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UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE CENTRO TECNOLÓGICO PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL CURSO DE CONCRETO ARMADO Capítulo VII – Detalhamento de Elementos Fletidos MAYRA PERLINGEIRO, LEONARDO VALLS, BERNARDO ROCHA e EDUARDO VALERIANO pág. 117 VII.1 PERSPECTIVA GERAL DA ETAPA DE DETALHAMENTO Após a etapa de Concepção, as estruturas são representadas na etapa de Análise por modelos, com frequência formados por elementos unidimensionais (barras), nos quais são escolhidas as seções de interesse. Nestas seções, para cada composição de ações, obtêm-se os valores das solicitações/tensões com respectivos deslocamentos/deformações. Nos vínculos dos modelos com o meio externo ou mesmo em vínculos internos são obtidas reações de apoio. Em estruturas de concreto armado as tensões e deformações obtidas são de pouco interesse nas análises correntes. Já as solicitações, como visto nos capítulos anteriores, são utilizadas para o dimensionamento de seções nos ELUs e os deslocamentos para verificações de ELSs. Ao se encerrar o detalhamento dos elementos que compõem uma estrutura atinge-se o ponto em que o processo de projetar, desenvolvido nas quatro etapas citadas, passa a compor um produto denominado projeto estrutural, constituído essencialmente pelas plantas de forma, nas quais se concentram o resultado da etapa de concepção estrutural, e pelas plantas de armação, que condensam os resultados das etapas de análise, dimensionamento e detalhamento estruturais. Verifica-se assim claramente a importância do detalhamento, cujo resultado é disponibilizado como linguagem final do projeto estrutural conduzida à fase seguinte, a execução da construção. Por meio do uso de técnicas consagradas pela prática da Engenharia Estrutural e da aplicação de prescrições normalizadas, o detalhamento adequado atende aos três requisitos da NBR-6118, passando-se ao processo de construção um projeto que garanta segurança, utilização apropriada e durabilidade da estrutura. Ao sintetizar o resultado das etapas anteriores do projeto estrutural, o detalhamento incorpora seus objetivos e os unifica ao definir cada armadura de cada elemento da estrutura. UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE CENTRO TECNOLÓGICO PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL CURSO DE CONCRETO ARMADO Capítulo VII – Detalhamento de Elementos Fletidos MAYRA PERLINGEIRO, LEONARDO VALLS, BERNARDO ROCHA e EDUARDO VALERIANO pág. 118 Assim, deve o detalhamento visar o atendimento pleno dos três requisitos gerais impostos pela ABNT-NBR 6118:2014 à estrutura nas etapas anteriores. Os critérios de projeto e prescrições normativas do método dos Estados Limites visam em última análise uma proporção de equilíbrio adequado entre os requisitos apontados e a contenção de custos do processo. O detalhamento de elementos fletidos (vigas, lajes, sapatas, etc.) deve ser feito com base nos princípios gerais estabelecidos nos itens anteriores e com base nas prescrições da NBR 6118:2014 contidas no item 18.3 a seguir analisadas. As prescrições que seguem referem-se a vigas isostáticas com relação l/h ≥ 3,0 e a vigas contínuas com relação l/h ≥ 2,0 em que l é o comprimento do vão teórico (ou o dobro do comprimento teórico, no caso de balanço) e h a altura total da viga. Vigas com relações l/h menores devem ser tratadas como vigas-parede. As armaduras fundamentais que integram elementos fletidos lineares como vigas e pórticos são de dois tipos básicos: Armadura Transversal > Para resistir à tração decorrente de solicitações transversais de cortante e torsor. Armaduras Longitudinais > Subdivididas em Armadura de Flexão ou principal, Armadura de Pele e Armadura construtiva. As armaduras longitudinais de flexão desdobram-se em: Armadura positiva > Para momentos que tracionam o bordo inferior dos elementos fletidos. Armadura negativa > Para momentos que tracionam o bordo superior dos elementos fletidos. Já as armaduras transversais, denominadas estribos, são aquelas que se destinam a absorver a tração oriunda de solicitações cortantes e definidas pelos montantes da Analogia da Treliça de Mörsch. UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE CENTRO TECNOLÓGICO PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL CURSO DE CONCRETO ARMADO Capítulo VII – Detalhamento de Elementos Fletidos MAYRA PERLINGEIRO, LEONARDO VALLS, BERNARDO ROCHA e EDUARDO VALERIANO pág. 119 VII.2 OBJETIVOS DO DETALHAMENTO DOS ELEMENTOS FLETIDOS As prescrições normativas e as técnicas de detalhamento dos elementos em geral e das armaduras de elementos lineares fletidos em especial tem como principais objetivos: a) Relacionados com a fase de execução da estrutura: 1. Permitir a montagem das armaduras em sua totalidade. 2. Enrijecer o conjunto completo de toda a armadura passiva e assim permitir sua montagem fora da forma e transporte para seu interior por meio manual ou mecanizado. 3. Garantir a permanência das armaduras nas posições previstas em projeto durante as etapas de lançamento e adensamento do concreto. 4. Permitir no lançamento do concreto, sua passagem para o interior das formas e seu subsequente adensamento por meio de vibração adequada preenchendo completamente os recantos das mesmas. 5. Permitir a passagem do ponteiro do vibrador na etapa de adensamento, possibilitando o preenchimento dos recantos das formas. 6. Controlar a formação e abertura de fissuras de retração nas fases de pega e cura do concreto. 7. Permitir quando necessário, a suspensão do elemento estrutural para movimentações decorrentes de sua produção, estoque e lançamento. 8. Reforçar regiões de aberturas e furos quando necessário. b) Relacionados com o funcionamento da estrutura: 9. Estender os requisitos segurança e utilização das seções dimensionadas e verificadas a todo o elemento. 10. Evitar que esta extensão seja feita com segurança excessiva, dispondo as barras em quantidades, espaçamentos e comprimentos ajustados a real necessidade dos respectivos elementos estruturais. 11. Compatibilizar o modelo utilizado na Análise Estrutural com os modelos físico- matemáticos adotados para dimensionamentos dos elementos. UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE CENTRO TECNOLÓGICO PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL CURSO DE CONCRETO ARMADO Capítulo VII – Detalhamento de Elementos Fletidos MAYRA PERLINGEIRO, LEONARDO VALLS, BERNARDO ROCHA e EDUARDO VALERIANO pág. 120 12. Compatibilizar os modelos físico-matemáticos usados nos distintos dimensionamentos, em espacial o de flexão com o de cortante. 13. Garantir a transferência das reações nos vínculos da estrutura com funcionamento adequado destas regiões de descontinuidade. 14. Garantir o funcionamento de regiões com descontinuidades geométricas como cantos de quadros e mudanças de direção no próprio elemento. 15. Evitar a ruptura frágil de elementos com reduzidas solicitações. c) Relacionados com a durabilidade da estrutura: 16. Garantir a proteção física do aço pelo concreto. 17. Controlar a abertura de fissuras por flexão nas regiões tracionadas entre a linha neutra e o tirante tracionado no qual se verificou o ELS-W. 18. Controlar a formação e abertura de fissuras nas regiões tracionadas por cisalhamento (cortante e torsor). VII.3 DETALHAMENTO TRANSVERSAL DA ARMADURA LONGITUDINAL A disposição transversal das armaduras de flexão no interior de elementos fletidos deve permitir o lançamento do concreto e sua passagem para o interior das formas, bem como o subsequente adensamento por meio de vibraçãointerna preenchendo completamente os recantos, prevendo a passagem do ponteiro do vibrador. Para se garantir isto e também a proteção física do aço pelo concreto, a disposição da armadura dentro da seção transversal fica vinculada a dois parâmetros: O cobrimento das armaduras O espaçamento entre barras. VII.3.1 – Cobrimento das Armaduras O cobrimento das armações tem como finalidade garantir no nível físico a proteção do aço pelo concreto e é diretamente responsável pelo requisito durabilidade da estrutura. UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE CENTRO TECNOLÓGICO PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL CURSO DE CONCRETO ARMADO Capítulo VII – Detalhamento de Elementos Fletidos MAYRA PERLINGEIRO, LEONARDO VALLS, BERNARDO ROCHA e EDUARDO VALERIANO pág. 121 De acordo com o item 7.4 e seus subitens, devem ser observadas para definição do cobrimento as seguintes prescrições: “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 (∆c). Assim, as dimensões das armaduras e os espaçadores devem respeitar os cobrimentos nominais, estabelecidos na tabela 7.2, para ∆c=10 mm; e “Nas obras correntes o valor de ∆c deve ser maior ou igual a 10 mm”. Tabela 1 - Correspondência entre Classe de Agressividade Ambiental e Cobrimento nominal para ∆c=10 mm “Quando houver um adequado controle de qualidade e rígidos limites de tolerância da variabilidade das medidas durante a execução pode ser adotado o valor ∆c = 5 mm, mas a exigência controle rigoroso deve ser explicitada nos desenhos de projeto. Permite-se, então, a redução dos cobrimentos nominais prescritos na tabela 7.2 em 5 mm”. Obs.: A tabela 7.2 referida neste item corresponde à tabela 1 deste texto. UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE CENTRO TECNOLÓGICO PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL CURSO DE CONCRETO ARMADO Capítulo VII – Detalhamento de Elementos Fletidos MAYRA PERLINGEIRO, LEONARDO VALLS, BERNARDO ROCHA e EDUARDO VALERIANO pág. 122 “Os cobrimentos nominais e mínimos estão sempre referidos à superfície da armadura externa, em geral à face externa do estribo. O cobrimento nominal de uma determinada barra deve sempre ser”: a) cnom ≥ ø barra; b) cnom ≥ ø feixe = øn = ø√n; c) cnom ≥ 0,5 ø bainha (concreto protendido). A ABNT NBR 6118:2014 faz ressalva que cobrimentos de elementos estruturais pré-fabricados seguem disposições da ABNT NBR 9062. A deficiência de cobrimento em qualquer das condições previstas conduz, ao fim de certo tempo, o elemento estrutural e mesmo a estrutura como um todo a um quadro patológico de deterioração que se agrava interminavelmente se não são tomadas medidas de recuperação. Figura 1 - Deterioração da Estrutura por Deficiência de Cobrimento A estrutura da figura 1 apresenta exemplo desta patologia, ausência de cobrimento das armações em obra situada em ambiente moderadamente agressivo. UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE CENTRO TECNOLÓGICO PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL CURSO DE CONCRETO ARMADO Capítulo VII – Detalhamento de Elementos Fletidos MAYRA PERLINGEIRO, LEONARDO VALLS, BERNARDO ROCHA e EDUARDO VALERIANO pág. 123 VII.3.2 - Espaçamento entre as Barras De acordo com as prescrições do item 18.3.2.2 da ABNT NBR 6118:2014, “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: a) na direção horizontal (ah) 20 mm; diâmetro da barra, do feixe ou da luva; 1,2 vezes a dimensão máxima característica do agregado graúdo. b) na direção horizontal (av) 20 mm; diâmetro da barra, do feixe ou da luva; 0,5 vezes a dimensão máxima característica do agregado graúdo. Esses valores se aplicam também às regiões de emendas por traspasse das barras. Para feixes de barras deve-se considerar o diâmetro do feixe: øn = ø√n . Figura 2 - Espaçamentos entre Barras e Cobrimentos para Armadura Negativa e Positiva c c ø ah av c c ø ah av pav UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE CENTRO TECNOLÓGICO PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL CURSO DE CONCRETO ARMADO Capítulo VII – Detalhamento de Elementos Fletidos MAYRA PERLINGEIRO, LEONARDO VALLS, BERNARDO ROCHA e EDUARDO VALERIANO pág. 124 As prescrições anteriores são suficientes para o perfeito detalhamento das armaduras positivas. Já para a armadura negativa, devem ser também observadas as seguintes prescrições: Pelo item 18.2, “O arranjo das armaduras deve atender não só à sua função estrutural como também às condições adequadas de execução, particularmente com relação ao lançamento e ao adensamento do concreto”. Ainda: “Os espaços devem ser projetados para a introdução do vibrador e de modo a impedir a segregação dos agregados e a ocorrência de vazios no interior do elemento estrutural”. Segundo o item 7.5.1: “As barras devem ser dispostas dentro do componente ou elemento estrutural, de modo a permitir e facilitar a boa qualidade das operações de lançamento e adensamento do concreto”. E, finalmente, pelo item 7.5.2: “Para garantir um bom adensamento é vital prever no detalhamento da disposição das armaduras espaço suficiente para entrada da agulha do vibrador”. Para elementos de edificações pode-se adotar a abertura pav com 7 cm. VII.4 DETALHAMENTO LONGITUDINAL DA ARMADURA LONGITUDINAL Definem-se em síntese na distribuição longitudinal os comprimentos das armaduras positivas e negativas dos elementos fletidos, com os seguintes objetivos: Estender os requisitos segurança e utilização das seções dimensionadas e verificadas a todo o elemento. Evitar que esta extensão seja feita com segurança excessiva, dispondo as barras em quantidades, espaçamentos e comprimentos ajustados a real necessidade dos respectivos elementos estruturais. Compatibilizar o modelo utilizado na Análise Estrutural com os modelos físico-matemáticos adotados para dimensionamentos dos elementos. Compatibilizar os modelos físico-matemáticos usados nos distintos dimensionamentos, em especial o de flexão com o de cortante. O comprimento final das barras depende essencialmente da aplicação das seguintes técnicas de detalhamento conjugadas com prescrições normativas: Cobertura do diagrama de momentos fletores Decalagem do diagrama de momentos fletores Ancoragem das armaduras UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE CENTRO TECNOLÓGICO PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL CURSO DE CONCRETO ARMADO Capítulo VII – Detalhamento de Elementos Fletidos MAYRA PERLINGEIRO, LEONARDO VALLS, BERNARDO ROCHA e EDUARDO VALERIANO pág. 125 VII.4.1 - Cobertura do Diagrama de Momentos Fletores As técnicas de detalhamento devem estender ao elemento estrutural, na sua integralidade, o cumprimento dos requisitos segurança/utilização alcançados pelos dimensionamentos e verificações das seções escolhidas. Evita-se com este procedimento a discretização para a análise, o dimensionamento e a verificação das demais seções dos elementos, além daquelas já escolhidas na modelagem estrutural. Para tanto se deve recorrer aos diagramas de solicitações seccionais, que com base analítica indicam em escala adequada o resultado dos dimensionamentos de diversas seções ao longo do elemento estrutural, sem que estes sejam efetuados.Figura 3 – Extensão Gráfico-Analítica do Dimensionamento ARMADURA DIMENSIONADA NA SEÇÃO AA DMF REAL SECÁO DIMENSIONADA A A A A UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE CENTRO TECNOLÓGICO PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL CURSO DE CONCRETO ARMADO Capítulo VII – Detalhamento de Elementos Fletidos MAYRA PERLINGEIRO, LEONARDO VALLS, BERNARDO ROCHA e EDUARDO VALERIANO pág. 126 VII.4.2 - Decalagem do Diagrama de Momentos Fletores O detalhamento deve promover a compatibilização dos diferentes modelos físico-matemáticos adotados nos dimensionamentos do elemento estrutural. A necessidade de compatibilização no mesmo elemento dos modelos de dimensionamentos, à cortante pela Analogia da Treliça de Mörsch e à flexão pelo binário interno resistente, fica evidenciada com as considerações que seguem com base na figura 3. Figura 4 – Deslocamento do DMF e Compatibilização TM x Binário Interno O banzo inferior tracionado da ATM corresponde à armadura tracionada que se obteria no dimensionamento à flexão ponto a ponto segundo o DMF indicado, onde pelo DMF, a força varia ao longo do trecho correspondente à barra 3, diminuindo em intensidade de até: 34 ss RR (1) MODELO DE DIMENSIONAMENTO DO ELEMENTO À CORTANTE: ANALOGIA DA TRELIÇA DE MÖRSCH DMF S E Ç Ã O D IM E N S IO N A D A 5 MODELO DE DIMENSIONAMENTO DA SEÇÀO À FLEXÀO: BINÁRIO INTERNO RESISTENTE 4 3 2 1 M d 4 M d 3 M d 2 M d m á x 1 2 3 3 4 1 2 TM F4 F3 F2 Rs2 Rs4 Rs3 ∆Md al al UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE CENTRO TECNOLÓGICO PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL CURSO DE CONCRETO ARMADO Capítulo VII – Detalhamento de Elementos Fletidos MAYRA PERLINGEIRO, LEONARDO VALLS, BERNARDO ROCHA e EDUARDO VALERIANO pág. 127 Pela ATM, a força F4 é constante ao longo da barra 3 entre o nó 3dir e 4esq e para que se compatibilizem os dois modelos deve-se ter: 43 ss RR (2) Como Rs4 não pode diminuir, deve-se aumentar Rs3 e para tanto se desloca o ponto do DMF de Md4 até o ponto P de forma que se obtenha na seção 3: 43 ddd MMM (3) Repetindo-se esta operação para as demais seções chega-se a um diagrama DMF deslocado lateralmente. Esse deslocamento lateral é denominado decalagem com valor teoricamente igual ao braço de alavanca z. dkza zl (4) O item 17.4.2.2 da ABNT NBR 6118:2014, alínea c, determina a expressão 5 para o valor da decalagem, quando a armadura transversal é dimensionada através do Modelo de Cálculo I, com diagonais de compressão inclinadas de 45˚ com o eixo do elemento e estribos dispostos de 45˚ a 90˚ com o eixo do elemento. dgg VV V da CmáxSd máxSd l cotcot1 2 , , (5) onde VSd,máx é a força cortante solicitante de cálculo máxima, no trecho considerado VC é a parcela da força cortante resistida pelos mecanismos complementares ao modelo em treliça α é o ângulo de inclinação dos estribos com a horizontal dal , quando |VSd,máx| ≤ |VC| dal 5,0 , no caso geral dal 2,0 , para estribos inclinados a 45˚ UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE CENTRO TECNOLÓGICO PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL CURSO DE CONCRETO ARMADO Capítulo VII – Detalhamento de Elementos Fletidos MAYRA PERLINGEIRO, LEONARDO VALLS, BERNARDO ROCHA e EDUARDO VALERIANO pág. 128 VII.4.3 - Ancoragem das Barras Longitudinais por Aderência VII.4.3.1 - Os Tipos de Ancoragem De acordo com o item 9.4 da ABNT NBR 6118:2014: “Todas as barras das armaduras devem ser ancoradas de forma que os esforços a que estejam submetidas sejam integralmente transmitidos ao concreto, seja por meio de aderência ou dispositivos mecânicos ou combinação de ambos”. O mesmo item prevê ainda duas técnicas de ancoragem: Ancoragem por aderência e ancoragem por meio de dispositivos mecânicos. No caso das armaduras de concreto armado a técnica adotada regularmente é a primeira. O emprego de dispositivos mecânicos é associado às armaduras ativas pós-tensionadas usadas em elementos de concreto protendido e em tirantes. Podem ainda ser usadas no concreto armado ancoragens com barras transversais soldadas e ancoragens em laço. Estas serão estudadas em módulo posterior. VII.4.3.2 - Definição do Comprimento Básico de Ancoragem A ancoragem por aderência funciona com base no mecanismo ilustrado na figura 4 e nas expressões que seguem. Figura 5 – Ancoragem por Aderência lb Fd Fbd fbd fbd UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE CENTRO TECNOLÓGICO PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL CURSO DE CONCRETO ARMADO Capítulo VII – Detalhamento de Elementos Fletidos MAYRA PERLINGEIRO, LEONARDO VALLS, BERNARDO ROCHA e EDUARDO VALERIANO pág. 129 No ensaio a barra de aço tracionada por uma força Fd com valor máximo de dimensionamento, está sendo arrancada do bloco de concreto armado. Sendo: ydsd fAF (6) Há uma tendência ao deslizamento entre a barra de aço e o concreto que é combatida pela resistência de aderência fbd em torno do perímetro da barra. Essa tensão resistente não é constante ao longo do comprimento lb da barra. Utiliza-se o valor médio da resistência de aderência expresso por (Módulo I): ctdbd ff 321 (7) O comprimento básico de ancoragem é definido pela extensão reta mínima necessária para que a barra transmita ao concreto a força de cálculo Fd, porém sem causar uma resistência de aderência superior a resistência de cálculo fbd. Do equilíbrio entre as forças solicitante e resistente deriva a expressão que define o comprimento básico de ancoragem: bdd FF (8) bdcontornobd fAF (9) Onde As é a área da seção transversal da barra, Acontorno a área do seu perímetro, fyd a tensão de cálculo admissível e fbd a resistência de aderência. bdbyd flf 4 2 (10) Substituindo-se as expressões na equação de equilíbrio, encontra-se o comprimento de ancoragem básico: UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE CENTRO TECNOLÓGICO PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL CURSO DE CONCRETO ARMADO Capítulo VII – Detalhamento de Elementos Fletidos MAYRA PERLINGEIRO, LEONARDO VALLS, BERNARDO ROCHA e EDUARDO VALERIANO pág. 130 bd yd b f f l 4 (11) De acordo com a ABNT NBR 6118:2014, esse comprimento básico de ancoragem deve ser maior ou igual a 25 vezes o diâmetro da barra. VII.4.3.3 - Os Limites da Forma O comprimento de cada barra de flexão resulta das seguintes definições: Da extensão inicial definida pelo DMF; do acréscimo de extensão devido à decalagem do DMF; do acréscimo de extensão devido à ancoragem da barra por aderência. De modo geral, os acréscimos citados fazem com que os comprimentos finais das barras de flexão superem significativamente os limites físicos impostos pelas dimensões reais do elemento estrutural. A figura 6 apresenta a situação descrita. Figura 6 – Comprimentos das Barras acrescidas de al e lb. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Ancoragem Decalagem UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE CENTRO TECNOLÓGICO PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL CURSO DE CONCRETO ARMADOCapítulo VII – Detalhamento de Elementos Fletidos MAYRA PERLINGEIRO, LEONARDO VALLS, BERNARDO ROCHA e EDUARDO VALERIANO pág. 131 Fica evidenciado que para que as barras fiquem contidas nos limites do elemento comprimentos devem ser reduzidos na região dos apoios. O simples dobramento do comprimento excedente da barra não pode ser feito, pois não possui a mesma eficiência da ancoragem reta face à ortogonalidade criada entre as duas forças que devem estar em equilíbrio. A redução dos comprimentos de ancoragem e mesmo da decalagem é feita calcada em critérios e técnicas que preservam o nível requerido de segurança da estrutura, sobretudo no que se refere a suas ancoragens junto aos apoios. Os recursos que podem ser utilizados são: 1. Redução do comprimento de ancoragem básico com utilização de ganhos. 2. Redução do comprimento de ancoragem básico por alívio da tensão de tração. 3. Redução do comprimento de ancoragem básico e também da decalagem com base no recuo do ponto de início das ancoragens nos apoios. VII.4.3.4 - A Utilização de Ganchos nas Armaduras de Tração Ensaios de arrancamento como os da figura 5 demonstram que o uso de ganchos nas extremidades das barras ancoradas por aderência constitui eficiente recurso para redução do comprimento básico de ancoragem. De acordo com o item 9.4.2.1 da ABNT NBR 6118: 2014: “As barras tracionadas podem ser ancoradas ao longo de um comprimento retilíneo ou com grande raio de curvatura em sua extremidade, de acordo com as condições a seguir: a) obrigatoriamente com gancho (ver 9.4.2.3) para barras lisas b) sem gancho nas que tenham alternância de solicitação, de tração e compressão; c) com ou sem gancho nos demais casos, não sendo recomendado o gancho para barras de ø> 32 mm ou para feixe de barras.” O item 9.4.2.3 fixa para ganchos da armadura de tração que; “Os ganchos das extremidades das barras da armadura longitudinal de tração podem ser: UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE CENTRO TECNOLÓGICO PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL CURSO DE CONCRETO ARMADO Capítulo VII – Detalhamento de Elementos Fletidos MAYRA PERLINGEIRO, LEONARDO VALLS, BERNARDO ROCHA e EDUARDO VALERIANO pág. 132 a) semicirculares, com ponta reta de comprimento não inferior a 2 ø; b) em ângulo de 45° (interno), com ponta reta de comprimento não inferior a 4 ø; c) em ângulo reto, com ponta reta de comprimento não inferior a 8 ø.” Segundo a norma, “Para as barras lisas, os ganchos devem ser semicirculares” e ainda, “O diâmetro interno da curvatura dos ganchos das armaduras longitudinais de tração deve ser pelo menos igual ao estabelecido na tabela 9.1”. (tabela 2 deste texto). Figura 7 – Ganchos Obrigatórios e Opcionais em Barras Tracionadas. Tabela 2 - Diâmetro dos Pinos de Dobramento (D) VII.4.3.5 - O Alívio de Tensões nas Ancoragens por Aderência As expressões 11 e 6 demonstram, respectivamente, que o comprimento de ancoragem básico é diretamente proporcional à tensão aplicada na barra no início do trecho ancorado e que a mesma é considerada com seu valor máximo de dimensionamento fyd. D . 2ø ø ø ø D D 4ø 8ø . . UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE CENTRO TECNOLÓGICO PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL CURSO DE CONCRETO ARMADO Capítulo VII – Detalhamento de Elementos Fletidos MAYRA PERLINGEIRO, LEONARDO VALLS, BERNARDO ROCHA e EDUARDO VALERIANO pág. 133 Seja uma seção na qual são ancoradas um determinado número de barras correspondendo a uma área total calculada As,calç cada qual submetida à tensão máxima de dimensionamento fyd. Admitindo-se que se imponha arbitrariamente um número de barras maior que o calculado para esta seção, correspondendo a uma área efetiva As,ef compreende-se que a tensão nestas barras seria reduzida na proporção; yd efs calcs sd f A A , , (12) Essa tensão sd inferior à tensão de escoamento fyd pode ser imposta no processo de detalhamento para que se atendam condições especiais de ancoragem das armaduras junto aos apoios. Desta forma, o comprimento de ancoragem, diretamente proporcional à tensão nas barras seria reduzido na mesma razão. VII.4.3.6 - - O Comprimento de Ancoragem Necessário e seus Valores Mínimos Considerando simultaneamente a influência positiva na redução do comprimento de ancoragem básico da ancoragem por aderência reta, o item 9.4.2.5 da ABNT NBR 6118:2014 define: “O comprimento de ancoragem necessário pode ser calculado por: mínb efs calcs bnecb l A A ll , , , , (13) onde: α=1,0 para barras sem gancho; α=0,7 para barras tracionadas com gancho, com cobrimento no plano normal ao do gancho ≥ 3ø.” Limites são impostos a este processo de redução ainda pelo mesmo item da norma. Sendo que: lb,mín é o maior valor entre 0,3 lb, 10ø e 100 mm. UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE CENTRO TECNOLÓGICO PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL CURSO DE CONCRETO ARMADO Capítulo VII – Detalhamento de Elementos Fletidos MAYRA PERLINGEIRO, LEONARDO VALLS, BERNARDO ROCHA e EDUARDO VALERIANO pág. 134 A determinação do valor de As,calc junto ao apoio só pode ser feita com auxílio das prescrições abaixo indicadas pela ABNT NBR 6118:2014, já que no ponto de apoio o momento positivo nulo resultaria em As,calc=0; impedindo o uso da expressão 13. Segundo o item 18.3.2.4 “Os esforços de tração junto aos apoios de vigas simples ou contínuas devem ser resistidos por armaduras longitudinais que satisfaçam a mais severa das seguintes condições”: a) No caso de ocorrência de momentos positivos, as armaduras obtidas através do dimensionamento da seção; b) Em apoios extremos A armadura mínima que deve chegar aos apoios extremos tem que garantir a ancoragem da diagonal de compressão, ou seja, resistir a uma força de tração calculada por: sdsd l st NV d a R (14) onde Nsd é a força de tração eventualmente existente e Vsd é a força cortante no apoio. c) Em apoios extremos e intermediários “Por prolongamento de uma parte da armadura de tração do vão (As,vão), correspondente ao máximo momento positivo do tramo (Mvão), de modo que: As,apoio ≥ 1/3(As,vão) se Mapoio for nulo ou negativo e de valor absoluto |Mapoio|≤0,5Mvão. As,apoio ≥ 1/4 (As,vão) se Mapoio for negativo e de valor absoluto |Mapoio|>0,5Mvão. A figura 8 indica estes valores mínimos da armadura positiva de flexão que devem ser ancorados junto aos apoios, independentemente dos resultados do dimensionamento e da decalagem. UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE CENTRO TECNOLÓGICO PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL CURSO DE CONCRETO ARMADO Capítulo VII – Detalhamento de Elementos Fletidos MAYRA PERLINGEIRO, LEONARDO VALLS, BERNARDO ROCHA e EDUARDO VALERIANO pág. 135 Figura 8 Armadura Positiva Mínima Ancorada nos Apoios VII.4.3.7 - Recuo do Ponto de Início das Ancoragens nos Apoios. Com base em resultados de diversos ensaios, a ABNT NBR 6118:2014 permite em seu subitem 18.3.2.3.1 que: “Se o ponto A (início da ancoragem, ver figura 9) estiver na face do apoio ou além dela e a força Rsd diminuir em direção ao centro de apoio, o trecho de ancoragem deve ser medido a partir dessa face e deve obedecer ao disposto em 18.3.2.4-b).” A figura 9 esclarece. VII.4.3.8 - Verificações Suplementares para o Comprimento de AncoragemDe acordo com o subitem 18.3.2.3.1 as ancoragens iniciadas nos pontos A devem ainda prolongar-se pelo menos 10 ø além dos pontos B indicados na figura 10. Mapoio > 0,5|M|vão As + máx. 1/3 As + máx. 1/4 As + máx. UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE CENTRO TECNOLÓGICO PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL CURSO DE CONCRETO ARMADO Capítulo VII – Detalhamento de Elementos Fletidos MAYRA PERLINGEIRO, LEONARDO VALLS, BERNARDO ROCHA e EDUARDO VALERIANO pág. 136 Figura 9 - Recuo do Ponto de Início da Ancoragem por Aderência recuo do início das ancoragens à face do apoio 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1 2 3 FACE DO APOIO 4 ∆2 ∆1 b ar ra s b en ef ic ia d as UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE CENTRO TECNOLÓGICO PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL CURSO DE CONCRETO ARMADO Capítulo VII – Detalhamento de Elementos Fletidos MAYRA PERLINGEIRO, LEONARDO VALLS, BERNARDO ROCHA e EDUARDO VALERIANO pág. 137 Figura 10 Ancoragens: Verificações Suplementares VII.4.3.9 - A Armadura Transversal nas Ancoragens De acordo com o subitem 9.4.2.6.1 da ABNT NBR 6118:2014, para barras com ø<32 mm, “Ao longo do comprimento de ancoragem deve ser prevista armadura transversal capaz de resistir a 25% da força longitudinal de uma das barras ancoradas. Se a ancoragem envolver barras diferentes, prevalece para esse efeito, a de maior diâmetro”. Para barras com ø≥32 mm deve ser observado o disposto no subitem 9.4.2.6.2. É usual e até requerido que as armaduras de flexão e suas correspondentes extremidades ancoradas por aderência sejam envolvidas pela armadura para resistir à esforços cortantes; os estribos. Os trechos horizontais que compõem os estribos poligonais servem a este propósito de constituir a armadura transversal requerida no subitem anteriormente citado. UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE CENTRO TECNOLÓGICO PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL CURSO DE CONCRETO ARMADO Capítulo VII – Detalhamento de Elementos Fletidos MAYRA PERLINGEIRO, LEONARDO VALLS, BERNARDO ROCHA e EDUARDO VALERIANO pág. 138 Figura 11 Armadura Transversal das Ancoragens VII.4.4 - Emendas das Barras Longitudinais O aço para estruturas de concreto armado é produzido pela indústria siderúrgica brasileira na forma de barras, fios e telas soldadas, sendo as barras fornecidas com comprimentos médios de 11 metros e tolerância de 9%. Serão descritos neste capítulo os processos de emendas de barras. Sempre que o detalhamento do elemento estrutural impõe o uso de barras mais longas deve-se adotar emendas na armadura (tracionada ou comprimida). Os tipos de emendas previstas no item 9.5.1 da ABNT NBR 6118:2014 são: Por traspasse: Feitas pela justaposição de duas barras ao longo do comprimento de transmissão l0. Muito usadas pela simplicidade de execução. Por luvas com preenchimento metálico, rosqueadas ou prensadas: Neste caso a luva rosqueada deve ter resistência superior à da barra. Por solda: É necessário o emprego de equipamentos e/ou mão de obra especializada com rigoroso controle. Pode ser de topo, por transpasse, de topo com eletrodo ou com barras justapostas. lb,nec Fd 0,25 Fd UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE CENTRO TECNOLÓGICO PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL CURSO DE CONCRETO ARMADO Capítulo VII – Detalhamento de Elementos Fletidos MAYRA PERLINGEIRO, LEONARDO VALLS, BERNARDO ROCHA e EDUARDO VALERIANO pág. 139 Figura 12 Barras produzidas com comprimentos de 10 a 12 m VII.4.4.1 – Emendas por Traspasse Pelo subitem 9.5.2 ficam excluídos: “Este tipo de emenda não deve ser permitido para barras de bitola maior que 32 mm. Cuidados especiais devem ser tomados na ancoragem e na armadura de costura dos tirantes e pendurais (elementos estruturais lineares de seção inteiramente tracionada)”. As ancoragens por aderência funcionam com base na propriedade já estudada que confere aderência entre aço e concreto. Uma emenda por traspasse transfere o esforço de uma barra para a outra pela ancoragem de ambas com o concreto. Uma barra ancora no concreto e este, por aderência, transfere o esforço para a outra barra. O funcionamento adequado da emenda depende assim, tal como no caso das ancoragens, do cálculo de um comprimento de traspasse denominado l0,t que toma como base o comprimento de ancoragem necessário lb,nec. UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE CENTRO TECNOLÓGICO PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL CURSO DE CONCRETO ARMADO Capítulo VII – Detalhamento de Elementos Fletidos MAYRA PERLINGEIRO, LEONARDO VALLS, BERNARDO ROCHA e EDUARDO VALERIANO pág. 140 Figura 13 Funcionamento do Traspasse por Aderência A proporção de barras tracionadas emendadas na mesma seção é objeto também de atenção específica. Tabela 3 - Proporção Máxima de Barras Tracionadas Emendadas O subitem 9.5.2.1 da norma estabelece que: “Consideram-se como na mesma seção transversal as emendas que se superpõem ou cujas extremidades mais próximas estejam afastadas de pelo menos 20% do comprimento do trecho de traspasse.” “Quando as barras têm diâmetros diferentes, o comprimento de traspasse deve ser calculado pela barra de maior diâmetro (ver figura 9.3).” A figura 9.3 da norma equivale a figura 14 deste texto. Fd Fd l0 TENSÃO DE ADERÊNCIA UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE CENTRO TECNOLÓGICO PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL CURSO DE CONCRETO ARMADO Capítulo VII – Detalhamento de Elementos Fletidos MAYRA PERLINGEIRO, LEONARDO VALLS, BERNARDO ROCHA e EDUARDO VALERIANO pág. 141 “A proporção máxima de barras tracionadas da armadura principal emendadas por traspasse na mesma seção transversal do elemento estrutural deve ser a indicada na tabela 9.3.” (ver tabela 3 deste texto) “Quando se tratar de armadura permanentemente comprimida ou de distribuição, todas as barras podem ser emendadas na mesma seção.” Figura 14 - Emendas Consideradas na Mesma Seção Transversal A definição do comprimento de traspasse de barras tracionadas isoladas é feita de acordo com o subitem 9.5.2.2. que fixa em “9.5.2.2.1 - Quando a distância livre entre barras emendadas estiver compreendida entre 0 e 4ø, o comprimento do trecho de traspasse para barras tracionadas deve ser: min,t0nec,bt0t0 lll (15) onde: l0t,min é o maior valor entre 0,3 α0t lb, 15 e 200mm 0t é o coeficiente função da porcentagem de barras emendadas na mesma seção, conforme tabela 9.4.” (Tabela 4 deste texto). E ainda “9.5.2.2.2 - Quando a distância livre entre barras emendadas for maior que 4ø, ao comprimento calculado em 9.5.2.2.1 deve ser acrescida a distância livre entre barras emendadas. A armadura transversal na emenda deve ser justificada, UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE CENTRO TECNOLÓGICO PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL CURSO DE CONCRETO ARMADO Capítulo VII – Detalhamento de Elementos Fletidos MAYRA PERLINGEIRO, LEONARDO VALLS, BERNARDO ROCHA e EDUARDO VALERIANO pág. 142 considerando o comportamento conjunto concreto-aço, atendendo ao estabelecido em 9.5.2.4”. Tabela 4 - Valores do Coeficiente 0t De forma análoga às ancoragens por aderência, deve-se disporde armadura transversal nas emendas por traspasse. De acordo com o subitem 9.5.2.4.1: “Quando ø<16 mm e a proporção de barras emendadas na mesma seção for menor que 25%, a armadura transversal deve satisfazer 9.4.2.6. Nos casos em que ø≥16 mm ou quando a proporção de barras emendadas na mesma seção for maior ou igual a 25%, a armadura transversal deve: ser capaz de resistir a uma força igual a de uma barra emendada, considerando os ramos paralelos ao plano da emenda; ser constituída por barras fechadas se a distância entre as duas barras mais próximas de duas emendas na mesma seção for < 10 ø (ø = diâmetro da barra emendada); concentrar-se nos terços extremos da emenda.” Figura 15 - Armadura Transversal nas Emendas UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE CENTRO TECNOLÓGICO PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL CURSO DE CONCRETO ARMADO Capítulo VII – Detalhamento de Elementos Fletidos MAYRA PERLINGEIRO, LEONARDO VALLS, BERNARDO ROCHA e EDUARDO VALERIANO pág. 143 VII.4.4.2 – Emendas por Luvas com Preenchimento Metálico, Rosqueadas ou Prensadas O subitem 9.5.3 da ABNT NBR 6118:2014 define que “para emendas rosqueadas ou prensadas a resistência da emenda deve atender aos requisitos de normas específicas. Na ausência destes, a resistência deve ser no mínimo 15% maior que a resistência de escoamento da barra a ser ementada, obtida em ensaio”. A figura abaixo indica exemplos de luvas e um ensaio na qual a ruptura da barra emendada se dá fora da luva. Figura 16 - Emendas por Luvas VII.4.4.3 – Emendas por Solda O subitem 9.5.4 da ABNT NBR 6118:2014 define que: “As emendas por solda exigem cuidados especiais quanto à composição química dos aços e dos eletrodos e quanto às operações de soldagem que devem atender às especificações de controle do aquecimento e resfriamento da barra, conforme normas específicas”. “As emendas por solda podem ser: de topo, por caldeamento, para bitola não menor que 10 mm; de topo, com eletrodo, para bitola não menor que 20 mm; por traspasse com pelo menos dois cordões de solda longitudinais, cada um deles com comprimento não inferior a 5ø, afastados no mínimo 5 ø (ver figura 9.5); com outras barras justapostas (cobrejuntas), com cordões de solda longitudinais, fazendo-se coincidir o eixo baricêntrico do conjunto com o eixo longitudinal das UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE CENTRO TECNOLÓGICO PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL CURSO DE CONCRETO ARMADO Capítulo VII – Detalhamento de Elementos Fletidos MAYRA PERLINGEIRO, LEONARDO VALLS, BERNARDO ROCHA e EDUARDO VALERIANO pág. 144 barras emendadas, devendo cada cordão ter comprimento de pelo menos 5 ø (ver figura 9.5).” Figura 17 - Emendas por Solda UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE CENTRO TECNOLÓGICO PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL CURSO DE CONCRETO ARMADO Capítulo VII – Detalhamento de Elementos Fletidos MAYRA PERLINGEIRO, LEONARDO VALLS, BERNARDO ROCHA e EDUARDO VALERIANO pág. 145 VII.5 ARMADURA de PELE A função da armadura de pele é a de controlar a abertura de fissuras por flexão nas regiões tracionadas entre a linha neutra e o tirante tracionado no qual se verificou o ELS-W. Este objetivo é alcançado dispondo-se esta armadura de pele longitudinalmente, posicionada nas faces laterais dos elementos fletidos. Figura 18 – Armadura de Pele: Funcionamento Figura 19 – Armadura de Pele: Disposições da ABNT NBR 6118:2014 ARMADURA DE PELE FISSURAÇÃO DE ALMA POR DEFICIÊNCIA DE ARMADURA DE PELE As pele por face=0,10% Ac,alma A s p el e e ≤ 2 0 cm A s p el e h > 6 0 cm UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE CENTRO TECNOLÓGICO PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL CURSO DE CONCRETO ARMADO Capítulo VII – Detalhamento de Elementos Fletidos MAYRA PERLINGEIRO, LEONARDO VALLS, BERNARDO ROCHA e EDUARDO VALERIANO pág. 146 O subitem 17.3.5.2.3 da ABNT NBR 6118: 2014 dispõe sobre a armadura de pele: “A mínima armadura lateral deve ser de 0,10% Ac,alma em cada face da alma da viga e composta por barras de CA-50 ou CA-60, com espaçamento não maior que 20 cm e devidamente ancorada nos apoios, respeitado o disposto em 17.3.3.2, não sendo necessária uma armadura superior a 5cm²/m por face.” “Em vigas com altura igual ou inferior a 60 cm, pode ser dispensada a utilização da armadura de pele.” VII.6 ARMADURA de MONTAGEM A armadura de montagem é usualmente disposta junto aos cantos superiores dos estribos. Serve inicialmente a armadura de montagem para enrijecer o conjunto completo de toda a armadura passiva e assim permitir sua montagem fora da forma e transporte para seu interior por meio manual ou mecanizado. Figura 20 – Armadura de Montagem e Transporte da Armadura Passiva UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE CENTRO TECNOLÓGICO PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL CURSO DE CONCRETO ARMADO Capítulo VII – Detalhamento de Elementos Fletidos MAYRA PERLINGEIRO, LEONARDO VALLS, BERNARDO ROCHA e EDUARDO VALERIANO pág. 147 Serve ainda para garantir a permanência das armaduras nas posições previstas em projeto durante as etapas de lançamento e adensamento do concreto. Figura 21 – Armadura de Montagem: Disposição Transversal As mont
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