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- 2007 - Londrina CENTRO DE TECNOLOGIA E URBANISMO Prof. Roberto Buchaim CONSTRUÇÕES EM CONCRETO ESTRUTURAL I Notas de Aula Notas de aula, da disciplina Construções em Concreto Estrutural, 6TRU017, ministrada pelo prof. Roberto Buchaim, digitalizada por Hellen Cristina Marcon. Revisão 1 em 02 de outubro de 2008 Revisão em 05 de Agosto de 2010 Revisão 3 em 14 de julho de 2014 Revisão 4 em 15 de agosto de 2014 CENTRO DE TECNOLOGIA E URBANISMO – Departamento de Estruturas Construções em Concreto Estrutural – 3TRU024 – Prof. Roberto Buchaim Sumário: 1. MATERIAIS .......................................................................................................................................1 1.1. Concreto ........................................................................................................................................1 1.1.1. Componentes .........................................................................................................................1 a. Aglomerante ................................................................................................................................1 b. Material Inerte: agregados ...........................................................................................................1 1.1.2. Características Mecânicas do Concreto: ................................................................................2 a. Concreto em Compressão Uniaxial .............................................................................................2 b. Efeito da Velocidade de Carregamento do Concreto em Compressão Uniaxial (Efeito Rüsch) .7 b.1. Fluência do Concreto ................................................................................................................9 b.2. Relaxação do Concreto .............................................................................................................9 c. Resistência Característica ..........................................................................................................10 d. Modulo de Elasticidade do Concreto para Projeto (conforme NBR 6118) ...............................10 e. Resistência à Tração Axial do Concreto ....................................................................................11 f. Resistência à Tração na Flexão do Concreto em Lajes e Vigas (em peças fletidas) ..................11 Exemplo 01 ....................................................................................................................................12 g. Peso especifico ..........................................................................................................................12 1.2. Aço ..............................................................................................................................................13 1.2.1. Barras e fios de aço destinados a armaduras para CA .........................................................13 1.2.2. Propriedades do aço .............................................................................................................13 Exemplo 02 ....................................................................................................................................13 1.2.3. Diagrama Tensão-Deformação )( SS εσ .............................................................................14 a. Laminado a quente:....................................................................................................................14 b. Encruado a frio ..........................................................................................................................14 c. Diagramas idealizados na NBR 6118 ........................................................................................14 1.2.4. Classificação dos Aços ........................................................................................................15 2. RETRAÇÃO E FLUÊNCIA DO CONCRETO ............................................................................16 2.1. Retração do Concreto ..................................................................................................................17 2.1.1. Fatores que influem na retração...........................................................................................17 a. Gráfico da deformação no concreto por retração ao longo do tempo ........................................17 2.2. Fluência do Concreto ..................................................................................................................17 2.2.1. Fluência pura .......................................................................................................................17 a. Deformação total do concreto na data t ....................................................................................18 b. Deformação total do concreto na data ∞ t .................................................................................18 c. Espessura equivalente ................................................................................................................19 Exemplo 01 ....................................................................................................................................20 CENTRO DE TECNOLOGIA E URBANISMO – Departamento de Estruturas Construções em Concreto Estrutural – 3TRU024 – Prof. Roberto Buchaim Exemplo 02 ....................................................................................................................................20 3. COMPORTAMENTO CONJUNTO DOS MATERIAIS AÇO E CONCRETO .......................22 3.1. Introdução ...................................................................................................................................22 3.2. Ação da Força Normal ................................................................................................................22 3.3. Peça usada como tirante ..............................................................................................................26 4. INTRODUÇÃO DA SEGURANÇA ...............................................................................................29 4.1. Nos Materiais ..............................................................................................................................29 4.2. Nas Cargas ..................................................................................................................................30 5. ESTÁDIOS I, II E III NA FLEXÃO SIMPLES ............................................................................30 Exemplo 01 ....................................................................................................................................31 Exemplo 02 ....................................................................................................................................35 5.1.1. Rigidez à flexão no Estádio II .............................................................................................35 a. Cálculo da flecha diferida no tempo para vigas de concreto armado ........................................37 5.1.2. Rigidez equivalente segundo a NBR 6118 ..........................................................................36 5.1.3. Momento Resistente de Cálculo (no Projeto) ......................................................................41 5.1.4. Resumo ................................................................................................................................41 5.1.5. Resistência à tração na flexão para o projeto.......................................................................43 5.1.6. Armadura mínima de flexão ................................................................................................435.1.7. Exercício ..............................................................................................................................45 6. ESTADOS LIMITES .......................................................................................................................50 6.1. Estados Limites Últimos (ELU) ..................................................................................................50 6.2. Estados Limites de Serviço (ELS) ..............................................................................................52 6.3. Tabelas ........................................................................................................................................53 6.4. ELU: Flexão simples e/ou composta ..........................................................................................56 6.5. ELU: flexão simples (vigas e lajes) ............................................................................................57 6.6. ELU: Solicitações Normais (Flexão Simples) ............................................................................58 a. Hipóteses: ..................................................................................................................................58 b. Domínios de deformação: ..........................................................................................................58 6.7. Exemplo 01 .................................................................................................................................59 6.8. Exemplo 02 .................................................................................................................................60 7. SEÇÃO T ..........................................................................................................................................62 7.1. Exemplo 01 .................................................................................................................................62 CENTRO DE TECNOLOGIA E URBANISMO – Departamento de Estruturas Construções em Concreto Estrutural – 3TRU024 – Prof. Roberto Buchaim NOTAS DE AULA UEL CTI Depto Estruturas 6tru017 Concreto I Prof. Roberto Buchaim Revisão 15/08/2014 Página 1 1. MATERIAIS 1.1. CONCRETO 1.1.1. COMPONENTES Componentes � Aglomerantes + Material Inerte + Água A água deve ser inerte e sem impurezas! Cimento + água � pasta Pasta + agregado miúdo � argamassa Argamassa + agregado graúdo � concreto simples Concreto simples + armadura passiva � concreto armado (CA) Concreto (simples ou armado) + armadura ativa � concreto protendido (CP) Concreto normal: fck ≈ 20 a 50 MPa (200 a 500 Kgf/cm²) Concreto de alto desempenho (CAD): fck ≈ 55 a 100 MPa; aos componentes anteriores adiciona- se micro sílica ou fumo de sílica. Obs.: fck = resistência característica do concreto à compressão (f de failure = ruptura). A. AGLOMERANTE Cimento Portland Comum: material aglomerante que se endurece exposto ao ar e água e após reagir com a água, mantém-se endurecido de forma estável. Composição do cimento: CaO (óxido de cálcio – cal); SiO2 (óxido de silício); Al3O2 (óxido de alumínio); Fe2O3 (óxido de ferro). B. MATERIAL INERTE: AGREGADOS - naturais: areia – agregado miúdo (passa pela peneira # 4 ou 4,8 mm); pedregulho – agregado graúdo (não passa pela peneira # 4). - artificiais: pedrisco; pedra britada ou brita. Brita 0 1 2 3 4 5 Diâmetro (mm) 4,8 9,5 19,0 25 50 76 100 Como escolher o diâmetro do agregado: - øagregado ≤ ¼ da menor dimensão da peça; - øagregado depende também da taxa de armadura da peça; - øagregado ≤ c = cobrimento. CENTRO DE TECNOLOGIA E URBANISMO – Departamento de Estruturas Construções em Concreto Estrutural – 3TRU024 – Prof. Roberto Buchaim NOTAS DE AULA UEL CTI Depto Estruturas 6tru017 Concreto I Prof. Roberto Buchaim Revisão 15/08/2014 Página 2 1.1.2. CARACTERÍSTICAS MECÂNICAS DO CONCRETO: A. CONCRETO EM COMPRESSÃO UNIAXIAL Ensaio de Compressão fc = resistência à compressão do concreto εc0 ≅ 1,8 ‰ a 2,2 ‰, valor médio (comumente adotado) = 2 ‰. A lei σ(εc) é, com boa aproximação, uma parábola do 2º Grau: −= 2 00 2 c c c c cc f ε ε ε ε σ máximodepontoparaf c c cc c c c c c c ⇒= ∂ ∂ ⇒= −= ∂ ∂ 0.212 02 00 ε σ εε ε ε εε σ ic 0c c E f2 tan == ε α Eci = módulo de elasticidade tangente na origem da lei σ(εc) ou módulo inicial. Ecs = módulo de elasticidade secante do concreto em compressão. A NBR 6118: 2014, item 8.2.8, adota as seguintes características mecânicas e físicas do concreto: CENTRO DE TECNOLOGIA E URBANISMO – Departamento de Estruturas Construções em Concreto Estrutural – 3TRU024 – Prof. Roberto Buchaim NOTAS DE AULA UEL CTI Depto Estruturas 6tru017 Concreto I Prof. Roberto Buchaim Revisão 15/08/2014 Página 3 NBR 6118: 2014, Item 8.2.8 Módulo de elasticidade O módulo de elasticidade (Eci) deve ser obtido segundo método de ensaio estabelecido na ABNT NBR 8522, sendo considerado nesta Norma o módulo de deformação tangente inicial, obtido aos 28 dias de idade. Quando não forem realizados ensaios, pode-se estimar o valor do módulo de elasticidade inicial usando as expressões a seguir: Eci = αE. 5600 ckf , para fck de 20 MPa a 50 MPa; Eci = 21,5.103 . αE . 3/1 ck 25,1 10 + f , para fck de 55 MPa a 90MPa. Sendo: αE = 1,2 para basalto e diabásio αE = 1,0 para granito e gnaisse αE = 0,9 para calcário αE = 0,7 para arenito Onde: Eci e fck são dados em megapascals (MPa). O módulo de deformação secante pode ser obtido segundo método de ensaio estabelecido na ABNT NBR 8522, ou estimado pela expressão: Ecs = αi . Eci com αi = 0,8+0,2 . 80 ckf ≤ 1,0 A Tabela 8.1 apresenta valores estimados arredondados que podem ser usados no projeto estrutural. Tabela 8.1 - Valores estimados de módulo de elasticidade em função da resistência característica à compressão do concreto (considerando o uso de granito como agregado graúdo, i.e., ααααE = 1,0) Classe de resistência C20 C25 C30 C35 C40 C45 C50 C60 C70 C80 C90 Eci (GPa) 25 28 31 33 35 38 40 42 43 45 47 Ecs (GPa) 21 24 27 29 32 34 37 40 42 45 47 αi 0,85 0,86 0,88 0,89 0,90 0,91 0,93 0,95 0,98 1,00 1,00 CENTRO DE TECNOLOGIA E URBANISMO – Departamento de Estruturas Construções em Concreto Estrutural – 3TRU024 – Prof. Roberto Buchaim NOTAS DE AULA UEL CTI Depto Estruturas 6tru017 Concreto I Prof. Roberto Buchaim Revisão 15/08/2014 Página 4 NOTAS 1) A deformação elástica do concreto depende da composição do traço do concreto, especialmente da natureza dos agregados. 2) Na avaliação do comportamento de um elemento estrutural ou seção transversal, pode ser adotado módulo de elasticidade único, à tração e à compressão, igual ao módulo de deformação secante Ecs. 3) Na avaliação do comportamento global da estrutura e para o cálculo das perdas de protensão, pode ser utilizado em projeto o módulo de elasticidade inicial Eci. O módulo de elasticidade numa idade menor que 28 dias pode ser avaliado pelas expressões a seguir, substituindo fck por fcj: ci c c ci E f tf tE . )( )( ,50 = , para os concretos com fck de 20 MPa a 45 MPa; ci c c ci E f tf tE . )( )( ,30 = , para os concretos com fck de 50 MPa a90MPa. Onde: Eci(t) é a estimativa do módulo de elasticidade do concreto em uma idade entre 7 dias e 28 dias; fc(t) é a resistência à compressão do concreto na idade em que se pretende estimar o módulo de elasticidade, em megapascal (MPa). 8.2.9 Coeficiente de Poisson e módulo de elasticidade transversal Para tensões de compressão menores que 0,5 fc e tensões de tração menores que fct, o coeficiente de Poisson ν pode ser tomado como igual a 0,2 e o módulo de elasticidade transversal Gc igual a Ecs./2,4 . A resistência à tração do concreto está dada no item 8.2.5 da NBR 6118: 2014: NBR 6118: 2014 Item 8.2.5 Resistência à tração A resistência à tração indireta fct,sp e a resistência à tração na flexão fct,f devem ser obtidas em ensaios realizados segundo a ABNT NBR 7222 e a ABNT NBR 12142, respectivamente. A resistência à tração direta fct pode ser considerada igual a 0,9 fct,sp ou 0,7 fct,f ou, na falta de ensaios para obtenção de fct,sp e fct,f, pode ser avaliado o seu valor médio ou característico por meio das equações seguintes: fctk,inf = 0,7 fct,m fctk,sup = 1,3 fct,m para concretos de classes até C50: fct,m = 0,3 fck2/3 CENTRO DE TECNOLOGIA E URBANISMO – Departamento de Estruturas Construções em Concreto Estrutural – 3TRU024 – Prof. Roberto Buchaim NOTAS DE AULA UEL CTI Depto Estruturas 6tru017 Concreto I Prof. Roberto Buchaim Revisão 15/08/2014 Página 5 para concreto de classes de C50 até C90: fct,m = 2,12 ln (1 + 0,11 fck) onde: fct,m e fck são expressos em megapascal. Sendo f ckj ≥ 7 MPa, estas expressões podem também ser usadas para idades diferentes de 28 dias. NBR 6118, item 8.2.6 Resistência no estado multiaxial de tensões Estando o concreto submetido às tensões principais σ3 ≥ σ2 ≥ σ1, deve-se ter: σ1 ≥ − fctk σ3 ≤ fck + 4 σ1 sendo as tensões de compressão consideradas positivas e as de tração negativas, o estado multiaxial de tensões deve ser verificado conforme ilustrado na figura 8.1. Outras leis usadas em projeto: CENTRO DE TECNOLOGIA E URBANISMO – Departamento de Estruturas Construções em Concreto Estrutural – 3TRU024 – Prof. Roberto Buchaim NOTAS DE AULA UEL CTI Depto Estruturas 6tru017 Concreto I Prof. Roberto Buchaim Revisão 15/08/2014 Página 6 Lei parábola-retângulo �s valores a serem adotados para os parâmetros �c2 (deformação específica de encurtamento do concreto no início do patamar plástico) e �cu (deformação específica de encurtamento do concreto na ruptura) são definidos a seguir: para concretos de classes até C50: �c2 = 2,00/00;� ��cu = 3,50/00 para concretos de classes de C50 até C90: �c2 = 2,00/00 + 0,0850/00.(fck - 50)0,53; ��cu = 2,60/00 + 350/00.[(90 - fck)/100]4 Ver indicação sobre o valor de fcd em 12.3.3. CENTRO DE TECNOLOGIA E URBANISMO – Departamento de Estruturas Construções em Concreto Estrutural – 3TRU024 – Prof. Roberto Buchaim NOTAS DE AULA UEL CTI Depto Estruturas 6tru017 Concreto I Prof. Roberto Buchaim Revisão 15/08/2014 Página 7 Lei rígido-plástica para dimensionamento no Estado Limite Último (ELU) por solicitações normais, “bloco de tensões”. B. EFEITO DA VELOCIDADE DE CARREGAMENTO DO CONCRETO EM COMPRESSÃO UNIAXIAL (EFEITO RÜSCH) ηηηη0,85fcd CENTRO DE TECNOLOGIA E URBANISMO – Departamento de Estruturas Construções em Concreto Estrutural – 3TRU024 – Prof. Roberto Buchaim NOTAS DE AULA UEL CTI Depto Estruturas 6tru017 Concreto I Prof. Roberto Buchaim Revisão 15/08/2014 Página 8 Conclusão: quanto mais lentamente se carregar o concreto menor é sua resistência fc. 3 3 2 2 1 1 ttt ∆ ∆ > ∆ ∆ > ∆ ∆ εεε 1º fator: com a velocidade de deformação decrescente, a resistência do concreto cai e sua deformabilidade aumenta. Este fenômeno é um dos componentes do chamado “Efeito Rüsch”. 2º fator: por outro lado, a resistência do concreto aumenta com o passar do tempo. −=β= 2 1 1 28 281exp t Sf f c jc Onde: t = idade do concreto em dias j = data em que se deseja calcular a resistência fcj do concreto (a compressão) fc28 = resistência à compressão do concreto medida na idade de 28 dias S = depende do tipo de concreto −= = = ARICPVcimentodeconcretopara CPIIeCPIcimentodeconcretopara CPIVeCPIIIcimentodeconcretopara S 20,0 25,0 38,0 Exemplo: para S = 0,38/0,25/0,20 S t (dias) 3 7 15 28 60 365 3650 (10 anos) 0,38 28c jc f f 0,46 0,68 0,87 1,00 1,13 1,32 1,41 0,25 28c jc f f 0,60 0,78 0,91 1,00 1,08 1,20 1,26 0,20 28c jc f f 0,66 0,82 0,93 1,00 1,06 1,16 1,20 CENTRO DE TECNOLOGIA E URBANISMO – Departamento de Estruturas Construções em Concreto Estrutural – 3TRU024 – Prof. Roberto Buchaim NOTAS DE AULA UEL CTI Depto Estruturas 6tru017 Concreto I Prof. Roberto Buchaim Revisão 15/08/2014 Página 9 =⇒= =⇒= =⇒= == 20,120,0 26,125,0 41,138,0 365010 28 28 28 c jc c jc c jc f f f f f f Sediasanostpara Um terceiro fator que influi na resistência do concreto refere-se à diferença entre fc (resistência) medida no cilindro e aquela do concreto da estrutura (laje, viga, pilar – forma prismática). cilindrocprismac ff ,, 95,0= Em resumo, os 3 fenômenos juntos levam a um fator multiplicativo da resistência do concreto igual a 95,02,175,032185,0 ××=××≅ fatorfatorfator . O fator 0,85 reduz a resistência do concreto no dimensionamento de peças no E.L.U. (Estado Limite Último). Não é considerado em ensaios rápidos, nem nos Estados Limites de Serviço. B.1. FLUÊNCIA DO CONCRETO Fluência é o aumento gradual na deformação ao longo do tempo, sob uma carga constante. Se a tensão também for constante tem-se a “fluência pura”. É inversamente proporcional ao módulo de elasticidade do concreto e diretamente proporcional à tensão normal aplicada. Nas estruturas de concreto armado e protendido, a fluência não é pura, i.e., mesmo que a carga seja permanente (constante), a simples presença do aço aderente leva à uma fluência sob tensão variável ao longo do tempo. A fluência do concreto é importante na compressão. Ao ser aplicada uma força de compressão no concreto, ocorre um encurtamento (deformação) imediato. Com o passar do tempo, para carga mantida constante a deformação do concreto aumenta, sem que haja aumento da carga. Os principais fatores que influem na fluência do concreto são os mesmo para a retração, a saber: • Idade 0t do concreto ao ser carregado: quanto mais velho for o concreto ao ser carregado, menor é a sua fluência. • Umidade relativa do meio ambiente • Espessura fictícia da peça No caso de estruturas reais, a fluência começa a ocorrer assim que a carga é aplicada ao concreto. A retração ocorre tão logo se inicie a cura do concreto. Para efeito de análise estrutural mais simples, os dois fenômenos podem ser considerados como iniciando na mesma data. B.2. RELAXAÇÃO DO CONCRETO Para situações onde atuam ações de longa duração, além da fluência, deve-se considerar também o fenômeno da relaxação do concreto. A relaxação consiste na diminuição da tensão ao longo do tempo, estando o concreto submetido a um estado de deformações constante (relaxação pura). Por exemplo, a ação de um recalque da estrutura,CENTRO DE TECNOLOGIA E URBANISMO – Departamento de Estruturas Construções em Concreto Estrutural – 3TRU024 – Prof. Roberto Buchaim NOTAS DE AULA UEL CTI Depto Estruturas 6tru017 Concreto I Prof. Roberto Buchaim Revisão 15/08/2014 Página 10 mantido constante pelos seus vínculos, impõe um estado de deformação constante no concreto, com o que as tensões decorrentes desse recalque imposto diminuem com o tempo. C. RESISTÊNCIA CARACTERÍSTICA Entende-se por resistência característica do concreto (fck) aquela correspondente aos 28 dias, por ser esta a idade convencional em que uma estrutura usual é colocada sob carregamento total (pelo menos no projeto). A esta resistência associa-se uma probabilidade de ocorrência de 95%. Quer dizer, a resistência característica de um lote de corpos de prova de concreto ensaiados corresponde um total de 5% dos resultados obtidos com valores iguais ou inferiores a fck. D. MODULO DE ELASTICIDADE DO CONCRETO PARA PROJETO (CONFORME NBR 6118) CENTRO DE TECNOLOGIA E URBANISMO – Departamento de Estruturas Construções em Concreto Estrutural – 3TRU024 – Prof. Roberto Buchaim NOTAS DE AULA UEL CTI Depto Estruturas 6tru017 Concreto I Prof. Roberto Buchaim Revisão 15/08/2014 Página 11 E. RESISTÊNCIA À TRAÇÃO AXIAL (OU DIRETA) DO CONCRETO O concreto simples rompe quando tcσ for igual à resistência à tração do concreto fct. A dispersão da resistência fct é muito maior do que a dispersão da resistência à compressão fc. Os valores de fct são probabilísticos. Em MPa tem-se: 3 2 ,,inf , ,,sup 21,0 30,0 39,0 7,0 3,1 ck mctctk mct mctctk f ff f ff = = = fck (MPa) 20 30 40 50 fct k,inf 1,47 1,93 2,34 2,71 m 2,21 2,90 3,51 4,07 k,sup 2,95 3,86 4,68 5,43 F. RESISTÊNCIA À TRAÇÃO NA FLEXÃO DO CONCRETO EM LAJES E VIGAS (EM PEÇAS FLETIDAS) 7,0 0 7,0 0 , 5,1 5,11 + = h h h h ff tcfltc Onde, h0 = 100 mm h = altura da peça em mm. fct = resistência à tração axial CENTRO DE TECNOLOGIA E URBANISMO – Departamento de Estruturas Construções em Concreto Estrutural – 3TRU024 – Prof. Roberto Buchaim NOTAS DE AULA UEL CTI Depto Estruturas 6tru017 Concreto I Prof. Roberto Buchaim Revisão 15/08/2014 Página 12 h (mm) tc fltc f f , la je v ig a 100 1,67 200 1,41 300 1,31 400 1,25 500 1,22 750 1,16 1000 1,13 Para peças com h > 1000 mm (ou 1m) fct,fl ≈ fct, ou seja, as resistências à tração na flexão e axial são aproximadamente iguais. EXEMPLO 01 Determinar a carga qcr tal que se q <= qcr há uma probabilidade de 95% de não haver fissuração. Dados: fck = 20 MPa. Índice de Esbeltez: 10 400 4000 == l h Momento máximo: !máximoémomentoovãodocentroNo 8 lqM 2 cr →= Para h = 400 mm tcfltc ff 25,1, =→ A menor carga qcr abaixo da qual a viga não vai fissurar com 95% de probabilidade corresponde a MPaff kctflct 84,12020,025,125,1 3 2 inf,inf, = ××== kNmkNmmmNmmfbhWfMcr tflctflc 82,9][10²]/[84,1³][6 400200 6 6 2 inf, 2 inf, =×× × === − W = módulo elástico de resistência (Para fctk,sup resulta Mcr = 19,62 kNm) mkN l Mcrqcr /91,44 82,988 22 = × == (Para fctk,sup resulta qcr = 9,82 KN/m) Se q < qcr,sup = 9,82 kN/m há 95% de probabilidade de não haver fissuração. Se q < qcr,inf = 4,91 kN/m há 95% de probabilidade de não haver fissuração. G. PESO ESPECIFICO Concreto simples: 3CONC m/kN24=γ Concreto armado: 3/25 mkNCA =γ Isto mostra que o aço contribui (em média) com 3m/kN1 (ou 3m/kgf100 ) no peso específico do CA. CENTRO DE TECNOLOGIA E URBANISMO – Departamento de Estruturas Construções em Concreto Estrutural – 3TRU024 – Prof. Roberto Buchaim NOTAS DE AULA UEL CTI Depto Estruturas 6tru017 Concreto I Prof. Roberto Buchaim Revisão 15/08/2014 Página 13 1.2. AÇO Barras e fios de aço destinados a armaduras para CA Fios (mm) Barras (mm) Área (mm²) 4,2 13,8 CA 60 4,6 16,6 5 20 6 28,3 7 38,5 8 50 9 63,6 10 78,5 ≈ 80 6,3 31,5 CA 50 ou 25 8 50 10 80 12,5 125 16 200 20 315 25 500 32 800 Notar que para barras a soma das áreas de duas bitolas sucessivas dá aproximadamente a área da bitola seguinte. P.ex., para 8e3,6 ΦΦ , tem-se as áreas 2mm50e5,31 , respectivamente. A soma destas áreas é igual a 2m5,81 , que é aprox. a área da barra de bitola 10Φ . 1.2.1. PROPRIEDADES DO AÇO Nervuras: melhoram as condições de aderência entre aço e concreto - Barras lisas (CA-25) - Barras nervuradas (CA-50) de alta aderência - Fios (CA-60) – para lajes. Peso específico do aço: ³/85,7³/5,78 mtfoumkN AÇO =γ Peso por metro linear de uma barra = γpiφ AÇO4 ² Módulo de elasticidade do aço: GPaouMPaEs 21000.210= Coeficiente de dilatação térmica: )º10,(º101 1515 −−−− =≅≅ CconcretodoaoigualCx CS αα EXEMPLO 02 KgmmKgpesametrosdebarra mKgmkNmkNmmlinearmetropeso 84,18][12]/[57,116,121 /57,1/0157,0]³/[5,7810]²[200/16 6 =×=φ∴ ==××=φ − CENTRO DE TECNOLOGIA E URBANISMO – Departamento de Estruturas Construções em Concreto Estrutural – 3TRU024 – Prof. Roberto Buchaim NOTAS DE AULA UEL CTI Depto Estruturas 6tru017 Concreto I Prof. Roberto Buchaim Revisão 15/08/2014 Página 14 1.2.2. DIAGRAMA TENSÃO-DEFORMAÇÃO )( SS εσ Os diagramas )( SS εσ na tração e na compressão são admitidos iguais. A. LAMINADO A QUENTE: Com patamar de escoamento. B. ENCRUADO A FRIO Sem patamar de escoamento definido (exemplos: aço de protensão e aço CA-60). C. DIAGRAMAS IDEALIZADOS NA NBR 6118: AÇO DE ARMADURA PASSIVA fy = resistência ao escoamento da barra ensaiada. S ky dy ff γ = s dy yd s ky yk E f E f =ε=ε ; k indica valor característico, probabilidade de 5% de ser ultrapassado para o lado desfavorável. SSS E ε=σ (Lei de Hooke) ‰48,2 15,1 ‰86,2 ;‰86,21086,2 10210 60060060 ‰07,2 15,1 ‰38,2 ;‰38,21038,2 10210 50050050 3 3 3 3 ====×= × =⇒=− ====×= × =⇒=− εε εε − − − − s dy ydykky s dy ydykky E f MPafCA E f MPafCA diagrama simplificado do ELU CENTRO DE TECNOLOGIA E URBANISMO – Departamento de Estruturas Construções em Concreto Estrutural – 3TRU024 – Prof. Roberto Buchaim NOTAS DE AULA UEL CTI Depto Estruturas 6tru017 Concreto I Prof. Roberto Buchaim Revisão 15/08/2014 Página 15 CLASSIFICAÇÃO DOS AÇOS Obs.: (C) alongamento em 10 φ ≈ εsuk *Fonte: NBR 7480/96 - Barras e Fios de Aço para Armadura de Concreto Observação: quanto maior a bitola da barra de aço melhor a aderência com o concreto. CENTRO DE TECNOLOGIA E URBANISMO – Departamento de Estruturas Construções em Concreto Estrutural – 3TRU024 – Prof. Roberto Buchaim NOTAS DE AULA UEL CTI Depto Estruturas 6tru017 Concreto I Prof. Roberto Buchaim Revisão 15/08/2014 Página 16 φ φ− = − =ε φ 10 102 1 12 10 l l ll Quanto maior a área sob a curva )( SS εσ até a ruptura, tanto mais dúctil é o aço e tanto mais dúctil podeser a peça de CA. Na descarga antes da ou na ruptura, a parcela de deformação elástica é recuperada. Na descarga, igualmente, a parcela plástica é permanente ou irrecuperável. ‰48,2 10210 522522 15,1 60060 ‰07,2 10210 435435 15,1 50050 3 3 = × =⇒==−− = × =⇒==−− − − ε ε ydyd ydyd MPafCA MPafCA 2. RETRAÇÃO E FLUÊNCIA DO CONCRETO NBR 6118: 2014, Tabela 8.2 - Valores característicos superiores da deformação específica de retração εεεεcs(t∞∞∞∞,t0) e do coeficiente de fluência ϕϕϕϕ(t∞∞∞∞,t0) Umidade média ambiente % 40 55 75 90 Espessura fictícia 2Ac/u cm 20 60 20 60 20 60 20 60 ϕ(t ∞ ,t0) Concreto das classes C20 a C45 t0 dias 5 4,6 3,8 3,9 3,3 2,8 2,4 2,0 1,9 30 3,4 3,0 2,9 2,6 2,2 2,0 1,6 1,5 60 2,9 2,7 2,5 2,3 1,9 1,8 1,4 1,4 ϕ(t ∞ ,t0) Concreto das classes C50 a C90 5 2,7 2,4 2,4 2,1 1,9 1,8 1,6 1,5 30 2,0 1,8 1,7 1,6 1,4 1,3 1,1 1,1 60 1,7 1,6 1,5 1,4 1,2 1,2 1,0 1,0 εcs(t∞,t0) 0/00 5 − 0,53 − 0,47 − 0,48 − 0,43 − 0,36 − 0,32 − 0,18 − 0,15 30 − 0,44 − 0,45 − 0,41 − 0,41 − 0,33 − 0,31 − 0,17 − 0,15 60 − 0,39 − 0,43 − 0,36 − 0,40 − 0,30 − 0,31 − 0,17 − 0,15 εεεεelástica CENTRO DE TECNOLOGIA E URBANISMO – Departamento de Estruturas Construções em Concreto Estrutural – 3TRU024 – Prof. Roberto Buchaim NOTAS DE AULA UEL CTI Depto Estruturas 6tru017 Concreto I Prof. Roberto Buchaim Revisão 15/08/2014 Página 17 2.1. RETRAÇÃO DO CONCRETO Diminuição de volume da peca de concreto por perda de água não fixada quimicamente, ou seja, perda da água que não reagiu com o concreto. Corresponde a uma deformação de encurtamento em todas as direções do corpo de concreto. Se impedida, seja pela armadura ou pelos vínculos da peça, causa tração no concreto e mesmo fissuração. Os valores da deformação podem ser estimados pela Tabela 8.1 da NBR 6118. 2.1.1. FATORES QUE INFLUEM - tipo de cimento e agregado; - relação água-cimento; - clima (umidade ambiente, temperatura); - dimensões das peças. A retração não depende da carga! A. GRÁFICO DA DEFORMAÇÃO NO CONCRETO POR RETRAÇÃO AO LONGO DO TEMPO ε shc, = deformação no concreto por retração. ε ∞,,shc = valor final da deformação de retração. 2.2. FLUÊNCIA DO CONCRETO A fluência depende diretamente da intensidade da tensão permanente aplicada, e é inversamente proporcional ao módulo de elasticidade do concreto. Depende também dos fatores que influem na retração. 2.2.1. FLUÊNCIA PURA Ec = módulo de elasticidade do concreto 0l∆ = encurtamento elástico instantâneo l AEc Gl Ec ll CC . 0 00 ===∆ σ ε Cl∆ = encurtamento do concreto por fluência Dividindo l∆ por l = deformação Cε 0Cε = Deformação elástica instantânea =ε ϕc Deformação por fluência pura, isto é, sob tensão constante. CENTRO DE TECNOLOGIA E URBANISMO – Departamento de Estruturas Construções em Concreto Estrutural – 3TRU024 – Prof. Roberto Buchaim NOTAS DE AULA UEL CTI Depto Estruturas 6tru017 Concreto I Prof. Roberto Buchaim Revisão 15/08/2014 Página 18 ( )ϕε ε ε εεεε ϕϕ += +=+= 11)( 0 0 00 c c c Cccc t ϕ = coeficiente de fluência = 0 )( c ct ε εϕ ϕ= 5,35,1 a≈ϕ (2 a 2,5 valores freqüentes) ( )ϕ+σ=ε 1)( 0 Ec t CC : deformação total na data t>t0 para fluência pura. Nas estruturas a carga permanente fica evidentemente constante, mas a tensão Cσ varia com o tempo (é decrescente com o tempo) � a fluência não é pura. Basta a simples presença da armadura para que a fluência não seja pura, i.e., não ocorra sob tensão constante, mesmo que a carga permaneça constante. Ver os exemplos 1 e 2 a seguir: o primeiro refere-se apenas à retração, o segundo refere-se ao efeito da carga permanente, ambos para um pilar isostático de concreto armado. A. DEFORMAÇÃO TOTAL DO CONCRETO NA DATA t (USUALMENTE ∞=t ) ( ) ( ) ( ) ( )0,00 ,8,011, ttEEtt shcc C c C C ε+ϕ+ σ∆ +ϕ+σ=ε Onde: ( )ϕ+σ 10 c C E = deformação total por fluência pura, isto é, se Cσ fosse constante e igual a 0Cσ . ( )ϕ+σ∆ 8,01 c C E = acréscimo de deformação por fluência sob variação de tensão Cσ∆ ao longo do tempo. Esta variação é decrescente com o tempo. shc,ε = retração. B. DEFORMAÇÃO TOTAL DO CONCRETO NA DATA ∞ t Ação isolada da retração: CENTRO DE TECNOLOGIA E URBANISMO – Departamento de Estruturas Construções em Concreto Estrutural – 3TRU024 – Prof. Roberto Buchaim NOTAS DE AULA UEL CTI Depto Estruturas 6tru017 Concreto I Prof. Roberto Buchaim Revisão 15/08/2014 Página 19 ( ) ( ) ( ) ( )0,00 ,8,011, ttEEtt shcc C c C C ε+ϕ+ σ∆ +ϕ+σ=ε ∞ ( )ϕ+σ 10 c C E = 0 (zero), pois não há carga aplicada (G = 0 neste exemplo) No aço: - Deformação: s S S E σ =ε - Variação de deformação: s S S E σ∆ =ε∆ As variações de encurtamentos do concreto e do aço são iguais, ( ) SCC tt ε∆=−ε=ε∆ ∞ 0, 0 : ),()8,01(),()8,01( 0,0, ttEttEEE shcsCSshcsc C sS ∞∞ ε+ϕ+σ∆α=ε+ϕ+ σ∆ =σ∆ c s S E E =α = coeficiente de equivalência Por outro lado, a soma da variação de forcas no concreto e no aço é igual a zero: S C c s C S SsCc A A AA NsNc ρ σ∆ −= σ∆ −=σ∆ =σ∆+σ∆ =∆+∆ 0 0 Ac As S =ρ = taxa geométrica de armadura C. ESPESSURA EQUIVALENTE Espessura equivalente = u A02 Onde: u = perímetro em contato com a atmosfera. A0 = área da seção. - Espessura equivalente para toda peça em contato com o ambiente (seção retangular): ( ) hb bh hb bh u A + = + = 2 22 0 Para b >> h (laje): h b h h u A = + = 1 2 0 , ou seja, a espessura equivalente de uma laje com as duas faces em contato com o ambiente é sua própria espessura. CENTRO DE TECNOLOGIA E URBANISMO – Departamento de Estruturas Construções em Concreto Estrutural – 3TRU024 – Prof. Roberto Buchaim NOTAS DE AULA UEL CTI Depto Estruturas 6tru017 Concreto I Prof. Roberto Buchaim Revisão 15/08/2014 Página 20 EXEMPLO 01 Pilar curto sob retração (continuação do cálculo anterior): 350, 106,01060),( −−∞ ×−=×−=ε ttshc ; 5,2),( 0 =ϕ ∞ tt . Solução: %273,202273,0 8800 2000 0,7 30 210 30000 210000 88002000300 20005004254 22 2 ou Ac As MPaE MPaE mmAbhA mmA S S c s sc s ===ρ ==α→ = = =−=−= =×=φ= Sabendo que S C S ρ σ∆ −=σ∆ Logo: ( ) ),(8,01 0, ttE shcsCS S C ∞ ε+ϕ+σ∆α= ρ σ∆ − ( ) ( ) ( ) ( ) !!94,1 5,28,0102273,071 10601021002273,0 8,011 , 5 30, fissurarPodeconcretonotraçãoMPa tt E C SS shc sSC →+=∆ ×+××+ ×− ×××−= ++ −=∆ − ∞ σ ϕρα ερσ No aço: ( )2/85335,85 02273,0 94,1 cmKgfouMPa S C S −−=−=ρ σ∆ −=σ∆ � compressão no aço! Estes resultados mostram que sob a ação da retração, a peça encolhe, mas o concreto está tracionado. Quanto maior for a taxa geométrica da armadura, maior será a tração no concreto, o que pode levá-lo à fissuração, mesmo sem carga aplicada (exemplo: peças pré-moldadas com excesso de armadura). O impedimento à retração pode ocorrer pelaação dos vínculos da peça, ou por pela união de concretos de idade muito diferentes, p.ex, parede de concreto sobre uma sapata corrida. Se a parede for concretada muito tempo depois que a sapata, há uma retração diferencial dos dois elementos estruturais. Com isto a sapata impede a retração da parede e pode gerar fissuras verticais na parede. EXEMPLO 02 Efeito da fluência do concreto (a retração agora é zero): G = -1530 kN (compressão); 5,2),( 0 =ϕ ∞ tt Tensões iniciais logo após aplicação da carga permanente G: ( ) ( ) ( )[ ] 0 00 0000 1 CsS CsSsCsSc CsSCcSsCc AbhG AAbhAAG AAAAG σ−α+= σα+−=σα+= σα+σ=σ+σ= CENTRO DE TECNOLOGIA E URBANISMO – Departamento de Estruturas Construções em Concreto Estrutural – 3TRU024 – Prof. Roberto Buchaim NOTAS DE AULA UEL CTI Depto Estruturas 6tru017 Concreto I Prof. Roberto Buchaim Revisão 15/08/2014 Página 21 Área ideal: ( ) sSi AAA 10 −α+= Área da peça: bhA =0 ( ) MPa MPa N Ai G CSS C C 105157 15 200017300 101530 00 0 2 3 0 −=×−=σα=σ −=σ ×−+ ×− ==σ � Tensões iniciais nos dois materiais, quando começa a fluência do concreto. ( ) ( )ϕ+αρ+ ϕσ αρ−=σ∆ ∞ 8,011 , 00 SS C SSC tt Variação de tensão no concreto: ( ) MPaC 039,45,28,0102273,071 5,21502273,07 = ×+××+ ×− ××−=σ∆ Tensão total no concreto: MPaMPaCCC 1196,10039,4150 −≈−=+−=σ∆+σ=σ � há perda da compressão de -15 para -11 MPa, ou aproximadamente 40% de queda. Variação de tensão no aço: )(7,177 02273,0 039,4 compressãodeaumentoMPa S C S −=−=ρ σ∆ −=σ∆ Tensão total no aço: MPaSSS 2837,1771050 −≅−−=σ∆+σ=σ Note-se que a compressão no aço quase triplica, neste exemplo, ao passo que o concreto tem um alívio de compressão da ordem 40%. Este resultado qualitativo pode ser transposto para as estruturas aporticadas. Assim, se no pórtico, após a aplicação de toda a carga (boa parte da qual é permanente) não houver ruptura pelo lado do concreto, então não mais haverá ruptura pelo concreto, a não ser que haja aumento posterior e imprevisto de carga. CENTRO DE TECNOLOGIA E URBANISMO – Departamento de Estruturas Construções em Concreto Estrutural – 3TRU024 – Prof. Roberto Buchaim NOTAS DE AULA UEL CTI Depto Estruturas 6tru017 Concreto I Prof. Roberto Buchaim Revisão 15/08/2014 Página 22 3. COMPORTAMENTO CONJUNTO DOS MATERIAIS AÇO E CONCRETO 3.1. INTRODUÇÃO Características básicas do concreto armado (CA) � aderência entre concreto e aço! Na compressão e na tração antes de fissurar as deformações no concreto e no aço vizinho são iguais: SC ε=ε . Após a fissuração o aço alonga-se mais que o concreto. Por conseqüência há deslizamento do aço em relação ao concreto vizinho. A quantidade de deslizamento é igual à abertura da fissura! 3.2. AÇÃO DA FORÇA NORMAL Como construir a curva força aplicada-deslocamento axial, ?)( LF ∆ Ou seja, para cada L∆ crescente pergunta-se: qual é a força F correspondente? O presente exemplo refere-se a um ensaio em laboratório. Dados: Aço CA-50: fyk = 500 MPa Es = 200000 MPa ‰ 2,5 10200 500 3yk =× ==ε s ky E f Área de aço: As = 4 φ 25 = 4x500 = 2000 mm² Concreto: coeficiente de variação: para vários corpos de prova %20=δ Resistência média: fcm = 30 MPa Resistência característica: ( ) ( ) MPaff cmck 2020,0645,1130645,11 =×−×=δ−= (probabilidade de 5% de ocorrer fc ≤fck) Área de peça: 220 90000300 mmbhA === Área do concreto: Ac = A0 – As = 90000 – 2000 = 88000 mm² Lei dos materiais Aço Concreto em compressão 2 00 2 ε ε − ε ε = σ C C C CC fc CENTRO DE TECNOLOGIA E URBANISMO – Departamento de Estruturas Construções em Concreto Estrutural – 3TRU024 – Prof. Roberto Buchaim NOTAS DE AULA UEL CTI Depto Estruturas 6tru017 Concreto I Prof. Roberto Buchaim Revisão 15/08/2014 Página 23 (Neste exercício trabalha-se com valores absolutos) L∆ (mm) L L SC ∆ =ε=ε (‰) concreto aço F = Fc+Fs (kN) Cσ (MPa) CCC AF σ= (kN) Sσ (Mpa) SSS AF σ= (kN) 0 0 0 0 0 0 0 0,5 0,5 13,125 1155 100 200 1355 1 1 22,5 1980 200 400 2380 1,5 1,5 28,125 2475 300 600 3075 2 2 30 2640 400 800 3440 2,5 2,5 28,125 2475 500 1000 3475 3 3 22,5 1980 500 1000 2980 3,5 3,5 13,125 1155 500 1000 2155 4 4 0 0 500 1000 1000 Gráfico F(∆L): 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 ∆L (mm) F (kN ) F Fc Fs 1ª conclusão: embora a deformação correspondente a máxFc (ou seja, 2/1000) não coincida com aquela correspondente a máxF (que vale 2,5/1000) pode-se, em face da pequena diferença entre 3475 e 3440, obter a resistência do pilar pela soma das resistências das partes, isto é, kNfAfAF kyscc 364010)5002000308800( 3 =××+×=+= − � 5% maior que 3475 kN =cc fA resistência da seção de concreto = kys fA resistência da seção de aço 2ª conclusão: o comportamento da curva F(∆L) é aproximadamente linear em boa parte do trecho ascendente da parábola. Como em serviço cc f5,0≤σ , a reta é uma aproximação muito boa da parábola. Logo, para o concreto em serviço vale a lei de Hooke: ccsc E ε=σ com Ecs = módulo de elasticidade secante. 3ª conclusão: Para ?;124,0 =ε≅=σ ccc MPaf CENTRO DE TECNOLOGIA E URBANISMO – Departamento de Estruturas Construções em Concreto Estrutural – 3TRU024 – Prof. Roberto Buchaim NOTAS DE AULA UEL CTI Depto Estruturas 6tru017 Concreto I Prof. Roberto Buchaim Revisão 15/08/2014 Página 24 [ ] MPaEEMPa curvadaesquerdoladooknão f MPaf fpondof csci c c c c c c c cc cc c c c c c c cc 2550085,03000085,067,26666 1000 45,0 12 ‰45,0‰2225,0 )!(225,0;)!(775,1 2 6,142 240,0 30 12 30;‰2 2;2 0 21 2 0 2 0 2 00 =×==≅≅= =×=∴= ==→ −± = −=== == −=∴= −= ε σ ελ ε ε λλλ λλσ ε λλσ ε ελ ε ε ε ε σ Da NBR: )!(255002600030560085,0560085,0 okMPaMPafE ccs ≈=××=×= ; no ensaio usa-se fc no lugar de fck (fck usa-se no projeto). Conclusão: os módulos de elasticidade tangente na origem (Eci) e secante (Ecs = 0,85Eci) correspondem respectivamente a: MPaEE e MPafE cics c c ci 2550085,0 30000 1000 2 3022 0 == = × == ε Estes valores no ensaio são aproximadamente os mesmos obtidos pela expressão da NBR 6118 se no lugar de fck for usado fc, mas no projeto usa-se os estabelecidos nessa norma. Em serviço o concreto comprimido pode ser calculado elasticamente (isto é, vale a lei de Hooke). ccsc E ε=σ No pilar: sscc AAF σ+σ= Para a força F = 1385 kN, quais são σ e ε nos materiais? (isto é o Estádio I) ( ) sscs AAAF σ+σ−= 0 Como vale a lei de Hooke para os 2 materiais, vem: sssccsc EeE ε=σε=σ Mas por aderência os encurtamentos dos 2 materiais são iguais, isto é, sc ε=ε . CENTRO DE TECNOLOGIA E URBANISMO – Departamento de Estruturas Construções em Concreto Estrutural – 3TRU024 – Prof. Roberto Buchaim NOTAS DE AULA UEL CTI Depto Estruturas 6tru017 Concreto I Prof. Roberto Buchaim Revisão 15/08/2014 Página 25 ( ) ( ) ( ) ( )[ ] ( ) iCCS SSi SSCCS CS S S s CS S SCCS cSsCCSSsssccsS AEF idealáreaAAA AAEF iaequivalêncdeecoeficient E E A E EAAEF EAEAAEAEAAF εα αε α ε εεεε = =−+= −+= == +−= +−=+−= 1 1 0 0 0 00 No exemplo: ( ) ‰52,0 200000 105 3000085,0 4,13 1054,1384,7 4,13 3,103686 101385 27,1036862000184,7300 84,7 3085,0 200 3 22 == × =ε=ε =×=σ σα=σ=σ⇒ σ = σ = × ==σ ≈×−+= = × =α sc s csc cs s s cs c s s i c i s MPa E E EE MPa A F mmA Ver na Tabela anterior, para a deformação 0,5/1000, a carga vale 1355 kN. Estes valores são praticamente coincidentes com os calculados elasticamente (0,52/1000 e 1385 kN). CENTRO DE TECNOLOGIA E URBANISMO – Departamento de Estruturas Construções em Concreto Estrutural – 3TRU024 – Prof. Roberto Buchaim NOTAS DE AULA UEL CTI Depto Estruturas 6tru017 Concreto I Prof. Roberto Buchaim Revisão 15/08/2014 Página 26 3.3. PEÇA USADA COMO TIRANTE Antes da fissuração os dois materiais trabalham em conjunto ( SC ε=ε ). Resistência do concreto na tração axial: fct = 3 MPa Para tensões baixas usa-se MPafE c c ci 30000002,0 3022 0 =×== ε Imediatamente antes da fissuração: Fcr = força de fissuração Área ideal, com: 22 1013402000)167,6(300 67,6 30 200 mmA E E i ci s S =×−+= ===α mml E fl confereOKkNF kNAfAF kNAfF FFF kNAfF ci ct cr cr sctSsSs cctcrc scrccr ictcr 10,01000 1030 3 !,30440264 40102000367,6)( 26410)2000300(3 304101013403 3 3 32 , , 3 =× × ==∆ =+= =×××=⋅== =×−×== += =××== − − − ασ Imediatamente após a fissuração só o aço resiste a F. mml l l E MPaN A sejaoucolaboranãoconcretoo AAaçonoTensão kNFF cr cr s S S S SSScr C SSCCcr cr 76,01000 1000 76,0 ‰76,0 10200 152 152 2000 10304 2000 0,, 304 3 3 =×=∆ ∆ == × == = × = ⋅== = +=→ == σ ε σ σσσ σ σσσ Conclusão: na fissuração o alongamento do tirante salta de 0,10 mm para 0,76 mm. Outro valor notável da força F: início do escoamento da armadura: CENTRO DE TECNOLOGIA E URBANISMO – Departamento de Estruturas Construções em Concreto Estrutural – 3TRU024 – Prof. Roberto Buchaim NOTAS DE AULA UEL CTI Depto Estruturas 6tru017 Concreto I Prof. Roberto Buchaim Revisão 15/08/2014 Página 27 mml E f ll kNF fAFF s yk syy yksy 5,21000 1000 5,2 !1000max 105002000max 3 =×===∆ =∴ ××=== − ε Gráfico )( lF ∆ na tração: Rigidez do tirante: - antes de fissurar: mkNmmN l AEAE sscic /1004,3/1004,3 1000 2000200000880030000 66 ×=×=×+×= + - após fissurar: a rigidez do tirante é a rigidez da seção metálica, pois Ac=0. ( )anteriordomkN l AE ss %13/104,0 1000 2000200000 6×=×= Este é um aspecto muito negativo dos tirantes, a saber, a grande perda de rigidez axial na passagem do Estádio I (sem fissuras) para o Estádio II (com fissuras). Isto pode ocorrer em estacas de concreto armado tracionadas, e é um problema a ser evitado, a menos que as tensões de tração sejam baixas e eventualmente temporárias (ação do vento), cerca de 3 a 4,5% de fck. Outro aspecto relacionado com os tirantes, na mencionada passagem dos Estádios I para o II, refere-se à armadura mínima, examinada a seguir. CENTRO DE TECNOLOGIA E URBANISMO – Departamento de Estruturas Construções em Concreto Estrutural – 3TRU024 – Prof. Roberto Buchaim NOTAS DE AULA UEL CTI Depto Estruturas 6tru017 Concreto I Prof. Roberto Buchaim Revisão 15/08/2014 Página 28 )( 200 500 2000254 3 20 30 30 2 ensaiodomédiovalor GPaE MPaf mmA MPaf MPaf MPaf GPaE s yk s tc ck c ic = = =φ= = = = = Na compressão e na tração antes de fissurar os dois materiais têm a mesma deformação: SC ε=ε . Antes de fissurar, e antes de haver escoamento tem-se o chamado Estádio I: Na tração, imediatamente antes de fissurar: ctsctccr fAfAF Sα+= Imediatamente após a fissuração: 67,6==α σ= ic s S sscr E E AF ( )[ ] !152 2000 10304 0304 30410367,6200038800 3 , , 3 projetodecondiçãofMPa AF kNF ykcrs crsscr cr →<= × =σ σ+== =×××+×= + − Condição de projeto: deve-se impor uma armadura mínima tal que não haja escoamento do aço na passagem do Estádio I para o Estádio II. CENTRO DE TECNOLOGIA E URBANISMO – Departamento de Estruturas Construções em Concreto Estrutural – 3TRU024 – Prof. Roberto Buchaim NOTAS DE AULA UEL CTI Depto Estruturas 6tru017 Concreto I Prof. Roberto Buchaim Revisão 15/08/2014 Página 29 ( ) ( ) %62,0%2,2 :existenteteefetivameneentrefazsecomparaçãoaou mm2000Amm559300 100 62,0AA ;Logo %62,0 167,63500 3 :exemplodonúmerososcom 1ff f A Af fissuraçãoaapósologaçonotensão11f :ApordivideeAsseisola armaduradegeométricataxa A A e E E com )f,(Af)AA(AF min,ss Smin,s 2 exist,s 22 0min,smin,s min,s Sictyk ct 0 min,s min,sykcr,s Si S ctcr,s 0 0 s S ic s Si ctSscts0cr,sscr =>>= =<=×== = −×− = −− ==⇒< → −+= − === +−== ρρ ρρ ρ ρ α ρσ αρσ ρα ασ 4. INTRODUÇÃO DA SEGURANÇA 4.1. NOS MATERIAIS Há dois passos para impor a segurança: 1º passo: consiste em obter o valor característico da resistência. Conhecidos cmf = valor médio da resistência à compressão de uma série de ensaios. δ = coeficiente de variação das amostras ensaiadas. Obtém-se ckf = valor característico da resistência à compressão do concreto ao qual corresponde à probabilidade de 5% de ser ultrapassado para o lado desfavorável (isto é, para ↓ ). Se a distribuição for normal ( )δ−= 645,11cmck ff ( ) MPafck 202,0645,1130 =×−×= 2º passo: consiste em introduzir os coeficientes de segurança parciais: ticascaracterísasresistênciasdividem CPouCAaçoopara concretoopara S C =→ =→ 15,1)( 4,1 γ γ Para o concreto tem-se ainda o fator 0,85. Resistências de cálculo do ELU: MPafexemplonoffaço MPafexemplonoffconcreto yd S yk yd cd C ck cd 435 15,1 500 : 14,12 4,1 2085,085,085,085,0: === =×== γ γ CENTRO DE TECNOLOGIA E URBANISMO – Departamento de Estruturas Construções em Concreto Estrutural – 3TRU024 – Prof. Roberto Buchaim NOTAS DE AULA UEL CTI Depto Estruturas 6tru017 Concreto I Prof. Roberto Buchaim Revisão 15/08/2014 Página 30 4.2. NAS CARGAS Faz-se o caminho em sentido oposto: 1º passo: toma-se o valor característico superior da carga (ou o valor representativo): Fk 2º passo: majora-se Fk pelo coeficiente de segurança parcial das cargas fγ (=1,4 em geral): kfd FF γ= Condições de segurança: o esforço solicitante de cálculo Fd,S (onde S = solicitante) deve ser menor ou igual ao esforço resistente de cálculo Fd,R (onde R = resistente): RdSd FF ,, ≤ Na compressão simples: ( ) )5,2rupturapara"distância("kN1385 4,1 6,1938FkN6,1938FF kN6,19381020004358800014,12F AfAf85,0F kkfS,d 3 R,d sydccdR,d ==≤⇒≤= =××+×= += − γ Na tração axial (o concreto é desconsiderado): ( ) rupturapara"distância"61,115,14,1 15,1 fA F4,1F kN621 4,1 870FkN870FFkN8701020004350F Af0F S yks kR,d kkfS,d 3 R,d sydR,d ==×→ = ≤= =≤⇒≤= =××+= += − γ γ 5. ESTÁDIOS I, II E III NA FLEXÃO SIMPLES No CA (concreto armado) e no CP (concreto protendido) há três fases distintas de comportamento, conforme haja ou não dois fenômenos: fissuração do concreto e plastificação dos materiais. O Estádio I caracteriza-se pela ausência de fissuração e de plastificação dos materiais, enquanto o Estádio II é caracterizado pela fissuração, mas os materiais ainda podem ser considerados elásticos (Notar que o concreto só trabalha à compressão, na seção transversal, a tração é desconsiderada por facilidade de cálculo e por ter pouca influência). A plastificação aparece no Estádio III, com fissuras (vigas e lajes) ou sem fissuras (pilares). Ver nos diagramas tensão-deformação dos materiais, dados a seguir, o trecho plastificado. CENTRO DE TECNOLOGIA E URBANISMO – Departamento de Estruturas Construções em Concreto Estrutural – 3TRU024 – Prof. Roberto Buchaim NOTAS DE AULA UEL CTI Depto Estruturas 6tru017 Concreto I Prof. Roberto Buchaim Revisão 15/08/2014 Página 31 Concreto na flexão: Leis tensão-deformação, ver páginas 5 e 6; Aço: ver página 14 Resistência à tração na flexão: mmemh h h ff tcfltc ; 100 5,1 100 5,11 . 7,0 7,0 inf,, + = EXEMPLO 01: FISSURAÇÃO EM VIGA DE CA, SEPARAÇÃO DOS TRECHOS NOS ESTÁDIOS I E II; Características dos materiais: ( ) ( ) SSSSSi ckkct ci s S s ci ck AAAAAAidealÁrea MPaff E E MPaE MPaE MPaf 1 47,1202,020,0 0,8 25 200 000.200 000.25044.25205600 20 00 3 2 3 2 inf, −α+=α+−== =×== ===α = ≈=×= = CG ideal? CENTRO DE TECNOLOGIA E URBANISMO – Departamento de Estruturas Construções em Concreto Estrutural – 3TRU024 – Prof. Roberto Buchaim NOTAS DE AULA UEL CTI Depto Estruturas 6tru017 Concreto I Prof. Roberto Buchaim Revisão 15/08/2014 Página 32 ( ) ( ) iSSSSi SSS i OSSSSSii yyAII Ai yA y yAyAAyA 00 0 0 000 1 1 0 −α+= −α = α+−= Na fibra inferior, módulo de resistência da seção: 1i i i y IW = ifltccr WfM ,= ( ) ( ) 2 0 2 5,10 85600 16080018 8560080018400200 mmy mmA i i = ××− = =×−+×= ( ) ( ) 463 1065,12005,1016016080018 12 400200 mmI i ×=−×××−+ × = ( ) 36 6 10336,6 5,10200 1065,1200 :inf mmWeriorfibraNa i ×= − × = MPaf fltc 84,125,147,1 100 4005,1 100 4005,11 47,1 7,0 7,0 , =×= × ×+ ×= mKNmmNM cr .66,11.1066,1110366,684,1 66 =×=××= Quando crcr M lq = 8 2 , haverá fissuração. A carga vale: mKNM l q crcr /59,266,116 88 22 =×== =−= = =+− 58,542,06 42,0 066,11455,7 2 12 x x xx CENTRO DE TECNOLOGIA E URBANISMO – Departamento de Estruturas Construções em Concreto Estrutural – 3TRU024 – Prof. Roberto Buchaim NOTAS DE AULA UEL CTI Depto Estruturas 6tru017 Concreto I Prof. Roberto Buchaim Revisão 15/08/2014 Página 33 Trecho fissurado = !20,542,026 mmm ≈×− A determinação das tensões no concreto e no aço em serviço para a peça no Estádio II se faz com as três ferramentas da mecânica: (1) Equilíbrio, (2) Leis constitutivas e (3) Condições de compatibilidade. Notando que as deformações têm distribuição linear na seção transversal (hipótese de Bernoulli), para sua determinação é preciso conhecer duas incógnitas que a definem, p.ex., a profundidade x da LN e a curvatura 1/r ou uma das deformações extremas, SC ou εε . Por equilíbrio de forças horizontais, tem-se que a força no concreto, Cc bxR σ 2 = , é igual à força no aço, SSs AR σ= . Esta é a primeira condição de equilíbrio. Como em serviço vale a lei de Hooke para ambos os materiais, pode-se substituir as tensões pelo produto dos módulos de elasticidade e das deformações. Logo: )1( 2 SsSCcs EAEbx ε=ε Por outro lado, as deformações ligam-se entre si pela curvatura 1/r da seção como segue: CENTRO DE TECNOLOGIA E URBANISMO – Departamento de Estruturas Construções em Concreto Estrutural – 3TRU024 – Prof. Roberto Buchaim NOTAS DE AULA UEL CTI Depto Estruturas 6tru017 Concreto I Prof. Roberto Buchaim Revisão 15/08/2014 Página 34 dX r ddXdr 1 22 =ϕ→=ϕ = = = xr dX x dX r dX x d Concreto c c c ε ε ε ϕ 1 22 1 22 ( ) ( ) − ε = ε=− ε=− ϕ xdr dXxddX r dX xdd Aço s s s 1 1 22 )2( 1 x xd xdxr curvatura CS SC − ε=ε − ε = ε == 022 ;;:dim )3(022 )(022 2 :)1()2( 2 2 22 =−+ →= ==− =−+ ÷=−+ − = SSSS s S cs s S SSSS SSSS CsSCcs armaduradegeometricataxa bd A E E d x ensionaisaossedefinem d d bd A d x bd A d x dd b A x b A x x xdEAEbxem ραξραξ ρ αξ αα αα εε − ρα +ρα==ξ 121 SS SSd x profundidade relativa da linha neutra na flexão simples de seção retangular com armadura simples. Notar que a profundidade relativa x/d da LN não depende do momento fletor, no caso de flexão simples! Depende apenas do produto do coeficiente de equivalência pela taxa geométrica da armadura. Isto quer dizer que a altura da fissura é aproximadamente constante ao longo da viga. CENTRO DE TECNOLOGIA E URBANISMO – Departamento de Estruturas Construções em Concreto Estrutural – 3TRU024 – Prof. Roberto Buchaim NOTAS DE AULA UEL CTI Depto Estruturas 6tru017 Concreto I Prof. Roberto Buchaim Revisão 15/08/2014 Página 35 EXEMPLO 02 mmdx d x bd A Ecs GPaEGPaE SS s S Scss 24,1313603646,0 3646,01 1046,0 211046,0 1046,0%11,14,9 %11,1 360200 800 4,9200;25,21;200 =×== = −+×== =×= = × == ==== ξ ξ ρα ρ α 2ª equação de equilíbrio � momento! Determinado x, fica conhecido o braço de alavanca das forças internas: 3/xdz −= Igualando os momentos solicitante e resistente e usando a expressão de z, obtém-se: ( ) ( ) ( ) ( ) −= −−= = =÷ −= −−= −=ε −ε= −ε= 3231 1 32 1 3 1 32 . 3 2 2 xdbxExdxdAE r MEI flexãoàrigidezcurvaturaMomento r xdbxE r xdxdAEM r xdonde xdExbxdEAM csssII csss S CScsSss Há duas expressões de ( )IIEI , e ambas dão mesmo resultado, pois são iguais! 5.1.1. RIGIDEZ À FLEXÃO NO ESTÁDIO II ( ) ( ) −= −−= 323 2 xdbxExdxdAEEI csssII ( ) −−α= −= 332 2 xdxdAxdbxI SSII ( ) ( ) ( ) ( ) 213 3 10158,1 3 2,1313602,13136080010200 3 NmmEI xdxdAEEI II ssII ×= −×−×××= −−= No Estádio I tinha-se ( ) 213 .10002,3 mmNIEEI IciI ×== Queda na rigidez%4,61100 002,3 158,11 =× −= CENTRO DE TECNOLOGIA E URBANISMO – Departamento de Estruturas Construções em Concreto Estrutural – 3TRU024 – Prof. Roberto Buchaim NOTAS DE AULA UEL CTI Depto Estruturas 6tru017 Concreto I Prof. Roberto Buchaim Revisão 15/08/2014 Página 36 Admite-se, como exemplo, a carga q =15 kN/m No : mkNM máx .5,678 615 2 = × = mm xdz 3,316 3 2,131360 3 =−=−= Forças nos materiais: N mm mmN z MRR máxsc 3 6 1045,213 3,316 .105,67 ×= × === Tensão na armadura: MPaNAR SSSSs 2671045,213800 3 =σ∴×=σ→σ= (faixa em serviço no aproximadamente 200 a 300 MPa). Tensão no concreto: N z MbxR CCc 31045,213 2 2,131200 2 ×=σ × →=σ= MPaC 3,16=σ∴ (valor alto próximo de fck = 20MPa, haverá flecha por fluência do concreto comprimido!). 0δ = flecha inicial em t = t0 Cδ = acréscimo de flecha por fluência 5.1.2. RIGIDEZ EQUIVALENTE SEGUNDO A NBR 6118: EXPRESSÃO DE BRANSON ( ) ( )[ ] ( ) ( ) diretatraçãoàaresistênciMPaff mmW fWM mm bhI M M IIEstádiodoponderaçãodefator IEstádiodoponderaçãodefator EIIE IEIIEEI ckmct i fltcicr a cr IIIIcs csIIcseq 21,23,0 10336,6 100667,1 12 400200 12 26,0 5,67 75,1 1 1 3 2 36 inf, , 49 33 0 3 3 0 3 0 3 == ×= = ×= × == ===Ψ Ψ−= Ψ= = ≤Ψ−+Ψ= ( ) ( ) 31313393 66 7,0 7,0 , 1018,110158,126,01100667,126,021250 5,171077,210336,6 77,2 100 4005,1 100 4005,11 21,2 NmmEI KNmM flexãonatraçãoàaresistênciMPaf eq cr fltc ×=××−+×××= =×××= = × ×+ ×= − CENTRO DE TECNOLOGIA E URBANISMO – Departamento de Estruturas Construções em Concreto Estrutural – 3TRU024 – Prof. Roberto Buchaim NOTAS DE AULA UEL CTI Depto Estruturas 6tru017 Concreto I Prof. Roberto Buchaim Revisão 15/08/2014 Página 37 Flecha imediata no Estádio I: ( )eq II EI ql 4 0 384 5 =δ ( ) 280 5,21 1018,1 10615 384 5 13 43 0 l mmII ≈= × ×× ×=δ Observação: Se IIcseq IEEIsetem ≅−≤ )(4,0ψ (os trechos no Estádio I têm pouca influência na flecha no centro do vão e na rotação da peça nos apoios). Outro modo de calcular a flecha no Estádio II: através da curvatura na seção central. Notando que a curvatura é igual ao momento fletor dividido pela rigidez à flexão, ou seja: ( )eqEI ql r 8//1 2 == resulta a flecha ( ) ) 1( 6,9 ])( 8/[ 48 5 384 5 2224 0 r ll EI ql EI ql eqeq II ===δ No exemplo, sendo 33 10/335,1)10200/(267/ =×== sSs Eσε , mmxd 8,2282,131360)( =−=− tem-se a curvatura igual a: 1 33 104,171 1 108,228 335,11 − × = × = − = mm xdr sε A flecha imediata resulta igual a: mm r lII 9,21 104,171 1 6,9 )106()1( 6,9 3 232 0 = × × × ==δ (pequena diferença de aproximação numérica com o valor anterior) A. CÁLCULO DA FLECHA DIFERIDA NO TEMPO PARA VIGAS DE CONCRETO ARMADO: PARCELA DA FLUÊNCIA DO CONCRETO= fαδ0 Ver o item 17.3.2.1.2 da NBR 6118: 2014 para o cálculo de ( )ftot αδδ += 10 Com comprimidaarmaduradeáreaA bd A s s f ==ρ ρ+ ξ∆ =α '; ' ' '501 ( ) ( ) gaplicasequandomesesemconcretodoidadet diferidaflechadavalorodesejasequandomesesemtempooét tempodofunçãoecoeficienttt ,, ;,, ; 0 0 = =ξξ−ξ=ξ∆ * Fonte: NBR 6118 – Projeto de Estrutura de Concreto CENTRO DE TECNOLOGIA E URBANISMO – Departamento de Estruturas Construções em Concreto Estrutural – 3TRU024 – Prof. Roberto Buchaim NOTAS DE AULA UEL CTI Depto Estruturas 6tru017 Concreto I Prof. Roberto Buchaim Revisão 15/08/2014 Página 38 No exemplo: ( ) ( ) ( ) mm545,25,215,11 5,1 01 54,02 54,0tmês5,0t 2tmeses70t 0'As 0tot f 00 ≈×=+= ≈ + − = =→= =→≥ = δδ α ξ ξ Como se vê a flecha total é 2,5 vezes maior do que a flecha imediata. O aumento da flecha de 21,5mm para 54mm ocorre ao longo dos anos. Assim, ao concluir a obra, a flecha parece estar em ordem, mas o problema da fluência do concreto comprimido só passa a ser evidente após vários anos. O controle das flechas se faz pela Tabela 13.3 - Limites para deslocamentos (NBR 6118:2014, item 13.3). Tabela 13.3 - Limites para deslocamentos Tipo de efeito Razão da limitação Exemplo Deslocamento a considerar Deslocamento limite Aceitabilidade sensorial Visual Deslocamentos visíveis em elementos estruturais Total l /250 Outro Vibrações sentidas no piso Devido a cargas acidentais l /350 Efeitos estruturais em serviço Superfícies que devem drenar água Coberturas e varandas Total l /250 1) Pavimentos que devem permanecer planos Ginásios e pistas de boliche Total l /350+ contraflecha2) Ocorrido após a construção do piso l /600 Elementos que suportam equipamentos sensíveis Laboratórios Ocorrido após nivelamento do equipamento De acordo com recomendação do fabricante do equipamento Efeitos em elementos não estruturais Paredes Alvenaria, caixilhos e revestimentos Após a construção da parede l /5003) e 10 mm e θ = 0,0017 rad4) Divisórias leves e caixilhos telescópicos Ocorrido após a instalação da divisória l /2503) e 25 mm CENTRO DE TECNOLOGIA E URBANISMO – Departamento de Estruturas Construções em Concreto Estrutural – 3TRU024 – Prof. Roberto Buchaim NOTAS DE AULA UEL CTI Depto Estruturas 6tru017 Concreto I Prof. Roberto Buchaim Revisão 15/08/2014 Página 39 Movimento lateral de edifícios Provocado pela ação do vento para combinação freqüente (ψ1=0,30) H/1 700 e Hi/8505) entre pavimentos6) Movimentos térmicos verticais Provocado por diferença de temperatura l /4007) e 15 mm Tabela 13.3 (cont.) Tipo de efeito Razão da limitação Exemplo Deslocamento a considerar Deslocamento limite Efeitos em elementos não estruturais Forros Movimentos térmicos horizontais Provocado por diferença de temperatura Hi/500 Revestimentos colados Ocorrido após construção do forro l /350 Revestimentos pendurados ou com juntas Deslocamento ocorrido após construção do forro l /175 Pontes rolantes Desalinhamento de trilhos Deslocamento provocado pelas ações decorrentes da frenação H/400 Efeitos em elementos estruturais Afastamento em relação às hipóteses de cálculo adotadas Se os deslocamentos forem relevantes para o elemento considerado, seus efeitos sobre as tensões ou sobre a estabilidade da estrutura devem ser considerados, incorporando-os ao modelo estrutural adotado. 1) As superfícies devem ser suficientemente inclinadas ou o deslocamento previsto compensado por contraflechas, de modo a não se ter acúmulo de água. 2) Os deslocamentos podem ser parcialmente compensados pela especificação de contraflechas. Entretanto, a atuação isolada da contraflecha não pode ocasionar um desvio do plano maior que l /350. 3) O vão l deve ser tomado na direção na qual a parede ou a divisória se desenvolve. 4) Rotação nos elementos que suportam paredes. 5) H é a altura total do edifício e Hi o desnível entre dois pavimentos vizinhos. 6) Esse limite aplica-se ao deslocamento lateralentre dois pavimentos consecutivos devido à atuação de ações horizontais. Não devem ser incluídos os deslocamentos devidos a deformações axiais nos pilares. O limite também se aplica para o deslocamento vertical relativo das extremidades de lintéis conectados a duas paredes de contraventamento, quando Hi representa o comprimento do lintel. 7) O valor l refere-se à distância entre o pilar externo e o primeiro pilar interno. NOTAS 1 Todos os valores limites de deslocamentos supõem elementos de vão l suportados em ambas as extremidades por apoios que não se movem. Quando se tratar de balanços, o vão equivalente a ser considerado deve ser o dobro do comprimento do balanço. 2 Para o caso de elementos de superfície, os limites prescritos consideram que o valor l é o menor vão, exceto em casos de verificação de paredes e divisórias, onde interessa a direção na qual a parede ou CENTRO DE TECNOLOGIA E URBANISMO – Departamento de Estruturas Construções em Concreto Estrutural – 3TRU024 – Prof. Roberto Buchaim NOTAS DE AULA UEL CTI Depto Estruturas 6tru017 Concreto I Prof. Roberto Buchaim Revisão 15/08/2014 Página 40 divisória se desenvolve, limitando-se esse valor a duas vezes o vão menor. 3 O deslocamento total deve ser obtido a partir da combinação das ações características ponderadas pelos coeficientes definidos na seção 11. 4 Deslocamentos excessivos podem ser parcialmente compensados por contraflechas. Estádio III: (os diagramas mostrados neste texto não consideram concretos de resistência acima de 50MPa) No Estádio III, em lajes e vigas, a armadura deve plastificar-se, para que se possa aproveitar a resistência do material. O concreto também pode ser considerado plastificado. Com isto, a lei curva do concreto pode ser substituída por um bloco retangular de tensões e a tensão fica independente da deformação (encurtamento) sofrida pelo concreto. Ver a Figura seguinte. A altura do bloco de tensões obtém-se da igualdade de forças resistentes, supondo a armadura em escoamento: ysc fAbyf = , divide-se ambos os lados por bdfc e define-se a taxa mecânica da armadura ω : )/()/( cyscc bdffAbdfbyf = ou, trabalhando com as resistências características de ambos os materiais: 278,0 20 500 360200 8008,0 =× × ==== ck ykS f f bd A d x d y ω My = momento do início do escoamento e qy = carga que produz My na seção mais solicitada ( ): ( ) ( ) mKNq qKNmdfAM y yykSy /56,27 6 8124 8 6124278,05,013605008005,01 2 2 = × = ==×−×××=ω−= Segunda equação de equilíbrio: ( ) ( ) ( )ωωωµ ω 5,015,01 )(5,01 int; 2 2 −=−=== ÷−= =×= c ykS c cykS f f bd A fbd M relativomomento fbddfAM ernasforçasdasalavancadebraçozzaçonoforçaM Considere-se agora um ensaio em laboratório. Se no ensaio rápido as resistências medidas experimentalmente forem iguais a fc = 28 MPa e fy = 500 MPa, tem-se, com AS = 800 mm²: CENTRO DE TECNOLOGIA E URBANISMO – Departamento de Estruturas Construções em Concreto Estrutural – 3TRU024 – Prof. Roberto Buchaim NOTAS DE AULA UEL CTI Depto Estruturas 6tru017 Concreto I Prof. Roberto Buchaim Revisão 15/08/2014 Página 41 Taxa mecânica: 198,0 28 500 360200 800 =× × == c yS f f bd A ω Momento relativo: ( ) ( ) 179,0278,05,01278,05,01 =×−×=ω−ω=µ Mu = momento último: KNmMMfbd M u c 7,1291028360200179,0 622 =××××==→=µ − qu = carga última = ruína ou ruptura da viga: mkN M q uu /8,286 8 2 == 5.1.3. MOMENTO RESISTENTE DE CÁLCULO (NO PROJETO) O momento resistente de cálculo (design) resulta da resistência de cálculo dos materiais: MPa ff MPaff S yk yd C ck cd 8,434 15,1 500 14,12 4,1 2085,085,085,0 == γ = =×= γ = Taxa mecânica de cálculo: 398,0 14,12 435 360200 800 85,0 =× × ==ω cd ydS d f f bd A (notar que dω é aproximadamente o dobro de 198,0=ω obtido no ensaio). Momento relativo resistente de cálculo: ( ) ( ) KNmfbdM cdRdRd ddRd 3,1001014,1236020032,085,0 319,0398,05,01398,05,01 622 ,, , =××××=µ= =×−×=ω−ω=µ Condição de segurança: ( ) KNmMlqM RdKfSd 3,1008 , 2 , =≤γ= Coeficiente de segurança parcial da carga: 4,1=fγ Carga de cálculo: mKN l M q Rdd /29,226 3,10088 22 , = × == Carga característica (valor superior): mkN l M q f Rd k /9,154,16 3,10088 22 , = × × = γ ≤ ou mkNqqqq f d kkfd /9,154,1 29,22 == γ =→γ= Esta é a máxima carga que a viga deve suportar em serviço com segurança adequada com relação ao Estado Limite Último- Flexão (atenção: Há outros estados limites a serem atendidos! ). 5.1.4. RESUMO (a) Carga de ruptura no ensaio: Carga última: mkNqu /8,28= CENTRO DE TECNOLOGIA E URBANISMO – Departamento de Estruturas Construções em Concreto Estrutural – 3TRU024 – Prof. Roberto Buchaim NOTAS DE AULA UEL CTI Depto Estruturas 6tru017 Concreto I Prof. Roberto Buchaim Revisão 15/08/2014 Página 42 (b) Carga de fissuração: mKNqcr /89,3= Para kNmfWM fltcicr 5,171077,210336,6 66, =×××== − MPaf MPaff mmW fltc ckmct i 77,2 21,23,0 10336,6 , 3 2 36 inf, = == ×= (c) Carga de serviço: =σ =σ = = MPa MPa kNmM mKNq C S máx 3,16 267 50,67 /15 (d) Carga de cálculo (no projeto): mkNq mkNq k d /9,15 /29,22 = = Resistências de cálculo: = = MPaf MPaf yd cd 8,434 14,1285,0 uuu xd ou xr − = 1000/10100/5,31 : corresponde a uma deformação última seja no concreto (3,5‰), seja no aço (10‰); y yd yd xdr − = ε1 : corresponde à deformação do início do escoamento do aço, s yd yd E f =ε ; y yk yk xdr − = ε1 : corresponde à deformação do início do escoamento do aço, s yk yk E f =ε . CENTRO DE TECNOLOGIA E URBANISMO – Departamento de Estruturas Construções em Concreto Estrutural – 3TRU024 – Prof. Roberto Buchaim NOTAS DE AULA UEL CTI Depto Estruturas 6tru017 Concreto I Prof. Roberto Buchaim Revisão 15/08/2014 Página 43 5.1.5. RESISTÊNCIA À TRAÇÃO NA FLEXÃO PARA O PROJETO A resistência à tração na flexão a usar no projeto depende da finalidade do cálculo. = = = =→ + = 3 2 sup, 3 2 3 2 inf, 7,0 7,0 ,, 39,0 30,0 21,0 100 5,1 100 5,11 ckkct ckmct ckkct tctcfltc ff ff ff f h h ff - fctm (valor médio) é usado para obter Mcr = W.fct,fl e também no cálculo da rigidez equivalente (EI)eq, e portanto, no cálculo dos deslocamentos (flechas, rotação de apoios). - fctk,inf (valor característico inferior) é usado para checar se há ou não fissuração, com no máximo 5% de probabilidade. Notar que, se a peça fissurar para uma ocorrência rara da carga, ela permanecerá fissurada ao longo de sua vida útil. - fctk,sup (valor característico superior) é usado para obter a armadura mínima na flexão. 5.1.6. ARMADURA MÍNIMA DE FLEXÃO (ITEM 17.3.5.2.1 DA NBR 6118) Esta armadura mínima, cf. a NBR 6118, deve ser dimensionada para resistir ao momento mínimo de cálculo: sup,0min, kctd fWM = , não se colocando menos do que bhAs 100 15,0 min, = (seção retangular). Considera-se Md,min atendido para as taxas
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