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FACULDADE PARAÍSO - CE CONCRETO ARMADO I Mayco Velasco de Sousa Engenheiro Civil – Mestre em Engenharia Civil 1 Aula 14: Armadura Transversal CONSIDERAÇÕES GERAIS CONCRETO ARMADO I Considere-se a viga biapoiada, submetida a duas forças F iguais e eqüidistantes dos apoios, armada com barras longitudinais tracionadas com estribos, para resistir os esforços de flexão e de cisalhamento, respectivamente. 2 CONSIDERAÇÕES GERAIS CONCRETO ARMADO I Para pequenos valores da força F, enquanto a tensão de tração for inferior à resistência do concreto à tração na flexão, a viga não apresenta fissuras, ou seja, as suas seções permanecem no Estádio I. Nessa fase, origina-se um sistema de tensões principais de tração e de compressão. 3 CONSIDERAÇÕES GERAIS CONCRETO ARMADO I Com o aumento do carregamento, no trecho de momento máximo (entre as forças), a resistência do concreto à tração é ultrapassada e surgem as primeiras fissuras de flexão (verticais). Nas seções fissuradas a viga encontra-se no Estádio II e a resultante de tração é resistida exclusivamente pelas barras longitudinais. No início da fissuração da região central, os trechos junto aos apoios, sem fissuras, ainda se encontram no Estádio I. 4 CONSIDERAÇÕES GERAIS CONCRETO ARMADO I Continuando o aumento do carregamento, surgem fissuras nos trechos entre as forças e os apoios, as quais são inclinadas, por causa da inclinação das tensões principais de tração σI (fissuras de cisalhamento). A inclinação das fissuras corresponde aproximadamente à inclinação das trajetórias das tensões principais, isto é, aproximadamente perpendicular à direção das tensões principais de tração. 5 CONSIDERAÇÕES GERAIS CONCRETO ARMADO I Com carregamento elevado, a viga, em quase toda sua extensão, encontra-se no Estádio II. Em geral, apenas as regiões dos apoios permanecem isentas de fissuras, até a ocorrência de ruptura. 6 CONSIDERAÇÕES GERAIS CONCRETO ARMADO I 7 MODELO DE TRELIÇA CONCRETO ARMADO I 8 O modelo clássico de treliça foi idealizado por Ritter e Mörsch, no início do século XX, e se baseia na analogia entre uma viga fissurada e uma treliça. Considerando uma viga biapoiada de seção retangular, Mörsch admitiu que, após a fissuração, seu comportamento é similar ao de uma treliça como a indicada na figura abaixo, formada pelos elementos: banzo superior → cordão de concreto comprimido; banzo inferior → armadura longitudinal de tração; diagonais comprimidas → bielas de concreto entre as fissuras; diagonais tracionadas → armadura transversal (de cisalhamento). MODELO DE TRELIÇA CONCRETO ARMADO I 9 Essa analogia de treliça clássica considera as seguintes hipóteses básicas: • fissuras, e portanto as bielas de compressão, com inclinação de 45°; • banzos paralelos; • treliça isostática; portanto, não há engastamento nos nós, ou seja, nas • ligações entre os banzos e as diagonais; • armadura de cisalhamento com inclinação entre 45° e 90° MODELO DE TRELIÇA CONCRETO ARMADO I 10 Porém, resultados de ensaios comprovam que há imperfeições na analogia de treliça clássica. Isso se deve principalmente a três fatores: • a inclinação das fissuras é menor que 45°; • os banzos não são paralelos; há o arqueamento do banzo comprimido, principalmente nas regiões dos apoios; • a treliça é altamente hiperestática; ocorre engastamento das bielas no banzo comprimido, e esses elementos comprimidos possuem rigidez muito maior que a das barras tracionadas. MODELO DE TRELIÇA CONCRETO ARMADO I 11 Porém, resultados de ensaios comprovam que há imperfeições na analogia de treliça clássica. Isso se deve principalmente a três fatores: • a inclinação das fissuras é menor que 45°; • os banzos não são paralelos; há o arqueamento do banzo comprimido, principalmente nas regiões dos apoios; • a treliça é altamente hiperestática; ocorre engastamento das bielas no banzo comprimido, e esses elementos comprimidos possuem rigidez muito maior que a das barras tracionadas. MODELO DE TRELIÇA CONCRETO ARMADO I 12 Para um cálculo mais refinado, tornam-se necessários modelos que considerem melhor a realidade do problema. Por esta razão, como modelo teórico padrão, adota-se a analogia de treliça, mas a este modelo são introduzidas correções, para levar em conta as imprecisões verificadas. MODOS DE RUÍNA CONCRETO ARMADO I 13 Numa viga de concreto armado submetida a flexão simples, vários tipos de ruína são possíveis, entre as quais: • ruínas por flexão; • ruptura por falha de ancoragem no apoio; • ruptura por esmagamento da biela; • ruptura da armadura transversal; • ruptura do banzo comprimido devida ao cisalhamento; • ruína por flexão localizada da armadura longitudinal. MODELOS DE CÁLCULO CONCRETO ARMADO I 14 • NBR 6118:2014 A NBR 6118 considera a hipótese básica da analogia de viga fissurada com uma treliça, de banzos paralelos, associado a mecanismos resistentes complementares. A norma dividiu o cálculo segundo dois modelos, os Modelos de Cálculo I e II. O Modelo de Cálculo I admite a chamada treliça clássica, com ângulo de inclinação das diagonais comprimidas (θ) fixo em 45°. Já o Modelo de Cálculo II considera a chamada treliça generalizada, onde o ângulo de inclinação das diagonais comprimidas pode variar entre 30° e 45°. MODELOS DE CÁLCULO CONCRETO ARMADO I 15 • NBR 6118:2014 Nos dois modelos, devem ser consideradas as etapas de cálculo: • verificação de compressão na biela; • cálculo da armadura transversal; • deslocamento al do diagrama de força no banzo tracionado. MODELOS DE CÁLCULO CONCRETO ARMADO I 16 • NBR 6118:2014 – Modelo de Cálculo I No Modelo de Cálculo I a NBR 6118 (item 17.4.2.2) adota a treliça clássica de Ritter-Mörch, ao admitir o ângulo θ de 45o entre as diagonais comprimidas de concreto (bielas de compressão) e o eixo longitudinal do elemento estrutural, e a parcela complementar Vc tem valor constante, independentemente da força cortante solicitante VSd. Vc é a parcela de força cortante absorvida por mecanismos complementares ao da treliça não considerados no modelo de treliça tradicional, e difíceis de serem quantificados, sendo por isso adotados valores empíricos. MODELOS DE CÁLCULO CONCRETO ARMADO I 17 • NBR 6118:2014 – Modelo de Cálculo I 1. Verificação da Diagonal Comprimida de Concreto Independente da taxa de armadura transversal, deve ser verificada a condição: ( ) ( ) 2 f Sk Sd Sd,face 2 é a força cortante solicitante de cálculo γ V ; na região de apoio, é ovalor na respectiva face V =V ; é a força cortante resistente de cálculo, relativa à ruína da biela; no mo Sd Rd Sd Rd V V V V ≤ − − ( ) 2 2 2 2 delo I item 17.4.2.2 da NBR 6118, 2014 : 0.27 1 25 Rd v cd w ck v ck V f b d f f emkN cm α α = ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ = − MODELOS DE CÁLCULO CONCRETO ARMADO I 18 • NBR 6118:2014 – Modelo de Cálculo I 2. Cálculo da armadura transversal: Além da verificação da compressão na biela, deve ser satisfeita a condição: 3 3 é a força cortante resistente de cálculo, relativa à ruína por traçãodiagonal; é parcela de força cortante absorvida por mecanismos complementaresao de treliça resistência ao ci Sd Rd c sw Rd c V V V V V V ≤ = + − − ( )salhamento da seção sem armaduratransversal ; é a parcela de força absorvida pela armadura transversal.wV − No cálculo da armadura transversal considera-se VRd3 = VSd, resultando: sw Sd cV V V= − MODELOS DE CÁLCULO CONCRETO ARMADO I 19 • NBR 6118:2014 – Modelo de Cálculo I 2. Cálculo daarmadura transversal - Cálculo de VSd Prescrições da NBR 6118 (2003), item 17.4.1.2.1, para o cálculo da armadura transversal no trecho junto ao apoio, no caso de apoio direto (carga e reação de apoio em faces opostas, comprimindo-as): • para carga distribuída, VSd = VSd,d/2 , igual à força cortante na seção distante d/2 da face do apoio; • a parcela da força cortante devida a uma carga concentrada aplicada à distância a < 2d do eixo teórico do apoio pode ser reduzida multiplicando-a por a/(2d). Nesses casos, considerar VSd=VSd,face (ou VSd=VSd,eixo) está a favor da segurança. MODELOS DE CÁLCULO CONCRETO ARMADO I 20 • NBR 6118:2014 – Modelo de Cálculo I 2. Cálculo da armadura transversal - Cálculo de Vc Para modelo I, na flexão simples (item 17.4.2.2.b da NBR 6118, 2014): ( ) 0 ,inf 2 3 2 3 ,inf , 0.6 0.7 0.7 0.3 0.21 em MPa item 8.2.5 da NBR 6118, 2003 c c ctd w ctd ctk c ctk ct m ck ck ck V V f b d f f f f f f f γ = = ⋅ ⋅ ⋅ = = ⋅ = ⋅ ⋅ = ⋅ MODELOS DE CÁLCULO CONCRETO ARMADO I 21 • NBR 6118:2014 – Modelo de Cálculo I 2. Cálculo da armadura transversal – Área de aço De acordo com o modelo I (item 17.4.2.2 da NBR 6118, 2014): ( ) ( ) ( )( )0.9 sen cos é a área de todos os ramos da armadura transversal; é o espaçamento da armadura transversal; é a tensão na armadura transversal; é o ângulo de inclinação da arm w sw ywd sw ywd V A s d f A s f α α α = ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ + = = = = ( )adura transversal 45° α 90°≤ ≤ ( ) ( ) ( )( )0.9 sen cos sw sw ywd VA s d f α α = ⋅ ⋅ ⋅ + A tensão máxima imposta pela norma refere-se ao aço CA-50, pois fyd = 50/1,15 = 435 MPa. No caso do dimensionamento do estribo ser feito com o aço CA-60, esta tensão máxima também deve ser obedecida, ou seja, deve-se calcular como se o aço fosse o CA-50. MODELOS DE CÁLCULO CONCRETO ARMADO I 22 • NBR 6118:2014 – Modelo de Cálculo II No Modelo de Cálculo II a NBR 6118 (item 17.4.2.3) admite que o ângulo de inclinação das diagonais de compressão (θ) varie livremente entre 30o e 45o e que a parcela complementar Vc sofra redução com o aumento de VSd. Ao admitir ângulos θ inferiores a 45° a norma adota a chamada “treliça generalizada”. MODELOS DE CÁLCULO CONCRETO ARMADO I 23 • NBR 6118:2014 – Modelo de Cálculo II 1. Verificação da Diagonal Comprimida de Concreto Independente da taxa de armadura transversal, deve ser verificada a condição: ( ) ( ) ( )( ) 2 2 2 2 2 2 0.54 sen cotg cotg 1 25 Sd Rd Rd v cd w ck v ck V V V f b d f f emkN cm α θ α θ α ≤ = ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ + = − MODELOS DE CÁLCULO CONCRETO ARMADO I 24 • NBR 6118:2014 – Modelo de Cálculo II 2. Cálculo da armadura transversal - Cálculo de Vc Para modelo I, na flexão simples (item 17.4.2.2.b da NBR 6118, 2014): ( ) 2 1 0 2 0 0 ,inf 2 3 2 3 ,inf , onde: 0.6 0.7 0.7 0.3 0.21 em MPa item 8.2.5 da NBR 6118, 2003 Rd Sd c c c Rd c c ctd w ctd ctk c ctk ct m ck ck ck V VV V V V V V f b d f f f f f f f γ − = = − = ⋅ ⋅ ⋅ = = ⋅ = ⋅ ⋅ = ⋅ MODELOS DE CÁLCULO CONCRETO ARMADO I 25 • NBR 6118:2014 – Modelo de Cálculo I 2. Cálculo da armadura transversal – Área de aço De acordo com o modelo I (item 17.4.2.2 da NBR 6118, 2014): ( ) ( ) ( )( ) ( ) sw o o 0.9 cotg cotg sen s = espaçamento dos estribos; A rea de todos os ramos verticais do estribo; = ângulo de inclinacao dos estribos, o 45 90 ; = ângulo de inclinacao das bielas de sw sw ywd VA s d f á α θ α α α θ = ⋅ ⋅ ⋅ + ⋅ = ≤ ≤ ( ) o o ywd compressão,o 30 45 ; f = tensão máxima no estribo 435MPa para qualquer tipodeaço . α≤ ≤ MODELOS DE CÁLCULO CONCRETO ARMADO I 26 • Armadura Transversal Mínima Para garantir ductilidade à ruína por cisalhamento, a armadura transversal deve ser suficiente para suportar o esforço de tração resistido pelo concreto na alma, antes da formação de fissuras de cisalhamento. Segundo o item 17.4.1.1.1 da NBR 6118 (2014), a armadura transversal mínima deve ser constituída por estribos, com taxa geométrica: ( ) ( )2 3 ywk 0.2 0.3 item 8.2.5 da NBR 6118, 2014 ; f = é resistência característica de escoamento da armadura transversal. sw ctm sw w ywk ctm ck A f b s sen f f f ρ α = ≥ ⋅ ⋅ ⋅ = ⋅ MODELOS DE CÁLCULO CONCRETO ARMADO I 27 • Armadura Transversal Mínima Portanto, a taxa mínima ρsw,min da armadura transversal depende das resistências do concreto e do aço. Os valores de ρsw,min são dados por: A armadura mínima é calculada por meio da equação: ,min ,min sw sw sw w Aa b s ρ= = ⋅ ,min ,min 0,9sw sw ywdV b d fρ= ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ Força cortante relacionada à taxa mínima de estribos. ,min 0 ,minSd c swV V V= + MODELOS DE CÁLCULO CONCRETO ARMADO I 28 • Diâmetro mínimo e diâmetro máximo O diâmetro dos estribos devem estar no intervalo: 5 mm ≤ φt ≤ bw/10. Quando a barra for lisa, φt ≤ 12mm. • Espaçamento longitudinal mínimo e máximo O espaçamento mínimo entre estribos, na direção longitudinal da viga, deve ser suficiente para a passagem do vibrador, garantindo um bom adensamento. Para que não ocorra ruptura por cisalhamento nas seções entre os estribos, o espaçamento máximo deve atender às seguintes condições: 2 2 0.67 0.6 300 0.67 0.3 200 Sd Rd máx Sd Rd máx V V s d mm V V s d mm ≤ ⋅ → = ⋅ ≤ > ⋅ → = ⋅ ≤ MODELOS DE CÁLCULO CONCRETO ARMADO I 29 • Número de ramos por estribos O número de ramos dos estribos deve ser calculado em função do espaçamento transversal máximo, entre ramos sucessivos dos estribos: 2 , 2 , 0.20 800 0.20 0,6 350 Sd Rd t máx Sd Rd t máx V V s d mm V V s d mm ≤ ⋅ → = ≤ > ⋅ → = ⋅ ≤ EXEMPLO 1 CONCRETO ARMADO I 30 A figura abaixo mostra uma viga biapoiada sob flexão simples, para a qual deve- se calcular e detalhar a armadura transversal, composta por estribos verticais. São conhecidos: concreto C20 ; aço CA-50; γc = γf = 1,4; γs = 1,15; d = 46 cm; c = 2,0 cm. EXEMPLO 1 – Detalhamento CONCRETO ARMADO I 31 55 DOBRA DO ESTRIBO CONCRETO ARMADO I 32 “A ancoragem dos estribos deve necessariamente ser garantida por meio de ganchos ou barras longitudinais soldadas.” (NBR 6118, item 9.4.6) Os ganchos dos estribos, conforme a NBR 6118 (item 9.4.6.1), podem ser (ver Figura 5.25): “ a) semicirculares ou em ângulo de 45° (interno), com ponta reta de comprimento igual a 5 φt , porém não inferior a 5 cm; b) b) em ângulo reto, com ponta reta de comprimento maior ou igual a 10 φt , porém não inferior a 7 cm (este tipo de gancho não pode ser utilizado para barras e fios lisos).” O diâmetro interno da curvatura dos estribos deve ser, no mínimo, igual ao valor apresentado na tabela a seguir: EXEMPLO 1 – Detalhamento CONCRETO ARMADO I 33 EXEMPLO 2 CONCRETO ARMADO I 34 Calcular e detalhar a armadura transversal composta por estribos verticais para as forças cortantes máximas da viga esquematizada na Figura 5.40. São conhecidos: C25, CA-50, γs = 1,15, c = 2,5 cm, γc = γf = 1,4, d = 80 cm. A altura da viga transversal é de 60 cm, responsável pela força de 150 kN. EXEMPLO 2 CONCRETO ARMADO I 35 ARMADURA DE SUSPENSÃO CONCRETO ARMADO I 36 Segundo a NBR 6118 (item 18.3.6), “Nas proximidades de cargas concentradas transmitidas à viga por outras vigas ou elementos discretos que nela se apoiam ao longo ou em parte de sua altura, ou fiquem nela pendurados, deve ser colocada armadura de suspensão”. ARMADURA DE SUSPENSÃO CONCRETO ARMADO I 37 1. Vigas com faces inferiores no mesmo nível ,sup d s yd VAf = A armadura de suspensão As,susp deve ficar distribuída na região próxima ao encontro das duas vigas, conforme as distâncias indicadas na figura da esquerda. Pode-se considerar 30 % de As,susp colocada na viga apoiada e o restante 70 % na viga que serve de apoio. ARMADURA DE SUSPENSÃO CONCRETO ARMADO I 38 2. Face inferior da viga apoiada acima da face inferior da viga de apoio ,sup a d s apoio yd h VA h f = ⋅ A armadura de suspensão As,susp deve ficar distribuída na região próxima ao encontro das duas vigas, conforme as distâncias indicadas na figura da esquerda. Pode-se considerar 30 % de As,susp colocada na viga apoiada e o restante 70 % na viga que serve de apoio. ARMADURA DE SUSPENSÃO CONCRETO ARMADO I 39 1. Face inferior da viga apoiada abaixo da face inferior da viga de apoio ,sup d s yd VA f = Na viga que serve de apoio deve ser colocada uma armadura transversal para reforçar a região que recebe a força da viga apoiada pendurada, com área de armadura: ,sup 2 d s yd VA f = ⋅ FACULDADE PARAÍSO - CE Número do slide 2 Número do slide 3 Número do slide 4 Número do slide 5 Número do slide 6 Número do slide 7 Número do slide 8 Número do slide 9 Número do slide 10 Número do slide 11 Número do slide 12 Número do slide 13 Número do slide 14 Número do slide 15 Número do slide 16 Número do slide 17 Número do slide 18 Número do slide 19 Número do slide 20 Número do slide 21 Número do slide 22 Número do slide 23 Número do slide 24 Número do slide 25 Número do slide 26 Número do slide 27 Número do slide 28 Número do slide 29 Número do slide 30 Número do slide 31 Número do slide 32 Número do slide 33 Número do slide 34 Número do slide 35 Número do slide 36 Número do slide 37 Número do slide 38 Número do slide 39