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1 Prof. Me. Domício Moreira da Silva Junior INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA Avenida Jerônimo Figueira da Costa, nº 3014 - Bairro Pozzobon. CEP 15503-110 - Votuporanga - SP www.ifsp.edu.br ESTRUTURAS DE CONCRETO 2 (ESCE7) Curso de Engenharia Civil Votuporanga, 2017 2 Prof. Me. Domício Moreira da Silva Junior INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA Avenida Jerônimo Figueira da Costa, nº 3014 - Bairro Pozzobon. CEP 15503-110 - Votuporanga - SP www.ifsp.edu.br I. EMENTA: • A disciplina aborda o projeto e o dimensionamento de estruturas de concreto convencional como pilares e escadas, analisando seu comportamento estrutural como a flexão normal composta e oblíqua composta e estados limites de serviço. II. OBJETIVOS: • Gerenciar e/ou desenvolver projetos de estruturas de concreto convencional: pilares, escadas; • Conhecer os mecanismos resistentes das seções de concreto armado sujeitas à flexão composta normal e oblíqua; • Definir carregamentos para os elementos estruturais e respectivas combinações de serviço e de ruptura; • Dimensionar, verificar e detalhar estruturas de concreto convencional. III. METODOLOGIA: • Aulas expositivas teóricas e aulas de realização de exercícios e projetos. IV. CONTEÚDO PROGRAMÁTICO: • Introdução • Estados Limites de Serviço; ✓ Limites de deformação em vigas e lajes; ✓ Momento de fissuração ✓ Estado Limite de Deformação Excessiva; ✓ Avaliação aproximada da flecha considerando o efeito da fluência; ✓ Estado Limite de Fissuração; ✓ Determinação da abertura das fissuras; ✓ Considerações da NBR-6118:2014 quanto aos Estados Limites de Serviço; • Ação do vento e estabilidade global ✓ Elementos estruturais resistentes ao vento; ✓ Inércia equivalente dos pilares; ✓ Associação de pórticos 3 Prof. Me. Domício Moreira da Silva Junior INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA Avenida Jerônimo Figueira da Costa, nº 3014 - Bairro Pozzobon. CEP 15503-110 - Votuporanga - SP www.ifsp.edu.br ✓ Determinação da intensidade da força do vento; ✓ Instabilidade estrutural e efeitos de segunda ordem; ✓ Parâmetro ; ✓ Coeficiente z; ✓ Estruturas de nós fixos; ✓ Estruturas de nós móveis; ✓ Imperfeições geométricas; • Flexão composta normal e oblíqua; ✓ Hipóteses de cálculo; ✓ Equações de equilíbrio; ✓ Resolução por meio de ábacos adimensionais; • Pilares de concreto armado; ✓ Critérios da NBR-6118:2014 quanto aos pilares ✓ Classificação dos pilares quanto a posição em planta; ✓ Classificação dos pilares quanto à esbeltez; ✓ Pré-dimensionamento dos pilares; ✓ Disposições construtivas; ✓ Tipos de excentricidade; ✓ Consideração dos efeitos de segunda ordem; ✓ Métodos de dimensionamento; ✓ Pilar padrão com curvatura aproximada; ✓ Pilar padrão com rigidez aproximada; ✓ Dimensionamento dos pilares utilizando ábacos adimensionais • Escadas de concreto armado; ✓ Generalidades; ✓ Ações nas escadas; ✓ Detalhe das armaduras. V. MÉTODOS DE AVALIAÇÃO: • As avaliações terão caráter diagnóstico, contínuo, processual e formativo, e serão obtidas mediante a utilização de instrumentos diversificados tais como provas, trabalhos e projetos VI. BIBLIOGRAFIA BÁSICA: • ARAÚJO, J. M. Curso de concreto armado. 4. ed. Rio Grande: Dunas, 2014. v. 3. 4 Prof. Me. Domício Moreira da Silva Junior INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA Avenida Jerônimo Figueira da Costa, nº 3014 - Bairro Pozzobon. CEP 15503-110 - Votuporanga - SP www.ifsp.edu.br • CARVALHO, R. C.; FIGUEIREDO FILHO, J. R. Cálculo e detalhamento de estruturas usuais de concreto armado: segundo a Nbr 6118. 4. ed. São Carlos: EdUfscar, 2014. v. 1. • LEONHARDT, F.; MONNING, E. Construções de concreto: princípios básicos sobre a armação de estruturas de concreto armado. Rio de Janeiro: Interciência, 1978. v. 3. VII. BIBLIOGRAFIA COMPLEMENTAR: • ARAÚJO, J. M. Curso de concreto armado. 4. ed. Rio Grande: Dunas, 2014. v. 2. • BOTELHO, M. H. C.; MARCHETTI, O. Concreto armado eu te amo. 6. ed. Blucher, 2010. v. 1. • LEONHARDT, F. Construções de concreto. Rio de Janeiro: Interciência, 1979. v. 4. • LEONHARDT, F.; MONNIG, E. Construções de concreto: casos especiais de dimensionamento de estruturas de concreto armado. Rio de Janeiro: Interciência, 1978. v. 2. • LEONHARDT, F.; MONING, E. Construções de Concreto. Rio de Janeiro: Interciência, 1977. v. 1. 5 Prof. Me. Domício Moreira da Silva Junior INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA Avenida Jerônimo Figueira da Costa, nº 3014 - Bairro Pozzobon. CEP 15503-110 - Votuporanga - SP www.ifsp.edu.br Sumário 1- INTRODUÇÃO ..................................................................................................................................... 18 2- ESTADOS LIMITES DE SERVIÇO ............................................................................................... 19 2.1- Limites de deformações em vigas e lajes ........................................................ 21 2.1.1- Momento de fissuração ............................................................................................... 21 2.1.2- Estado limite de deformação................................................................................. 23 2.1.3- Avaliação aproximada da flecha em vigas .................................................... 26 2.1.3.1- Determinação do módulo de elasticidade do concreto...................... 26 2.1.3.2- Flecha imediata em vigas de concreto armado ...................................... 28 2.1.3.3- Cálculo da flecha diferida no tempo para vigas de concreto armado 34 2.1.3.4- Verificação da flecha ........................................................................................... 35 2.1.4- Exemplo numérico ........................................................................................................... 35 2.2- Limites de fissuração em vigas e lajes .......................................................... 41 2.2.1- Estado limite de fissuração................................................................................. 43 2.2.1.1- Controle da fissuração por meio da limitação da abertura estimada das fissuras ................................................................................................................... 43 2.2.1.2- Controle da fissuração sem a verificação da abertura de fissuras 45 2.2.2- Exemplo numérico ........................................................................................................... 46 3- AÇÃO DO VENTO E ESTABILIDADE GLOBAL ......................................................................... 47 3.1- Elementos estruturais resistentes à ação do vento ................................ 48 3.2- Inércia equivalente de um pilar ........................................................................... 50 3.2.1- Exemplo numérico ........................................................................................................... 51 3.3- Associação de pórticos ................................................................................................ 52 3.4- Determinação da intensidade da ação do vento ............................................ 54 6 Prof. Me. Domício Moreira da Silva Junior INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA Avenida Jerônimo Figueira da Costa, nº 3014 - Bairro Pozzobon. CEP 15503-110 - Votuporanga - SP www.ifsp.edu.br 3.4.1- Determinaçãoda intensidade da força do vento ..................................... 55 3.4.1.1- Fator topográfico (S1) ......................................................................................... 58 3.4.1.2- Rugosidade do terreno, dimensões da edificação e altura sobre o terreno (S2) .................................................................................................................................... 60 3.4.1.3- Fator estatístico S3 .............................................................................................. 64 3.4.1.4- Coeficiente de arrasto (Ca) ............................................................................. 65 3.4.1.5- Força de arrasto (Fa) ............................................................................................ 67 3.4.1.6- Excentricidades ......................................................................................................... 68 3.4.1.7- Exemplo numérico ....................................................................................................... 68 3.5- Instabilidade estrutural e efeitos de segunda ordem ........................... 69 3.5.1- Instabilidade global ................................................................................................. 71 3.5.2- Contraventamento ........................................................................................................... 71 3.5.3- Elementos isolados ...................................................................................................... 72 3.5.4- Dispensa da consideração dos esforços globais de 2ª ordem ......... 72 3.5.5- Parâmetro de instabilidade .............................................................................. 72 3.5.5.1- Exemplo numérico: .................................................................................................... 73 3.5.6- Coeficiente z ................................................................................................................. 74 3.5.7- Análise de estruturas de nós fixos ................................................................ 76 3.5.8- Análise de estruturas de nós móveis ............................................................. 77 3.5.8.1- Exemplo de aplicação do cálculo do coeficiente z.......................... 78 3.5.9- Consideração de imperfeições geométricas ................................................. 78 3.5.9.1- Imperfeições globais: ........................................................................................... 78 3.5.9.2- Imperfeições locais: ............................................................................................. 80 4- FLEXÃO COMPOSTA NORMAL E OBLÍQUA................................................................................. 81 4.1- Definições ............................................................................................................................. 81 7 Prof. Me. Domício Moreira da Silva Junior INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA Avenida Jerônimo Figueira da Costa, nº 3014 - Bairro Pozzobon. CEP 15503-110 - Votuporanga - SP www.ifsp.edu.br 4.2- Hipóteses básicas para o dimensionamento de peças fletidas .......... 82 4.3- Flexão composta normal (flexão reta) ............................................................... 85 4.3.1- Seção retangular com armadura não simétrica nas faces .................. 87 4.3.2- Seção retangular com armadura simétrica nas faces ............................ 87 4.3.3- Dimensionamento à flexão composta com o uso de ábacos adimensionais para seções retangulares .......................................................................... 89 4.4- Flexão oblíqua e flexão composta oblíqua ..................................................... 91 4.4.1- Hipóteses de cálculo ................................................................................................. 92 4.4.2- Equações de equilíbrio ............................................................................................ 92 4.4.3- Resolução do sistema e ábacos adimensionais .......................................... 94 5- PILARES DE CONCRETO ARMADO ............................................................................................... 96 5.1- Conceitos básicos ............................................................................................................ 96 5.2- Critérios de durabilidade ......................................................................................... 96 5.2.1- Agressividade do ambiente ..................................................................................... 97 5.2.2- Qualidade do concreto de cobrimento ............................................................. 97 5.2.3- Cobrimento das armaduras ........................................................................................ 98 5.3- Classificação dos pilares quando à posição em planta ....................... 100 5.3.1- Pilar intermediário .................................................................................................. 100 5.3.2- Pilar de extremidade ............................................................................................... 101 5.3.3- Pilar de canto .............................................................................................................. 104 5.4- Classificação dos pilares quanto à esbeltez ............................................ 105 5.4.1- Raio de giro .................................................................................................................. 105 5.4.2- Índice de esbeltez .................................................................................................... 106 5.4.2.1- Determinação do valor-limite de 1 ........................................................... 108 5.4.2.2- Classificação dos pilares e métodos indicados de cálculo ..... 110 8 Prof. Me. Domício Moreira da Silva Junior INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA Avenida Jerônimo Figueira da Costa, nº 3014 - Bairro Pozzobon. CEP 15503-110 - Votuporanga - SP www.ifsp.edu.br 5.5- Dimensões mínimas dos pilares .............................................................................. 111 5.6- Pré-dimensionamento ...................................................................................................... 112 5.6.1- Estimativa da carga atuante por área de influência........................ 112 5.6.2- Pré-dimensionamento da seção transversal ............................................... 113 5.7- Disposições construtivas .......................................................................................... 114 5.7.1- Diâmetro mínimo e máximo da armadura longitudinal .......................... 114 5.7.2- Armadura mínima ........................................................................................................... 114 5.7.3- Armadura máxima ........................................................................................................... 115 5.7.4- Distribuição transversal das armaduras longitudinais ................... 115 5.7.5- Número mínimo de barras em função da geometria da seção ............ 116 5.7.6- Proteção contra flambagem das armaduras longitudinais ................ 116 5.7.7- Armaduras transversais .......................................................................................... 118 5.7.8- Detalhamento das armaduras dos pilares .................................................... 119 5.7.9- Pilar parede .................................................................................................................. 119 5.8- Tipos de excentricidade ............................................................................................120 5.8.1- Excentricidade inicial .......................................................................................... 120 5.8.2- Excentricidade de forma ........................................................................................ 121 5.8.3- Excentricidade acidental ...................................................................................... 122 5.8.4- Excentricidade de segunda ordem ..................................................................... 123 5.8.5- Excentricidade devido a fluência ................................................................... 124 5.9- Consideração dos efeitos de segunda ordem ................................................. 124 5.9.1- Método geral – processo exato .......................................................................... 126 5.9.2- Processo geral iterativo – carregamento incremental ..................... 126 5.9.3- Método aproximado do pilar-padrão ................................................................ 128 5.9.4.1- Método do pilar-padrão com curvatura aproximada ........................... 130 9 Prof. Me. Domício Moreira da Silva Junior INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA Avenida Jerônimo Figueira da Costa, nº 3014 - Bairro Pozzobon. CEP 15503-110 - Votuporanga - SP www.ifsp.edu.br 5.9.4.2- Pilar-padrão com rigidez aproximada ................................................... 133 5.10- Método do pilar-padrão para pilares de seção retangular submetidos à flexão composta oblíqua ............................................................................. 135 5.11- Dimensionamento utilizando ábacos ................................................................ 135 5.10.1- Flexão composta normal ...................................................................................... 136 5.10.2- Flexão composta oblíqua .................................................................................... 137 5.12- Dimensionamento de pilares ................................................................................. 138 5.12.1- Pilar Intermediário .............................................................................................. 138 5.12.1.1- Roteiro de cálculo das armaduras ........................................................... 138 5.11.1.1- Exemplos .................................................................................................................... 141 5.12.2- Pilar de extremidade ........................................................................................... 141 5.12.2.1- Roteiro de cálculo das armaduras ........................................................... 141 5.11.2.1- Exemplos .................................................................................................................... 143 5.12.3- Pilar de canto .......................................................................................................... 144 5.12.3.1- Roteiro de cálculo das armaduras ........................................................... 144 5.11.3.1- Exemplos .................................................................................................................... 145 6- ESCADAS DE CONCRETO ARMADO ............................................................................................. 146 6.1- Dimensões das escadas ................................................................................................. 146 6.2- Ações consideradas nas escadas ........................................................................... 147 6.2.1- Peso próprio da escada: ........................................................................................ 147 6.2.2- Peso dos revestimentos: ........................................................................................ 148 6.2.3- Ações variáveis ........................................................................................................... 148 6.2.4- Gradil, mureta ou parede: ................................................................................... 149 6.3- Pré-dimensionamento da espessura das escadas .......................................... 150 6.4- Escadas retangulares ................................................................................................... 150 10 Prof. Me. Domício Moreira da Silva Junior INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA Avenida Jerônimo Figueira da Costa, nº 3014 - Bairro Pozzobon. CEP 15503-110 - Votuporanga - SP www.ifsp.edu.br 6.4.1- Escadas armadas transversalmente ................................................................... 150 6.4.2- Escadas armadas longitudinalmente ................................................................ 151 6.4.3- Escadas armadas em cruz ........................................................................................ 152 6.4.4- Escadas com patamar .................................................................................................. 153 6.4.5- Escadas com laje em balanço............................................................................... 153 6.4.6- Escadas em viga reta, com degrau em balanço ........................................ 154 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ......................................................................................................... 155 11 Prof. Me. Domício Moreira da Silva Junior INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA Avenida Jerônimo Figueira da Costa, nº 3014 - Bairro Pozzobon. CEP 15503-110 - Votuporanga - SP www.ifsp.edu.br Lista de Figuras Figura 1- Seção retangular no Estádio I ......................... 29 Figura 2- Seção retangular no Estádio II ........................ 30 Figura 3- Valores do coeficiente em função das condições de contorno ........................................................ 31 Figura 4- Concreto de envolvimento da armadura .................. 43 Figura 5- Braço de alavanca ..................................... 45 Figura 6- Estrutura submetida à uma ação vertical e à ação do vento e seus respectivos efeitos de segunda ordem ..................... 47 Figura 7- Estrutura submetida à uma ação vertical e à ação do vento e seus respectivos efeitos de segunda ordem ..................... 48 Figura 8- Planta de forma ....................................... 49 Figura 9- Corte transversal ..................................... 49 Figura 10- Pórtico plano e pilar retangular com rigidez equivalente ................................................................ 50 Figura 11- Exemplo para determinar a rigidez equivalente de um pilar ................................................................ 51 Figura 12- Cálculo do deslocamento do pórtico com o software Ftool ................................................................ 52 Figura 13- Planta de forma de uma estrutura sujeita à ação do vento ................................................................ 53 Figura 14- Simetria entre os pórticos externos .................. 53 Figura 15- Planta de forma de uma estrutura sujeita à ação do vento ................................................................ 54 Figura 16- Esquema estático do pórtico associado e sua respectiva posição deformada ............................................... 54 Figura 17- Isopletas de vento ................................... 57 Figura 18- Fator topográfico S1 (z) ............................. 59 12 Prof. Me. Domício Moreira da Silva Junior INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA Avenida Jerônimo Figueira da Costa, nº 3014 - Bairro Pozzobon. CEP 15503-110 - Votuporanga - SP www.ifsp.edu.br Figura 19- Coeficientede arrasto (Ca) para edificações paralelepipédicas em vento de baixa turbulência ................. 66 Figura 20- Coeficiente de arrasto (Ca) para edificações paralelepipédicas em vento de alta turbulência .................. 67 Figura 21- Efeitos de segunda ordem localizados ................. 70 Figura 22- Esquema estrutural de um edifício alto ............... 70 Figura 23- Imperfeições geométricas globais ..................... 79 Figura 24- Imperfeições geométricas locais ...................... 80 Figura 25- Diagrama tensão-deformação idealizado ................ 83 Figura 26- Diagrama “tensão x deformação” parábola-retângulo e retangular simplificado ......................................... 83 Figura 27- Diagrama de tensões no aço ........................... 84 Figura 28- Domínios de estado-limite último de uma seção transversal ................................................................ 84 Figura 29- Possíveis caso de solicitações normais e seus domínios ................................................................ 85 Figura 30- a) seção transversal genérica sob flexão composta (y é o eixo principal de inércia) e os domínios; b) curva dos esforços resistentes para os diversos domínios ........................... 86 Figura 31- Seção transversal genérica com um eixo de simetria (y) e armadura simétrica, submetida à flexão normal composta .......... 88 Figura 32- Seção retangular com armadura simétrica submetida à flexão composta normal ................................................. 89 Figura 33- Ábaco para dimensionamento de peças retangulares sujeitas à flexão reta ................................................... 90 Figura 34- Seção retangular sujeita à flexão oblíqua: deformações e tensões no concreto no ELU ...................................... 91 Figura 35- Momentos fletores atuantes em uma seção retangular sob flexão composta obliqua ......................................... 92 13 Prof. Me. Domício Moreira da Silva Junior INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA Avenida Jerônimo Figueira da Costa, nº 3014 - Bairro Pozzobon. CEP 15503-110 - Votuporanga - SP www.ifsp.edu.br Figura 36- Seção sujeita à flexão composta oblíqua em função da excentricidade da força ......................................... 93 Figura 37- Exemplo de ábaco para dimensionamento à flexo-compressão oblíqua ......................................................... 95 Figura 38- Cobrimento das armaduras ............................. 98 Figura 39- Arranjo estrutural e situação de projeto dos pilares intermediários ................................................. 100 Figura 40- Arranjo estrutural e situação de projeto dos pilares de extremidade .................................................... 101 Figura 41- Aproximação em apoios extremos ...................... 103 Figura 42- Momentos fletores nos pilares de extremidade provenientes da ligação com a viga não contínua sobre o pilar ............... 104 Figura 43- Arranjo estrutural e situação de projeto dos pilares de canto .......................................................... 105 Figura 44- Comprimentos de flambagem ........................... 106 Figura 45- Situação real e simplificada de pilares contraventados de edifícios ................................................... 107 Figura 46- Altura efetiva dos pilares .......................... 108 Figura 47- Classificação dos pilares e pilares-parede de seção retangular ..................................................... 111 Figura 48- Determinação da área de influência dos pilares ...... 113 Figura 49- Número mínimo de barras ............................. 116 Figura 50- Proteção contra flambagem das barras ................ 117 Figura 51- Critério para proteção das barras longitudinais contra a flambagem ...................................................... 117 Figura 52- Proteção contra a flambagem das barras longitudinais 117 Figura 53- Proteção contra a flambagem das barras longitudinais 117 Figura 54- Detalhamento típico de pilares ...................... 119 14 Prof. Me. Domício Moreira da Silva Junior INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA Avenida Jerônimo Figueira da Costa, nº 3014 - Bairro Pozzobon. CEP 15503-110 - Votuporanga - SP www.ifsp.edu.br Figura 55- Situação de projeto da excentricidade de primeira ordem ............................................................... 121 Figura 56- Situação de excentricidade de forma ................. 122 Figura 57- Diagramas x de alguns materiais: a) linear; b,c,d) não linear físico .............................................. 125 Figura 58- Consideração da não-linearidade geométrica .......... 125 Figura 59- Diagrama “carga x deslocamento” com carregamento incremental .................................................... 127 Figura 60- Cálculo pelo processo geral da carga crítica para flexão composta oblíqua ............................................... 127 Figura 61- Esquema do pilar-padrão ............................. 128 Figura 62- Envoltória mínima de 1ª ordem ....................... 132 Figura 63- Envoltória mínima de 2ª ordem ....................... 133 Figura 64- Notação para a Flexão Composta Normal ............... 136 Figura 65- Notação para a Flexão Composta Oblíqua .............. 137 Figura 66- Esquema da escada ................................... 146 Figura 67- Diferentes tipos de degraus para as escadas ......... 147 Figura 68- Esquema de cálculo dos degraus em balanço ........... 148 Figura 69- Esquema de cálculo da viga de apoio ................. 149 Figura 70- Escadas armadas transversalmente .................... 150 Figura 71- Escadas armadas longitudinalmente ................... 152 Figura 72- Escadas armadas em cruz ............................. 152 Figura 73- Tipos de patamares .................................. 153 Figura 74- Detalhamento das armaduras .......................... 153 Figura 75- Detalhamento das armaduras .......................... 154 Figura 76- Escadas em viga reta, com degrau em balanço ......... 154 Figura 77- Detalhamento das armaduras .......................... 154 15 Prof. Me. Domício Moreira da Silva Junior INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA Avenida Jerônimo Figueira da Costa, nº 3014 - Bairro Pozzobon. CEP 15503-110 - Votuporanga - SP www.ifsp.edu.br 16 Prof. Me. Domício Moreira da Silva Junior INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA Avenida Jerônimo Figueira da Costa, nº 3014 - Bairro Pozzobon. CEP 15503-110 - Votuporanga - SP www.ifsp.edu.br Lista de Tabelas Tabela 1- Combinações usuais em serviço (Fonte: Tabela 11.4 da NBR- 6118:2014) ...................................................... 20 Tabela 2- Valores do coeficiente f2 (Fonte: Tabela 11.2 da NBR- 6118:2014) ...................................................... 21 Tabela 3- Limites para deslocamentos (Fonte: Tabela 13.3 da NBR- 6118:2014, página 77) ........................................... 24 Tabela 4- Deslocamentos elásticos em vigas (Fonte: MIRANDA, 2003) ................................................................ 32 Tabela 5- Deslocamentos elásticos em vigas (Fonte: MIRANDA, 2003) ................................................................ 33 Tabela 6- Valores do coeficiente em função do tempo (Fonte: Tabela 17.1 da NBR-6118:2014, pg. 127) ................................. 35 Tabela 7- Exigências de durabilidade relacionadas à fissuração e à proteção da armadura, em função das classes de agressividade ambiental (Fonte: Tabela 13.4 da NBR-6118:2014,pg. 80) ........ 42 Tabela 8- Valor do coeficiente de aderência 1 (Fonte: Tabela 8.3 da NBR-6118:2014, pg. 29) ....................................... 44 Tabela 9- Valores máximos de diâmetro e espaçamento, com barras de alta aderência (Fonte: Tabela 17.2 da NBR-6118:2014, pg. 129) ... 46 Tabela 10- Parâmetros meteorológico para o fator S2 (Fonte: Tabela 1 da NBR-6123:1988) ............................................. 63 Tabela 11- Valores do fator S2 (Fonte: Tabela 2 da NBR-6123:1988) 64 Tabela 12- Valores mínimos para o fator S3 (Fonte: Tabela 3 da NBR- 6123:1988) ...................................................... 65 Tabela 13- Classes de agressividade ambiental – CAA (Fonte: Tabela 6.1 da NBR-6118:2014, página 17) ................................ 97 Tabela 14- Relação água/cimento máxima e classe de resistência do concreto em função da agressividade ambiental (Fonte: Tabela 7.1 da NBR-6118:2014, página 18) ....................................... 98 17 Prof. Me. Domício Moreira da Silva Junior INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA Avenida Jerônimo Figueira da Costa, nº 3014 - Bairro Pozzobon. CEP 15503-110 - Votuporanga - SP www.ifsp.edu.br Tabela 15- Cobrimento mínimo das armaduras em função da classe de agressividade ambiental (Fonte: Tabela 7.2 da NBR-6118:2014, página 20) ............................................................. 99 Tabela 16- Valores do coeficiente adicional n para pilares e pilares- parede (Fonte: Tabela 13.1 da NBR-6118:2014, página 73) ........ 111 Tabela 17- Peso específico dos tijolos para confecção de muretas ............................................................... 150 Tabela 18- Pré-dimensionamento da espessura das escadas (Fonte: Campos Filho, 2014) ............................................ 150 18 Prof. Me. Domício Moreira da Silva Junior INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA Avenida Jerônimo Figueira da Costa, nº 3014 - Bairro Pozzobon. CEP 15503-110 - Votuporanga - SP www.ifsp.edu.br 1- INTRODUÇÃO Esta apostila foi elaborada a partir das normas vigentes e pesquisa na bibliografia disponível e possui o conteúdo mínimo para as aulas de Estruturas de Concreto 2 (ESCE7), oferecidas pelo curso de Engenharia Civil do Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de São Paulo, campus Votuporanga. Para melhor aproveitamento do curso, recomenda-se que os alunos pesquisem na bibliografia básica e complementar, indicadas na ementa desta disciplina, e também nas referências utilizadas para elaboração deste material. Sugestões para melhorias, favor enviar e-mail para domiciojunior@ifsp.edu.br. 19 Prof. Me. Domício Moreira da Silva Junior INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA Avenida Jerônimo Figueira da Costa, nº 3014 - Bairro Pozzobon. CEP 15503-110 - Votuporanga - SP www.ifsp.edu.br 2- ESTADOS LIMITES DE SERVIÇO Os deslocamentos e aberturas de fissuras, devem ser verificados com a estrutura em serviço, ou seja, no Estado Limite de Serviço. O item 11.8.3 da NBR-6118:2014, que trata das combinações de serviço, classifica tais combinações de acordo com sua permanência, ou tempo de ação, na estrutura conforme o estabelecido a seguir: a) quase permanentes: podem atuar durante grande parte do período de vida da estrutura, e sua consideração pode ser necessária na verificação do estado-limite de deformações excessivas; b) frequentes: repetem-se muitas vezes durante o período de vida da estrutura, e sua consideração pode ser necessária na verificação dos estados-limites de formação de fissuras, de abertura de fissuras e de vibrações excessivas. Podem também ser consideradas para verificações de estados-limites de deformações excessivas decorrentes de vento ou temperatura que podem comprometer as vedações; c) raras: ocorrem algumas vezes durante o período de vida da estrutura, e sua consideração pode ser necessária na verificação do estado-limite de formação de fissuras. Para finalidade de combinações no Estado Limite de Serviço, a norma propõe: 20 Prof. Me. Domício Moreira da Silva Junior INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA Avenida Jerônimo Figueira da Costa, nº 3014 - Bairro Pozzobon. CEP 15503-110 - Votuporanga - SP www.ifsp.edu.br Tabela 1- Combinações usuais em serviço (Fonte: Tabela 11.4 da NBR-6118:2014) Conforme o item 11.7.2 da NBR-6118:2014, em geral, o coeficiente de ponderação das ações para estados-limites de serviço é dado pela expressão: f = f2 Em que f2 tem valor variável conforme a verificação que se deseja fazer (Tabela 2), conforme a seguir: f2 = 1 para combinações raras; f2 = 1 para combinações frequentes; f2 = 2 para combinações quase permanentes. 21 Prof. Me. Domício Moreira da Silva Junior INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA Avenida Jerônimo Figueira da Costa, nº 3014 - Bairro Pozzobon. CEP 15503-110 - Votuporanga - SP www.ifsp.edu.br Tabela 2- Valores do coeficiente f2 (Fonte: Tabela 11.2 da NBR-6118:2014) 2.1- Limites de deformações em vigas e lajes Agora, serão apresentadas as prescrições normativas quanto aos limites de deformação permitidos para vigas e lajes de concreto armado. 2.1.1- Momento de fissuração O surgimento de fissuras em elementos de concreto armado é algo inevitável, uma vez que, o concreto é um material que não resiste aos esforços de tração, e em peças fletidas, tais como vigas e lajes, na região tracionada é comum o surgimento de pequenas fissuras. Estas fissuras acabam diminuindo a rigidez da peça, desta forma, a norma prevê a determinação do valor do momento fletor em que se inicia a abertura de fissura, em outras palavras, é necessário determinar o valor do momento fletor que gera tensões de tração maiores do que a tensão de tração resistente do concreto. Este momento é chamado de “momento de fissuração”. Conforme o item 17.3.1 da NBR-6118:2014 “Nos estados-limites de serviço as estruturas trabalham parcialmente no estádio I e parcialmente no estádio II. A separação entre esses dois comportamentos é definida pelo momento de fissuração. Esse momento pode ser calculado pela seguinte expressão aproximada:” 22 Prof. Me. Domício Moreira da Silva Junior INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA Avenida Jerônimo Figueira da Costa, nº 3014 - Bairro Pozzobon. CEP 15503-110 - Votuporanga - SP www.ifsp.edu.br t cct r y If M .. Eq. 1 Em que: Mr = Momento de fissuração da peça; = é o fator que correlaciona aproximadamente a resistência à tração na flexão com a resistência à tração direta; yt = é a distância do centro de gravidade da seção à fibra mais tracionada; Ic = é o momento de inércia da seção bruta de concreto; fct = é a resistência à tração direta do concreto, conforme 8.2.5, com o quantil apropriado a cada verificação particular. Para determinação do momento de fissuração, deve ser usado o fctk,inf no estado-limite de formação de fissuras e o fct,m no estado-limite de deformação excessiva (ver 8.2.5). O fator é definido em função da geometria da peça: = 1,2 para seções T ou duplo T; = 1,3 para seções I ou T invertido; = 1,5 para seções retangulares; A resistência à tração do concreto pode ser calculadaconforme indica o item 8.2.5 da NBR-6118:2014, segundo as equações: mctctk ff ,inf, .7,0 Eq. 2 mctctk ff ,sup, .3,1 Eq. 3 O valor da resistência à tração média (fct,m) é dado em função da classe de concreto utilizado: • Para concretos com fck ≤ 50MPa: 3 2 ., .3,0 ckmct ff Eq. 4 • Para concretos com fck entre 55MPa e 90MPa: 23 Prof. Me. Domício Moreira da Silva Junior INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA Avenida Jerônimo Figueira da Costa, nº 3014 - Bairro Pozzobon. CEP 15503-110 - Votuporanga - SP www.ifsp.edu.br ).11,01(.12,2., ckmct fnf Eq. 5 Com fck, fct,m, fctk,inf e fctk,sup em MPa. 2.1.2- Estado limite de deformação O item 17.3.2 da norma preconiza que “a verificação dos valores- limites estabelecidos na Tabela 13.3 (apresentada a seguir) para a deformação da estrutura, mais propriamente rotações e deslocamentos em elementos estruturais lineares, analisados isoladamente e submetidos à combinação de ações conforme a Seção 11, deve ser realizada através de modelos que considerem a rigidez efetiva das seções do elemento estrutural, ou seja, que levem em consideração a presença da armadura, a existência de fissuras no concreto ao longo dessa armadura e as deformações diferidas no tempo. A deformação real da estrutura depende também do processo construtivo, assim como das propriedades dos materiais (principalmente do módulo de elasticidade e da resistência à tração) no momento de sua efetiva solicitação. Em face da grande variabilidade dos parâmetros citados, existe uma grande variabilidade das deformações reais. Não se pode esperar, portanto, grande precisão nas previsões de deslocamentos dadas pelos processos analíticos prescritos”. 24 Prof. Me. Domício Moreira da Silva Junior INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA Avenida Jerônimo Figueira da Costa, nº 3014 - Bairro Pozzobon. CEP 15503-110 - Votuporanga - SP www.ifsp.edu.br Tabela 3- Limites para deslocamentos (Fonte: Tabela 13.3 da NBR-6118:2014, página 77) 25 Prof. Me. Domício Moreira da Silva Junior INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA Avenida Jerônimo Figueira da Costa, nº 3014 - Bairro Pozzobon. CEP 15503-110 - Votuporanga - SP www.ifsp.edu.br Tabela 3 – Continuação 26 Prof. Me. Domício Moreira da Silva Junior INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA Avenida Jerônimo Figueira da Costa, nº 3014 - Bairro Pozzobon. CEP 15503-110 - Votuporanga - SP www.ifsp.edu.br 2.1.3- Avaliação aproximada da flecha em vigas O item 17.3.2.1 da NBR-6118:2014 ressalta que o modelo idealizado para o comportamento das estruturas de concreto pode admitir o concreto e o aço como materiais de comportamento elástico linear, isto significa que, as deformações específicas dos elementos podem ser determinadas no Estádio I, caso os esforços solicitantes não superem aqueles que dão início ao processo de fissuração (Md < Mr). A partir do momento em que se atinge o valor do momento de fissuração, deve-se considerar a redução da rigidez no elemento provocada pelas fissuras, o que equivale a dizer que a verificação das deformações específicas deve ser feita no Estádio II. Para verificação da flecha a norma recomenda a utilização do módulo de elasticidade secante (Ecs) e também obriga a consideração do efeito da fluência (acréscimo de deformação ao longo do tempo). 2.1.3.1- Determinação do módulo de elasticidade do concreto O item 8.2.8 da NBR-6118:2014 recomenda a determinação do módulo de elasticidade por meio de ensaio laboratorial regido pela NBR- 8522. Caso não seja possível determinar segundo ensaio padronizado, a NBR-6118:2014 recomenda a utilização das seguintes equações para estimativa do módulo de elasticidade. • Para fck entre 20MPa e 50MPa: ckEci fE .5600. Eq. 6 • Para fck entre 55MPa e 90MPa: 3 1 3 25,1 10 ..10.5,21 ckEci f E Eq. 7 Em que: Eci = Módulo de elasticidade tangente (MPa); fck = resistência característica do concreto à compressão (MPa); E = parâmetro que depende do tipo de agregado utilizado: ✓ E = 1,2 para basalto e diabásio ✓ E = 1,0 para granito e gnaisse ✓ E = 0,9 para calcário ✓ E = 0,7 para arenito 27 Prof. Me. Domício Moreira da Silva Junior INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA Avenida Jerônimo Figueira da Costa, nº 3014 - Bairro Pozzobon. CEP 15503-110 - Votuporanga - SP www.ifsp.edu.br O módulo de elasticidade secante (Ecs) pode ser obtido com a seguinte equação: csics EE . Eq. 8 Para concretos com fck entre 20MPa e 50MPa, a Eq. 8 pode ser reescrita, substituindo o valor de Ecs conforme Eq. 6, resultando: ckEics fE .5600.. Eq. 9 Sendo i um coeficiente que relaciona o módulo de elasticidade tangente com o módulo de elasticidade secante, e é calculado: 0,1 80 2,08,0 cki f Eq. 10 Ainda conforme o item 8.2.8 da norma: “A deformação elástica do concreto depende da composição do traço do concreto, especialmente da natureza dos agregados. 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. O módulo de elasticidade em uma idade menor que 28 dias pode ser avaliado pelas expressões a seguir:” • Para fck entre 20MPa e 45MPa: ci ck jck ci E f f tE .)( 5,0 , Eq. 11 • Para fck entre 50MPa e 90MPa: ci ck jck ci E f f tE .)( 3,0 , Eq. 12 Em que: Eci(t) é a estimativa do módulo de elasticidade do concreto em uma idade entre 7 dias e 28 dias, em MPa; 28 Prof. Me. Domício Moreira da Silva Junior INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA Avenida Jerônimo Figueira da Costa, nº 3014 - Bairro Pozzobon. CEP 15503-110 - Votuporanga - SP www.ifsp.edu.br fckj é a resistência característica à compressão do concreto na idade em que se pretende estimar o módulo de elasticidade, em megapascal (MPa). 2.1.3.2- Flecha imediata em vigas de concreto armado O item 17.3.2.1.1 recomenda que, para a avaliação da flecha imediata de vigas de concreto, deve ser utilizada a equação da rigidez equivalente: ccsII a r c a r csteq IEI M M I M M EEI ..1.. 33 0, Eq. 13 Em que: EIeq,t0 é a rigidez equivalente após a fissuração; Ic é o momento de inércia da seção bruta de concreto; III é o momento de inércia da seção fissurada de concreto no estádio II; Es é o módulo de elasticidade do aço; Ma é o momento fletor na seção crítica do vão considerado, ou seja, o momento máximo no vão para vigas biapoiadas ou contínuas e momento no apoio para balanços, para a combinação de ações considerada nessa avaliação; Mr é o momento de fissuração do elemento estrutural, cujo valor deve ser reduzido à metade no casode utilização de barras lisas; Ecs é o módulo de elasticidade secante do concreto. Ressalta-se que, para determinação do momento de inércia, para verificação dos deslocamentos, a norma recomenda que a seja feita a homogeneização da seção transversal, isso equivale a dizer que, como o concreto armado é formado por dois materiais (concreto e aço), é necessário fazer com que a área de aço das armaduras seja transformada em uma área de concreto equivalente. Esta equivalência é feita utilizando o coeficiente e, que é obtido dividindo-se o módulo de elasticidade do aço pelo módulo de elasticidade do concreto. O item 17.3.2 recomenda que os deslocamentos dos elementos sejam calculados de forma a garantir a maior precisão possível, em relação à estrutura em serviço, sendo assim, para verificação destes deslocamentos, deve-se considerar as fissuras, armaduras e o efeito da fluência. Sendo assim, para calcular as flechas, recomenda-se a utilização da inércia da seção homogeneizada, conforme a seguir: 29 Prof. Me. Domício Moreira da Silva Junior INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA Avenida Jerônimo Figueira da Costa, nº 3014 - Bairro Pozzobon. CEP 15503-110 - Votuporanga - SP www.ifsp.edu.br a) Estádio I Conforme Pinheiro (2003), no Estádio I o concreto resiste à tração. Para seção retangular, a posição da linha neutra e o momento de inércia são calculados com base na Figura 1. Figura 1- Seção retangular no Estádio I Fonte: Pinheiro (2003) No cálculo da posição x1 da linha neutra, basta fazer MLN = 0, sendo MLN o momento estático da seção em relação à linha neutra. Conforme as deduções constantes em Pinheiro (2003), a posição da linha neutra no Estádio I pode ser definida conforme a equação: se se I Ahb dA hb x ).1(. .).1( 2 . 2 Eq. 14 Com: cs s e E E Eq. 15 Para seção retangular, o momento de inércia no Estádio I, considerando a seção homogeneizada, resulta em: 2 1 2 1 3 ).().1( 2 .. 12 . xdA h xhb hb I seI Eq. 16 b) Estádio II Conforme Pinheiro (2003), no Estádio II o concreto tracionado é desprezado, pois ele está fissurado, conforme Figura 2: 30 Prof. Me. Domício Moreira da Silva Junior INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA Avenida Jerônimo Figueira da Costa, nº 3014 - Bairro Pozzobon. CEP 15503-110 - Votuporanga - SP www.ifsp.edu.br Figura 2- Seção retangular no Estádio II Fonte: Pinheiro (2003) Com procedimento análogo ao do estádio I, desprezando-se a resistência do concreto à tração, tem-se para seção retangular no Estádio II. Novamente, as deduções encontram-se em Pinheiro (2003). A posição da linha neutra no Estádio II pode ser determinada com a equação a seguir: se w w se II A db b A x . ..2 11. . Eq. 17 Sendo: As = área de aço tracionada (cm²); bw = base da viga (cm); d = altura útil da viga (cm); e = relação entre o módulo de elasticidade do aço e do concreto: Pinheiro (2003) afirma que, de posse da posição da linha neutra da seção fissurada, é possível determinar o momento de inércia no Estádio II (III): 2 3 ).(. 3 . IIse IIw II xdA xb I Eq. 18 Desta maneira, a flecha inicial pode ser determinada com auxílio da equação a seguir: eq a i EI M f )( . . 2 Eq. 19 31 Prof. Me. Domício Moreira da Silva Junior INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA Avenida Jerônimo Figueira da Costa, nº 3014 - Bairro Pozzobon. CEP 15503-110 - Votuporanga - SP www.ifsp.edu.br E o coeficiente é dado em função das condições de contorno da viga, conforme ilustra a figura a seguir: Figura 3- Valores do coeficiente em função das condições de contorno Fonte: Merlin (2006) Alternativamente, podem ser usadas as equações constantes nas tabelas a seguir. 32 Prof. Me. Domício Moreira da Silva Junior INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA Avenida Jerônimo Figueira da Costa, nº 3014 - Bairro Pozzobon. CEP 15503-110 - Votuporanga - SP www.ifsp.edu.br Tabela 4- Deslocamentos elásticos em vigas (Fonte: PINHEIRO, 2003) 33 Prof. Me. Domício Moreira da Silva Junior INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA Avenida Jerônimo Figueira da Costa, nº 3014 - Bairro Pozzobon. CEP 15503-110 - Votuporanga - SP www.ifsp.edu.br Tabela 5- Deslocamentos elásticos em vigas (Fonte: PINHEIRO, 2003) 34 Prof. Me. Domício Moreira da Silva Junior INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA Avenida Jerônimo Figueira da Costa, nº 3014 - Bairro Pozzobon. CEP 15503-110 - Votuporanga - SP www.ifsp.edu.br 2.1.3.3- Cálculo da flecha diferida no tempo para vigas de concreto armado A parcela da flecha diferida no tempo leva em conta as ações de longa duração, que produzem acréscimos de deformação com o passar do tempo, por conta do efeito da fluência. O item 17.3.2.1.2 da NBR- 6118:2014 preconiza “A flecha adicional diferida, decorrente das cargas de longa duração em função da fluência, pode ser calculada de maneira aproximada pela multiplicação da flecha imediata pelo fator f dado pela expressão:” '501 f Eq. 20 Em que: f = fator que leva em consideração o efeito da fluência; = coeficiente em função do tempo; ’ = taxa de armadura de compressão. db A s . ' ' Eq. 21 Sendo: A’s = área de aço da armadura de compressão (cm²); b = base da viga (cm); d = altura útil da viga (cm). O coeficiente pode ser determinado com a utilização da Tabela 6 ou pela equação a seguir: 32,0)996,0(68,0)( tt t Eq. 22 Em que t é o tempo, em meses. Desta forma, a variação do coeficiente é calculado: )()( 0tt Eq. 23 Sendo: (t) = tempo final de aplicação da carga, em meses; (t0) = tempo inicial de aplicação da carga, em meses. 35 Prof. Me. Domício Moreira da Silva Junior INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA Avenida Jerônimo Figueira da Costa, nº 3014 - Bairro Pozzobon. CEP 15503-110 - Votuporanga - SP www.ifsp.edu.br Tabela 6- Valores do coeficiente em função do tempo (Fonte: Tabela 17.1 da NBR-6118:2014, pg. 127) O valor da flecha total (aF) deve ser obtido multiplicando a flecha imediata por (1 + f). 2.1.3.4- Verificação da flecha Para que sejam atendidos os requisitos da NBR-6118:2014, com relação ao deslocamento vertical de vigas e lajes fletidas, a flecha total (imediata + diferida no tempo) deve respeitar os limites estabelecidos pela Tabela 3. Caso esses limites sejam ultrapassados, tem-se entre as soluções possíveis: • Aumentar a seção transversal da viga; • Aumentar a resistência do concreto; • Aumentar a idade para aplicação da carga (aumentar t0), mantendo o escoramento por mais tempo ou retardando a execução de revestimentos, paredes etc; • Adotar uma contraflecha (ac), que pode ser estimada por meio da expressão (flecha imediata mais metadeda flecha diferida): 22 1. 11 f c f c a aaaa Eq. 24 Conforme Pinheiro (2003), é usual arredondar o valor da contraflecha (ac) para o múltiplo de 0,5 cm mais próximo do valor calculado. A contraflecha pode ser adotada mesmo quando os deslocamentos estiverem abaixo dos limites estabelecidos na Tabela 3. 2.1.4- Exemplo numérico Verificar o Estado Limite de Deformação para a viga esquematizada a seguir. São dados do exercício: d: 35,90cm Agregado: basalto 36 Prof. Me. Domício Moreira da Silva Junior INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA Avenida Jerônimo Figueira da Costa, nº 3014 - Bairro Pozzobon. CEP 15503-110 - Votuporanga - SP www.ifsp.edu.br As: 12,60cm² (420mm) Início aplicação carga: 30 dias fck: 25MPa Fim aplicação carga: > 70 meses Aço: CA-50 Edifício residencial Es: 210.000MPa Existem alvenaria abaixo da viga Agressividade: II RESOLUÇÃO: • Determinação do momento de fissuração para o Estado Limite de Formação de Fissura t cct ffr y If M .. , Para verificação da formação de fissuras, conforme o item 17.3.1 da NBR-6118:2014, o valor de fct deve ser igual a fctk,inf, portanto: 3 2 inf, *3,0*7,0 ckctkct fff , com fck em MPa. 3 225*3,0*7,0ctf MPaf ct 795,1 ²/1795,0 cmkNf ct O coeficiente é dado em função da forma da seção transversal, e também conforme o item 17.3.1, para seção retangular: = 1,5 12 ³.hb I c 12 ³40.22 cI 433,333.117 cmIc 2 h yt 2 40 ty cmyt 20 20 33,333.117*1795,0*5,1 , ffrM cmkNM ffr .60,579.1, • Momento de cálculo para combinação rara Conforme o item 11.8.3 da NBR-6118:2014, para verificação da abertura de fissuras, deve utilizar a combinação rara. 37 Prof. Me. Domício Moreira da Silva Junior INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA Avenida Jerônimo Figueira da Costa, nº 3014 - Bairro Pozzobon. CEP 15503-110 - Votuporanga - SP www.ifsp.edu.br Determinação da força de cálculo kqikqkgrarad FFFF ,1,1,1, . , como só tem uma ação variável: 10,040,0, raradF cmkNF rarad /50,0, Determinação do momento de cálculo 8 . 2, , rarad rarad F M 8 410.50,0 2 , raradM cmkNM rarad .25,506.10, • Verificação quanto a abertura de fissuras Se Mr,ff > Md,rara: a peça não fissura Estádio I Se Mr,ff < Md,rara: a peça fissura Estádio II Md,rara = 10.506,25kN.cm > Mr,ff = 1.579,60kN.cm, portanto a peça está fissurada, deve-se considerar a redução da inércia (Estádio II). Após determinado o estádio de deformação, para verificação dos deslocamentos no Estado Limite de Deformação Excessiva, deve-se inicialmente recalcular o momento de fissuração, considerando agora fct = fct,m: • Determinação do momento de fissuração para o Estado Limite de Deformação Para verificação das deformações excessivas, conforme o item 17.3.1 da NBR-6118:2014, o valor de fct deve ser igual a fct,m, portanto: 3 2 , *3,0 ckmctct fff , com fck em MPa. 3 225*3,0ctf MPaf ct 565,2 ²/2565,0 cmkNf ct Os demais parâmetros permanecem inalterados, logo: 20 33,333.117*2565,0*5,1 , defrM cmkNM defr .20,257.2, 38 Prof. Me. Domício Moreira da Silva Junior INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA Avenida Jerônimo Figueira da Costa, nº 3014 - Bairro Pozzobon. CEP 15503-110 - Votuporanga - SP www.ifsp.edu.br • Determinação da inércia no Estádio II (III) Como a viga irá fissurar (Estádio II), deve calcular a inércia considerando a sessão fissurada: 2 3 ).(. 3 . IIse IIw II xdA xb I Inicialmente, é preciso determinar a posição da linha neutra após a fissuração (xII), bem como fazer a homogeneização da seção transversal utilizando o coeficiente e, e para tanto é necessário determinar o valor do módulo de elasticidade secante do concreto. Determinação do módulo de elasticidade secante do concreto ckEics fE .5600.. , com fck em MPa. 80 .2,08,0 cki f 80 25 .2,08,0 i 8625,0i E é dado em função do agregado utilizado, neste caso é o basalto, portanto, conforme item 8.2.8 da NBR-6118:2014: E = 1,20 25.5600.2,1.8625,0csE MPaEcs 00,980.28 ²/00,898.2 cmkNEcs Determinação do valor de e cs s e E E 898.2 000.21 e 25,7e Determinação da posição da linha neutra no Estádio II (xII) se w w se II A db b A x . ..2 11. . 60,12*25,7 9,35*22*2 11. 22 60,12*25,7 IIx cmxII 60,13 Determinação da inércia no Estádio II (III) 2 3 ).(. 3 . IIse IIw II xdA xb I 2 3 )60,1222(*60,12*25,7 3 60,13*22 III 39 Prof. Me. Domício Moreira da Silva Junior INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA Avenida Jerônimo Figueira da Costa, nº 3014 - Bairro Pozzobon. CEP 15503-110 - Votuporanga - SP www.ifsp.edu.br 441,851.63 cmI II • Verificação quanto a deformação excessiva Determinação da força de cálculo para combinação quase permanente (item 11.8.5 da NBR-6118:2014) kqijkgiCQPd FFF ,2,, . O valor de 2 é dado pela Tabela 11.4 da norma (Tabela 2 nesta apostila), e para edifícios residenciais, 2 = 0,30, portanto: 1,0*3,040,0, CQPdF cmkNF CQPd /43,0, Determinação do momento de cálculo 8 . 2, , CQPd CQPd F M 8 410*43,0 2 , CQPdM cmkNM CQPd .38,035.9, Determinação da inércia equivalente O item 17.3.2.1.1 da NBR-6118:2014 propõe um equacionamento para determinação da rigidez equivalente da seção, que é dado pelo produto do módulo de elasticidade secante e a inércia equivalente, uma vez que, parte da viga trabalha no Estádio I e parte trabalha no Estádio II. Com a finalidade de se trabalhar com números menores, a equação proposta pela norma será simplificada, determinando inicialmente, apenas a inércia equivalente. II a defr c a defr teq I M M I M M I .1. 3 , 3 , 0, , em que Ma é o momento máximo no meio do vão, para a combinação considerada. Neste caso, Ma = Md,CQP. 41,63851* 38,9035 17,2257 133,117333* 38,9035 17,2257 33 0,teqI 4 0, 20,685.64 cmI teq Determinação da flecha imediata eqcs CQPd IE F a ..384 ..5 4, 1 20,64685*2898*384 410*43,0*5 4 1 a cma 84,01 40 Prof. Me. Domício Moreira da Silva Junior INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA Avenida Jerônimo Figueira da Costa, nº 3014 - Bairro Pozzobon. CEP 15503-110 - Votuporanga - SP www.ifsp.edu.br Determinação da flecha diferida no tempo (fluência) '501 f’ = 0 (não tem armadura de compressão) t0 = 30 dias tf > 70 meses 32,0 0 ).996,0.(68,0)( tt t , com t em meses 32,01 0 1).996,0.(68,0)( t 68,0)( 0 t 32,070 70).996,0.(68,0)( ft 00,2)( ft 0*501 68,000,2 f 32,1f 1.aa ff 84,0*32,1fa cma f 12,1 Determinação da flecha total )1.(1 fF aa )32,11.(84,0 Fa cmaF 96,1 Critérios de aceitabilidade - Edifício residencial - Alvenaria sob a viga cm cm a 00,1 82,0500/410500/ max aF = 1,96cm > amax = 0,82cm Não verifica a flecha Solução aplicando a contraflecha 2 1 f c a a 2 12,1 84,0 c cmc 40,1 41 Prof. Me. Domício Moreira da Silva Junior INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA Avenida Jerônimo Figueira da Costa, nº 3014 - Bairro Pozzobon. CEP 15503-110 - Votuporanga - SP www.ifsp.edu.br A NBR-6118:2014, por meio da Tabela 13.3 (aqui representada pela Tabela 3), define o limite máximo para aplicação de contraflecha como sendo a relação ℓ/350, portanto: 350 max, c 350 410 max, c cmc 17,1max, Desta forma, o valor máximo da contraflecha é igual a 1,17cm. Aplicando esta contraflecha, assim que a viga for submetida aos carregamentos, a flecha máxima atuante será diminuída. Sendo assim, a flecha final é: 17,196,1 Fa !82,079,0 OKcmcmaF Usualmente, o valor da contraflecha costuma ser múltiplo de 0,50cm para facilitar a execução. Neste caso, se diminuir a contraflecha para 1,00cm, a flecha atuante continua sendo maior que a máxima permitida. Se aumentarmos a contraflecha para 1,50cm, está ultrapassa o limite permitido pela norma. 2.2- Limites de fissuração em vigas e lajes As vigas e lajes, por estarem sujeitas, predominantemente, a esforços de flexão, o que implica na existência de um banzo comprimido e outro tracionado, e pelo fato do concreto ser um material que possui baixa resistência à tração, na região onde ocorre este esforço, surgem também várias fissuras. Já foi visto que, para evitar a corrosão das armaduras, estas devem estar protegidas por uma camada de concreto (cobrimento), cuja espessura é dada em função da agressividade oferecida pelo meio em que a peça será executada. A norma também limita a abertura de fissuras segundo a agressividade ambiental, conforme ilustra a tabela abaixo: 42 Prof. Me. Domício Moreira da Silva Junior INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA Avenida Jerônimo Figueira da Costa, nº 3014 - Bairro Pozzobon. CEP 15503-110 - Votuporanga - SP www.ifsp.edu.br Tabela 7- Exigências de durabilidade relacionadas à fissuração e à proteção da armadura, em função das classes de agressividade ambiental (Fonte: Tabela 13.4 da NBR-6118:2014, pg. 80) OBS.: ELS-F: Estado-limite de formação de fissuras ELS-W: Estado-limite de abertura das fissuras ELS-D: Estado-limite de descompressão (concreto protendido) O item 13.4.3 da NBR-6118:2014 ainda ressalta: “No caso das fissuras afetarem a funcionalidade da estrutura, como, por exemplo, no caso da estanqueidade de reservatórios, devem ser adotados limites menores para as aberturas das fissuras. Para controles mais efetivos da fissuração nessas estruturas, é conveniente a utilização da protensão. Por controle de fissuração quanto à aceitabilidade sensorial, entende-se a situação em que as fissuras passam a causar desconforto psicológico aos usuários, embora não representem perda de segurança da estrutura. Limites mais severos de aberturas de fissuras podem ser estabelecidos com o contratante”. 43 Prof. Me. Domício Moreira da Silva Junior INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA Avenida Jerônimo Figueira da Costa, nº 3014 - Bairro Pozzobon. CEP 15503-110 - Votuporanga - SP www.ifsp.edu.br 2.2.1- Estado limite de fissuração Serão apresentados a seguir os parâmetros normativos para determinação da abertura de fissuras nos elementos de concreto armado. 2.2.1.1- Controle da fissuração por meio da limitação da abertura estimada das fissuras Conforme o item 17.3.3.2 da NBR-6118:2014, as aberturas das fissuras sofrem influência de restrições às variações volumétricas da estrutura, que por serem parâmetros complexos, torna difícil a avaliação da verificação das aberturas de fissuras, de maneira precisa. Além disso, as fissuras também sofrem influência das condições de execução da estrutura, como cura, adensamento, dosagem do concreto, etc. Estes são parâmetros mais difíceis ainda de serem considerados. Por conta de tantas incertezas, os critérios apresentados pela norma para quantificação das aberturas das fissuras devem ser encarados como avaliações aceitáveis, considerando o comportamento geral do elemento, porém não garantem a avaliação com bom nível de precisão de uma fissura específica. Assim, a norma considera que, para cada elemento ou grupo de elementos das armaduras aderentes que controlam a fissuração do elemento estrutural, deve ser considerada uma área de concreto de envolvimento (Acr), constituída por um retângulo, cujos lados não distem mais que 7,5 (em que é o diâmetro da barra de controle de fissura) do eixo da armadura, conforme ilustra a Figura 4. NOTA: É conveniente que toda a armadura de pele i da viga, na sua zona tracionada, limite a abertura de fissuras na região Acri correspondente, e que seja mantido um espaçamento menor ou igual a 15. Figura 4- Concreto de envolvimento da armadura Fonte: Figura 17.3 da NBR-6118:2014 44 Prof. Me. Domício Moreira da Silva Junior INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA Avenida Jerônimo Figueira da Costa, nº 3014 - Bairro Pozzobon. CEP 15503-110 - Votuporanga - SP www.ifsp.edu.br O valor característico da abertura de fissuras (wk), determinado para cada parte da região de envolvimento, é o menor entre os obtidos pelas expressões a seguir: mct si si sii k fE w ,1 3 .. .5,12 Eq. 25 45 4 .. .5,12 1 risi sii k E w Eq. 26 Em que: si, i, Esi, ri são definidos para cada área de envolvimento em exame; Acri é a área da região de envolvimento protegida pela barra i; Esi é o módulo de elasticidade do aço da barra considerada, de diâmetro i; i é o diâmetro da barra que protege a região de envolvimento considerada; ri é a taxa de armadura passiva ou ativa aderente (que não esteja dentro de bainha) em relação à área da região de envolvimento (Acri), dado por: cri si ri A A si é a tensão de tração no centro de gravidade da armadura considerada, calculada no estádio II. 1 é o coeficiente de aderência, definido pela Tabela 8. Tabela 8- Valor do coeficiente de aderência 1 (Fonte: Tabela 8.3 da NBR-6118:2014, pg. 29) Tipo de superfície 1 Lisa 1,00 Entalhada 1,40 Nervurada 2,25 Para cálculo da tensão atuante na armadura considerada (si), Pinheiro (2003) propõe a seguinte equação: II IIde si I xdM ).(. Eq. 27 Para determinação da tensão atuante na armadura (si), o item 17.3.3.2 da norma permite a adoção do valor de e igual a 15. 45 Prof. Me. Domício Moreira da Silva JuniorINSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA Avenida Jerônimo Figueira da Costa, nº 3014 - Bairro Pozzobon. CEP 15503-110 - Votuporanga - SP www.ifsp.edu.br Ou ainda, simplificadamente, Pinheiro (2003) ainda propõe a equação a seguir, considerando o braço de alavanca “z = 0,8d”, conforme ilustra a Figura 5. s d si Ad M ..8,0 Eq. 28 Figura 5- Braço de alavanca Fonte: Pinheiro (2003) A norma, em eu item 17.3.3.2 permite a adoção do coeficiente e, que relaciona o módulo de elasticidade do aço com o do concreto (e = Es / Ecs), com valor igual a 15. O item 17.3.3.2 da NBR-6118:2014 prescreve ainda que “nas vigas usuais, com altura menor que 1,2 m, pode-se considerar atendida a condição de abertura de fissuras em toda a pele tracionada, se a abertura de fissuras calculada na região das barras mais tracionadas for verificada e se existir uma armadura lateral que atenda ao descrito em 17.3.5.2.3”. O item 17.3.5.2.3 trata da armadura de pele. Caso o valor obtido para wk > wk,lim, as providências possíveis são: • Diminuir o diâmetro da barra (diminui ); • Aumentar o número de barras mantendo o diâmetro (diminui σs); • Aumentar a seção transversal da peça. 2.2.1.2- Controle da fissuração sem a verificação da abertura de fissuras O item 17.3.3.3 prescreve “para dispensar a avaliação da grandeza da abertura de fissuras e atender ao estado-limite de fissuração (para aberturas máximas esperadas da ordem de 0,3mm em concreto armado e 0,2mm em concreto com armaduras ativas), um elemento estrutural deve ser dimensionado respeitando as restrições da Tabela 17.2 quanto ao diâmetro máximo (máx) e ao espaçamento 46 Prof. Me. Domício Moreira da Silva Junior INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA Avenida Jerônimo Figueira da Costa, nº 3014 - Bairro Pozzobon. CEP 15503-110 - Votuporanga - SP www.ifsp.edu.br máximo (smáx) das armaduras passivas, bem como as exigências de cobrimento (Seção 7) e de armadura mínima (ver 17.3.5.2). A tensão si deve ser determinada no estádio II”. Tabela 9- Valores máximos de diâmetro e espaçamento, com barras de alta aderência (Fonte: Tabela 17.2 da NBR-6118:2014, pg. 129) 2.2.2- Exemplo numérico Ver slides. 47 Prof. Me. Domício Moreira da Silva Junior INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA Avenida Jerônimo Figueira da Costa, nº 3014 - Bairro Pozzobon. CEP 15503-110 - Votuporanga - SP www.ifsp.edu.br 3- AÇÃO DO VENTO E ESTABILIDADE GLOBAL Carvalho e Pinheiro (2009) afirmam que qualquer estrutura, por mais simples que seja, estará sujeita, além das forças verticais, às ações horizontais, provenientes sobretudo do efeito do vento. Em estruturas de grande porte, estes efeitos se tornam ainda mais importantes, e que se não forem tratados da maneira adequada, podem desencadear uma situação de instabilidade na edificação. Sendo assim, embora algumas estruturas possam ter rigidez suficiente para que os efeitos de segunda ordem possam ser desprezados, o vento sempre deve ser avaliado, para verificar se sua ação é significativa ou não, a ponto de ser desprezado do cálculo. A Figura 6 apresenta uma barra vertical, engastada na base e livre no topo, sujeita a uma ação vertical excêntrica, com uma distância 0 do centro de gravidade. Considerando a barra indeformada, tem-se o momento de primeira ordem (P.0) ilustrado pelo item “b”. Se o equilíbrio das forças for realizado com a estrutura já na sua posição deformada (c), surge o momento fletor de segunda ordem (d). Considerando agora a aplicação de uma força proveniente do vento na estrutura já deformada (e), o momento de segunda ordem é aumentado (f). Figura 6- Estrutura submetida à uma ação vertical e à ação do vento e seus respectivos efeitos de segunda ordem Fonte: Carvalho e Pinheiro (2009) Caso a estrutura possua grande rigidez, Carvalho e Pinheiro (2009) afirma que os valores de 1 e 2 e serão pequeno e produzirão efeitos pouco significativos à estrutura. Porém, os autores ressaltam que os efeitos de primeira ordem provocados pelo vento devem sempre ser considerados. 48 Prof. Me. Domício Moreira da Silva Junior INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA Avenida Jerônimo Figueira da Costa, nº 3014 - Bairro Pozzobon. CEP 15503-110 - Votuporanga - SP www.ifsp.edu.br 3.1- Elementos estruturais resistentes à ação do vento As estruturas de concreto, de acordo com Carvalho e Pinheiro (2009), via de regra, são formas dor elementos prismáticos com seção transversal constante. Como o vento é uma ação horizontal, para que sua força seja absorvida, é necessário um conjunto de elementos, que recebem o nome de elementos de contraventamento, que podem ser organizados de várias formas. Uma delas é a formação de pórticos (conjunto de vigas e pilares), conforme ilustra a figura a seguir: Figura 7- Estrutura submetida à uma ação vertical e à ação do vento e seus respectivos efeitos de segunda ordem Fonte: Carvalho e Pinheiro (2009) A planta de forma apresentada pela Figura 8 e o corte ilustrado pela Figura 9 mostram um edifício de pequeno porte (dois pavimentos), formado pela associação de diversos pórticos. 49 Prof. Me. Domício Moreira da Silva Junior INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA Avenida Jerônimo Figueira da Costa, nº 3014 - Bairro Pozzobon. CEP 15503-110 - Votuporanga - SP www.ifsp.edu.br Figura 8- Planta de forma Fonte: Carvalho e Pinheiro (2009) Figura 9- Corte transversal Fonte: Carvalho e Pinheiro (2009) 50 Prof. Me. Domício Moreira da Silva Junior INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA Avenida Jerônimo Figueira da Costa, nº 3014 - Bairro Pozzobon. CEP 15503-110 - Votuporanga - SP www.ifsp.edu.br O vento que incide na face esquerda do edifício, o lado que contém os pilares P1, P4, P7 e P10, é resistido pelos pórticos formados por estes pilares e os pilares da face direita, ou seja, P3, P6, P9 e P12. Carvalho e Pinheiro (2009) recomendam que, na concepção estrutural, é interessante dispor os elementos de tal forma que a rigidez na direção crítica seja aumentada. Estes elementos atuarão como sistema de contraventamento, que segundo o item 15.4.3 da NBR- 6118:2014 “por conveniência de análise, é possível identificar, dentro da estrutura, subestruturas que, devido à sua grande rigidez a ações horizontais, resistem à maior parte dos esforços decorrentes dessas ações. Essas subestruturas são chamadas subestruturas de contraventamento. Os elementos que não participam da subestrutura de contraventamento são chamados elementos contraventados”. Os autores ainda afirmam que é comum, em edifícios altos, a utilização das caixas de escada, caixas de elevador e pilares paredes como elementos de contraventamento, devido à grande rigidez. Elementos de menor rigidez, também podem auxiliar na resistência aos esforços provenientes do vento. Outro exemplo de elementos de contraventamento em edifícios altos, são sistemas treliçados nas fachadas, na direção da ação crítica do vento. 3.2- Inércia equivalente de um pilar Uma maneira de analisar a estabilidade de um pórtico, conforme Carvalho e Pinheiro (2009), é por meio de um pilar que tenha rigidez equivalente ao pórtico. Para isso, admita um pórtico sujeito a uma força horizontal F, com deslocamento devido a esta força igual a pórtico, conforme ilustra a Figura
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