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Prof. M.Sc. Antonio de Faria Prof. D.Sc. Roberto Chust Carvalho Estruturas de Concreto e Fundações Estruturas Especiais Escadas Escadas Escadas são elementos da edificação projetados para que o ser humano, com pouco dispêndio de energia e em um espaço reduzido, consiga ir, andando, de um nível a outro, por meio de degraus. Rampas As rampas tem a mesma finalidade das escadas, porém, demandam um espaço bem maior, e consomem mais material; permitem porém que se trafegue com carrinhos de carga, cadeiras de rodas etc. • Existem normas técnicas internacionais, nacionais e municipais que estabelecem dimensões mínimas, máximas e demais valores a respeitar no projeto de uma escada; • Pode-se destacar a NBR 9077:1993 (Saídas de Emergência) que trata da segurança da evacuação de pessoas durante um incêndio; Escadas um incêndio; • Um bom projeto de uma escada deve possibilitar que se gaste pouca energia ao subi-la e garantir um conforto mínimo; • Dessa maneira, além das normas, certas relações de geometria, já consagradas, devem ser obedecidas. Escadas • Aspectos a serem obervados: – Cotas em décimos de centímetros; – Concreto com menor slump (abatimento tronco de cone); – Armadura de espera das vigas; – Terminar a escada sempre em viga, numca em – Terminar a escada sempre em viga, numca em laje; – Utilizar norma de acessibilidade para dimensionar largura (edificação de uso público, escolas, clubes, etc); – Fixação de corrimãos se possível com parafusos; Escadas LV LH Escadas – Características geométricas • Segundo NBR 9050:2004, tem-se: • Comprimento do degrau ou piso (cd): – 0,28 m ≤ cd ≤ 0,32 m • Altura do degrau ou L b L CORTE AA A B B A b i,h p Viga Viga L Li,h pViga • Altura do degrau ou espelho (hd): – 0,16 m ≤ hd ≤ 0,18 m • Assim, tem-se: – 0,60 m ≤ cd + 2.hd ≤ 0,64 m h h h c CORTE BB L Li,h p v v d g p d 2 1 d d c h gh iL Viga Viga Viga • O vão livre mínimo deve ser de 2,10 m, e a largura das escadas deve ser superior a: – 80 cm – escadas em geral: – 120 cm – escadas em edifícios de apartamentos, hotel e escritórios; Escadas – Características geométricas Escadas – medidas gerais • Li,h – comprimento horizontal do trecho inclinado; • Lp – comprimento do patamar; • b– largura da escada; • Li – comprimento inclinado do trecho em rampa; • V – desnível vencido pelo CORTE AA L Li,h p v 2 iL Viga Viga Viga G D P D v 1 • V1 – desnível vencido pelo trecho inclinado 1; • V2 – desnível vencido pelo trecho inclinado 2; • PD – pé direito; • G – gabarito; • D – desnível; L b PLANTA L A A b i,h p Viga Viga L Li,h pViga Escadas – Medidas Gerais: • D – desnível de um lance da escada após os acabamentos: D = A – B; – A – cota no primeiro patamar ou na parte superior da escada; – B – cota no início ou no patamar inferior da escada; • De – desnível de um lance da escada sem os acabamentos, ou seja, da estrutura – De = A1 – B1; – A1 – cota no primeiro patamar ou na parte superior da escada sem considerar o revestimento de acabamento; – B1 – cota no início ou no patamar inferior da escada sem considerar o revestimento de acabamento; • r1 – espessura do revestimento (considerando base e acabamento) junto ao patamar ou a parte superior da escada;parte superior da escada; • r2 – espessura do revestimento considerando base e acabamento) junto ao início ou no patamar inferior da escada; • rd – espessura do revestimento nos degraus; • Considera-se em geral, que o revestimento dos degraus tem a mesma espessura que o do nível superior ou inferior. Assim, rd = r1 ou rd = r2; r r r AA BB D D 1 1 2 1 d e • Há três casos a considerar: – a) os três revestimentos são iguais: r1 = r2 = rd; – b) o revestimento superior é maior: r1 > r2 = rd; – c) o revestimento inferior é maior: r2 > r1 = rd; • Dadas as cotas A e B, determina-se o desnível a se vencer D: D = A–B; • Determina-se o desnível a vencer da estrutura De: De = D – (r1 - r2); como r1 = r2 e portanto D = De; Escadas – Medidas Gerais: 1 2 e • Determina-se o número de degraus (na verdade de espelhos pois o número de degraus é sempre este valor subtraído de um) necessários arbitrando uma altura inicial para o degrau hd recomendando o valor 17 cm – sendo: nd = De/hd; • Arredonda-se o valor de nd para o inteiro superior ou inferior, calculando o valor final de hd que pode conter décimos ou centésimos de cm; Exemplo numérico: Detalhar a geometria vercial de um lance de escada considerando três situações e a figura abaixo: Dados Exemplo 01 - (valores em cm) Cota de Nível A Cota de Nível B Revestimento r1 Revestimento r2 Revestimento rd Situação 1 2,50 138,50 2,50 2,50 2,50 Situação 2 2,50 138,50 4,00 2,50 2,50 Situação 3 4,00 140,00 2,50 4,00 2,50 r r r AA BB D D 1 1 2 1 d e Resolução: • Situação 1: • 1) D = 138,5 – 2,5 = 136,0 cm • 2) De = 136 cm • 3) nd = (136)/17 = 8 degraus • 4) 8 degraus de 17,0 cm • 5) Utilizando 30 cm para cada degrau, obtêm-se para dimensão horizontal, 240 cm; • Situação 2: • 1) D = 138,5 – 2,5 = 136,0 cm • 2) D*e = D = 136 cm• 2) D e = D = 136 cm • 3) nd = (136)/17 = 8 degraus • 4) 7 degraus de 17,0 cm e o último com h*d = hd – (r1-r2) = 17 – (4 – 2,5) = 15,5 cm • 5) Utilizando 30 cm para cada degrau, obtêm-se para dimensão horizontal, 240 cm; • Situação 3: • 1) D = 140 – 4,0 = 136,0 cm • 2) D*e = D = 136 cm • 3) nd = (136)/17 = 8 degraus • 4) 7 degraus de 17,0 cm e o primeiro com h*d = hd + (r1-r2) = 17 + (4 – 2,5) = 18,5 cm • 5) Utilizando 30 cm para cada degrau, obtêm-se para dimensão horizontal, 240 cm; Cotas obtidas para o exemplo 01 valores em cm Situação 1 Situação 2 Situação 3 Cota em osso acabada em osso acabada em osso acabada Ínício 0,0 2,5 0,0 2,5 0,0 4,0 Degrau 1 17,0 19,5 17,0 19,5 18,5 21,0 Degrau 2 34,0 36,5 34,0 36,5 36,5 38,0 Degrau 3 51,0 53,5 51,0 53,5 52,5 55,0Degrau 3 51,0 53,5 51,0 53,5 52,5 55,0 Degrau 4 68,0 70,5 68,0 70,5 69,5 72,0 Degrau 5 85,0 87,5 85,0 87,5 86,5 89,0 Degrau 6 102,0 104,5 102,0 104,5 103,5 106,0 Degrau 7 119,0 121,5 119,0 121,5 120,5 123,0 Degrau 8 136,0 138,5 134,5 138,5 137,5 140,0 Dimensionamento das Escadas: • Sob o ponto de vista estrutural pode-se ter: – escada composta de mais de um plano – o cálculo correto é considerar a escada como um conjunto de folhas poliédricas (neste caso o cálculo é bastante folhas poliédricas (neste caso o cálculo é bastante complexo); – escada com um único plano – cálculo usual de lajes, podendo-se usar a teoria das placas elásticas ou de linhas de ruptura. • Pode-se considerar em alguns casos, de maneira simplificada e com resultados satisfatórios, a escada “trabalhando” como um conjunto de vigas; • É bastante comum, e na maioria das vezes a favor da segurança, considerar que as seções transversais da Dimensionamento das Escadas: segurança, considerar que as seções transversais da escada, calculada como um conjunto de vigas, sejam solicitadas apenas à flexão simples, desprezando o efeito da força normal, de tração ou de compressão, no dimensionamento da armadura longitudinal. Escada armada na direção longitudinal Admite-se que a escada se comporte como uma laje armada em uma direção, ou mesmo como uma viga de largura igual à largura da escada (b) e vão (L) na horizontal igual à distância entre os apoios. Escada armada na direção longitudinal PLANTA CORTE AAAA Viga Viga Viga Viga ESQUEMA ESTRUTURAL PERSPESCTIVA DO Placa Borda Livre Borda Livre b L CORTE AA Viga Viga Viga Escada como viga ESQUEMA ESTRUTURAL Viga Viga • O carregamento atuante tem direção vertical e causa nas diversas seções transversais: momento fletor (M), força cortante (V), força normal (N); • Geralmente a força normal na viga, para efeito de detalhamento, pode ser desprezado e dimensiona-se a Escada armada na direção longitudinal detalhamento, pode ser desprezado e dimensiona-se a armadura longitudinal considerando flexão simples; • Se a dimensão b da escada for da mesma ordem da grandeza de L o cálculo se faz como sendo uma laje com duas bordas livres, ou como uma viga de largura unitária. ⋅A1 principals, • A armadura principal é disposta na mesma direção do trânsito; • Na outra direção, perpendicular a da armadura principal, é disposta uma armadura de distribuição que tem por finalidade controlar a fissuração do concreto; • A seção da armadura de distribuição deve atender a seguinte condição: Escada armada na direção longitudinal ⋅ ≥ m cm 0,90 A 5A `2 principals, ãodistribuiçs, • Recomenda-se que o espaçamento máximo das barras da armadura principal não seja superior a 20cm; • O espaçamento da armadura de distribuição não deve superar 33cm; Escada armada na direção longitudinal Detalhe típico das armaduras de uma escada armada longitudinalmente • A espessura da laje pode ser fixada, em função do comprimento do vão (l), usando os valores apresentados na tabela abaixo; • Deve-se tomar o cuidado de que a espessura adotada não conduza à situação de armadura dupla (espessura insuficiente) ou de armadura mínima (espessura Escada armada na direção longitudinal Vão Espessura da laje l ≤ 3,0 m 10,0 cm 3,0 m < l ≤ 4,0 m 12,0 cm 4,0 m < l ≤ 5,0 m 14,0 cm Tabela – Espessura da laje em função do vão insuficiente) ou de armadura mínima (espessura exagerada). Escada armada na direção longitudinal Modelo estrutural de viga isostática para uma escada com patamar armada na direção longitudinal VigaVigaViga P1P1P1 P2P2P2 VigaVigaViga Escada armada na direção longitudinal Modelo estrutural de pórtico para uma escada com patamar armada na direção longitudinal • Na seção de inflexão do trecho com degraus para o patamar, deve- se ter um cuidado especial com o detalhamento da armadura positiva; • A armadura mostrada na figura abaixo tenderá a se retificar, saltando para fora da massa de concreto que, nessa região, tem apenas a espessura do cobrimento; • Para que isso não ocorra, deve-se substituir cada barra da Escada armada na direção longitudinal Detalhamento incorreto da armadura positiva, tendência de retificação da barra • Para que isso não ocorra, deve-se substituir cada barra da armadura principal por outras duas prolongadas além do seu cruzamento e devidamente ancoradas. Detalhe típico das armaduras de uma Escada armada na direção longitudinal Detalhe típico das armaduras de uma escada com patamar armada na direção longitudinal Escada armada na direção longitudinal Escada armada na direção longitudinal Escadas – Apoio Móvel Escadas – Apoio Fixo Escadas – Apoio elástico – (tipo mola) PLANTA AA Viga Viga Viga Viga ESQUEMA ESTRUTURAL PERSPESCTIVA DO Placa Borda b L Pilar Borda Indefinida Escada armada na direção transversal CORTE AA Viga Pilar Borda Escada como viga ESQUEMA ESTRUTURAL Pilar Pilar Indefinida Viga Vigab Escada armada na direção transversal ⋅A1 • A armadura principal é disposta na direção perpendicular a do trânsito; • Na outra direção (perpendicular a da armadura principal), é disposta uma armadura de distribuição que tem por finalidade controlar a fissuração do concreto; a seção da armadura de distribuição deve atender a seguinte condição: ⋅ ≥ m cm 0,90 A 5 1 A 2 principals, ãodistribuiçs, • Recomenda-se que o espaçamento máximo das barras da armadura principal não seja superior a 20,0 cm; • O espaçamento da armadura de distribuição não deve superar 33 cm. Escada armada na direção transversal • Em edificações assobradadas, este tipo de escada normalmente é construída entre duas paredes que lhe servem de apoio. Neste caso, deve-se lembrar de considerar no cálculo da viga baldrame a reação da escada na alvenaria. Detalhe típico das armaduras de uma escada armada na direção transversal Escada armada na direção transversal PLANTA CORTE AA AA Viga Viga ESQUEMA ESTRUTURAL PERSPESCTIVA DO Armadura b L Secundária Armadura Principal Armadura Armadura principal Armadura Secundaria Detalhe Linha Neutrad e c o n c r e t o R e g i ã o c o m p r i m i d a PLANTA AA Viga Viga ESQUEMA ESTRUTURAL PERSPESCTIVA DO Placa L Viga Viga Pilar Pilar Pilar Pilar Viga Vigab Escada armada na direção transversal CORTE AA Viga Viga Pilar Viga Pilar Pilar Pilar Viga Viga Viga L Viga Vigab em duas direções Armaduras principais Armaduras VISTA SUPERIOR BB A C O R T E A A SOBE Escada com planta em forma de L CORTE BBA C O R T E A A PLANTA BB A C O R T E A A SOBE Viga 1 Viga 2 Pilar 2 Pilar 1Pilar 3 Viga 3 P i l a r 3 V i g a 3 V i g a 2 ESQUEMA ESTRUTURAL Viga 2 V i g a 1 Viga 2 V i g a 3 Borda Livre L1 Escada com planta em forma de L considerada formada por lajes. CORTE BB Viga 4 A C O R T E A A Viga 3 Pilar 4 Pilar 5 Pilar 3 Pilar 1Viga 2 Viga 1 P i l a r 4 V i g a 3 V i g a 4 Viga 4 V i g a 3 B o r d a L i v r e L 2 PLANTA BB A C O R T E A A SOBE Viga 1 Viga 2 Pilar 2 Pilar 1Pilar 3 Viga 3 P i l a r 3 V i g a 2 ESQUEMA ESTRUTURAL V i g a 2 ( T r e c h o 2 ) ( T r e c h o 2 ) Escada com planta em forma de L Considerada formada por pórticos CORTE BB (Trecho 1) Viga 4 A Pilar 4 Pilar 5 Pilar 3 Pilar 1Viga 2 Viga 1 P i l a r 4 V i g a 4 V i g a 4 Trecho2 Pilar 1 Patamar Viga 1 (Trecho 1) C O R T E A A P i l a r 4 V i g a 2 ESQUEMA ESTRUTURAL Trecho 3 Patamar ( T r e c h o 3 ) (Trecho 3) (Trecho 2) PLANTA B A Viga 2 Pilar 4 Pilar 3 B C C O R T E C C ( T r e c h o 1 ) P i l a r 4 Trecho 1 Patamar CORTES A e C V i g a 2 Escada com planta em forma de U considerada formada por pórticos CORTE BB (Trecho 2) SOBE Pilar 4 Viga 2 P i l a r 5 V i g a 1 Viga 2 Viga 3 Viga 3APilar 5 Viga 1 Pilar 2 Pilar 6 Pilar 1 Pilar 3 C P i l a r 1 Viga 2 Viga 1 (Trecho 1) V i g a 3 C O R T E D D P i l a r 4 V i g a 2 ESQUEMA ESTRUTURAL ( T r e c h o 4 ) PLANTAB D Viga 2 Pilar 4 Pilar 3 B Pilar 6 C C O R T E C C ( T r e c h o 2 ) P i l a r 4 Viga 2 (Trecho 2) CORTES A e C V i g a 3 V i g a 2 D Trecho 2 Patamar (Trecho 1) Trecho 4 Patamar do andar de baixo Escada com planta em forma de O considerada formada por pórticos CORTE BB (Trecho 3) Pilar 4 Viga 2 P i l a r 5 V i g a 1 Viga 2 Viga 3 Trecho 3 Patamar (Trecho 4) (Trecho 3)Pilar 2 Pilar 3 P i l a r 1 Trecho 1 Patamar Viga 2 V i g a 3 Viga 1Pilar 1 Vista AA (Trecho 1) Pilar 4Viga 1Pilar 3 A A D Viga 1 PLANTA AA Viga Viga ESQUEMA ESTRUTURAL Esquema da armadura Escada com seção transversal plissada ou em cascata CORTE AA Viga Viga Esquema da armadura Escada com degraus em balanço • Os degraus “trabalham”, para efeito de cálculo, como vigas em balanço engastadas na viga V300; • Esta viga, que fica geralmente “embutida” em uma parede, está submetida, além dos esforços M, N, V, a um momento torçor causado pela excentricidade do ponto de aplicação da resultante da carga nos degraus em relação ao eixo da viga. PLANTA AA Viga Viga 1 ESQUEMA ESTRUTURAL Pilar 1 Pilar 2 Viga 1 Degrau ESQUEMA ESTRUTURAL DA VIGA Viga 1 Degrau m P P t Escada com degraus em balanço CORTE AA Degrau Viga 1 Viga Viga Pilar 1 Pilar 2 m t B B Corte BB PLANTA V iga 3V iga 1 A A B B CORTE BB V iga 2 D egrau Escada com uma viga longitudinal e degraus isolados. CORTE AA V iga 2 V iga 1 V iga 3 V iga 2 ESQUEMA ESTRUTURAL D egrau Perspectiva de escada com uma viga longitudinal e degraus isolados. Escada com degraus em balanço Os degraus são armados como pequenas vigas, sendo interessante a utilização de estribos Detalhes típicos das armaduras de degraus isolados PLANTA Viga 4Viga 1 A A B B CORTE BB Viga 2 Degrau Viga 2 Viga 3 Viga 3 Escada com duas vigas longitudinais e degraus isolados CORTE AA Viga 2 Viga 1 Viga 4 Viga 2 ou Viga 3 ESQUEMA ESTRUTURAL Degrau PLANTA CORTE AA CORTE BB A B B A Viga 2 Viga 1 Viga 2 Viga 1 Escada em balanço Viga 2 Viga 1 Viga 1 Viga 2 ESQUEMA ESTRUTURAL Perspectiva esquemática de uma escada em balanço Perspectiva esquemática de escada helicoidal Escada CORTE AA Viga Viga Detalhe Detalhe hh a g n d d vm hg g = n hmn P= Li hd c P/L i hdn hgn Escadas – Determinação do carregamento Peso Próprio Li Li hnm L L g =V P/L Detalhe hh dvm hg hnm hnm hvm Escadas – Determinação do carregamento Peso Próprio Determinação do peso de uma escada de largura b e comprimento inclinado Li: ( ) bγh bγh 2 h P cmnicgndni ⋅⋅⋅=⋅⋅ +⋅= ll Resultando em uma ação uniforme e distribuída de intensidade igual a: cmn i n γh P g ⋅= = l da figura anterior, tem-se as seguintes relações: cosαh 2 h h 2 h e cosα como g d gn mn i ⋅ += += l l Que substituindo, resulta: mvcg d cg d c h γ h 2 h γ cosαh 2 h cosα γ P ⋅⋅= +⋅⋅=⋅ +⋅ ⋅= ll l E finalmente a ação em função do comprimento horizontal: cmvv γhP g ⋅⋅= l Ações a considerar em programas αcosg αcosγh g 2v2cmvni ⋅=⋅= ⋅ CORTE AA Viga Viga Detalhe Detalhe hh a g n d d vm hg g = n hmn hnm P= Li hd c P/L i hdn hgn cosαsenαg g cosαsenαγh g vpi cmvpi ⋅⋅= ⋅⋅= ⋅ Li Li L L g =V P/L Detalhe hh dvm hg hnm hnm hvm CORTE AA Viga Viga Detalhe Detalhe r1 vm r2 Com a geometria indicada na figura, a ação por faixa de um metro e por metro horizontal g2 é dada por: Determinação da sobrecarga permanente de um trecho inclinado de escada com degraus a /2d L g 2 a /2d Detalhe a /2d vm a /2d h .d r1 d 1d1 22112 a γhr γrγr g ⋅⋅+⋅+⋅= Escadas – Ações a considerar: • Ações variáveis (cargas acidentais) – O s valores, especificados pela NBR-6120, no item 2.2.1.2, indicam as cargas acidentais uniformemente distribuídas sobre a escada são: • Escadas com acesso ao público: q = 3,0 kN/m2; • Escadas sem acesso ao público: q = 2,5 kN/m2;• Escadas sem acesso ao público: q = 2,5 kN/m2; • Sobrecarga permanente: – Depende do revestimento da escada (granito, mármores, etc); Escadas – Ações a considerar no dimensionamento do corrimão ESCADAS – Ações a serem consideradas no dimensionamento da escada Ações para dimensionar os degraus Ações para dimensionar as vigas de apoio ESCADAS – Altura útil para se utilizar no dimensionamento da armadura da seção transversal no trecho inclinado da escada CORTE AA Viga Viga Viga ESQUEMA ESTRUTURAL PERSPESCTIVA DO Placa b L Armadura Principal Armadura Secundária PLANTA AA Viga Viga Detalhe Viga Viga Viga Armadura b L 1 0 0 c m Armadura Principal Secundária CORTE AA Viga Viga Armadura Principal Armadura Secundária Detalhe hgd ' d ESCADAS – Altura útil para se utilizar no dimensionamento da armadura da seção transversal no trecho inclinado da escada d= hg . cos α - d’= hg . cos α - (c+φ/2) (1.17) Com d – altura útil (distância do cg da armadura tracionada de flexão a bordo mais comprimida de concreto). hg - altura da a garganta da escada (ver figura). α -ângulo de inclinação do trecho d’ – distância do cg da armadura tracionada de flexão a borda mais tracionada de concreto c – cobrimento da armadura φ - diâmetro da armadura longitudinal. ESCADAS – Determinação do valor da área de aço As Desta forma, calculado o momento máximo em um trecho de escada, a determinação da armadura de flexão (As) pode ser feita, por exemplo, utilizando as fórmulas admensionais do capítulo 3 de CARVALHO E FIGUEIREDO FILHO (2007). Determinação de kmd cd 2 w d Md fdb M k ⋅⋅ = Consulta da tabela para obtenção de kx e kz , caso kx > 0,45, d deverá ser aumentado. Determinação de As (área da armadura de flexão por metro) ydz d s fdk M A ⋅⋅ = ESCADAS – Espaçamento entre barras 1b-s s A A n = (m) A A )(cm A )(cm A(m) 1 A A 1 n 1m s s 1b-s 2 s 2 1b-s 1b-s s = ⋅ === Escadas sem armadura para o esforço Cortante: [ ] dbσ0,15)ρ40(1,2kτ V V wcp1RdRd1Sd ⋅⋅⋅+⋅+⋅⋅=≤ rogger Nota Quanto a diagonal tracionada resiste
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