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Arquivo em construção – ao verificar um erro favor colaborar e informar por email, hannahfarias@hotmail.com ANÁLISE E DIMENSIONAMENTO DE VIGAS EM CONCRETO ARMADO 1 ANALISAR PLANTA DE FORMA COM LOCAÇÃO DOS ELEMENTOS ESTRUTURAIS a) Verificar vão efetivo de cada elemento, definir dimensões mínimas para seção transversal. Larguras mínimas segundo a NBR 6118 (item 13.2.2): bw≥12cm para vigas bw≥12cm para vigas-parede Alturas mínimas estimativa empírica: Viga continuas ݄ ൌ ଵଶ Viga biapoiada isostática isolada ݄ ൌ ଵ Viga em balanço ݄ ൌ ହ FIGURA 1 – VÃOS DE VIGAS. Definir cargas atuantes e estabelecer esquema estático. Encontrar DMF, DEC, DEN. Dimensionar as armaduras. Armar a viga – Armadura longitudinal – Ancoragem/emenda/dobra Armadura transversal – Armadura de pele Verificar critérios construtivos e exigências mínimas de alojamento e armação. 2 ESTABELECER CRITÉRIOS DE PROJETO/QUALIDADE E CÁLCULO Arquivo em construção – ao verificar um erro favor colaborar e informar por email, hannahfarias@hotmail.com a) RESISTÊNCIA CARACTERÍSTICA DO CONCRETO - Fck fck ≥ C20 ao C90 b) AGREGADO GRAÚDO - Brita tipo e diâmetro máximo brita 1 Dmáx. 19mm e brita 2 Dmax. 25mm c) DEFINIR MÓDULO DE ELASTICIDADE Na ausência de ensaios pode-se adotar a tabela 8.1 da NBR 6118:2014 , a qual apresenta valores estimados do módulo de elasticidade em função da resistência característica à compressão do concreto (considerando o uso de granito como agregado graúdo) ADOTAR O Ecs. d) ANALISAR E DEFINIR CAA, RELAÇÃO ÁGUA CIMENTO LIMITE E COBRIMENTO MÍNIMO – ver tabelas 6.1, 7.1 e 7.2 - Cnom mínimo deve ser pelo menos barra; Arquivo em construção – ao verificar um erro favor colaborar e informar por email, hannahfarias@hotmail.com e) COMBINAÇÕES DAS AÇÕES O coeficiente de segurança ϒc para combinação carga permanente e acidental, será adotado: Cp + Ca adotar ϒc=1,4 f) ESCOLHA DO AÇO PARA ARMADURA LONGITUDINAL/TRANSVERSAL E DE PELE Escolher o aço baseado nas exigências normativas CA-50A melhor custo beneficio em relação a resistência e aderência. ϒs=1,15 fyk=500Mpa ou fyk=50 kN/cm² (resistência característica do CA-50A). Arquivo em construção – ao verificar um erro favor colaborar e informar por email, hannahfarias@hotmail.com 3 DIMENSIONAMENTO DAS ARMADURAS: 3.1 ARMADURA LONGITUDINAL a) ANÁLISE DO ESQUEMA ESTÁTICO CALCULAR REAÇÕES DE APOIO CALCULAR DIAGRAMAS DE MOMENTO FLETOR b) CALCULAR ARMADURA LONGITUDINAL Considerações: KMD = ௌ௪∗ ௗమ∗ௗ (Eq. 1) ܣݏ ൌ ௌ ௭∗ௗ∗௬ௗ (Eq. 2) CONDIÇÃO DE VERIFICAÇÃO Asmin ൌ ࣋ * bw * h ሺEq.3ሻ onde: KMD – coeficiente adimensional utilizado como dado de entrada nas tabelas para definir o Kz. O KMD depende e correlaciona o uso dos coeficientes de ponderação utilizados para minoração das resistências do concreto e do aço, efeito “husch” e majoração das cargas, bem como depende da classe de concreto e dos domínios de cálculo; Kz – coeficiente tabelado que depende do tipo de aço utilizado, iremos manter o uso do CA-50 – VER Tabela KMD PARA CONCRETO C20 A C50; bw – largura da seção transversal da viga, unidade metros (m); d – altura da altura útil da seção transversal da viga, distância do centro de gravidade da armadura inferior a face mais externa da seção transversal de concreto, de forma aproximada podemos considerar d=h-c, , unidade metros (m); h – altura da seção transversal da viga, , unidade metros (m); c – cobrimento nominal da viga, definido conforme tabela 7.2 da NBR 6118:2014; fcd – resistência de cálculo do concreto, fcd=(fck/ ϒc)x1000, unidade kN/m²; fyd – resistência de cálculo do aço, fyd=(fyk/ ϒs), adotando fyk=50 kN/cm²; As – área de aço necessária para combater os esforços na seção em análise (cm²/m); Asmin – A Área mínima de aço necessária para seção transversal de concreto dada, unidade cm². A NBR 6118:2014, no item 17.3.5.2 estabelece valores limites para as armaduras longitudinais da viga. A armadura mínima de uma seção transversal de uma viga depende da relação entre a taxa mínima de aço (tabela 17.3 da NBR 6118), da classe do concreto e da área da seção transversal de concreto da viga; ߩ – taxa de aço exigida para seção transversal. A NBR 6118:2014 estabelece valores de ߩ de acordo com a classe de concreto e com o aço CA-50, ver Tabela 17.3. Para C20/C25/C30, ߩ = 0,15%. Arquivo em construção – ao verificar um erro favor colaborar e informar por email, hannahfarias@hotmail.com Decisão: Ascal Asmin → adotar Ascal Asmin > Ascal → adotar Asmin c) CRITÉRIOS CONSTRUTIVOS E NORMATIVOS PARA POSICIONAR A ARMADURA LONGITUDINAL NA SEÇÃO TRANSVERSAL C.1. ESCOLHA DO DIÂMETRO E QUANTIDADE DE BARRAS Para vigas serão adotados os diâmetros comerciais maiores ou iguais a 8mm, ≥8.0mm. TABELA 1 – DIÂMETROS E ÁREAS DA SEÇÃO TRANSVERSAL DAS BARRAS DE AÇO COMERCIAL. ∅ (mm) ࢙∅ (cm²) – refere-se ao As da barra comercial 5.0 (3/16”) 0,196 6.3 (1/4”) 0,312 8.0 (5/16”) 0,503 10.0 (3/8”) 0,785 12.5 (1/2”) 1,23 16,0 2,01 20 3,14 25 4,91 32 8,04 40 12,57 Além de ter cuidado com o diâmetro comercial escolhido é importante ter cuidado com a quantidade de barras para que haja um bom preenchimento de concreto na seção transversal, sem que haja formação de ninhos. É importante ressaltar que, a quantidade de barras em vigas deve ser calculada para cada posição, tração e compressão, baseando-se no DMF. Porém, em uma viga com seção retangular a menor quantidade de barras que teremos será: duas na parte inferior e duas na parte superior, uma vez Arquivo em construção – ao verificar um erro favor colaborar e informar por email, hannahfarias@hotmail.com que o estribo também é retangular e deve ter em cada uma de suas arestas uma barra longitudinal. (Eq.4): ݍݐ݀ ݀݁ ܾܽݎݎܽݏ ൌ ܣݏ ݈ܿܽܣݏ ݀ܽ ܾܽݎݎܽ ܿ݉݁ݎ݈ܿ݅ܽ Quando há maiores solicitações e há necessidade de maiores quantidades com barras para combater as solicitações em cada posição o alojamento dessas barras nesta seção transversal pode ser feito em uma ou mais camadas, respeitando o espaçamento horizontal e vertical entre as mesmas, garantindo a concretagem adequada e a passagem do vibrador. Veja nos itens a seguir como podemos verificar e garantir o bom alojamento destas barras. C.2 VERIFICAÇÃO DO ESPAÇAMENTO ENTRE AS BARRAS NA SEÇÃO TRANSVERSAL CRÍTICA– NBR 6118:2014 FIGURA 2 – SEÇÃO TRANSVERSAL DE UMA VIGA E O SEU DETALHAMENTO. i) Espaçamento horizontal entres as barras longitudinais de tração, compressão e porta estribo – ah ݄ܽ ൝ 2cm maior diâmetro adotado entre as barras 1,2 x o dmáx do agregado graúdo ൡ ii) Espaçamento vertical entres as barras longitudinais de tração, compressão e porta estribo – av ࢇ࢜ ൝ 2cm maior diâmetro adotado entre as barras 0,5 x o dmáx do agregado graúdo ൡ iii) Espaçamento vertical entres as barras longitudinais de pele – t ࢚ ൜ 20cmou pelo menos d/3 ൠ Arquivo em construção – ao verificar um erro favor colaborar e informar por email, hannahfarias@hotmail.com C.3 COMPRIMENTO DA ARMADURA – ANCORAGEM – DOBRA C.3.1 ANCORAGEM Todas as barras das armaduras devem ser ancoradas de forma que as forças a que estejam submetidas sejam integralmente transmitidas ao concreto, seja por meio de aderência ou de dispositivos mecânicos ou por combinação de ambos. Acontece quando os esforços são ancorados por meio de um comprimento reto ou com grande raio de curvatura, seguido ou não de gancho. Rs Solicitação atuante na barra; Diâmetro da barra; lb comprimento de ancoragem. fbd Resistência de aderência. Resistência de aderência de cálculo depende de diversos fatores, entre os quais: • Rugosidade da barra; • Posição da barra durante a concretagem; • Diâmetro da barra; • Resistência do concreto; • Retração; • Adensamento; • Porosidade do concreto FIGURA 3 – COMPRIMENTO DE ANCORAGEM E EMENDA POR TRASPASSE EM ARMADURA LONGITUDINAL. COMPRIMENTO DE ANCORAGEM CALCULADO- lbcal: Eq. 5: ݈ܾ݈ܿܽ ൌ ᶲ ସ ∗ ௬ௗ ௗ 25ᶲ ou Pelo menos atender ao ݈ܾ݉݅݊ ݎ݁ݐ ൝ 0,6 ݈ܾ݈ܿܽ 15∅ 20ܿ݉ ൡ Arquivo em construção – ao verificar um erro favor colaborar e informar por email, hannahfarias@hotmail.com Eq. 6: ݂ܾ݀ ൌ Ƞ1 ∗ Ƞ2 ∗ Ƞ3 ∗ 0,7 ∗ ሺ0,3 ∗ ݂ܿ݇ଶ/ଷሻ ߛܿ Onde: lbcal Comprimento de ancoragem básico. Segundo, Libânio Pinheiro: “pode-se dizer que a partir do ponto onde a barra não é necessário (ponto de mudança do DMF) a ancoragem é garantida através do comprimento suplementar a fim de garantir a transferência das tensões da barra para o concreto.” Diâmetro da barra; fyd Resistência de cálculo do aço; fbd Resistência aderência de cálculo de forma aproximada. Segundo, Paulo Sergio Bastos: A determinação da resistência de aderência (fbd) entre o concreto e a armadura é importante e necessária ao cálculo do “comprimento de ancoragem” e do “comprimento de emenda” das barras da armadura. A resistência de aderência depende da resistência do concreto, da rugosidade da superfície da barra de aço, da posição da barra na massa de concreto (situação de aderência) e do diâmetro da barra. As nervuras (saliências) na superfície da barra aumentam significativamente a resistência de aderência. Ƞ1 Coeficiente relativo a capacidade aderente entre o aço e o concreto, ver tabela 8.3 da NBR 6118:2014: Barra nervurada CA-50 Ƞ1 ൌ 2,25 Barra lisa CA-25 Ƞ1 ൌ 1,0 Barra entalhada CA-60 Ƞ1 ൌ 1,4 Ƞ2Coeficiente relativo a posição da barra, depende da região para a qual a barra está posicionada, região de boa ou má aderência: Obs.: Consideram-se zona de boa à aderência – (ver item 9.3.1 da NBR 6118:2014): a) Barras posicionada com inclinação maior que 45° sobre a horizontal; b) Barras longitudinais em vigas com: h < 60 cm, a zona de boa aderência estará localizado no máximo até 30 cm acima da face inferior do elemento; h ³ 60 cm, a zona de boa aderência estará localizado a partir dos 30 cm abaixo da face superior do elemento. Os trechos das barras em outras posições devem ser considerados em situação de má aderência. Ƞ2 = 1,0 para situações de boa aderência (ver item 9.3.1 da NBR 6118:2014). Ƞ2 = 0,7 para situações de má aderência (ver item 9.3.1 da NBR 6118:2014). Ƞ3 Coeficiente que relaciona a tensão de aderência ao diâmetro da barra considerada: Ƞ3= 1,0 para < 32 mm; Ƞ3= (132 – )/100, para 32 mm Arquivo em construção – ao verificar um erro favor colaborar e informar por email, hannahfarias@hotmail.com EXEMPLO.: comprimento de ancoragem aproximado, Adotando: fcK ≤ 50Mpa Brita granítica Aço – CA-50 – fyK = 50 MPa fyd =50/1,15 fyd = 43,48 Aço – Barra nervurada CA-50 Ƞ1 ൌ 2,25 Zona de má aderência Ƞ2 = 0,7 para situações de má aderência Barras com ≤32mm Ƞ3= 1,0 Considerando uma combinação de carregamento permanente + variável ϒc=1,4 Fazendo as substituições na eq. 6, Teremos: ݂ܾ݀ ൌ 2,25 ∗ 0,7 ∗ 1,0 ∗ 0,7 ∗ ሺ0,3 ∗ ݂ܿ݇ ଶ/ଷሻ 1,4 ݂ܾ݀ ൌ 0,236 ∗ ሺ݂ܿ݇ଶ/ଷሻ Assim, substituindo fyd e fbd na equação do comprimento de ancoragem (eq. 5) teremos que lb será equivalente a: ݈ܾ݈ܿܽ ൌ ᶲ4 ∗ ሺ 43,48 0,236 ∗ ሺ݂ܿ݇ଶ/ଷሻሻ 25ᶲ Eq. 7: ݈ܾ݈ܿܽ ൌ ସ,൫మ/య൯ 25ܿ݉, unidade cm Análise de verificação: comparar o comprimento de ancoragem lbcal ao lbmin e decidir o maior valor entre eles. Pelo menos atender ao ݈ܾ݉݅݊ ݎ݁ݐ ൝ 0,6 ݈ܾ݈ܿܽ 15∅ 20ܿ݉ ൡ C.3.2 - ANCORAGEM COM EMENDA DE TRASPASSE RETO: O traspasse por emenda deve ocorrer para o caso exposto acima apenas quando o diâmetro da barra longitudinal a ser emendada por traspasse for ᶲL ≤ 32mm. Ver item 9.5.2 da NBR 6118:2014, o comprimento da emenda deve seguir ao comprimento de ancoragem dados nas equações 7 deve seguir a figura 3. O comprimento de ancoragem analisado deve ser adotado para ambas as barras a serem emendadas, sendo esse comprimento de emenda calculado quando houver mudança do diâmetro entre as barras baseado no maior diâmetro entre as barras, ver item 9.5 da NBR 6118:2014 – pag. 42. As barras comprimidas podem ser ancoradas sem ganchos. Armadura longitudinal de tração no caso de viga biapoiadas deve ter pelo menos duas barras levadas até os apoios se o apoio tiver largura suficiente pode ter o comprimento de ancoragem reto, caso contrário deve ser consideradas as dobras das Arquivo em construção – ao verificar um erro favor colaborar e informar por email, hannahfarias@hotmail.com extremidades a fim de garantir a ancoragem destas barras, sendo a dobra o mais comum. C.3.3 - ANCORAGEM POR DOBRA OU GANCHO: A ancoragem por dobra é comum na extremidades de vigas já que as ferragens são levadas até seus apoios, para estas nem sempre é possível fazer a ancoragem reta, pois há restrição em relação a dimensão desses apoios, sendo então realizadas dobras a 90º, 45º ou ganchos. Os ganchos das extremidades das barras da armadura longitudinal de tração podem ser: a) semicirculares, com ponta reta de comprimento não inferior a 2; b) em ângulo de 45° (interno), com ponta reta de comprimento não inferior a 4; a) c) em ângulo reto, com ponta reta de comprimento não inferior a 10. As dobras devem ser feitas observando os pinos de dobramento, os quais devem ser adequados aos diâmetros das barras longitudinais a serem dobradas, para que estas não percam sua capacidade resistente, as recomendações das dobras devem estar estabelecidas nas especificações do projeto estrutural respeitando o diâmetro interno da curvatura dos ganchos das armaduras longitudinais de tração, ver Tabela 9.1 da NBR 6118:2014. C.3.3.1 - GANCHOS NO CASO DA ANCORAGEM DA ARMADURA DE TRAÇÃO EM APOIOS EXTREMOS ocorre quando lb,cal> lapoio No caso em que o comprimento efetivo do apoio é menor que o comprimento de ancoragem necessário para barras retas - lbcalc, pode-se reduzir este comprimento de ancoragem através da utilização de ganchos na extremidade das barras longitudinais, nessas regiões, conforme observado na figura 4, no entanto, verifica-se que nestas Arquivo em construção – ao verificar um erro favor colaborar e informar por email, hannahfarias@hotmail.com regiões de apoio tendem a ruptura, desta maneira, as dobras das armaduras, nestas regiões, além de contribuírem com a ancoragem, minimizam o risco destas rupturas conforme indicado. FIGURA 4: ANCORAGEM NO APOIO CURTO DE VIGAS. As barras das armaduras devem ser ancoradas a partir da face do apoio, com comprimentos iguais ou superiores ao maior dos seguintes valores: Condição de verificação do tamanho do comprimento da dobra: ݈ܾ݉݅݊ ݀݁ ܾ݀ݎܽ ≥ ൝ 0,3 ݈ܾ݈ܿܽ 10 ᶲ 10ܿ݉ , ൡ ݈ܾ݊݁ܿ݁ݏݏáݎ݅ Onde: Eq. 8: ܾ݀ݎܽ ൌ ݈ܾ݊݁ܿ݁ݏݏáݎ݅ ൌ ߙ1 ∗ ݈ܾ݈ܿܽ ∗ ܣݏ݈ܿܽ ܣݏ, ݂݁݁ݐ݅ݒ ݈݁ ݉݁݊ݏ 10 ᶲ Onde: α1 = 0,7 para barras tracionadas com gancho; lbcal – refere-se ao lbcal conforme equação 7; ܣݏ݈ܿܽ ܣݏ, ݂݁݁ݐ݅ݒ ൌൌ ܽ݀ݐܽݎ݁݉ݏ ൌ 1 Quando o comprimento de ancoragem necessário muito grande para evitar esta ruptura, podemos utilizar grampos complementares para garantir a ancoragem das armaduras, conformemostra as figuras a seguir. FIGURA 5.0: ANCORAGEM NOS APOIOS DE VIGA FEITA COM GRAMPOS. Arquivo em construção – ao verificar um erro favor colaborar e informar por email, hannahfarias@hotmail.com FIGURA 5.1: DETALHAMENTO DA ANCORAGEM NOS APOIOS DE VIGA FEITA COM GRAMPOS. As tabelas A-2 e A-3 fornecidas por Paulo Bastos servem de referência para verificar os valores de ancoragem para as barras longitudinais, respectivamente, para barras longitudinais CA-50A e CA-60. Tabela A-2 COMPRIMENTO DE ANCORAGEM lb (cm) para As,ef = As,calc e aço CA-50 nervurado (mm) Concreto C15 C20 C25 C30 C35 C40 C45 C50 Sem Com Sem Com Sem Com Sem Com Sem Com Sem Com Sem Com Sem Com 6,3 48 33 39 28 34 24 30 21 27 19 25 17 23 16 21 15 33 23 28 19 24 17 21 15 19 13 17 12 16 11 15 10 8 61 42 50 35 43 30 38 27 34 24 31 22 29 20 27 19 42 30 35 24 30 21 27 19 24 17 22 15 20 14 19 13 10 76 53 62 44 54 38 48 33 43 30 39 28 36 25 34 24 53 37 44 31 38 26 33 23 30 21 28 19 25 18 24 17 12,5 95 66 78 55 67 47 60 42 54 38 49 34 45 32 42 30 66 46 55 38 47 33 42 29 38 26 34 24 32 22 30 21 16 121 85 100 70 86 60 76 53 69 48 63 44 58 41 54 38 85 59 70 49 60 42 53 37 48 34 44 31 41 29 38 27 20 151 106 125 87 108 75 95 67 86 60 79 55 73 51 68 47 106 74 87 61 75 53 67 47 60 42 55 39 51 36 47 33 22,5 170 119 141 98 121 85 107 75 97 68 89 62 82 57 76 53 119 83 98 69 85 59 75 53 68 47 62 43 57 40 53 37 25 189 132 156 109 135 94 119 83 108 75 98 69 91 64 85 59 132 93 109 76 94 66 83 58 75 53 69 48 64 45 59 42 32 242 169 200 140 172 121 152 107 138 96 126 88 116 81 108 76 169 119 140 98 121 84 107 75 96 67 88 62 81 57 76 53 40 303 212 250 175 215 151 191 133 172 120 157 110 145 102 136 95 212 148 175 122 151 105 133 93 120 84 110 77 102 71 95 66 Valores de acordo com a NBR 6118/14 adotou-se c = 1,4 e s = 1,15 No Superior: Má Aderência - No Inferior: Boa Aderência lb Sem e Com ganchos nas extremidades As,ef = área de armadura efetiva ; As,calc = área de armadura calculada O comprimento de ancoragem deve ser maior do que o comprimento mínimo ࢈ࢉࢇࡾࡱࢀ ൝ , ࢈ࢉࢇ ࣘ ࢉ ൡ ࢈ࢉࢇࡰࡻࡾ ൝ , ࢈ࢉࢇ ࣘ ࢉ ൡ Arquivo em construção – ao verificar um erro favor colaborar e informar por email, hannahfarias@hotmail.com Tabela A-3 COMPRIMENTO DE ANCORAGEM b (cm) para As,ef = As,calc e aço CA-60 entalhado (mm ) Concreto C15 C20 C25 C30 C35 C40 C45 C50 Sem Com Sem Com Sem Com Sem Com Sem Com Sem Com Sem Com Sem Com 3,4 50 35 41 29 35 25 31 22 28 20 26 18 24 17 22 16 35 24 29 20 25 17 22 15 20 14 18 13 17 12 16 11 4,2 61 43 51 35 44 31 39 27 35 24 32 22 29 21 27 19 43 30 35 25 31 21 27 19 24 17 22 16 21 14 19 13 5 73 51 60 42 52 36 46 32 41 29 38 27 35 25 33 23 51 36 42 30 36 25 32 23 29 20 27 19 25 17 23 16 6 88 61 72 51 62 44 55 39 50 35 46 32 42 29 39 27 61 43 51 35 44 31 39 27 35 24 32 22 29 21 27 19 7 102 71 84 59 73 51 64 45 58 41 53 37 49 34 46 32 71 50 59 41 51 36 45 32 41 28 37 26 34 24 32 22 8 117 82 96 67 83 58 74 51 66 46 61 42 56 39 52 37 82 57 67 47 58 41 51 36 46 33 42 30 39 27 37 26 9,5 139 97 114 80 99 69 87 61 79 55 72 50 67 47 62 43 97 68 80 56 69 48 61 43 55 39 50 35 47 33 43 30 Valores de acordo com a NBR 6118/14 No Superior: Má Aderência ; No Inferior: Boa Aderência b Sem e Com ganchos nas extremidades As,ef = área de armadura efetiva ; As,calc = área de armadura calculada 0,3 b O comprimento de ancoragem deve ser maior do que o comprimento mínimo: b,mín 10 100 mm c = 1,4 ; s = 1,15 Arquivo em construção – ao verificar um erro favor colaborar e informar por email, hannahfarias@hotmail.com 3.2 ARMADURA TRANSVERSAL DE VIGAS As vigas quando submetidas as suas solicitações de carga transversal ao seu comprimento precisam ser dimensionadas para combater os efeitos destas solicitações: SEÇÃO TRANSVERSAL DE CONCRETO as dimensões da seção transversal, largura e altura precisam ser definidas tomando-se como base as propriedades da seção geométrica, as propriedades dos materiais e as exigências normativas. A ARMADURA LONGITUDINAL PRINCIPAL E PORTA ESTRIBO baseando- se na análise do DMF as armaduras longitudinais são dimensionadas para combater a flexão. A ARMADURA TRANSVERSAL Esta armadura é dimensionada a partir da análise do diagrama de esforço cortante a fim de combater os efeitos do cisalhamento. Nesta seção trataremos do dimensionamento desta armadura, chamada de estribo. FIGURA 6– Fissuração em vigas. 3.2.1 CONSIDERAÇÕES: Segundo Prof. Dr. PAULO SÉRGIO DOS SANTOS BASTOS - notas de aula 2323 – estruturas de concreto armado 2 - DIMENSIONAMENTO DE VIGAS DE CONCRETO ARMADO À FORÇA CORTANTE: “A ruptura por efeito de força cortante é iniciada após o surgimento de fissuras inclinadas, causadas pela combinação de força cortante, momento fletor e eventualmente forças axiais. E a quantidade de variáveis que influenciam a ruptura é muito grande, com: geometria, dimensões da viga, resistência do concreto, quantidade de armaduras longitudinal e transversal, características do carregamento, vão, etc. Como o comportamento de vigas à força cortante apresenta grande complexidade e dificuldades de projeto, este assunto tem sido um dos mais pesquisados, no passado bem como no presente.” De modo sucinto e generalista, a função dos estribos é resistir aos esforços cortante/cisalhamento, conforme mostra a figura 6. O Dimensionamento dos estribos em vigas submetidas a flexão está baseado nos estudos de Morsh e Ritter, os quais Arquivo em construção – ao verificar um erro favor colaborar e informar por email, hannahfarias@hotmail.com observaram que o comportamento de fissuração das vigas de concreto poderia ser, de forma aproximada, análogo ao comportamento de uma treliça. Para entendermos tal analogia analisaremos o comportamento de uma viga apresentada no artigo CISALHAMENTO EM VIGAS – CAPÍTULO 13 de Libânio M. Pinheiro, Cassiane D. Muzardo, Sandro P. Santos (http://www.fec.unicamp.br/~almeida/cv714/Cisalhamento.pdf). O modelo apresentado por pinheiro, mostra a fissuração de uma viga biapoiada quando esta é submetida gradativamente a um aumento de carregamento, veja a figura a seguir: FIGURA 7– Evolução da fissuração em vigas. Mörsch e Ritter observaram esse tipo de fissuração e consideraram que o comportamento estrutural da viga era aproximado ao de uma treliça como a indicada na Figura 8. FIGURA 8 – Analogia da fissuração em vigas com a treliça de Morsh. Arquivo em construção – ao verificar um erro favor colaborar e informar por email, hannahfarias@hotmail.com Assim, baseado na analogia desenvolveu-se uma modelo de cálculo o qual considera que: A) Na viga a região de compressão é admitida como banzo superior de uma treliça. B) Na viga a armadura longitudinal de tração é admitida como banzo inferior de uma treliça. C) A região entre as fissuras das vigas representam as bielas comprimidas de uma treliça. D) A treliça é isostática. E) As fissuras, e portanto as bielas de compressão, ocorrem com inclinação de 45°. F) A armadura transversal deverá ser disposta a 45° ou a 90°. G) Os banzos ocorrem de forma paralela. No entanto, os estudos experimentais mostram algumas diferenças no comportamento entre as treliças idealizadas por eles e o real comportamento estrutural das vigas. Dentre outras diferenças, os estudos mostram que as fissuras nos protótipos de vigas ensaiadas a flexão em laboratórios apresentam inclinação inferiores e compreendida entre 30°≤ϴ≤45°. Assim, baseado nessas imperfeiçoes a NBR 6118 (2014), item 17.4.1, recomendaque sejam feitas verificações e correções ao modelo matemático desenvolvido por Ritter e Morsh, dentre estas estabelece que parte dos esforços solicitantes no cálculo desses estribos podem ser absorvidos pelo concreto – (Vc – força cortante absorvida pelo concreto) que reduz demonstra que os modelos de cálculo normativo resultam em menor quantidade de estribos e/ou menor área de seção transversal de aço. O dimensionamento dos estribos recomendado pela norma estabelece que o cálculo das tensões decorrentes da força cortante em vigas deve ser feito pela aplicação dos modelos de cálculo I ou II, conforme 17.4.2.2 e 17.4.2.3 e a parcela do cortante absorvida pelo concreto pode ser obtida conforme equação dada a seguir: Vc ൌ 0,6*fctd *bw *d — No modelo I, o valor de Vc deve ser multiplicado pelo fator redutor 0,5; — No modelo II, o valor de Vc deve ser multiplicado pelo fator redutor 0,5. Baseado na NBR 6118:2014 e no modelo tradicional da treliça de Ritter e Morsh, o Prof. Dr. PAULO SÉRGIO DOS SANTOS BASTOS - notas de aula 2323 – estruturas de concreto armado 2 - VIGAS DE CONCRETO ARMADO, estabelece um modelo simplificado de dimensionamento de esforço cortante, o qual será apresentado nos próximos itens. Arquivo em construção – ao verificar um erro favor colaborar e informar por email, hannahfarias@hotmail.com 3.2.2 DIMENSIONAMENTO E VERIFICAÇÕES DOS ESTRIBOS: 3.2.3.1 MÉTODO SIMPLIFICADO: De forma inicial devemos definir o diagrama de esforço cortante - DEC da viga em análise. Por conseguinte, sigamos o roteiro dado a seguir: A. Força cortante de serviço – Vsd B. Verificação das diagonais de compressão – VRd2: A força cortante resistente de cálculo (VRd2), refere-se a análise para verificar a capacidade resistente do elemento estrutural relacionando a resistência do concreto e as características geométricas da seção transversal da viga (bw e d). Após deduções, temos a equação simplificada para estribos que serão dispostos a 90°: ࢂࡾࢊ ൌ , ૠ ∗ ࢻ࢜ ∗ ࢌࢉࢊ ∗ ࢈࢝ ∗ ࢊ Fórmula com deduções onde: VRd2 em KN fcd em KN/cm² bw e d em cm Onde: ࢻ࢜ ൌ ൬ െ ࢌࢉ൰ Fórmula com deduções resultando em αv adimensional e fck deve ser inserido na fórmula em em ܯܲܽ. De acordo com a NBR 6118:2014 os valores de VRd2 devem ser comparados a Vsd, conforme as seguintes condições, se: Vsd ≤ VRd2 Verificação demonstra que não ocorrerá o esmagamento das bielas de compressão e pode-se assim dimensionar a armadura transversal para a seção conforme as equações simplificadas demonstradas na tabela A-5 do Prof. Dr Paulo Bastos. Vsd ≥ VRd2 Devemos aumentar as dimensões da seção transversal da viga e/ou a classe do concreto até que Vsd ≤ VRd2 seja atendida, além disso, pode-se verificar o modelo de cálculo 2 e não adotar o método de cálculo simplificado, a fim de verificar se Vsd ≤ VRd2 será atendida. ܸݏ݀ ൌ ܸ݇ ∗ ߛܿ Onde: Vsd Força cortante de serviço; Vk Maior força cortante para região da viga em análise. ϒc coeficiente de majoração dos esforços. Arquivo em construção – ao verificar um erro favor colaborar e informar por email, hannahfarias@hotmail.com Porém de forma simplificada, respeitando-se que Vsd ≤ VRd2, segue-se com os cálculos determinando Vsd,min e Asw (área de aço para os estribos), conforme as equações da tabela A-5 proposta por Paulo Bastos. Estas equações apresentam-se de forma deduzida e relacionadas a cada uma das classes do concreto do grupo I, veja a seguir: Após verificar o atendimento da condição estabelecida, segue-se com os demais passos de dimensionamento pelo método simplificado. C. Cálculo da armadura transversal: C.1 - Força cortante mínima que deve ser considerada - Vsdmin: Segundo as recomendações normativas deve haver na viga um cortante mínimo a ser considerado, em função do critério da taxa mínima de aço. Para tanto, no método simplificado podemos adotar a tabela A-5 vista anteriormente. Exemplo: Caso estivéssemos analisando uma viga de concreto C25, adotando aço CA-50, consultando a tabela A-5, encontraríamos a seguinte equação: Vsdmin ൌ 0,117*bw*d Assim utilizando a equação disponibilizada na tabela A-5, substituindo bw e d, em centímetros, encontraríamos Vsdmin em KN. O valor de Vsdmin determinado deve atender a condição a seguir: Arquivo em construção – ao verificar um erro favor colaborar e informar por email, hannahfarias@hotmail.com CONDIÇÃO DE VERIFICAÇÃO NORMATIVA ESTABELECIDA NA NBR 6118:2014 Vsd > Vsdmin Devemos calcular armadura baseada na área de aço calculada. A eq. Para Área de aço calculada para os estribos – 90° também será encontrada adotando-se a tabela A-5. Vsd < Vsdmin Devemos calcular armadura baseada na armadura mínima, em função da taxa mínima de aço. A equação para determinar a Área de aço calculada para os estribos, dispostos a 90° também será encontrada adotando-se a tabela A-5. Exemplo: para uma viga com concreto C25 e aço CA-50, consultando a tabela encontraríamos a seguinte equação: ࢙࢝ ൌ , ∗ ࢂ࢙ࢊࢊ ∗ െ, ∗ ܊ܟ Aswcm²/m Bw cm Dcm VsdKN Já a equação para obtermos a área de aço mínima para os estribos de uma viga deve atender a equação dada a seguir: ࢙࢝,ࢇ ൌ ∗ ࢌࢉ࢚ ∗ ࢈࢝ࢌ࢟ Onde: fctm Resistencia média a tração do concreto, KN/cm²; bwlargura da viga em cm; fykResistência ao escoamento do aço, KN/cm² 20 é um coeficiente da fórmula, o qual relaciona o menor diâmetro comercial do aço permitido para os estribos, que é 5mm, com sua área, ou seja, para =5mm ࢙∅- 0,196(cm²) ou ainda ࢙∅= aprox. 0,20(cm²), veja tabela 1. Para definirmos fctm, na ausência de ensaios, podemos aplicar a equação dada na NBR 6118:2014: ࢌࢉ࢚ ൌ , ∗ ඥࢌࢉ , ࢉ ࢌࢉ ࢋ ࡹࡼࢇ D. Detalhamento da armadura transversal - estribos Após calcular a área de aço necessária para combater o esforço cortante, Asw ou Asmin, devemos escolher o diâmetro comercial, definir a quantidade de estribos, o espaçamento entre eles, o número de ramos que esse estribo terá e qual o comprimento total dos mesmos. Arquivo em construção – ao verificar um erro favor colaborar e informar por email, hannahfarias@hotmail.com Os estribos para forças cortantes devem ser fechados através de um ramo horizontal, envolvendo as barras da armadura longitudinal de tração, e ancorados na face oposta. Quando essa face também puder estar tracionada, o estribo deve ter o ramo horizontal nessa região, ou complementado por meio de barra adicional. D.1 - ESCOLHA DO DIÂMETRO De acordo com a NBR 6118:2014, deve a tender as condições a seguir: ARMADURA TRANSVERSAL CONDIÇÃO NORMATIVA Aço CA-50 ou CA-60 5݉݉ ∅ݐ ܾݓ10 Barra lisa 5݉݉ ∅ݐ 12݉݉ Telas soldadas 4,2݉݉ ∅ݐ ܾݓ10 D.2 - ESPAÇAMENTO MÍNIMO ENTRE ESTRIBOS medido segundo o eixo longitudinal do elemento estrutural, deve ser suficiente para permitir a passagem do vibrador, garantindo um bom adensamento da massa. PEDIR AOS ALUNOS QUE PESQUISEM O DIÃMETROS MAIS COMUNS DE AGULHAS DE VIBRADORES. D.3 - ESPAÇAMENTO LIMITE MÁXIMO definido pela norma estabelece que: Se Vsd 0,67 VRd2 ݏ݉áݔ ቄ0,6 ∗ ݀30ܿ݉ ቅ Se Vsd 0,67 VRd2 ݏ݉áݔ ቄ0,3 ∗ ݀20ܿ݉ ቅ D.4 - ANCORAGEM EM ESTRIBOS – NBR 6118 2014 - D.5 ESPAÇAMENTO ENTRE UM ESTRIBO E O SEGUINTE Após calcular asw ou Aswmín e verificarmos se o número de ramos igual a dois atende as exigências, para Arquivo em construção – ao verificar um erro favor colaborar e informar por email, hannahfarias@hotmail.com definirmos o diâmetro e o espaçamento podemos consultar a tabela A-1 e encontrar a área mais próxima do valorcalculado. Veja a tabela A-1 a seguir: Tabela A-1 ÁREA DE ARMADURA POR METRO DE LARGURA (cm2/m) Espaçamento (cm) Diâmetro Nominal (mm) 4,2 5 6,3 8 10 12,5 5 2,77 4,00 6,30 10,00 16,00 25,00 5,5 2,52 3,64 5,73 9,09 14,55 22,73 6 2,31 3,33 5,25 8,33 13,33 20,83 6,5 2,13 3,08 4,85 7,69 12,31 19,23 7 1,98 2,86 4,50 7,14 11,43 17,86 7,5 1,85 2,67 4,20 6,67 10,67 16,67 8 1,73 2,50 3,94 6,25 10,00 15,63 8,5 1,63 2,35 3,71 5,88 9,41 14,71 9 1,54 2,22 3,50 5,56 8,89 13,89 9,5 1,46 2,11 3,32 5,26 8,42 13,16 10 1,39 2,00 3,15 5,00 8,00 12,50 11 1,26 1,82 2,86 4,55 7,27 11,36 12 1,15 1,67 2,62 4,17 6,67 10,42 12,5 1,11 1,60 2,52 4,00 6,40 10,00 13 1,07 1,54 2,42 3,85 6,15 9,62 14 0,99 1,43 2,25 3,57 5,71 8,93 15 0,92 1,33 2,10 3,33 5,33 8,33 16 0,87 1,25 1,97 3,13 5,00 7,81 17 0,81 1,18 1,85 2,94 4,71 7,35 17,5 0,79 1,14 1,80 2,86 4,57 7,14 18 0,77 1,11 1,75 2,78 4,44 6,94 19 0,73 1,05 1,66 2,63 4,21 6,58 20 0,69 1,00 1,58 2,50 4,00 6,25 22 0,63 0,91 1,43 2,27 3,64 5,68 24 0,58 0,83 1,31 2,08 3,33 5,21 25 0,55 0,80 1,26 2,00 3,20 5,00 26 0,53 0,77 1,21 1,92 3,08 4,81 28 0,49 0,71 1,12 1,79 2,86 4,46 30 0,46 0,67 1,05 1,67 2,67 4,17 33 0,42 0,61 0,95 1,52 2,42 3,79 Diâmetros especificados pela NBR 7480. D.6 - ESPAÇAMENTO TRANSVERSAL ENTRE RAMOS SUCESSIVOS da armadura constituída por estribos não pode exceder os seguintes valores: — se Vd 0,20 VRd2 , então st,máx = d 800 mm; — se Vd > 0,20 VRd2 , então st,máx = 0,6 d 350 mm. Arquivo em construção – ao verificar um erro favor colaborar e informar por email, hannahfarias@hotmail.com 4 ARMADURA DE PELE EM VIGAS A armadura de pele refere-se ao aço disposto longitudinalmente na viga com altura superior a 60cm, conforme mostra a figura 2. Deve ser utilizada para reforçar toda a face lateral das vigas a fim de minimizar os problemas decorrentes da fissuração por flexão nessa região, também minimizam a fissuração por retração devido as variações de temperaturas durante a cura. A NBR 6118:2014 nos itens 17.3.5.2.3 e 18.3.5 apresenta considerações sobre a armadura de pele em vigas, segue: A armadura de pele deve ser calculada conforme equação a baixo: ࢙, ࢋࢋ ൌ , % ∗ ࢉ, ࢇࢇ ou ࢙, ࢋࢋ ൌ , ∗ ࢈࢝ ∗ ࢎ ࢙, ࢋࢋ ቆࢉ ቇ െ ࢌࢇࢉࢋ ࢊࢇ ࢜ࢍࢇ Onde: As, pele refere-se a área da seção transversal de aço necessária para cada face lateral da viga de concreto armado, unidade: cm². Ac,alma Refere-se a área da seção transversal de concreto armado, na qual iremos dispor armaduras longitudinais e porta estribo. Unidade cm². A armadura de pele deve ser consideradas em vigas com H≥ 60 cm, segundo a NBR 6118:2014; Não podemos adotar barras lisas, apenas as barras CA-50 ou CA-60 serão adotadas; As barras para armadura de pele devem estará disposta de modo que o espaçamento vertical (tpele) entre elas não ultrapasse ao menor valor obtido na condição dada a seguir: ࢚ࢋࢋ ቊࢉࢊ ൗ ቋ As armaduras principais de tração e de compressão não podem ser computadas no cálculo da armadura de pele. Embora a norma indique a disposição de armadura de pele somente em vigas com alturas superiores a 60 cm, recomenda-se a sua aplicação em vigas com altura Arquivo em construção – ao verificar um erro favor colaborar e informar por email, hannahfarias@hotmail.com maior ou igual 50 cm, para evitar o aparecimento de fissuras superficiais por retração, (devido a variações de temperatura nas faces laterais verticais), as quais acarretam preocupações aos executores da obra. Nesses casos, a armadura de pele pode ser adotada igual à sugerida na Eq. 9, ou uma quantidade menor, como aquela que era indicada na NB 1 de 1978, veja a seguir: ࢙, ࢋࢋ ൌ , % ∗ ࢉ, ࢇࢇ ou ࢙, ࢋࢋ ൌ , ∗ ࢈࢝ ∗ ࢎ ࢘ ࢌࢇࢉࢋ ࢊࢋ ࢜ࢍࢇ ࢉ ࡴ ൌ ࢉ Onde: As, pele refere-se a área da seção transversal de aço necessária para cada face lateral da viga de concreto armado, unidade: cm². Ac,alma Refere-se a área da seção transversal de concreto armado, na qual iremos dispor armaduras longitudinais e porta estribo. Unidade cm². 5 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Projeto de estruturas de concreto – Procedimento, NBR 6118. Rio de Janeiro, ABNT, 2014, 238p. 2. Bastos, Paulo Sérgio Dos Santos ‐ VIGAS DE CONCRETO ARMADO – Disciplina 2323: Estruturas de concreto II – UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA – Departamento de Engenharia Civil ‐ Campus Bauru/SP – JUNHO/2015 – wwwp.feb.unesp.br/pbastos Arquivo em construção – ao verificar um erro favor colaborar e informar por email, hannahfarias@hotmail.com 6 ANEXOS TABELAS Tabela KMD PARA CONCRETO C20 A C50 λ e2 ecu KMD KX KZ ec es KMD KX KZ ec es 0,010 0,015 0,9941 0,150 10,000 0,235 0,414 0,8343 3,500 4,950 0,015 0,022 0,9911 0,228 10,000 0,240 0,425 0,8299 3,500 4,730 0,020 0,030 0,9881 0,307 10,000 0,245 0,437 0,8254 3,500 4,518 0,025 0,037 0,9851 0,388 10,000 0,250 0,448 0,8208 3,500 4,314 0,030 0,045 0,9820 0,470 10,000 0,255 0,459 0,8162 3,500 4,118 0,035 0,053 0,9790 0,555 10,000 0,260 0,471 0,8115 3,500 3,929 0,040 0,060 0,9759 0,641 10,000 0,265 0,483 0,8068 3,500 3,746 0,045 0,068 0,9728 0,730 10,000 0,270 0,495 0,8020 3,500 3,569 0,050 0,076 0,9697 0,821 10,000 0,275 0,507 0,7970 3,500 3,398 0,055 0,084 0,9665 0,913 10,000 0,280 0,520 0,7921 3,500 3,232 0,060 0,092 0,9634 1,008 10,000 0,285 0,533 0,7870 3,500 3,072 0,065 0,100 0,9602 1,106 10,000 0,290 0,545 0,7818 3,500 2,916 0,070 0,108 0,9570 1,205 10,000 0,295 0,559 0,7765 3,500 2,765 0,075 0,116 0,9537 1,308 10,000 0,300 0,572 0,7712 3,500 2,618 0,080 0,124 0,9505 1,413 10,000 0,305 0,586 0,7657 3,500 2,475 0,085 0,132 0,9472 1,520 10,000 0,310 0,600 0,7601 3,500 2,336 0,090 0,140 0,9439 1,631 10,000 0,315 0,614 0,7544 3,500 2,200 0,095 0,149 0,9406 1,744 10,000 0,320 0,629 0,7485 3,500 2,067 0,100 0,157 0,9372 1,861 10,000 0,323 0,636 0,7455 3,500 2,000 0,105 0,165 0,9339 1,981 10,000 0,325 0,644 0,7425 3,500 1,938 0,110 0,174 0,9305 2,104 10,000 0,330 0,659 0,7364 3,500 1,811 0,115 0,182 0,9270 2,231 10,000 0,335 0,675 0,7301 3,500 1,687 0,120 0,191 0,9236 2,362 10,000 0,340 0,691 0,7236 3,500 1,565 0,125 0,200 0,9201 2,497 10,000 0,345 0,708 0,7169 3,500 1,446 0,130 0,209 0,9166 2,635 10,000 0,350 0,725 0,7100 3,500 1,328 0,135 0,217 0,9130 2,779 10,000 0,355 0,743 0,7029 3,500 1,213 0,140 0,226 0,9094 2,926 10,000 0,360 0,761 0,6955 3,500 1,098 0,145 0,235 0,9058 3,079 10,000 0,365 0,780 0,6879 3,500 0,985 0,155 0,254 0,8985 3,399 10,000 0,370 0,800 0,6799 3,500 0,873 0,158 0,259 0,8963 3,500 10,000 0,375 0,821 0,6715 3,500 0,762 0,160 0,263 0,8948 3,500 9,810 0,380 0,843 0,6627 3,500 0,651 0,165 0,272 0,8911 3,500 9,353 0,170 0,282 0,8873 3,500 8,922 0,175 0,291 0,8835 3,500 8,515 0,180 0,301 0,8796 3,500 8,131 0,185 0,311 0,8757 3,500 7,766 0,190 0,320 0,8718 3,500 7,420 0,195 0,330 0,8678 3,500 7,092 0,200 0,340 0,8638 3,500 6,779 0,205 0,351 0,8597 3,500 6,481 0,210 0,361 0,8556 3,500 6,197 0,215 0,371 0,8515 3,500 5,926 0,220 0,382 0,8473 3,500 5,666 0,225 0,393 0,8430 3,500 5,417 0,230 0,403 0,8387 3,500 5,179 0,235 0,414 0,8343 3,500 4,950 DO M IN IO 2 DO M IN IO 4 DO M IN IO 3 DO M IN IO 3 0,80 0,85 2‰ 3,5‰ CONCRETO 20MPa a 50MPa cdw d fdb MKMD 2 yd d s fdKZ MA Arquivo em construção – ao verificar um erro favor colaborar e informar por email, hannahfarias@hotmail.com PLANTA BAIXA COM LANÇAMENTO DOS ELEMENTOS ESTRUTURAIS
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