDADE ANHEMBI MORUMBI - ESCOLA DE ENGENHARIA CIVIL 6 2.3.2. Valores representativos As ações são quantificadas por seus valores representativos, que podem ser: a) Os valores característicos; b) Valores convencionais excepcionais, que são os valores arbitrados para as ações excepcionais; c) Valores reduzidos, em função da combinação de ações. 2.3.3. Valores de cálculo Os valores de cálculo Fd das ações são obtidos a partir dos valores representativos, multiplicando-os pelos respectivos coeficientes de ponderação γf . 2.3.3.1. Coeficientes de ponderação das ações As ações devem ser majoradas pelo coeficiente γf: γf =γ f1 γ f2 γf3 onde: γf1 considera a variabilidade das ações; γf2 considera a simultaneidade de atuação das ações; γf3 considera os desvios gerados nas construções, não explicitamente considerados, e as aproximações feitas em projeto do ponto de vista das solicitações. 2.3.3.1.1. Coeficientes de ponderação das ações no estado limite último (ELU) Os valores base para verificação são os apresentados nas tabelas 12 e 13, paraγ f1, γf3 e γf2, respectivamente. Coeficienteγ f Combinações de ações Ações Permanentes (g) Variáveis (q) Protensão (p) Recalques de apoio e retração D1) F G T D F D F Normais 1,4 1,0 1,4 1,2 1,2 0,9 1,2 0 Especiais ou de construção 1,3 1,0 1,2 1,0 1,2 0,9 1,2 0 Excepcionais 1,2 1,0 1,0 0 1,2 0,9 0 0 D = desfavorável, F = favorável, G = geral, T = temporária. 1) Para as cargas permanentes de pequena variabilidade, como o peso próprio das estruturas, especialmente as pré-moldadas, esse coeficiente pode ser reduzido para 1,3. UNIVERSIDADE ANHEMBI MORUMBI - ESCOLA DE ENGENHARIA CIVIL 7 Valores do coeficiente Ɣf2 Ações Ɣf2 ωo ω1(1) ω2 Cargas acidentais de edifícios Locais em que não há predominância de pesos de equipamentos que permanecem fixos por longos períodos de tempo, nem de elevadas concentrações de pessoas (2) Locais em que há predominância de pesos de equipamentos que permanecem fixos por longos períodos de tempo, ou de elevada concentração de pessoas (3) Biblioteca, arquivos, oficinas e garagens 0,5 0,7 0,8 0,4 0,6 0,3 0,4 0,6 Vento Pressão dinâmica do vento nas estruturas em geral 0,6 0,3 0 Temperatura Variações uniformes de temperatura em relação à média anual local 0,6 0,5 0,3 1) 1 relativos às pontes e principalmente aos problemas de fadiga, ver seção 23. 2) Edifícios residenciais. 3) Edifícios comerciais e de escritórios. 2.3.3.2. Coeficientes de ponderação das ações no estado limite de serviço (ELS) Em geral, o coeficiente de ponderação das ações para estados limites de serviço é dado pela expressão: Ɣf = 1 Ɣf2 f2 tem valor variável conforme a verificação que se deseja fazer: γf2 = 1 para combinações raras; γf2 = ω1 para combinações freqüentes; γf2 = ω 2 para combinações quase permanentes. 2.4. Combinações de ações 2.4.1. Generalidades Um carregamento é definido pela combinação das ações que têm probabilidades não desprezíveis de atuarem simultaneamente sobre a estrutura, durante um período pré-estabelecido.2.4.2. Combinações últimas Uma combinação última pode ser classificada em normal, especial ou de construção e excepcional. UNIVERSIDADE ANHEMBI MORUMBI - ESCOLA DE ENGENHARIA CIVIL 8 2.4.2.1. Combinações últimas normais 2.4.2.2. Combinações últimas especiais ou de construção 2.4.2.3. Combinações últimas excepcionais 2.4.2.4. Combinações últimas usuais 2.4.2.5. Combinações últimas Combinações últimas (ELU) Descrição Cálculo das solicitações Normais Esgotamento da capacidade resistente para elementos estruturais de concreto armado (1) Fd = gFgk + gFgk + q (Fq1k + ojFqjk) + q o Fqk Esgotamento da capacidade resistente para elementos estruturais de concreto protendido Deve ser considerada, quando necessário, a força de protensão como carregamento externo com os valores Pkmáx e Pkmin para a força desfavorável e favorável respectivamente, conforme definido na seção 9. Perda do equilíbrio como corpo rígido S (Fsd) S (Fnd) Fsd = gs Gsk + Rd Fnd = gn Gnk + q Qnk - qs Qs,min, onde: Qnk = Q1k + oj Qjk Combinações últimas (ELU) Descrição Cálculo das solicitações Especiais ou de construção Fd = g Fgk + g Fgk + q (Fq1k + oj Fqjk) + q o Fqk Excepcionais Fd = g Fgk + g Fgk + Fq1exc + q oj Fqjk + q o Fqk UNIVERSIDADE ANHEMBI MORUMBI - ESCOLA DE ENGENHARIA CIVIL 9 Fd é o valor de cálculo das ações para combinação última Fgk representa as ações permanentes diretas Fk representa as ações indiretas permanentes como a retração Fgk e variáveis como a temperatura Fqk Fqk representa as ações variáveis diretas das quais Fq1k é escolhida principal g, g, q, q – ver tabela 12 oj, o - ver tabela 13 Fsd representa as ações estabilizantes Fnd representa as ações não estabilizantes Gsk é o valor característico da ação permanente estabilizante Rd é o esforço resistente considerado como estabilizante, quando houver Gnk é o valor característico da ação permanente instabilizante m Qnk=Q1k + ojQjk j=2 Qnk é o valor característico das ações variáveis instabilizantes Q1k é o valor característico da ação variável instabilizante considerada como principal oj Qjq são as demais ações variáveis instabilizantes, consideradas com seu valor reduzido. Qs,min é o valor característico mínimo da ação variável estabilizante que acompanha obrigatoriamente uma ação variável instabilizante 1) No caso geral, devem ser consideradas inclusive combinações onde o efeito favorável das cargas permanentes seja reduzido pela consideração de g = 1,0. No caso de estruturas usuais de edifícios essas combinações que consideram g reduzido (1,0) não precisam ser consideradas. 2.4.3. Combinações de serviço 2.4.3.1. Classificação São classificadas de acordo com sua permanência na estrutura e devem ser verificadas como estabelecido a seguir: a) quase-permanentes b) freqüentes c) raras 2.4.3.2. Combinações de serviço usuais Para facilitar a visualização, essas combinações estão dispostas na tabela. 2.4.3.2. Combinações de serviço Combinações de serviço (ELS) Descrição Cálculo das solicitações Combinações quase- permanentes de serviço (CQP) Nas combinações quase- permanentes de serviço, todas as ações variáveis são consideradas com seus valores quase- permanentes 2 Fqk Fd, ser = Fgi,k + 2j Fqj,k UNIVERSIDADE ANHEMBI MORUMBI - ESCOLA DE ENGENHARIA CIVIL 10 Combinações freqüentes de serviço (CF) Nas combinações freqüentes de serviço, a ação variável principal Fq1 é tomada com seu valor freqüente 1 Fq1k e todas as demais ações variáveis são tomadas com seus valores quase-permanentes 2 Fqk Fd,ser = Fgik + 1 Fq1k + 2j Fqjk Combinações raras de serviço (CR) Nas combinações raras de serviço, a ação variável principal Fq1 é tomada com seu valor característico Fq1k e todas as demais ações são tomadas com seus valores freqüentes 1 Fqk Fd,ser = Fgik + Fq1k + 1j Fqjk Fd,ser é o valor de cálculo das ações para combinações de serviço Fq1k é o valor característico das ações variáveis principais diretas 1 é o fator de redução de combinação freqüente para ELS 2 é o fator de redução de combinação quase-permanente para ELS f - Resistência m1 - m que considera a variabilidade da resistência dos materiais envolvidos m2 - m que considera a diferença entre a resistência do material no corpo-de-prova e na estrutura m3 - m que considera os desvios gerados na construção e as aproximações feitas em projeto do ponto de vista das resistências 3.RESISTÊNCIAS 3.1. Simbologia específica desta seção De forma a simplificar a compreensão e portanto a aplicação dos conceitos estabelecidos nesta seção, os símbolos mais utilizados, ou que poderiam gerar dúvidas, encontram-se a seguir definidos. 3.2. Valores característicos Os valores característicos fk das resistências são os que, num lote de material, têm uma determinada probabilidade de serem ultrapassados, no sentido desfavorável para a segurança. Usualmente é de interesse a resistência característica inferior fk,inf., cujo valor é menor que a resistência média fm, embora por vezes haja interesse na resistência característica superior fk,sup, cujo valor é maior que fm. A resistência característica inferior é admitida como sendo o valor que tem apenas 5% de probabilidade de não ser atingido pelos elementos de um dado lote de material. UNIVERSIDADE ANHEMBI MORUMBI - ESCOLA DE ENGENHARIA CIVIL 11 3.3. Valores de cálculo 3.3.1. Resistência de cálculo A resistência de cálculo fd é dada pela expressão: m k d f f 3.3.1.1. Resistência de cálculo do concreto No caso específico da resistência de cálculo do concreto (fcd), alguns detalhes adicionais são necessários, conforme a seguir descrito: a) quando a verificação se faz em data j igual ou superior a 28 dias, adota-se a expressão: c ck cd f f Nesse caso, o controle da resistência à compressão do concreto deve ser feita aos 28 dias, de forma a confirmar o valor de fck adotado no projeto; b) quando a verificação se faz em data j inferior a 28 dias, adota-se a expressão: c ck 1 c ckj cd ff f sendo 1 a relação fckj/fck dada por: 1 = exp { s [ 1 - (28/t) 1/2 ] } onde: s = 0,38 para concreto de cimento CPIII e IV; s = 0,25 para concreto de cimento CPI e II; s = 0,20 para concreto de cimento CPV-ARI. t é a idade efetiva do concreto, em dias. Essa verificação deve ser feita aos t dias, para as cargas aplicadas até essa data. Ainda deve ser feita a verificação para a totalidade das cargas aplicadas aos 28 dias. Nesse caso, o controle da resistência à compressão do concreto deve ser feito em duas datas: aos t dias e aos 28 dias, de forma a confirmar os valores de fckj e fck adotados no projeto. 3.3.2. Coeficientes de ponderação das resistências As resistências devem ser minoradas pelo coeficiente: γm =γ m1γ m2 γm3 mγ = γc concreto γm = γs aço onde: γm1 considera a variabilidade da resistência dos materiais envolvidos; γm2 considera a diferença entre a resistência do material no corpo-de-prova e na estrutura; γm3 considera os desvios gerados na construção e as aproximações feitas em projeto do ponto de vista das resistências. UNIVERSIDADE ANHEMBI MORUMBI - ESCOLA DE ENGENHARIA CIVIL 12 3.3.3. Coeficientes de ponderação das resistências no estado limite último (ELU) Os valores para verificaçãono estado limite último estão indicados na tabela a seguir: Valores dos coeficientes γc e γs Combinações Concreto γc Aço γs Normais 1,4 1,15 Especiais ou de construção 1,2 1,15 Excepcionais 1,2 1,0 Para a execução de elementos estruturais nos quais estejam previstas condições desfavoráveis (por exemplo, más condições de transporte, ou adensamento manual, ou concretagem deficiente por concentração de armadura), o coeficiente c deve ser multiplicado por 1,1. 3.3.4. Coeficientes de ponderação das resistências no estado limite de serviço (ELS) Os limites estabelecidos para os estados limites de serviço, não necessitam de minoração, portanto, γm = 1,0. 3.3.5. Verificação da segurança Na verificação da segurança das estruturas de concreto devem ser atendidas as condições construtivas e as condições analíticas de segurança. 3.3.6. Condições construtivas de segurança Devem ser atendidas as exigências estabelecidas: nos critérios de detalhamento constantes das seções 18 e 20 desta Norma; nas normas de controle dos materiais, especialmente a NBR 12655; no controle de execução da obra, conforme o Anexo C e normas brasileiras específicas. 3.3.7. Condições analíticas de segurança As condições analíticas de segurança estabelecem que as resistências não devem ser menores que as solicitações e devem ser verificadas em relação a todos os estados limites e todos os carregamentos especificados para o tipo de construção considerada, ou seja, em qualquer caso deve ser respeitada a condição: Rd >= Sd Para a verificação do estado limite último de perda de equilíbrio como corpo rígido, Rd e Sd devem assumir os valores de cálculo das ações estabilizantes e desestabilizantes respectivamente. UNIVERSIDADE ANHEMBI MORUMBI - ESCOLA DE ENGENHARIA CIVIL UNIVERSIDADE ANHEMBI-MORUMBI ESCOLA DE ENGENHARIA CIVIL CONCRETO ARMADO CARGAS QUANTIFICAÇÃO E COMPOSIÇÃO 4 PROFs. FERNANDO RELVAS 2015 ELABORADO POR: FERNANDO RELVAS, PERCIVAL CAMANHO E SASQUIA H. OBATA UNIVERSIDADE ANHEMBI MORUMBI - ESCOLA DE ENGENHARIA CIVIL 1. QUANTIFICAÇÃO E COMPOSIÇÃO DE CARGAS 1.1. Nomenclatura das cargas Carga Carga Concentrada Carga Distribuída Permanente: Peso próprio Go go Outras G(*) g (*) Acidental Q q Perm+Acid P p (*) No índice indicamos a natureza da carga permanente, por exemplo Galv=carga permanente devido a alvenaria. 1.2. Unidades - Seção Transversal : cm - Comprimento (vão) : m - Forças : kN - momento : kNxm ou kNxcm - tensões : MPa ou kN/cm² - (10MPa=1kN/cm²) 1.3. Cargas 1.3.1. Cargas Permanentes 1.3.1.1. Peso Próprio Adotaremos os seguintes pesos específicos para o concreto: Concreto armado: =25 kN/m³ Concreto Simples: =24 kN/m³ 1.3.1.1.1 Laje )(KN/m 2C C C hgo S hS go hSGo Para 10h cm temos: g0 = o,10 x 25 = 2,5 kN/m2 UNIVERSIDADE ANHEMBI MORUMBI - ESCOLA DE ENGENHARIA CIVIL 1.3.1.1.2 Vigas e Pilares )(KN/m C C C hbwgo hbw go hbwGo Para bw=20 cm e h = 50 cm temos: g0 = 0,20 x 0,50 x 25 = 2,5 kN/m 1.3.1.2. Revestimento de Lajes Expressão Geral: nnrev eeg 211 2 Pesos específicos adotados para os seguintes tipos de revestimentos: 1. Argamassa de cimento e areia = 21,0 kN/m³ 2. Argamassa de cal, cimento e areia = 19,0 kN/m³ 3. Argamassa de gesso = 12,5 kN/m³ 4. Lajotas de cerâmica = 18,0 kN/m³ 5. Mármore ou granito = 28,0 kN/m³ 6. Tacos de madeira = 10,0 kN/m³ 7. Basalto = 30,0 kN/m³ Exemplo: Determinar a carga devida ao revestimento especificado na figura abaixo. UNIVERSIDADE ANHEMBI MORUMBI - ESCOLA DE ENGENHARIA CIVIL 84,02803,0 marmg kN/m² 42,02102,0sup.arg g kN/m² 19,01901,0inf.arg g kN/m² 45,1revg kN/m² Nota: No caso de estruturas revestidas em que os revestimentos das lajes não forem especificados, adotaremos: 85,0sup.arg g kN/m² 35,0inf.arg g kN/m² Cabe ressaltar que poderá existir só o revestimento superior, só o interior ou ambos. 1.3.1.3. Alvenarias Expressão Geral: alvalvalvalv hbwg (KN/m), onde alvbw largura acabada da alvenaria Quando o projeto arquitetônico não especificar as espessuras dos revestimentos das alvenaria, adotaremos: erev = 2,5 de cada lado UNIVERSIDADE ANHEMBI MORUMBI - ESCOLA DE ENGENHARIA CIVIL Pesos específicos adotados para os seguintes tipos de alvenaria: 1. Tijolo maciço de barro = 18,0 kN/m³ 2. Tijolo furado = 13,0 kN/m³ 3. Blocos de concreto = 16,0 kN/m³ 4. Blocos sílico-calcáreos = 20,0 kN/m³ 5. Blocos de concreto celular = 8,0 kN/m³ Para as alvenarias de tijolos maciços de barro tem-se os seguintes tipos de assentamento: Tipo de Assentamento Largura acabada sem revestimento Largura acabada revestimento 1 lado Largura acabada revestimento 2 lados Tijolo em Espelho 5 7,5 10 ½ Tijolo 10 12,5 15 1 tijolo 20 22,5 25 Exemplo: Determinar a carga por metro linear de uma parede de alvenaria de tijolos maciços de barro, revestida dos dois lados, com espessura de um tijolo e altura de 3 m. 25alvbw cm 3alvh m 5,135,1300,1800,325,0 alvalv gg KN/m 18alv KN/m³ 1.3.1.4. Enchimentos Expressão Geral: enchenchench hg (kN/m²) Peso específicos dos seguintes tipos de enchimentos: 1. Cinasita (argila expandida) = 8,0 kN/m³ 2. Entulho = 13,0 kN/m³ Exemplo: Calcular o peso próprio de um enchimento de argila expandida com 10 cm de altura. 8,081,0 enchg kN/m² UNIVERSIDADE ANHEMBI MORUMBI - ESCOLA DE ENGENHARIA CIVIL 1.3.2. Cargas Acidentais 1.3.2.1. Cargas Acidentais de Utilização (sobrecargas) Conforme norma: NBR 6120 1.3.2.2. Cargas Acidentais de Vento Conforme norma: NBR 6123 Exercícios: 1. Compor o carregamento de uma laje com 12 cm de espessura, destinada a sala de aula, que terá a superfície superior revestida e a inferior aparente. 2. Compor o carregamento de uma laje com 15 cm de espessura, revestida dos dois lados, destinada a restaurante. 1.4. Composição de Cargas nas Vigas Exercício Dado o esquema abaixo, pede-se a composição das cargas nas vigas, os esquemas estáticos delas, bem como os cálculos das reações de apoio e dos esforços internos solicitantes. m KNr 85,6 UNIVERSIDADE ANHEMBI MORUMBI - ESCOLA DE ENGENHARIA CIVIL UNIVERSIDADE ANHEMBI-MORUMBI ESCOLA DE ENGENHARIA CIVIL CONCRETO ARMADO LAJES 5 PROF. FERNANDO RELVAS ELABORADO POR: FERNANDO RELVAS, PERCIVAL CAMANHO E SASQUIA H. OBATA 2015 UNIVERSIDADE ANHEMBI MORUMBI - ESCOLA DE ENGENHARIA CIVIL 1. LAJES RETANGULARES 1.1. Generalidades Em concreto armado denominamos as placas de lajes. Placas são elementos estruturais planos em que o carregamento atua perpendicularmente ao plano do elemento. Geometricamente esses elementos se caracterizam por ter as medidas das dimensões no plano do elemento, x e y , da mesma ordem de grandeza e muito superiores a medidas, h, da dimensão espessura. Figura 1 1.2. Quanto aos Apoios No nosso curso estudaremos apenas lajes retangulares com as seguintes condições de apoio: Um único lado apoiado; Apenas dois lados paralelos apoiados; Os quatros lados apoiados. Os apoios poderão ser engastados, quando nesse apoio houver continuidade entre lajes, e articulados em caso contrário. UNIVERSIDADE ANHEMBI MORUMBI - ESCOLA DE ENGENHARIA CIVIL Figura 2 Figura 3 Figura 4 UNIVERSIDADE ANHEMBI MORUMBI - ESCOLA DE ENGENHARIA CIVIL Figura 5 1.3. Quanto ao Critério de Armação Lajes com um único apoio ou com apenas dois lados paralelos apoiados serão armadas em uma direção, na direção perpendicular a direção dos apoios. (ver figuras 2 e 3). Lajes com os quatro lados apoiados serão armadas em duas direções quando , que é a relação entre os lados maior e menor, , resultar menor ou igual a dois e, em uma direção, em caso contrário. Nesse caso, ou seja, quando resultar maior que dois, a direção de armação será o do menor vão, (ver figuras 4 e 5). 1.4. Quanto a Situação Lajes isoladas são únicas, sem lajes no entorno Também são lajes isoladas aquelas que não têm continuidade com as lajes do entorno. Isso ocorre quando o nível da laje e das lajes do entorno não são os mesmos, (ver fig. 4 e 6) Lajes contínuas são lajes cujos os níveis são os mesmos. 1.5. Vão Teórico, ℓ O vão teórico, é a distância entre os eixos dos apoios, não sendo necessário adotar valores maiores que: UNIVERSIDADE ANHEMBI MORUMBI - ESCOLA DE ENGENHARIA CIVIL Em laje isolada: o vão livre, 0 , acrescido da espessura da laje nomeio do vão. Em laje continua, vão extremo: vão livre, 0 , acrescido da semi largura do aparo interno e da semi espessura da laje no meio do vão Nas lajes em balanço o vão teórico, , é o comprimento de extremidade ate o eixo de apoio, não sendo necessário considerar valores superiores ao vão livre, 0 , acrescido da semi espessura da laje junto ao apoio. 1.6. Notação c = cobrimento, tem por finalidades proteger e envolver totalmente a armadura para garantir a aderência entre o concreto e o aço. d = altura útil, é a distância entre a fibra mais comprimida e o centro da armadura tracionada. UNIVERSIDADE ANHEMBI MORUMBI - ESCOLA DE ENGENHARIA CIVIL 1.7. Espessura Mínima das Lajes (h) Lajes de cobertura não em balanço 5 cm Lajes de piso ou de cobertura em balanço 7 cm Lajes que suportem veículos de peso total 30 KN 10 cm Lajes que suportem veículos de peso total >30 KN 12 cm Lajes com protensão 15 cm UNIVERSIDADE ANHEMBI MORUMBI - ESCOLA DE ENGENHARIA CIVIL 1.8. Cobrimentos Qualquer barra da armadura, inclusive de distribuição, de montagem e estribos, deve ter cobrimento de concreto pelo menos igual ao seu diâmetro, mas não menor que: Classe de Agressividade ambiental I FRACA II MODERADA III FORTE IV MUITO FORTE CLASSIFICAÇÃO GERAL DO TIPO DE AMBITENTE PARA EFEITO DE PROJETO RURAL / SUBMERSA URBANA MARINHA / INDUSTRIAL INDUSTRIAL / RESPINGOS DE MADÉ Risco de deterioração da estrutura Insignificante Pequeno Grande Elevado Cobrimento nominal (mm) 20 25 35 45 Nota: Pode-se admitir um micro clima com classe de agressividade um ponto mais branda para ambientes internos secos ou ambientes com concreto revestido com argamassa e pintura. 1.9. Pré-Dimensionamento da Espessura, h Para o pré-dimensionamento das lajes retangulares maciças, sem carregamento direto de alvenaria, a altura útil mínima, “d”, é obtida pela seguinte expressão: u Ld eng 006,0028,0 onde L menor dos dois valores y x I I 67,0 maior vão - menor vão yI eng somatória dos comprimentos dos lados engastados u perímetro Para lajes em balanço a altura útil corresponde à: 028,02 balId 1.9.1. Calculo da altura, h, da laje cdh 2 (1 direção) cdh (1 direção) adotando 10 mm teremos: h=d+0,5+c (cm) - 1 direção e h=d+1+c (cm) - 2 direções UNIVERSIDADE ANHEMBI MORUMBI - ESCOLA DE ENGENHARIA CIVIL Exercício 1 Dada a forma representada na figura 7, do pavimento tipo de uma estrutura em concreto armado revestido, concreto MPafck 25 - aço CA50, pede-se pré- dimensionar as lajes. Figura 7 1.10. Distribuição das Cargas 1.10.1. Lajes armadas em uma direção. As reações das lajes nos apoios, r , serão calculadas, quer para as lajes isoladas, quer para as lajes continuas, considerando-se uma faixa com largura unitária, biarticulada na direção da armação, ou em balanço, no caso de laje em balanço, ou seja, de forma análoga ao calculo de reações de vigas isostáticas ou em balanço. UNIVERSIDADE ANHEMBI MORUMBI - ESCOLA DE ENGENHARIA CIVIL Figura 8 1.10.2. Lajes Armadas em Duas Direções. AiP ri onde: para 1r e 3r para 2r e 4r Unidades: )(m 2mAi 2mKNp m KNr1 Figura 9 Exercício 2 Calcular as reações das Lajes nas vigas, para estrutura indicada no exercício 1, considerando as informações e os dados lá obtidos. UNIVERSIDADE ANHEMBI MORUMBI - ESCOLA DE ENGENHARIA CIVIL 1.11. Cálculo dos Momentos Fletores 1.11.1. Lajes armadas em uma direção. Os momentos serão calculados de forma análoga ao cálculo de momentos em vigas, tomando-se, na direção da armação, uma faixa de largura unitária. Figura 10 No caso de lajes continuas, os momentos positivos dos vãos extremos não poderão ser menores do que os momentos positivos obtidos considerando-se esses vãos como aparado engastado e os dos vãos intermediários não poderão ser menores do que os momentos positivos obtidos considerando-se esses vãos bi-engastados. UNIVERSIDADE ANHEMBI MORUMBI - ESCOLA DE ENGENHARIA CIVIL 1.11.2. Lajes armadas em duas direções O cálculo dos momentos nas lajes armadas em duas direções serão feitos pelo método da ruptura, através de tabelas, conforme indicado abaixo, discretizando-se cada laje. Figura 11 A partir de , onde é igual x y , a tabela nos fornece mx e my e com esses valores determinamos: 2xmxpXMx x 2xmypXMx y Observar que, em uma mesma direção, os momentos positivos e negativos são iguais, em módulo. Fruto da discretização das lajes, que é uma simplificação de cálculo, surgem nas fronteiras de lajes continuas momentos negativos, à esquerda e à direita do apoio, diferentes, que são igualados por meio da seguinte compensação: UNIVERSIDADE ANHEMBI MORUMBI - ESCOLA DE ENGENHARIA CIVIL Figura 12 Se 2 6,0 XX X X X Se XX X X 8,06,0 Exercício 3 Calcular os momentos fletores nas lajes, da estrutura indicada no exercício 1, considerando as informações e dados obtidos nesse exercício e no exercício 3. UNIVERSIDADE ANHEMBI-MORUMBI ESCOLA DE ENGENHARIA CIVIL CONCRETO ARMADO TABELAS PARA CALCULO DAS REAÇÕES DE LAJES 6 PROF. FERNANDO RELVAS 2015 ELABORADO POR PROF. PERCIVAL CAMANHO UNIVERSIDADE ANHEMBI MORUMBI - FACULDADE DE ENGENHARIA CIVIL Tipo 1 l r1 r2 r3 r4 1,00 0,2500 0,2500 0,2500 0,2500 l = ℓy/ℓx L = ℓy l = ℓx 1,05 0,2619 0,2500 0,2619 0,2500 1,10 0,2727 0,2500 0,2727 0,2500 R1 = r1 x p x ℓx 1,15 0,2826 0,2500 0,2826 0,2500 R2 = r2 x p x ℓx 1,20 0,2917 0,2500 0,2917 0,2500 R3 = r3 xp x ℓx 1,25 0,3000 0,2500 0,3000 0,2500 R4 = r4 x p x ℓx 1,30 0,3077 0,2500 0,3077 0,2500 1,35 0,3148 0,2500 0,3148 0,2500 1,40 0,3214 0,2500 0,3214 0,2500 1,45 0,3276 0,2500 0,3276 0,2500 1,50 0,3333 0,2500 0,3333 0,2500 1,55 0,3387 0,2500 0,3387 0,2500 1,60 0,3438 0,2500 0,3438 0,2500 1,65 0,3485 0,2500 0,3485 0,2500 1,70 0,3529 0,2500 0,3529 0,2500 1,75 0,3571 0,2500 0,3571 0,2500 1,80 0,3611 0,2500 0,3611 0,2500 1,85 0,3649 0,2500 0,3649 0,2500 1,90 0,3684 0,2500 0,3684 0,2500 1,95 0,3718 0,2500 0,3718 0,2500 2,00 0,3750 0,2500 0,3750 0,2500 Tipo 2 l r1 r2 r3 r4 1,00 0,4019 0,1830 0,2321 0,1830 l = ℓy/ℓx L = ℓy l = ℓx 1,05 0,4130 0,1830 0,2504 0,1830 1,10 0,4230 0,1830 0,2687 0,1830 R1 = r1 x p x ℓx 1,15 0,4322 0,1830 0,2870 0,1830 R2 = r2 x p x ℓx 1,20 0,4406 0,1830 0,3053 0,1830 R3 = r3 x p x ℓx 1,25 0,4483 0,1830 0,3236 0,1830 R4 = r4 x p x ℓx 1,30 0,4555 0,1830 0,3419 0,1830 1,35 0,4621 0,1830 0,3602 0,1830 1,40 0,4682 0,1830 0,3785 0,1830 1,45 0,4739 0,1830 0,3968 0,1830 1,50 0,4793 0,1830 0,4151 0,1830 1,55 0,4843 0,1830 0,4334 0,1830 1,60 0,4889 0,1830 0,4517 0,1830 1,65 0,4933 0,1830 0,4700 0,1830 1,70 0,4975 0,1830 0,4883 0,1830 1,75 0,5014 0,1830 0,5066 0,1830 1,80 0,5051 0,1830 0,5249 0,1830 1,85 0,5085 0,1830 0,5432 0,1830 1,90 0,5118 0,1830 0,5615 0,1830 1,95 0,5150 0,1830 0,5798 0,1830 2,00 0,5179 0,1830 0,5981 0,1830 UNIVERSIDADE ANHEMBI MORUMBI - FACULDADE DE ENGENHARIA CIVIL Tipo 3 l r1 r2 r3 r4 1,00 0,1830 0,4019 0,1830 0,2321 l = ℓy/ℓx L = ℓy l = ℓx 1,05 0,1922 0,4098 0,1922 0,2366 1,10 0,2013 0,4166 0,2013 0,2405 R1 = r1 x p x ℓx 1,15 0,2105 0,4222 0,2105 0,2437 R2 = r2 x p x ℓx 1,20 0,2196 0,4266 0,2196 0,2463 R3 = r3 x p x ℓx 1,25 0,2288 0,4299 0,2288 0,2482 R4 = r4 x p x ℓx 1,30 0,2379 0,4320 0,2379 0,2494 1,35 0,2471 0,4330 0,2471 0,2500 1,40 0,2561 0,4330 0,2561 0,2500 1,45 0,2645 0,4330 0,2645 0,2500 1,50 0,2723 0,4330 0,2723 0,2500 1,55 0,2797 0,4330 0,2797 0,2500 1,60 0,2866 0,4330 0,2866 0,2500 1,65 0,2930 0,4330 0,2930 0,2500 1,70 0,2991 0,4330 0,2991 0,2500 1,75 0,3049 0,4330 0,3049 0,2500 1,80 0,3103 0,4330 0,3103 0,2500 1,85 0,3154 0,4330 0,3154 0,2500 1,90 0,3203 0,4330 0,3203 0,2500 1,95 0,3249 0,4330 0,3249 0,2500 2,00 0,3292 0,4330 0,3292 0,2500 Tipo 4 l r1 r2 r3 r4 1,00 0,1443 0,3557 0,1443 0,3557 l = ℓy/ℓx L = ℓy l = ℓx 1,05 0,1516 0,3659 0,1516 0,3659 1,10 0,1588 0,3754 0,1588 0,3754 R1 = r1 x p x ℓx 1,15 0,1660 0,3841 0,1660 0,3841 R2 = r2 x p x ℓx 1,20 0,1732 0,3922 0,1732 0,3922 R3 = r3 x p x ℓx 1,25 0,1804 0,3995 0,1804 0,3995 R4 = r4 x p x ℓx 1,30 0,1876 0,4061 0,1876 0,4061 1,35 0,1949 0,4119 0,1949 0,4119 1,40 0,2021 0,4171 0,2021 0,4171 1,45 0,2093 0,4215 0,2093 0,4215 1,50 0,2165 0,4252 0,2165 0,4252 1,55 0,2237 0,4282 0,2237 0,4282 1,60 0,2309 0,4305 0,2309 0,4305 1,65 0,2382 0,4320 0,2382 0,4320 1,70 0,2454 0,4329 0,2454 0,4329 1,75 0,2526 0,4330 0,2526 0,4330 1,80 0,2594 0,4330 0,2594 0,4330 1,85 0,2659 0,4330 0,2659 0,4330 1,90 0,2721 0,4330 0,2721 0,4330 1,95 0,2779 0,4330 0,2779 0,4330 2,00 0,2835 0,4330 0,2835 0,4330 UNIVERSIDADE ANHEMBI MORUMBI - FACULDADE DE ENGENHARIA CIVIL Tipo 5 l r1 r2 r3 r4 1,00 0,3557 0,1443 0,3557 0,1443 l = ℓy/ℓx L = ℓy l = ℓx 1,05 0,3625 0,1443 0,3625 0,1443 1,10 0,3688 0,1443 0,3688 0,1443 R1 = r1 x p x ℓx 1,15 0,3745 0,1443 0,3745 0,1443 R2 = r2 x p x ℓx 1,20 0,3797 0,1443 0,3797 0,1443 R3 = r3 x p x ℓx 1,25 0,3845 0,1443 0,3845 0,1443 R4 = r4 x p x ℓx 1,30 0,3890 0,1443 0,3890 0,1443 1,35 0,3931 0,1443 0,3931 0,1443 1,40 0,3969 0,1443 0,3969 0,1443 1,45 0,4005 0,1443 0,4005 0,1443 1,50 0,4038 0,1443 0,4038 0,1443 1,55 0,4069 0,1443 0,4069 0,1443 1,60 0,4098 0,1443 0,4098 0,1443 1,65 0,4125 0,1443 0,4125 0,1443 1,70 0,4151 0,1443 0,4151 0,1443 1,75 0,4175 0,1443 0,4175 0,1443 1,80 0,4198 0,1443 0,4198 0,1443 1,85 0,4220 0,1443 0,4220 0,1443 1,90 0,4240 0,1443 0,4240 0,1443 1,95 0,4260 0,1443 0,4260 0,1443 2,00 0,4278 0,1443 0,4278 0,1443 Tipo 6 l r1 r2 r3 r4 1,00 0,3170 0,3170 0,1830 0,1830 l = ℓy/ℓx L = ℓy l = ℓx 1,05 0,3321 0,3170 0,1917 0,1830 1,10 0,3458 0,3170 0,1997 0,1830 R1 = r1 x p x ℓx 1,15 0,3583 0,3170 0,2069 0,1830 R2 = r2 x p x ℓx 1,20 0,3698 0,3170 0,2135 0,1830 R3 = r3 x p x ℓx 1,25 0,3804 0,3170 0,2196 0,1830 R4 = r4 x p x ℓx 1,30 0,3901 0,3170 0,2252 0,1830 1,35 0,3992 0,3170 0,2305 0,1830 1,40 0,4076 0,3170 0,2353 0,1830 1,45 0,4154 0,3170 0,2398 0,1830 1,50 0,4226 0,3170 0,2440 0,1830 1,55 0,4295 0,3170 0,2480 0,1830 1,60 0,4359 0,3170 0,2516 0,1830 1,65 0,4419 0,3170 0,2551 0,1830 1,70 0,4475 0,3170 0,2584 0,1830 1,75 0,4528 0,3170 0,2614 0,1830 1,80 0,4579 0,3170 0,2644 0,1830 1,85 0,4626 0,3170 0,2671 0,1830 1,90 0,4671 0,3170 0,2697 0,1830 1,95 0,4714 0,3170 0,2722 0,1830 2,00 0,4755 0,3170 0,2745 0,1830 UNIVERSIDADE ANHEMBI MORUMBI - FACULDADE DE ENGENHARIA CIVIL Tipo 7 l r1 r2 r3 r4 1,00 0,2500 0,3028 0,1443 0,3028 l = ℓy/ℓx L = ℓy l = ℓx 1,05 0,2625 0,3076 0,1516 0,3076 1,10 0,2750 0,3114 0,1588 0,3114 R1 = r1 x p x ℓx 1,15 0,2875 0,3142 0,1660 0,3142 R2 = r2 x p x ℓx 1,20 0,3000 0,3161 0,1732 0,3161 R3 = r3 x p x ℓx 1,25 0,3125 0,3169 0,1804 0,3169 R4 = r4 x p x ℓx 1,30 0,3248 0,3170 0,1875 0,3170 1,35 0,3363 0,3170 0,1941 0,3170 1,40 0,3469 0,3170 0,2003 0,3170 1,45 0,3568 0,3170 0,2060 0,3170 1,50 0,3660 0,3170 0,2113 0,3170 1,55 0,3747 0,3170 0,2163 0,3170 1,60 0,3828 0,3170 0,2210 0,3170 1,65 0,3904 0,3170 0,2254 0,3170 1,70 0,3975 0,3170 0,2295 0,3170 1,75 0,4043 0,3170 0,2334 0,3170 1,80 0,4107 0,3170 0,2371 0,3170 1,85 0,4167 0,3170 0,2406 0,3170 1,90 0,4224 0,3170 0,2439 0,3170 1,95 0,4279 0,3170 0,2470 0,3170 2,00 0,4330 0,3170 0,2500 0,3170 Tipo 8 l r1 r2 r3 r4 1,00 0,3028 0,2500 0,3028 0,1443 l = ℓy/ℓx L = ℓy l = ℓx 1,05 0,3122 0,2500 0,3122 0,1443 1,10 0,3208 0,2500 0,3208 0,1443 R1 = r1 x p x ℓx 1,15 0,3285 0,2500 0,3285 0,1443 R2 = r2 x p x ℓx 1,20 0,3357 0,2500 0,3357 0,1443 R3 = r3 x p x ℓx 1,25 0,3423 0,2500 0,3423 0,1443 R4 = r4 x p x ℓx 1,30 0,3483 0,2500 0,3483 0,1443 1,35 0,3539 0,2500 0,3539 0,1443 1,40 0,3592 0,2500 0,3592 0,1443 1,45 0,3640 0,2500 0,3640 0,1443 1,50 0,3686 0,2500 0,3686 0,1443 1,55 0,3728 0,2500 0,3728 0,1443 1,60 0,3768 0,2500 0,3768 0,1443 1,65 0,3805 0,2500 0,3805 0,1443 1,70 0,3840 0,2500 0,3840 0,1443 1,75 0,3873 0,2500 0,3873 0,1443 1,80 0,3905 0,2500 0,3905 0,1443 1,85 0,3934 0,2500 0,3934 0,1443 1,90 0,3962 0,2500 0,3962 0,1443 1,95 0,3989 0,2500 0,3989 0,1443 2,00 0,4014 0,2500 0,4014 0,1443 UNIVERSIDADE ANHEMBI-MORUMBI ESCOLA DE ENGENHARIA CIVIL CONCRETO ARMADO TABELAS PARA CALCULO DE MOMENTOS FLETORES EM LAJES PELO MÉTODO DA RUPTURA X/M=1 7 PROF. FERNANDO RELVAS 2015 UNIVERSIDADE ANHEMBI MORUMBI - ESCOLA DE ENGENHARIA CIVIL CÁLCULO DOS MOMENTOS MX = p.ℓx2.mx (kN.m/m)................// a ℓx MY = p.ℓx2.my (kN.m/m)................// a ℓY XX = - p.ℓx2.mx (kN.m/m)................// a ℓx XY = - p.ℓx2.my (kN.m/m)................// a ℓY UNIVERSIDADE ANHEMBI MORUMBI - ESCOLA DE ENGENHARIA CIVIL UNIVERSIDADE ANHEMBI MORUMBI - ESCOLA DE ENGENHARIA CIVIL UNIVERSIDADE ANHEMBI MORUMBI - ESCOLA DE ENGENHARIACIVIL UNIVERSIDADE ANHEMBI-MORUMBI ESCOLA DE ENGENHARIA CIVIL CONCRETO ARMADO FLEXÃO ESTADO LIMITE ÚLTIMO 8 PROF. FERNANDO RELVAS 2015 UNIVERSIDADE ANHEMBI MORUMBI - ESCOLA DE ENGENHARIA CIVIL 2 1. FLEXÃO NO ESTADO LIMITE ÚLTIMO 1.1 Introdução Os esforços normais M e N, provocam o aparecimento de tensões normais à seção. O Estado Limite Último pode se dar por uma ruptura ou deformação plástica excessiva. Os domínios 1 e 2 são de deformação plástica excessiva e os 3, 4, 4a e 5 são de ruptura. 1.2 Hipóteses de Cálculo 1.2.1 Hipóteses básicas As secções permanecem planas até a ruptura. Aderência perfeita entre o aço e concreto não fissurado. A resistência do concreto à tração é desprezada. O encurtamento de ruptura a compressão em secções não inteiramente comprimidas é de 3,5%. O encurtamento máximo do concreto em pecas totalmente comprimidas varia entre 3,5% e 2%. O alongamento máximo permitido para a armadura na tração é de 10% para evitar deformação plástica excessiva. A distribuição das tensões de compressão se faz através de um diagrama composto (parábola - retângulo), permitindo-se o uso do diagrama retangular equivalente. A tensão na armadura é função de sua deformação no diagrama simplificado da NBR - 6118. 1.2.2 Efeito Rüsch Encurtamento a ruptura do concreto Efeito da velocidade de deformação. c 2% 3,5% 0,85 fcd 4 2 εcd εcd 0,85f cdσcd UNIVERSIDADE ANHEMBI MORUMBI - ESCOLA DE ENGENHARIA CIVIL 3 1.3 Valores Característicos 1.3.1 Valores Característicos da resistência dos materiais. 1.4 Valores de Calculo 1.4.1 Valores de calculo da resistência dos materiais Pela NBR - 6118 c = 1,4 ; s= 1,15 Concreto: fcd = fck c Aço: fyd = fyk s em más condições de concretagem c é multiplicado por 1,1. 1,0 0,85 0,75 0,50 0,25 c 0 1 2 3 4 5 6 72‰ c/fc 1% por 100 dias 1% por dia 1% por hora 1% por minuto fck 5% f() UNIVERSIDADE ANHEMBI MORUMBI - ESCOLA DE ENGENHARIA CIVIL 4 1.4.2 Valores de calculo das solicitações permanentes e variáveis diretas Sd = Sk x f f = 1,4 f = 1,2 para o caso de deformações impostas (retração, deformação lenta e temperatura). 1.5 ESTABELECIMENTO DOS DIFERENTES DOMÍNIOS EM ESTADO LIMITE ÚLTIMO UNIVERSIDADE ANHEMBI MORUMBI - ESCOLA DE ENGENHARIA CIVIL 5 1.6 Estudo das Expressões Gerais para o Domínio 2 1.6.1 Domínio 2a x min > x > 0 Quando c = 2,0% a parábola está completa e x = x min. Md = Rcd x z (1) Md = Rsd x z (2) Rcd = Rsd (3) z' Rcd 0,85 fcd 2‰ Xmin. Md 10‰ z Rsd sd 10‰ a (1) (2) c 0,85 fcd Xcrit =0,259 d 2‰ df = 10‰ LN cd u fyd Rsd Rcd cd d d u 5 x z' UNIVERSIDADE ANHEMBI MORUMBI - ESCOLA DE ENGENHARIA CIVIL 6 2βx112 βχ412 2 βx 5 fcd0,85 2 dbwMd x9 βx 834 βx4βx 912 dMd fydAs 2β13 8β3 2 βx 5 fcd0,85dbwfyd As 1.6.2 Domínio 2b xcrit>x>xmin. Md = Rcd x z (1) Md = Rsd x z (2) Rcd = Rsd (3) z' Xcrit. = 0,259d 2‰ z Rst 3,5‰ Xmin. = 0,167d 10‰ 2‰ cd LN fyd sd = 10‰ Rcd2 Rcd1 Rcd Rsd d 0,85 fcd z a z ' 2 z” 2 z ' z ' UNIVERSIDADE ANHEMBI MORUMBI - ESCOLA DE ENGENHARIA CIVIL 7 d 1βx1620 21βx 3422βx171 fydAsMd 15 1-x 16 fcd 0,85 d bw fydAs 1.7 Estudo das Expressões Gerais para o Domínio 3 (βxcrit < βx < βxlim ) Md = Rcd x z (1) Md = Rsd x z (2) Rcd = Rsd (3) A5 fyd bw 10‰ sd yd LN B Rcd Rsd z 2‰ 3,5‰ 0,85 fcd Md x d h z' x 2‰ 3,5fcd LN fyd sd yd Rcd1 Rcd Rsd d z ' a z ' 2 z” 2 z ' 1 Rcd2 cd z 300 213422171 85,02 xx d fcdbwMd UNIVERSIDADE ANHEMBI MORUMBI - ESCOLA DE ENGENHARIA CIVIL 8 Md = 0,688 x bw x fcd x x (1- 0,416x) x d2 Md = As x fyd x (1 - 0,416x) x d As x fyd = 0,688 bw x fcd x x x d 1.8 Estudo das Expressões Algébricas para o Domínio 4. (xlim x d ou xlim x 1,00) Md = Rcd x z (1) Md = Rsd x z (2) Rcd = Rsd (3) Md = 0,688 x bw x fcd x x (1- 0,416 ) x d2 Md = As x sd x (1- 0,416 ) x d As x sd = 0,688 x bw x fcd x d x 00 0 βx βx1 3,5sd x xd 3,5sd x 3,5 xd sd εε ε A5 sd bw sd yd LN B Rcd Rsd z 2‰ 3,5‰ 0,85 fcd Md x d h z' UNIVERSIDADE ANHEMBI MORUMBI - ESCOLA DE ENGENHARIA CIVIL 9 1.9 Estudo das Expressões com Diagrama Retangular. Expressões Gerais Md = Rcd x z (1) Md = Rsd x z (2) Rcd = Rsd (3) Md = bw x 0,85 x fcd x y(1 - 0,5y) x d2 Md = As x fyd x (1 - 0,5y) x d As x fyd = 0,85 x bw x d x fcd x y Para o domínio 4 as equações são as mesmas, substituindo-se fyd por sd ficando: As x sd = 0,85 x bw x d x fcd x y Md = bw x 0,85 x fcd x y x (1- 0,5y) x d2 Md = As x sd x (1- 0,5y) x d AS LN bw fyd Rsd Rcd 0,85 fcd d h z z' y = 0 ,8 x x M d = f M k UNIVERSIDADE ANHEMBI MORUMBI - ESCOLA DE ENGENHARIA CIVIL 10 1.10 Estudo das Expressões Reduzidas Tomando-se como exemplo o Domínio 3: 1) Md = 0,688 x bw x fcd x x (1- 0,416 ) x d2 Mk x f = 0,688 x bw x fcd x x (1- 0,416 ) x d2 x)0,416 - (1x x fcd x 0,688 f Mk 2d bw ck para coerência entre as unidades - momentos kN x m, seção em cm, área da armadura em cm2 fator 103 x)0,416 - (1x x fcd x 0,688 310 x f ck Mk 2d bw ck 2) Md = As x fyd x (1- 0,416 ) xd Mk x f = As x fyd x (1- 0,416 ) x d x)0,416 - (1 x fyd f Mk d As sk para coerência das unidades x 103 x)0,416 - (1 x fyd 310 x f sk d Mkks As Mk d As s k Tabela x fck 20 MPa CA 50 kc ks 0,50 288 4,07 0,51 284 4,09
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