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DIMENSIONAMENTO DE PILARES Andressa Richelly Costa dos Santos Gyullia Gabriela A. Camelo Jaqueline Dias Xavier Jovana Noemia Lopes Pereira Palmas – TO 2018 Andressa Richelly Costa dos Santos Gyullia Gabriela A. Camelo Jaqueline Dias Xavier Jovana Noemia Lopes Pereira DIMENSIONAMENTO DE PILARES Trabalho apresentado como requisito parcial à nota de composição de grau 2, da disciplina de Projeto de Estruturas de Concreto Armado II, Prof. M.ScRoldão Pimentel de Araúdo Júnior. Palmas - TO 2018 1 INTRODUÇÃO Dimensionar e detalhar os pilares do térreo de uma biblioteca em Palmas, representados na figura (1) abaixo (medidas em metro), submetidos ao esforço normal e momento Fletor. 2 DADOS GERAIS Edificação: Biblioteca Resistência do Concreto: 25 Mpa Aço: CA 50 Revestimento do Piso: Granito E = 5600√𝐹𝑐𝑘 2.1 Lajes Fck = 25 Mpa hlaje = 12 cm c = 2,0 cm Aço CA 50 Revestimento do Piso em Granito 2.2 Vigas Fck = 25 Mpa bviga = 15 cm hviga = 50 cm c = 2,5 cm 2.3 Pilares Fck = 25 Mpa hmenor = 19 cm 2.4 Paredes γparede = 1300 kgf/m³ hparede = 2,80 m Espessura = 15 cm Grupo 04: P8, P11 e P19 Figura 1-Projeto para dimensionamento sem escala Fonte do autor. 3 LAJES 3.1 Carregamentos Peso próprio: 2500 x 0,12 = 300 kgf/m² Revestimento em granito = 150 kgf/m² Sobrecarga = 600 kgf/m² Carregamento geral: 1050 kgf/m² Alvenaria: γalvenaria × Volumealvenaria Área da laje Laje Carregamento (kgf/m²) Geral Alvenaria Total 1 1050 0,0 1050 2 1050 109,2 1159,2 3 1050 0,0 1050 4 1050 109,2 1159,2 5 1050 0,0 1050 6 1050 109,2 1159,2 7 1050 0,0 1050 8 1050 0,0 1050 9 1050 0,0 1050 10 1050 0,0 1050 11 1050 0,0 1050 12 1050 91 1141 13 1050 0,0 1050 14 1050 91 1141 15 1050 0,0 1050 3.2 Áreas de Influência 3.3 Carregamentos nas Vigas Os carregamentos nas vigas são definidos pela seguinte relação: 𝑄 = Á𝑟𝑒𝑎 𝑑𝑒 𝑖𝑛𝑓𝑙𝑢ê𝑛𝑐𝑖𝑎 × 𝐶𝑎𝑟𝑟𝑒𝑔𝑎𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑑𝑎 𝐿𝑎𝑗𝑒 𝐶𝑜𝑚𝑝𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑑𝑜 𝑡𝑟𝑒𝑐ℎ𝑜 𝑑𝑎 𝑣𝑖𝑔𝑎 Observação: O carregamento Q1 corresponde ao carregamento distribuído no trecho da viga em relação a área de influência 1, sendo os demais carregamentos relacionados da mesma maneira. 1 1050,00 7,50 0,00 0,00 0,00 5,00 0,00 0,00 0,00 1575,00 0,00 0,00 0,00 2 1159,20 2,93 5,07 4,39 7,61 4,00 4,00 5,00 5,00 849,11 1469,29 1017,78 1764,30 3 1050,00 1,77 3,06 6,33 6,33 3,50 3,50 5,00 5,00 531,00 918,00 1329,30 1329,30 4 1159,20 3,61 6,25 7,57 7,57 5,00 5,00 5,00 5,00 836,94 1449,00 1755,03 1755,03 5 1050,00 1,77 3,06 6,33 6,33 3,50 3,50 5,00 5,00 531,00 918,00 1329,30 1329,30 6 1159,20 2,24 3,88 7,21 4,16 3,50 3,50 5,00 5,00 741,89 1285,06 1671,57 964,45 7 1050,00 10,39 10,39 5,20 9,00 5,83 5,83 6,00 6,00 1871,27 1871,27 910,00 1575,00 8 1050,00 4,52 4,52 8,23 8,23 4,25 4,25 6,00 6,00 1116,71 1116,71 1440,25 1440,25 9 1050,00 4,25 4,52 8,23 8,23 4,25 4,25 6,00 6,00 1050,00 1116,71 1440,25 1440,25 10 1050,00 8,86 8,86 9,00 5,20 5,33 5,33 6,00 6,00 1745,40 1745,40 1575,00 910,00 11 1050,00 5,07 2,93 5,86 10,14 4,00 4,00 6,00 6,00 1330,88 769,13 1025,50 1774,50 12 1141,00 3,06 1,77 8,08 8,08 3,50 3,50 6,00 6,00 997,56 577,02 1536,55 1536,55 13 1050,00 6,25 3,61 10,07 10,07 5,00 5,00 6,00 6,00 1312,50 758,10 1762,25 1762,25 14 1141,00 3,06 1,77 8,08 8,08 3,50 3,50 6,00 6,00 997,56 577,02 1536,55 1536,55 15 1050,00 3,88 2,24 9,43 5,44 3,50 3,50 6,00 6,00 1164,00 672,00 1650,25 952,00 Q4 Laje Carregamento (Kgf/m²) Área de influência (m²) Comprimento Trecho na Viga (m) Carregamento (Kgf/m) 1 2 3 4 1 2 3 4 Q1 Q2 Q3 4 PILARES 4.1 Áreas de Influência As áreas de influência dos pilares podem ser obtidas dividindo-se as distâncias entre seus eixos em intervalos que variam entre 0,45l e 0,55l, dependendo da posição do pilar na estrutura, conforme o critério são apresentadas na figura a seguir. 4.2 Pré-Dimensionamento Os pilares a serem dimensionados são os de número 8, 11 e 19, sendo todos estes considerados como pilar de extremidade. Para o pré-dimensionamento dos pilares, será considerado os seguintes fatores: Carga de 1000 kgf/m² por pavimento; hmenor= 19 cm; Taxa de armadura de 2%; A área de concreto é determinada pela seguinte equação: 𝐴𝑐 = 𝛼 × 𝐴 × 𝑃 × (𝑛 + 0,7) 𝜎𝑖𝑑 Onde: α = ao coeficiente de majoração da carga; A = área de influência de cada pilar; P = carga uniformemente distribuída na laje; n = número de repetições de pavimento tipo; 0,7 = coef.de cobertura (retira, se for o caso); σid = tensão ideal de cálculo; σid= (0,85 fcd+ ρ σsd ); ρ = taxa geométrica de armadura; σsd= tensão no aço relativa a deformação específica 0,002 Como os pilares 8 e 11 são de extremidade, o seu coeficiente de majoração será dado por α1, para o pilar 19 sendo um pilar de canto seu coeficiente de majoração será dado por α2. Somente a área de influência será diferente, logo, os demais valores são apresentados abaixo: α1 = 1,4 × 1,570 α2 = 1,4 × 1,785 𝛂𝟏 = 𝟐, 𝟏𝟗𝟖 𝛂𝟐 = 𝟐, 𝟒𝟗𝟗 σ𝑖𝑑 = 0,85 × 250 𝑘𝑔𝑓/𝑐𝑚² 1,4 + 2 100 × 0,002 𝛔𝒊𝒅 = 𝟏𝟓𝟕, 𝟕𝟖𝟔 𝒌𝒈𝒇/𝒄𝒎² 4.2.1 Pilar 8 Área de influência= 22,04 m² 𝐴𝑐 = 2,198 × 220400𝑐𝑚² × 0,10𝑘𝑔𝑓/𝑐𝑚² × (10 + 0,7) 157,786𝑘𝑔𝑓/𝑐𝑚² 𝑨𝒄 = 𝟑𝟐𝟖𝟓, 𝟏𝟒𝟓 𝒄𝒎² Para evitar a utilização de Pilar Parede, a menor dimensão do pilar será alterada. 𝒉𝒎𝒆𝒏𝒐𝒓 = 𝟑𝟎 𝒄𝒎 𝒉𝒎𝒂𝒊𝒐𝒓 = 𝟏𝟏𝟎 𝒄𝒎 Logo, as dimensões do Pilar 10 são: 30 cm x 110 cm. 4.2.2 Pilar 11 Área de influência= 20,62 m² 𝐴𝑐 = 2,198 × 206200𝑐𝑚² × 0,10𝑘𝑔𝑓/𝑐𝑚² × (10 + 0,7) 157,786𝑘𝑔𝑓/𝑐𝑚² 𝑨𝒄 = 𝟑𝟎𝟕𝟑, 𝟒𝟖𝟗 𝒄𝒎² Para evitar a utilização de Pilar Parede, a menor dimensão do pilar será alterada. 𝒉𝒎𝒆𝒏𝒐𝒓 = 𝟑𝟎 𝒄𝒎 𝒉𝒎𝒂𝒊𝒐𝒓 = 𝟏𝟎𝟓 𝒄𝒎 Logo, as dimensões do Pilar 14 são: 30 cm x 11 cm. 4.2.3 Pilar 19 Área de influência= 5,73 m² 𝐴𝑐 = 2,449 × 57300𝑐𝑚² × 0,10𝑘𝑔𝑓/𝑐𝑚² × (10 + 0,7) 157,786𝑘𝑔𝑓/𝑐𝑚² 𝑨𝒄 = 𝟗𝟓𝟏, 𝟔𝟎𝟗 𝒄𝒎² Logo, as dimensões do Pilar 15 são: 19 cm x 55 cm. 4.3 Determinação dos esforços solicitantes Os pilares a serem dimensionados são os de número 8, 11 e 19. Para determinar o valor dos momentos e da força normal atuante nos pilares, é necessário isolar os pórticos nas direções “x” e “y”. Logo, os pórticos isolados são os Pórticos 1, 2, 3, 4 e 5, sendo estes apresentados na figura abaixo. 4.3.1 Pórtico 1 O carregamento será determinado pela viga 8, a qual recebe os carregamentos Q2 das lajes 2, 3, 4, 5 e 6, e os carregamentos Q1 das lajes 7, 8, 9 e 10, além dos carregamentos pontuais das vigas 9, 10 e 11. Os carregamentos da viga 8 são apresentados nas figuras abaixo. Carregamentos Viga Base (cm) Trecho Comprime nto (m) Altura (cm) Base (cm) Altura (m) 1 4,15 2 3,65 3 5,15 4 3,65 5 3,65 VIGA PAREDE 8 15 50 15 2,8 Trecho Peso Próprio (kgf/m) Parede (kgf/m) Reaçõe s Lajes (kgf/m) Total (kgf/m) Total (kN/m) 1 3792,4 4525,91 45,26 2 1836,0 2569,50 25,70 3 2702,7 3436,20 34,36 4 1836,0 2569,50 25,70 5 3514,1 4247,56 42,48 CARREGAMENTOS 187,5 546 P7 P8 P9 P10 P12 P11DMF [kN m] P8 P11 4.3.2 Pórtico 2 O carregamento será determinado pela viga 3, a qual recebe os carregamentos Q4 e Q3 das lajes 2 e 3, respectivamente. Os carregamentos da viga 3 são apresentados nas figuras abaixo. VIGA PAREDE Viga Base (cm) Trecho Comprimento (m) Altura (cm) Base (cm) Altura (m) 3 15 1 5,15 50 15 2,8 CARREGAMENTOS Trecho Peso Próprio (kgf/m) Parede (kgf/m) Reações Lajes (kgf/m) Total (kgf/m) Total (kN/m) 1 187,5 546 3093,60 3827,1 38,27 Carregamentos P8 P2 DMF [kN m] P8 P2 4.3.3 Pórtico 3 O carregamento será determinado pela viga 6, a qual recebe os carregamentos Q4 e Q3 das lajes 5 e 6, respectivamente. Os carregamentos da viga 6 são apresentados nas figuras abaixo. VIGA PAREDE Viga Base (cm) Trecho Comprimento (m) Altura (cm) Base (cm) Altura (m) 6 15 1 5,15 50 15 2,8 CARREGAMENTOS Trecho Peso Próprio (kgf/m) Parede (kgf/m) Reações Lajes (kgf/m) Total (kgf/m) Total (kN/m) 1 187,5 546 3000,90 3734,4 37,34 Carregamentos P11 P5 DMF [kN m] P11 P5 4.3.4 Pórtico 4 O carregamento será determinado pela viga 17, a qual recebe os carregamentos Q2 das lajes 11, 12, 13, 14 e 15. Os carregamentos da viga 12 são apresentados nas figuras abaixo. Carregamentos Viga Base (cm) Trecho Comprime nto (m) Altura (cm) Base (cm) Altura (m) 1 4,15 2 3,65 3 5,15 4 3,65 5 3,65 VIGA PAREDE 17 15 50 15 2,8 Trecho Peso Próprio (kgf/m) Parede (kgf/m) Reações Lajes (kgf/m) Total (kgf/m) Total (kN/m) 1 769,1 1502,63 15,03 2 577,0 1310,52 13,11 3 758,1 1491,60 14,92 4 577,0 1310,52 13,11 5 672,0 1405,50 14,06 CARREGAMENTOS 187,5 546 P19 P20 P21 P22 P24 P23 DMF [kN m] P19 4.3.5 Pórtico 5 O carregamento será determinado pela viga 02, a qual recebe os carregamentos Q3 das lajes 02, 07 e 11. Os carregamentos da viga 12 são apresentados nas figuras abaixo. Carregamentos Viga Base (cm) Trecho Comprime nto (m) Altura (cm) Base (cm) Altura (m) 1 6,15 2 6,15 3 5,15 VIGA PAREDE 2,8502 1515 Trecho Peso Próprio (kgf/m) Parede (kgf/m) Reações Lajes (kgf/m) Total (kgf/m) Total (kN/m) 1 1025,5 1759,00 17,59 2 910,0 1643,50 16,44 3 945,9 1679,41 16,79 CARREGAMENTOS 187,5 546 P19 P13 P07 P01 DMF [kN m] P19 4.4 Momentos atuantes 4.4.1 Pilar 08 O pilar 08 é considerado como sendo um pilar de extremidade, logo, para o dimensionamento será considerado momento atuando em uma das direções do pilar. Os esforços solicitantes no pilar são os seguintes: My (Topo) = -60,0kN.m My (Pé) = 29,8kN.m N = (98,5kN+ 199,1 kN)* 10,7 N = 3.184,32kN DMF (Direção Y) 4.4.2 Pilar 11 O pilar 11 é considerado como sendo um pilar de extremidade, logo, para o dimensionamento será considerado momento atuando em uma das direções do pilar. Os esforços solicitantes no pilar são os seguintes: My (Topo) = 58,5kN m My (Pé) = -29,1kN m N = (96,1kN+ 179,7 kN)* 10,7 N = 2.951,06kN DMF (Direção Y) 4.4.3 Pilar 19 O pilar 19 é considerado como sendo um pilar de canto, logo, para o dimensionamento será considerado momentos atuando nas duas direções do pilar. Os esforços solicitantes no pilar são os seguintes: Mx (Topo) = -12,2kN m Mx (Pé) = 5,8kN m My (Topo) = -33,6kN m My (Pé) = 15,7kN m N = (28,9kN+ 49,3 kN)* 10,7 N = 836,74kN DMF (Direção X) DMF (Direção Y) 4.5 Dimensionamento 4.5.1 Pilar 08 4.5.1.1 Excentricidades topo eiy(m) 0,019 eix(m) 0,000 pé eiy(m) 0,009 eix(m) 0,000 Excentricidades Iniciais 𝑒𝑖 = / eax(m) eay(m) Max(Kn.m) May(Kn.m) 0,048 0,024 152,85 76,42 Execentricidades Acidentais 𝑒𝑎 = 0,015 + 0,03 ℎ 𝑎 = 𝑒𝑎 λx λy αb αb Mc (Kn.m) Mc (Kn.m) eicx(m) eicy(m) λ1 λ1 e2y(m) 0,021 1/r 0,013 Cálculo da excentricidade de 2ª ordem 25,55 Na direçãoY : 46,13 MA < May 1,00 60,00 Mc = May 0,024 26,00 0,00 Mc = Max 0,048 MA < Max 1,00 Na direção X : 13,21 Excentricidade de 2ª ordem λx < λ1 então desconsiderar excentricidade de 2ªordem λy > λ1 então considerar excentricidade de 2ªordem νd 0,76 = 3,46 𝑙𝑒 ℎ 1 = 25 + 12,5 𝑒1/ℎ 𝛼 𝑐 = 𝛼 𝐴 𝑒𝑖𝑐 = 𝑒𝑎 = 3,46 𝑙𝑒 ℎ 1 = 25 + 12,5 𝑒1/ℎ 𝛼 𝑐 = 𝛼 𝐴 𝑒𝑖𝑐 = 𝑒𝑎 𝑒2 = 𝑙𝑒 ² 10 1 𝑟 1 𝑟 = 0,005 ℎ( 𝑑 + 0,5) 𝑑 = 𝑑 𝐴𝑐 𝑓𝑐𝑑 4.5.1.2 Verificação da seção pé: Projeto: 4.5.1.3 Verificação da seção topo: Projeto 4.5.1.4 Verificação da seção de centro: Projeto: a) ex ey b) ex ey Cálculo (m) 0,048 0,009 0,000 0,024 a) ex ey b) ex ey 0,000 0,024 0,048 0,019 Cálculo (m) a) ex ey b) ex 0,048 ey 0,045 Cálculo (m) 0,048 0,024 Pior caso 4.5.1.5 Área de aço e Detalhamento νd = ω(0,6) = μ1 = ω = μ2 = ω(0,8) = As = 0,00 cm² As mín. = 14,65 cm² øB (mm) =16 As ef. (cm²)= 2 = 10 cm = 44 Ganchos = 20 cm = 22 Estribos 32,5 cm Barras 0 0,00 0 0,76 0,033 0,114 7,33 = 32,53 8 = 𝑑 = 𝑒 ℎ 𝐴 = 𝐴𝑐 𝑓𝑐𝑑 𝑓 𝑑 𝐴 𝑚 𝑛 = 0,444 𝐴𝑐 𝑎𝑟𝑟𝑎 = 𝐴 𝐴 𝑒𝑓 𝑝 = ℎ𝑎 ( 2 + 2 𝑡 + 2𝑐) ( 2 1) 𝑒 𝑡 20𝑐𝑚 ℎ𝑚𝑒𝑛𝑜𝑟 12 𝑙 𝑒 𝑡 = 𝑙 𝑒 𝑡 + 1 𝑔𝑎𝑛𝑐ℎ𝑜 = 20 𝑡 𝑔𝑎𝑛𝑐ℎ𝑜 = 𝑄𝑡𝑑 𝑒 𝑡 4.5.2 Pilar 11 4.5.2.1 Excentricidades Topo eiy(m) 0,020 eix(m) 0,000 Pé eiy(m) 0,010 eix(m) 0,000 Excentricidades Iniciais 𝑒𝑖 = / eax(m) eay(m) Max(Kn.m) May(Kn.m) Execentricidades Acidentais 0,0465 0,024 137,22 70,83 𝑒𝑎 = 0,015 + 0,03 ℎ 𝑎 = 𝑒𝑎 λx λy αb αb Mc Mc (Kn.m) eicx(m) eicy(m) λ1 λ1 26,00 1/r 0,014 νd 0,73 Mc = Max 0,0465 1,00 58,50 0,024 Na direção X : 13,84 λx < λ1 então desconsiderar excentricidade de 2ªordem λy > λ1 então considerar excentricidade de 2ªordem Cálculo da excentricidade de 2ª ordem e2y(m) 0,022 Excentricidade de 2ª ordem Mc = May MA < May Na direçãoY : 46,13 25,55 MA < Max 1,00 0,00 = 3,46 𝑙𝑒 ℎ 1 = 25 + 12,5 𝑒1/ℎ 𝛼 𝑐 = 𝛼 𝐴 𝑒𝑖𝑐 = 𝑒𝑎 = 3,46 𝑙𝑒 ℎ 1 = 25 + 12,5 𝑒1/ℎ 𝛼 𝑐 = 𝛼 𝐴 𝑒𝑖𝑐 = 𝑒𝑎 𝑒2 = 𝑙𝑒 ² 10 1 𝑟 1 𝑟 = 0,005 ℎ( 𝑑 + 0,5) 𝑑 = 𝑑 𝐴𝑐 𝑓𝑐𝑑 4.5.2.2 Verificação da seção pé: Projeto: 4.5.2.3 Verificação da seção topo: Projeto 4.5.2.4Verificação da seção de centro: Projeto: a) ex ey b) ex ey 0,0465 0,010 0,024 Cálculo (m) 0,000 a) ex 0,0465 ey 0,020 b) ex 0,000 ey 0,024 Cálculo (m) a) ex0,047 ey 0,024 b) ex 0,0465 ey 0,046 Pior caso Cálculo (m) 4.5.2.5 Área de aço e Detalhamento νd = ω(0,6) = μ1 = ω = μ2 = ω(0,8) = As = 0,00 cm² As mín. = 13,99 cm² øB (mm) = 12,5 As ef. (cm²)= 1,25 = 10 cm = 116 Ganchos = 29 Estribos 18,30 = 18,30 cm = 15 cm 0,112 0 11,19 = 12 Barras 0,73 0 0,033 0,00 𝑑 = 𝑒 ℎ 𝐴 = 𝐴𝑐 𝑓𝑐𝑑 𝑓 𝑑 𝐴 𝑚 𝑛 = 0,444 𝐴𝑐 𝑎𝑟𝑟𝑎 = 𝐴 𝐴 𝑒𝑓 𝑝 = ℎ𝑎 ( 2 + 2 𝑡 + 2𝑐 ( 2 1) 𝑒 𝑡 20𝑐𝑚 ℎ𝑚𝑒𝑛𝑜𝑟 12 𝑙 𝑒 𝑡 = 𝑙 𝑒 𝑡 + 1 𝑔𝑎𝑛𝑐ℎ𝑜 = 20 𝑡 𝑔𝑎𝑛𝑐ℎ𝑜 = 𝑄𝑡𝑑 𝑒 𝑡 4.5.3 Pilar 19 4.5.3.1 Excentricidades Topo eiy(m) 0,040 eix(m) 0,015 Pé eiy(m) 0,019 eix(m) 0,007 Excentricidades Iniciais 𝑒𝑖 = / eax(m) eay(m) Max(Kn.m) May(Kn.m) 0,0315 0,0207 26,36 17,32 Execentricidades Acidentais 𝑒𝑎 = 0,015 + 0,03 ℎ 𝑎 = 𝑒𝑎 λx λy αb αb Mc Mc eicx(m) eicy(m) λ1 λ1 Na direção X : 26,42 MA > May 0,41 λx > λ1 então considerar excentricidade de 2ªordem Cálculo da excentricidade de 2ªordem e2x 0,014 12,20 Mc = Max 0,0315 25,72 MA < Max 1,00 Na direçãoY : 70,84 0,0207 νd 0,63 1/r 0,008 Excentricidade de 2ª ordem 1/r 0,023 νd 0,63 63,82 λy > λ1 então considerar excentricidade de 2ªordem Cálculo da excentricidade de 2ªordem e2y 0,035 13,88 Mc = May = 3,46 𝑙𝑒 ℎ 1 = 25 + 12,5 𝑒1/ℎ 𝛼 𝑐 = 𝛼 𝐴 𝑒𝑖𝑐 = 𝑒𝑎 𝑒2 = 𝑙𝑒 ² 10 1 𝑟 1 𝑟 = 0,005 ℎ( 𝑑 + 0,5) 𝑑 = 𝑑 𝐴𝑐 𝑓𝑐𝑑 = 3,46 𝑙𝑒 ℎ 1 =
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