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INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO CIÊNCIA E TECNOLOGIA DO CEARÁ - IFCE DEPARTAMENTO DE CONSTRUÇÃO CIVIL - DCC CURSO TÉCNICO INTEGRADO EM EDIFICAÇÕES PROJETO ESTRUTURAL DE RESIDÊNCIA UNIFAMILIAR EQUIPE: IANCA LIMA DE MOURA JULIA KAYENE ARAÚJO CHAVES THIAGO DOS REIS SALES WILL MARCIO PORTELA GOMES FORTALEZA, OUTUBRO DE 2016 Trabalho de Projeto de Estruturas Projeto estrutural de uma residência Introdução As estruturas de uma construção como vigas, lajes e pilares, que são responsáveis por sustentar toda a edificação, são submetidas a diversos esforços que, aplicados em variadas direções podem sofrer deformações causadas por seu peso próprio, sobrecargas, acidentes e seus impactos e por fenômenos naturais. Então, é importante utilizar o cálculo e o dimensionamento da estrutura para analisar quais serão as reações existentes, pois seu objetivo é verificar a resistência adequada para cada um de seus elementos levando em consideração as combinações de carregamento durante sua vida útil prevendo qualquer tipo de deformação, desmoronamento, trincas, quedas de revestimento entre outras patologias. . Considerações de cálculo Considerações de cálculo O projeto estrutural da residência unifamiliar fornecida contempla o lançamento dos pilares, vigas e lajes. Os dados fornecidos para execução dos cálculos estão indicados na Tabela 01. Fck = 25MPa Aço CA - 50 Tabela 01 – Dados fornecidos. As estruturas devem suportar as cargas às quais será submetida, por isso, o primeiro passo foi o cálculo dos carregamentos. Para o cálculo das ações permanentes, considerou-se o peso específico do concreto armado conforme NBR 6120, e dos demais elementos materiais conforme valores usuais usados durante o curso. Concreto armado 25kN/m³ Revestimento 1,5kN/m³ Tabela 02 – Peso específico dos materiais de construção. Para o cálculo da sobrecarga de utilização, os valores usuais conforme NBR 6120são de 2 a 3kN/m². Foi utilizado o segundo valor por questões de segurança. Utilizou-se vigas de seção 20x35cm pois não recebem grandes carregamentos, evitando a robustez e aumento de custos. A seção dos pilares foi de 20x20cm, seguindo recomendação da norma sobre seção e área mínima de pilar. Uma das vigas com maior número de apoios foi detalhada. As cargas atuantes foram calculadas para a laje que descarrega sobre a viga detalhada. Cálculo dos carregamentos P2 - P6 Revestimento → 1,5 KN/m² Utilização →3 KN/m² Peso próprio → 0,15*25 = 3,75 KN/m² Carga total 3,75 + 3 + 1,5 = 8,25 KN/m² 8,25*4,168 + 8,25*4,168 = 34,386 + 34,386 = 68,772 KN q = 68,772/3,526 = 19,5042 KN/m Peso próprio da viga 0,07*25 = 1,75 KN/m qtotal = 19,5042 + 1,75 = 21,2542 KN/m P6 – P13 4,683*8,25 = 38,6347→ 38,6347/4,353 = 8,8754 KN/m P6 – P17 7,423*8,25 = 61,2397 Q = 61,2397/6,874 = 8,9088 KN/m Q = (7,423*8,25)/(4,353+2,501) = 8,9088 KN/m P13 – P20 3,923*8,25 = 32,3647 Q = 32,3647/4,841 = 6,6855 KN/m Charneiras Modelagem estrutural Análise de vigas e pilares e esforços nas fundações. Dimensionamento Cálculo dos engastes - L1 4440 1268,75 3626,2 1082,05 - L2 5075 1110 5075 818,75 - L3 3275 643,75 - L4 4440 625,03125 4328,2 1235,45 4328,2 906,55 - L5 6924,6 906,55 2500,1250 643,75 5145 4616,4 - L6 2575 625,03125 5145 906,55 2575 818,75 2145 3430 - L7 2316,8 1235,45 2086,4547 588,386325 -L8 4941,8 1082,05 2353,5453 521,613675 2316,8 3294,5333 2353,5453 625,03125 2596,4 3294,5333 Engastes Dimensionamento de vigas Flexão Mk 0,9 Fcd 17857,14 Δ 561897,9 h 0,35 Md 1,26 √Δ 749,5985 bw 0,2 a -971,429 d 0,31 b 752,8571 x' 0,0017 fck 25000 c -1,26 x'' 0,7733 Aço CA - 50 Fyd 43,47826 x 0,0017 z 0,3093 As (cm²) 0,0937 As min (cm²) 1,05 Mk 3,3 Fcd 17857,14 Δ 548841,878 h 0,35 Md 4,62 √Δ 740,8386 bw 0,2 d 0,31 a -971,429 x' 0,0062 Fck 25000 b 752,8571 x'' 0,7688 Aço CA - 50 c -4,62 Fyd 43,47826 x 0,0062 z 0,3075 As (cm²) 0,3455 As min (cm²) 1,05 Mk 4,5 Fcd 17857,14 Δ 542313,9 h 0,35 Md 6,3 √Δ 736,4196 bw 0,2 d 0,31 a -971,429 x' 0,0085 Fck 25000 b 752,8571 x'' 0,7665 Aço CA - 50 c -6,3 Fyd 43,47826 x 0,0085 z 0,3066 As (cm²) 0,4726 As min (cm²) 1,05 Mk 2,1 Fcd 17857,14 Δ 555369,878 h 0,35 Md 2,94 √Δ 745,2314 bw 0,2 d 0,31 a -971,429 x' 0,0039 Fck 25000 b 752,8571 x'' 0,7711 Aço CA - 50 c -2,94 Fyd 43,47826 x 0,0039 z 0,30843 As (cm²) 0,2192 As min (cm²) 1,05 Mk 24,1 Fcd 17857,14 Δ 435689,9 h 0,35 Md 33,74 √Δ 660,0681 bw 0,2 d 0,31 a -971,429 x' 0,0478 Fck 25000 b 752,8571 x'' 0,7272 Aço CA - 50 c -33,74 Fyd 43,47826 x 0,0478 z 0,2909 As (cm²) 2,6677 As min (cm²) 1,05 Mk 18,4 Fcd 17857,14 Δ 466697,878 h 0,35 Md 25,76 √Δ 683,1529 bw 0,2 d 0,31 a -971,429 x' 0,0359 fck 25000 b 752,8571 x'' 0,7391 Aço CA - 50 c -25,76 Fyd 43,47826 x 0,0359 z 0,2956 As (cm²) 2,0040 As min (cm²) 1,05 Mk 31,6 Fcd 17857,14 Δ 394889,9 h 0,35 Md 44,24 √Δ 628,4026 bw 0,2 d 0,31 a -971,429 x' 0,0641 fck 25000 b 752,8571 x'' 0,7109 Aço CA - 50 c -44,24 Fyd 43,47826 x 0,0641 z 0,2844 As (cm²) 3,5781 As min (cm²) 1,05 Mk 14,8 Fcd 17857,14 Δ 486281,878 h 0,35 Md 20,72 √Δ 697,3391 bw 0,2 d 0,31 a -971,429 x' 0,0286 fck 25000 b 752,8571 x'' 0,7464 Aço CA - 50 c -20,72 Fyd 43,47826 x 0,0286 z 0,2986 As (cm²) 1,5961 As min (cm²) 1,05 Mk 3,4 Fcd 17857,14 Δ 548297,9 h 0,35 Md 4,76 √Δ 740,4714 bw 0,2 d 0,31 a -971,429 x' 0,0064 fck 25000 b 752,8571 x'' 0,7686 Aço CA - 50 c -4,76Fyd 43,47826 x 0,0064 z 0,3074 As (cm²) 0,3561 As min (cm²) 1,05 Cisalhamento Vk 11,6 Vd 16,24 Vc 47,7083 h 0,35 αv2 0,9 Vsw 0 bw 0,2 Fcd 17857,14 Asw/S 0 d 0,31 Fywd 43,4783 Fck 25000 0,67xVrd2 180,2539 Aço CA - 50 S max 18,6 Fctd 1282,482 Vrd2 269,0357 Ø6,3 c/ 19cm Vk 28,6 Vd 40,04 Vc 47,7083 h 0,35 αv2 0,9 Vsw 0 bw 0,2 Fcd 17857,14 Asw/S 0 d 0,31 Fywd 43,4783 Fck 25000 0,67xVrd2 180,2539 Aço CA - 50 S max 18,6 Fctd 1282,482 Vrd2 269,0357 Ø6,3 c/ 19cm Vk 44,2 Vd 61,88 Vc 47,7083 h 0,35 αv2 0,9 Vsw 14,1717 bw 0,2 Fcd 17857,14 Asw/S 1,1683 d 0,31 Fywd 43,4783 Fck 25000 S 0,5393 Aço CA - 50 S máx 18,6 Fctd 1282,482 Vrd2 269,0357 Ø6,3 c/ 19cm Vk 42,2 Vd 59,08 Vc 47,7083 h 0,35 αv2 0,9 Vsw 11,3717 bw 0,2 Fcd 17857,14 Asw/S 0,9374 d 0,31 Fywd 43,4783 Fck 25000 S 0,6720 Aço CA - 50 S máx 18,6 Fctd 1282,482 Vrd2 269,0357 Ø6,3 c/ 19cm Dimensionamento – Armadura mínima: Asmín = 1,05 cm² c = 3 cm Øestribo = 6,3mm 1) Cobrimento máximo Cm = bw – 2*c – 2*Øestribo Cm = 20 – 2*3 – 2*0,63 Cm = 12,74 cm 2) Design (≥ Asmín) 3*Ø8 = 3*0,5 = 1,5 cm² 2*Ø10 = 2*0,8 = 1,6 cm² 3) Cobrimento (≤ 12,74 cm) 3*Ø8 3*0,8 + 2*2 = 6,4 cm 2*Ø10 → Esse é o melhor para facilitar a execução 3*1 + 2*1 = 4 cm Dimensionamento – 1ª seção (negativa): As = 0,0937 cm² As mín = 1,05 c = 3 cm Øestribo = 6,3mm 1) Cobrimento máximo Cm = bw – 2*c – 2*Øestribo Cm = 20 – 2*3 – 2*0,63 Cm = 12,74 cm 2) Design (≥ Asmín) Como As < As mín, usa-se o As mín 3*Ø8 = 3*0,5 = 1,5 cm² 2*Ø10 = 2*0,8 = 1,6 cm² 3) Cobrimento (≤ 12,74 cm) 3*Ø8 3*0,8 + 2*2 = 6,4 cm 2*Ø10 → Esse é o melhor para facilitar a execução 3*1 + 2*1 = 4 cm Dimensionamento – 2ª seção (positiva): As = 0,3455 cm² c = 3 cm Øestribo = 6,3mm 1) Cobrimento máximo Cm = bw – 2*c – 2*Øestribo Cm = 20 – 2*3 – 2*0,63 Cm = 12,74 cm 2) Design (≥ Asmín) Como As < As mín, usa-se o As mín 3*Ø8 = 3*0,5 = 1,5 cm² 2*Ø10 = 2*0,8 = 1,6 cm² 3) Cobrimento (≤ 12,74 cm) 3*Ø8 3*0,8 + 2*2 = 6,4 cm 2*Ø10 → Esse é o melhor para facilitar a execução 3*1 + 2*1 = 4 cm Dimensionamento – 3ª seção (negativo) As = 0,4726 cm² c = 3 cm Øestribo = 6,3mm 1) Cobrimento máximo Cm = bw – 2*c – 2*Øestribo Cm = 20 – 2*3 – 2*0,63 Cm = 12,74 cm 2) Design (≥ Asmín) Como As < As mín, usa-se o As mín 3*Ø8 = 3*0,5 = 1,5 cm² 2*Ø10 = 2*0,8 = 1,6 cm² 3) Cobrimento (≤ 12,74 cm) 3*Ø8 3*0,8 + 2*2 = 6,4 cm 2*Ø10 → Esse é o melhor para facilitar a execução 3*1 + 2*1 = 4 cm Dimensionamento – 4ª seção (positivo) As = 0,2192 cm² c = 3 cm Øestribo = 6,3mm 1) Cobrimento máximo Cm = bw – 2*c – 2*Øestribo Cm = 20 – 2*3 – 2*0,63 Cm = 12,74 cm 2) Design (≥ Asmín) Como As < As mín, usa-se o As mín 3*Ø8 = 3*0,5 = 1,5 cm² 2*Ø10 = 2*0,8 = 1,6 cm 3) Cobrimento (≤ 12,74 cm) 3*Ø8 3*0,8 + 2*2 = 6,4 cm 2*Ø10 → Esse é o melhor para facilitar a execução 3*1 + 2*1 = 4 cm Dimensionamento – 5ª seção (negativo) As = 2,6677 cm² c = 3 cm Øestribo = 6,3mm 1) Cobrimento máximo Cm = bw – 2*c – 2*Øestribo Cm = 20 – 2*3 – 2*0,63 Cm = 12,74 cm 2) Design (≥ 2,6677) 4*Ø10 = 4*0,8 = 3,2 cm 3*Ø12,5 = 3*1,25 = 3,75 cm 3) Cobrimento (≤ 12,74 cm) 4*Ø10 4*1 + 3*2 = 10 cm 3*Ø12,5 → Esse é o melhor para facilitar a execução 3*1,25 + 2*2 =7,75 cm Dimensionamento – 6ª seção (positiva) As = 2,0040 cm² c = 3 cm Øestribo = 6,3mm 1) Cobrimento máximo Cm = bw – 2*c – 2*Øestribo Cm = 20 – 2*3 – 2*0,63 Cm = 12,74 cm 2) Design (≥ 2,0040) 2*Ø12,5 = 2*1,25 = 2,5 cm² 3*Ø10 = 3*0,8 = 2,4 cm² 3) Cobrimento (≤ 12,74 cm) 2*Ø12,5 → Esse é o melhor para facilitar a execução 2*1,25 + 1*2 = 4,5 cm 3*Ø10 3*1 + 2*2 = 7 cm Dimensionamento – 7ª seção (negativa): As = 3,5781 cm² c = 3 cm Øestribo = 6,3mm 1) Cobrimento máximo Cm = bw – 2*c – 2*Øestribo Cm = 20 – 2*3 – 2*0,63 Cm = 12,74 cm 2) Design (≥ 3,5781) 3*Ø12,5 = 3*1,25 = 3,75 cm² 2*Ø16 = 2*2 = 4 cm² 3) Cobrimento (≤ 12,74 cm) 3*Ø12,5 3*1,25 + 2*2 = 7,75 cm 2*Ø16 → Esse é o melhor para facilitar a execução 2*1,6 + 1*2 = 5,2 cm Dimensionamento – 8ª seção (positiva): As = 1,5961 cm² c = 3 cm Øestribo = 6,3mm 1) Cobrimento máximo Cm = bw – 2*c – 2*Øestribo Cm = 20 – 2*3 – 2*0,63 Cm = 12,74 cm 2) Design (≥ 1,5961) 2*Ø10 = 2*0,8 = 1,6 cm² 2*Ø12 = 2*1,25 = 2,5 cm² 3) Cobrimento (≤ 12,74 cm) 2*Ø10 → Esse é o melhor para facilitar a execução 2*1 + 1*2 = 4 cm 2*Ø12 2*1,25 + 1*2 = 4,5 cm Dimensionamento – 9ª seção (negativa) As = 0,3561 cm² As mín = 1,05 c = 3 cm Øestribo = 6,3mm 1) Cobrimento máximo Cm = bw – 2*c – 2*Øestribo Cm = 20 – 2*3 – 2*0,63 Cm = 12,74 cm 2) Design (≥ Asmín) Como As < As mín, usa-se o As mín 3*Ø8 = 3*0,5 = 1,5 cm² 2*Ø10 = 2*0,8 = 1,6 cm² 3) Cobrimento (≤ 12,74 cm) 3*Ø8 3*0,8 + 2*2 = 6,4 cm 2*Ø10 3*1 + 2*1 = 4 cm → Esse é o melhor para facilitar a execução Dimensionamento de pilares O pilar adotado para se fazer o dimensionamento foi o pilar P13. Nk=69.4 Fck=30Mpa d’=2cm αb=1 Aço=CA-50 Mk=2.6 Kn*m Le = 300+17.5=317.5 cm ou 300+20=320 cm Escolher o maior valor. Unidades Fck: 25Mpa=25000Kpa bw: 20cm = 0.2m h: 20cm= 0.2m Mk: 2.6Kn*m Aço: 50Kn/m=500Mpa Parâmetros Fcd=Fck/1.4 =2500/1.4=17857.1428 Kpa Fyd = 500/1.15 = 434.7826Mpa = 434782.61 Kpa Nd = Nk*1.4 = 69.4*1.4 = 97.16 Kn Md = 2.4*1.4 = 3.36 Kn*m Geometria Área do pilar = 0.2 * 0.2 = 0.04m² Inércia = bh³/12 = 0.2 * 0.2³/12 = 0.0016 = 1.3333 * Raio de Giração i = = = 0.0577 m Le = 320 cm = 3.2 m Λ = Le/i = 3.2 / 0.0577 = 55.4593 m Excentricidade € = Nk/ Mk = 2.6 / 69.4 = 0.0347 m Momento mínimo Mdmin = (0.015 + 0.03 * bw)*Nd Mdmin = (0.015 + 0.03 * 0.2)*97.16 Mdmin = 2.0403 Kn*m Md = 3.36 Kn*m escolher o maior valor entre Md e Mdmin. Classificação Λ1 = (25 + 12.5 * €/bw)/αb = (25 + 12.5 * 0.0374/0.2)/1 = 27.3375 Λ1min = 35 Λ<Λ1 : Pilar medianamente esbelto. Pilar padrão Calculo do ν Ν = Nd/Ac * Fcd = 97.16 / 0.04 * 17857.1428 = 97.16 / 714.2857 = 0.1360 Calculo do 1/R 1/R = 0.005/h (ν + 0.5) 0.005 / h 1/R = 0.005 / h = 0.025 1/R = 0.005/0.2 (0.1360 + 0.5) = 0.005 / 0.1272 = 0.03930 1/R = 0.03930 1/R = 0.025 e 1/R = 0.03930 Escolher o maior valor. 8.Área de aço. As = w * Ac * Fcd/ Fyd = 0 * 0.04 * 17857.1428 / 0.1272 = 0 cm² Taxa de armadura minima Ρmmin = 0.15 * Fcd * ν / Fyd = 0.15 * 17.857.1428 * 0.1360 / 434782.61 = 0.0008378 Ρmínmín = 0.004 Área de aço mín Asmín = 0.004 * 0.2 * 0.2 = 0.004 * 20 * 20 = 1.6 cm² Asmín =1.6 cm² 9.Dimensionamento do pilar Asmin = 1.6 cm² Cobrimento = 2.5 cm Φ estribo = 6.3 mm Cobrimento máximo. Cmáx = bw – 2*c – 2*Φ estribo Cmáx = 20 – 2*2.5 – 2*0.63 Cmáx = 20 – 5 – 1.26 Cmáx = 13.74 cm Design (As / 2 = 0.8 cm²) 3 * Φ 6.3 = 3 * 0.315 = 0.945 cm² 2 * Φ8 = 2 * 0.5 = 1cm² Checagem 3 * Φ6.3 + 2.2 = 1.84 + 4 = 5.89 cm 2 * Φ8 + 2 * 1 = 1.6 + 2 = 3.6 cm Escolhemos 2Φ8 por conta da facilidade de execução, a menor bitola da barra que devemos usar no pilar deve ser de 8 mm. Conclusão O desenvolvimento deste trabalho correspondeu às expectativas iniciais, ondeo conteúdo adquirido ao longo do curso pode ser desenvolvido de uma maneira prática. Notamos que a área da engenharia estrutural é uma área com grande complexidade; para seguir nela o estudo deve ser bem mais extenso, pois o que foi visto ao longo do nosso curso é apenas uma pequena introdução a vasta quantidade de assuntos existentes nessa área. Ao longo do trabalho adquirimos uma melhor visão e percepção do funcionamento de uma estrutura. A experiência de passar por todo o processo utilizando softwares com os programas computacionais é válida, pois com seu uso se torna mais simples resolver um resultado mal obtido. Por fim, concluímos que realizar este projeto foi extremamente trabalhoso mas muito satisfatório. Todo o processo foi de suma importância, e serve não só para quem pretende seguir profissionalmente na área da construção civil, mas também para o nosso crescimento pessoal e acadêmico. A experiência é algo fundamental e a busca a novos conhecimentos deve ser algo contínuo Bibliografia - SLIDES LUCAS FAÇANHA; - INTERNET; -TRABALHO: P8 EDIFICAÇÕES (2016.1) - NBR 6118. PROJETO DE ESTRUTURAS DE CONCRETO – PROCEDIMENTO - NBR6120. CARGAS PARA O CÁCULO DE ESTRUTURAS DE EDIFICAÇÕES. ABNT. - SISTEMAS ESTRUTURAIS II – CARGAS ATUANTES. EDUARDO GIUGLIANI. PUC RGS, 2014.
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