Baixe o app para aproveitar ainda mais
Prévia do material em texto
5-84 5 FLEXÃO SIMPLES – ARMADURA LONGITUDINAL DE VIGA 5.1 INTRODUÇÃO Uma viga reta, desde que não possua carregamentos horizontais ou inclinados, será solicitada por momentos fletores e forças cortantes, como mostrado na Figura 5.1. Figura 5.1: Solicitações em viga. Nas vigas de concreto armado, os momentos fletores e as forças cortantes são responsáveis pela existência de dois tipos de armadura (Figura 5.2): longitudinal, para resistir aos momentos fletores; transversal, para resistir às forças cortantes. Neste capítulo só serão estudadas as armaduras longitudinais, ou seja, as armaduras necessárias para resistir aos momentos fletores. Figura 5.2: Armaduras de viga de concreto armado. Segundo o item 18.3.1 da ABNT NBR 6118, as vigas ficam caracterizadas quando: /h 3 para vigas isostáticas; /h 2 para vigas contínuas; onde: é o comprimento do vão teórico (ou o dobro do comprimento teórico, no caso de balanço); h é a altura total da viga. Vigas com relações /h menores devem ser tratadas como vigas-parede. 5-85 5.2 VÃOS EFETIVOS DE VIGAS Segundo a NBR 6118, item 14.6.2.4, o vão efetivo (Figura 5.3) pode ser calculado pela seguinte expressão: Equação 5.1 Com: { { onde: ef vão efetivo da viga; 0 distância entre faces de dois apoios consecutivos; t comprimento do apoio paralelo ao vão da viga analisada; h altura da viga. Figura 5.3: Vão efetivo de viga. 5.3 ESTADO LIMITE ÚLTIMO – DOMÍNIOS DA ABNT NBR 6118 5.3.1 DOMÍNIOS 2, 3 E 4 Quando da apresentação dos domínios da ABNT NBR 6118 (Figura [4.7]) foi visto que as peças de concreto armado solicitadas somente por momento fletor (vigas) seriam possíveis apenas nos domínios 2, 3 e 4, como reproduzido na Figura 5.4. Desta Figura deve ser observado que: no domínio 2 o o concreto não chegou ao seu encurtamento limite (3,5‰), possuindo, ainda, uma certa reserva de capacidade resistente; o o aço chegou ao seu alongamento máximo (10‰), tendo esgotado sua capacidade resistente; o a viga, se submetida a um carregamento superior ao de projeto, deve apresentar um quadro de fissuração intensa devido ao excessivo alongamento da armadura (e do concreto adjacente); no domínio 3 (seção subarmada) o o concreto chegou ao seu encurtamento limite (3,5‰), tendo esgotado sua capacidade resistente; o o aço tem seu alongamento compreendido entre yd e 10‰, possuindo, ainda, uma boa reserva de capacidade resistente; o a viga, se submetida a um carregamento superior ao de projeto, deve apresentar um quadro de 5-86 fissuração expressivo devido ao fato da armadura (e o concreto adjacente) apresentar alongamento considerável; no domínio 4 (seção superarmada) o o concreto pode estar próximo de ultrapassar seu encurtamento limite (3,5‰), tendo esgotado, por inteiro, sua capacidade resistente; o o aço tem seu alongamento compreendido entre 0‰ e yd, possuindo uma grande reserva de capacidade resistente; o a viga, se submetida a um carregamento superior ao de projeto, não deve apresentar um quadro de fissuração tão perceptível quanto aos dos domínios 2 e 3 devido ao pequeno alongamento da armadura (e do concreto adjacente). Figura 5.4: Domínios possíveis para vigas de concreto armado. As vigas, quando dimensionadas no domínio 4 (superarmadas), podem, em caso de uma eventual sobrecarga imprevista, ser conduzidas a uma ruptura frágil (sem aviso prévio pois o concreto rompe bruscamente sem que a armadura tenha esgotado sua capacidade resistente). As vigas dimensionadas nos domínios 2 e 3 (subarmadas) têm, devido a condições mais adequadas da posição da linha neutra, garantida boas condições de dutilidade, sendo conduzidas, para uma condição adversa de carregamento, a rupturas com aviso prévio (a armadura escoa antes do rompimento do concreto mostrando um quadro visível de deterioração da viga). O comportamento de viga, se subarmada ou superarmada25, fica definido pela passagem do domínio 3 para o domínio 4 (Figura 5.4), que corresponde à reta 3-4 definida pela Equação [4.8]. Desta forma é possível estabelecer, matematicamente, a condição para comportamento de viga subarmada (desejado) e superarmada (a ser evitado), ou seja: 25 As vigas superarmadas possuem, em geral, pouca altura e excessiva armadura (daí o super, no sentido de excessiva quantidade de armadura), ao passo que as vigas subarmadas têm uma distribuição mais equilibrada de materiais (daí o sub, no sentido de menos quantidade de armadura). 5-87 { ( ) ( ) ( ) { Equação 5.2 5.3.2 RECOMENDAÇÕES DA ABNT NBR 6118 ABNT NBR 6118, item 16.2.3: “Em relação aos ELU, além de se garantir a segurança adequada, isto é, uma probabilidade suficientemente pequena de ruína, é necessário garantir uma boa dutilidade, de forma que uma eventual ruína ocorra de forma suficientemente avisada, alertando os usuários.” ABNT NBR 6118, item 17.2.3: “Nas vigas, principalmente nas zonas de apoio, ou quando feita redistribuição de esforços, é importante garantir boas condições de dutilidade, sendo adotada, se necessário, armadura de compressão que garanta a posição da linha neutra (x), respeitando-se os limites de 14.6.4.3. A introdução da armadura de compressão para garantir o atendimento de valores menores da posição da linha neutra (x), que estejam nos domínios 2 ou 3, não conduz a elementos estruturais com ruptura frágil (usualmente chamados de superarmados). A ruptura frágil está associada a posições da linha neutra no domínio 4, com ou sem armadura de compressão.” ABNT NBR 6118, item 14.6.4.3: “A capacidade de rotação dos elementos estruturais é função da posição da linha neutra no ELU. Quanto menor for x/d, tanto maior será essa capacidade. Para melhorar a dutilidade das estruturas nas regiões dos apoios das vigas ou de ligações com outros elementos estruturais, mesmo quando não forem feitas redistribuições de esforços solicitantes, a posição da linha neutra no ELU deve obedecer aos seguintes limites: x/d 0,50 para concretos com fck 35 MPa; x/d 0,40 para concretos com fck > 35 MPa. Esses limites podem ser alterados se forem utilizados detalhes especiais de armaduras, como por exemplo os que produzem confinamento nessas regiões.” O dimensionamento e detalhamento de vigas de concreto armado ficam mais simples se for seguido, para todas as regiões da viga (regiões de apoios e afastadas deles), o prescrito no item 14.6.4.3 da ABNT NBR 6118. Desta forma, a melhora nas condições de dutilidade das estruturas fica garantida se for adotado, para a posição da linha neutra, os valores limites (daí o x.lim) mostrados na Figura 5.5 e na Equação 5.3. { ( ) ( ) Equação 5.3 5-88 Figura 5.5: Condições de ductilidade da ABNT NBR 6118. 5.4 DISTRIBUIÇÃO DE TENSÕES NA REGIÃO DE CONCRETO COMPRIMIDO Conforme visto em 4.1, o diagrama tensão-deformação simplificado de cálculo (Figura 4.3) permite, ao longo da altura y, a distribuição constante de tensões c (região de concreto comprimido), como mostrado na Figura 5.6. Figura 5.6: Distribuição de tensões na região de concreto comprimido. Da Figura 5.6, tem-se: 5-89 ( ) Equação 5.4 Tendo em vista que nos domínios 3 e 4 o encurtamento do concreto c é igual a 3,5‰ (Figura 5.4), a Equação 5.4 resulta: ( ) Equação 5.5 ABNT NBR 6118, item 17.2.2-e:“a distribuição de tensões no concreto se faz de acordo com o diagrama parábola-retângulo, definido em 8.2.10, com tensão de pico igual a 0,85 fcd, com fcd definido em 12.3.3. Esse diagrama pode ser substituído pelo retângulo de altura 0,8 x (onde x é a profundidade da linha neutra), com a seguinte tensão: 0,85 fcd no caso da largura da seção, medida paralelamente à linha neutra, não diminuir a partir desta para a borda comprimida; 0,80 fcd no caso contrário. As diferenças de resultados obtidos com esses dois diagramas são pequenas e aceitáveis, sem necessidade de coeficiente de correção adicional.” Como pode ser observado, a ABNT NBR 6118, item 17.2.2-e, estende o resultado alcançado pela Equação 5.5 a todos os domínios, inclusive o domínio 2, deixando de ser necessário representar o valor de y como função da deformação c (Equação 5.4). Figura 5.7: Valor de tensão de compressão na região de concreto comprimido. Cabe ao engenheiro responsável pelo projeto estrutural a opção em adotar o procedimento mostrado Capítulo [4]26, onde a altura do retângulo de tensões de compressão é estabelecida em função do encurtamento da fibra de concreto mais comprimida e da posição da linha neutra (y = y(c, x) Equação 5.4), ou adotar a simplificação prevista no item 17.2.2-e da ABNT NBR 6118, onde a altura do retângulo de tensões de compressão é estabelecida em função apenas da posição da linha neutra (y = 0,8 x Equação 5.5). Tendo em vista que o prescrito no item 17.2.2-e da ABNT NBR conduz a uma sistemática de cálculo mais simples, a Equação 5.5 será usada na determinação das equações de dimensionamento e verificação de armadura longitudinal de vigas de concreto armado. 26 Ver Exemplo 4.1, item c e Exemplo 4.2, item c. 5-90 Ainda, seguindo o que prescreve o item 17.2.2-e da ABNT NBR 6118, o valor da tensão de compressão (c) deve obedecer ao mostrado na Figura 5.7, para a condição y = 0,8 x. 5.5 VARIÁVEIS ADIMENSIONAIS - ELU 5.5.1 ELEMENTOS GEOMÉTRICOS DE SEÇÕES RETANGULARES Seja a Figura 5.8 onde são mostrados, dentre outros: os esforços resistentes de cálculo (Rcd e Rsd), a posição da linha neutra (x), a altura do retângulo de tensões de compressão (y), a distância entre os esforços resistentes de cálculo (z) e a altura útil da viga (d). Figura 5.8: Solicitação e esforços resistentes em vigas de concreto armado. Da Figura 5.8 e levando-se em conta a Equação 5.5, tem-se: posição da linha neutra27 dx sc c sc c x d x altura do retângulo de tensões c28 d x d8,0x8,0y xy 8,0 d y braço de alavanca entre os esforços resistentes de cálculo Rcd e Rsd y5,0dz x8,05,0dz 27 Ver Equação 4.3. 28 Ver Equação 5.5. 5-91 d x 4,01dx4,0dz xz 4,01 d z Agrupando todas as variáveis geométricas , e criando a variável auxiliar c, tem-se: ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) Equação 5.6 A Equação 5.6 mostra que as variáveis adimensionais y, z e c são funções diretas de x. Desta forma, uma vez conhecida a posição da linha neutra (x), todos os demais elementos geométricos (y, z e c) ficam igualmente definidos. A Equação 5.6 permite agrupar os valores de como mostrado na Tabela 5.1. x y z c 0,100 0,080 0,960 0,065 0,259 0,207 0,896 0,158 0,585 0,468 0,776 0,305 0,628 0,502 0,749 0,320 0,772 0,618 0,691 0,363 Tabela 5.1: Valores de y, z, e c como função de x. 5.5.2 DIAGRAMA ADIMENSIONAL TENSÃO-DEFORMAÇÃO DO AÇO Conforme visto em [4.2.2], o diagrama tensão-deformação do aço tem o aspecto mostrado na Figura 5.9. Nesta Figura optou-se por apresentar este diagrama de forma adimensional, com a introdução dos valores de s e ’s dados pela Equação 5.7 5-92 Figura 5.9: Diagrama adimensional tensão--deformação do aço. Equação 5.7 Seja a Figura 5.10 onde são mostrados, dentre outros: os esforços resistentes de cálculo (Rcd, R’sd e Rsd), a posição da linha neutra (x), a altura útil da viga (d), a posição da armadura comprimida (d’), o encurtamento da fibra de concreto mais comprimida (c), o encurtamento da armadura comprimida (’s) e o alongamento da armadura tracionada (s). Figura 5.10: Alongamento e encurtamento da armadura. Da Figura 5.10 e levando-se em consideração a Equação 5.6 a Figura 5.4 e a Figura 5.9, tem-se: 5-93 alongamento da armadura tracionada29 ccs d x d x 1 x xd c x x s 1 { ( ) Equação 5.8 encurtamento da armadura comprimida30 s ' c ' ' s xd dx x dx s ' c ' ' s d x 1 d d d x d x d d d x s x ' x c x ' x ' s 1 d d d d { ( ) ( ) Equação 5.9 A associação da Equação 5.7 com a Equação 5.8 e com a Equação 5.9 resulta: { ( ) Equação 5.10 29 Ver Equação 4.15, Equação 4.16 e Equação 4.17. 30 Ver Equação 4.12, onde foi considerada a convenção de sinais da Figura 4.8. 5-94 { ( ) ( ) A Equação 5.10 demonstram que s e ’s são funções de x, da relação d/d’ e da categoria do aço (fyk). Assim como feito para as variáveis y, z, e c (Tabela 5.1), é possível associar os valores s e ’s a valores pré-fixados de x e (d’/d), como mostrado na Tabela 5.2, feita para o aço CA-5031. CA-50 ’s para (d’/d) x y z c s 0,05 0,10 0,15 0,100 0,080 0,960 0,065 1,000 0,268 0,259 0,207 0,896 0,158 1,000 1,000 1,000 0,712 0,628 0,502 0,749 0,320 1,000 1,000 1,000 1,000 0,800 0,640 0,680 0,370 0,422 1,000 1,000 1,000 Tabela 5.2: Flexão simples – CA-50 A Figura 5.4 pode, também, ser apresentada com o diagrama adimensional tensão-deformação do aço, como mostrado na Figura 5.11. Figura 5.11: Vigas - domínios e diagrama adimensional do aço. 5.6 INDEXAÇÃO DE ÁREAS COMPRIMIDAS 31 As tabelas completas são apresentadas em 0. 5-95 Para a caracterização de áreas comprimidas e correspondentes esforços resistentes de cálculo (forças e momentos), será usada a seguinte indexação(Figura 5.12): índice 1 o área de concreto comprimido de largura bw e altura y; o força resistente de cálculo (Rcd1) definida pelo produto (bw y) c; e o momento resistente de cálculo (MRd1) definido pelo produto Rcd1 z. índice 2 ou aspas simples (‘) o área de armadura comprimida (A’s); o força resistente de cálculo (R’sd) definida pelo produto A’s ’s; e o momento resistente de cálculo (MRd2) definido pelo produto R’sd (d – d’). índice 3 o área de concreto comprimido de largura (bf - bw) e altura hf; o força resistente de cálculo (Rcd3) definida pelo produto [(bf - bw) hf] c; e o momento resistente de cálculo (MRd3) definido pelo produto Rcd3 (d – hf/2). Figura 5.12: Indexação de áreas comprimidas. 5.7 ARMADURAS LONGITUDINAIS MÁXIMAS E MÍNIMAS 5.7.1 ARMADURA MÍNIMA A ruptura frágil de seções transversais de vigas de concreto armado pode, também, ocorrer devida a pouca quantidade de armadura. Vigas com baixa taxa de armadura longitudinal têm comportamento semelhante ao das vigas de concreto simples, onde a ruptura sem aviso prévio pode ocorrer imediatamente após o aparecimento das primeiras fissuras decorrentes de solicitações normais (momento fletor). A ABNT NBR 6118, item 17.3.5.2.1, define a taxa de armadura longitudinal mínima como sendo: Equação 5.11 e adota os seguintes valores: 5-96 { ( ) { ( ) { ( ) Equação 5.12 Nas seções T, a área da seção a ser considerada deve ser caracterizada pela alma acrescida da mesa colaborante. Para vigas de seção retangular, a taxa de armadura mínima pode ser expressa por: { Equação 5.13 5.7.2 ARMADURA MÁXIMA O Capítulo 4 mostrou expressões para a determinação de armadura tracionada (As) e de armadura comprimida (A’s), sem nenhuma limitação de valores. Esta não limitação para as quantidades de armaduras pode dar a falsa impressão de que sempre seria possível determinar um conjunto delas (As e A’s) que, compondo com as dimensões da seção transversal e com as resistências dos materiais (fcd e fyd), seria capaz de resistir a qualquer solicitação de cálculo. A ABNT NBR 6118 apresenta valores máximos para as armaduras longitudinais tracionadas ou comprimidas. ABNT NBR 6118, item 17.3.5.1: ”A especificação de valores máximos para as armaduras decorre da necessidade de se assegurar condições de dutilidade e de se respeitar o campo de validade dos ensaios que deram origem às prescrições de funcionamento do conjunto aço-concreto.” ABNT NBR 6118, item 17.3.5.2.4: ”A soma das armaduras de tração e compressão (As + A’s) não devem ter valor maior que 4% Ac, calculada na região fora da zona de emendas.” O item 17.3.5.2.4 da ABNT NBR 6118 pode ser representado por: ( ) Equação 5.14 A aplicação direta da Equação 5.14, para seções T, pode conduzir a vigas de difícil concretagem (excesso de armadura). A Figura 5.13 mostra uma seção retangular e uma seção T, de mesma altura (h) e mesma armadura tracionada (As). Admitindo-se que a armadura comprimida (A’s) seja de pequena monta a seguinte situação pode vir a ocorrer: 5-97 %4 hb AA A AA w ' ss c ' ss ret %4 hbbhb AA A AA fwfw ' ss c ' ss T Figura 5.13: Comparativo entre seções retangulares e T. Como pode ser observado na Figura 5.13, no retângulo bw h as quantidades de armadura são iguais tanto para seção retangular como para a seção T. Isto nos leva a concluir que a verificação da taxa máxima de armadura em seções T deve ser feita tanto para a seção total como para a seção bw h., de tal forma que: %4 hb AA %4 hbbhb AA w ' ss fwfw ' ss T Como a concentração de armadura sempre ocorre no retângulo bw h, a verificação da taxa máxima de armadura em seções retangulares e seções T pode, de modo simplificado, ser feita da seguinte forma: ( ) Equação 5.15 5.8 VIGAS DE SEÇÃO RETANGULAR SEM ARMADURA DE COMPRESSÃO Seja a Figura 5.14 onde são mostrados, dentre outros, a solicitação de cálculo (MSd), os esforços resistentes de cálculo (Rcd e Rsd), os elementos geométricos referentes à seção transversal da viga (x, y, z, d, bw e h), as deformações (c e s) e a área de armadura (As). 5-98 Figura 5.14: Viga de seção retangular sem armadura de compressão. Da Figura 5.14 e considerando as equações anteriormente apresentadas, tem-se: elementos geométricos da seção retangular (Equação 5.6) dx x dy y dz z valores geométricos adimensionais (Equação 5.6) valor adimensional da tensão na armadura tracionada (Equação 5.10) { ( ) condição de segurança esforços resistentes de cálculo momento fletor (binário) devido aos esforços resistentes de cálculo zRzRM sd1cd1Rd esforço resistente de cálculo atuante na região de concreto comprimido de largura bw 5-99 cw1cd ybR cdw1cd f85,0x8,0bR cdxw1cd fdb68,0R cdwx1cd fdb68,0R esforços resistentes de cálculo atuantes nas armaduras tracionadas sssd AR ydsssd fAR ydsssd fAR binário MRd1/Rcd1 zRM 1cd1Rd cdwx1cd fdb68,0R dz z xz 4,01 xxzxc 4,0168,068,0 dfdb68,0M zcdwx1Rd cd2wzx1Rd fdb68,0M cd2wxx1Rd fdb4,0168,0M cd2wxx1Rd fdb4,0168,0M 2xx cd 2 w 1Rd 272,068,0 fdb M 0 fdb272,0 M 5,2 cd 2 w 1Rd x 2 x √ binário MRd1/Rsd zRM sd1Rd ydsssd fAR dz z dfAM zydss1Rd equilíbrio dos esforços resistentes de cálculo cdwx1cd fdb68,0R ydsssd fAR 1cdsd RR cdwxydss fdb68,0fA ( ) 5-100 equações principais √ { ( ) ( ) Equação 5.16 5.8.1 DUTILIDADE A dutilidade de uma viga fica garantida pela condição estabelecida na Equação 5.3, ou seja: MPa35f400,0 MPa35f500,0 ck ck limx,x A associação da Equação 5.6 com a Equação 5.3 torna possível estabelecer, também, valores limites de c que garantam a condição de ductilidade de uma viga, ou seja: { ( ) ( ) Equação 5.17 Por outro lado, associando MRd1 das Equação 5.16 com a Equação 5.17 torna-se possível estabelecer, também, valores limites para MRd1 que garantam a condição de ductilidade de uma viga, ou seja: { ( ) ( ) Equação 5.18 Tanto a Equação 5.3, como a Equação 5.17, como a Equação 5.18 representam a condição de dutilidadede uma viga de concreto armado. 5.8.2 EQUAÇÕES PARA DIMENSIONAMENTO Considerando as condições de: 5-101 equilíbrio, compatibilidade e segurança (Equação 5.16); ductilidade (Equação 5.3 ou Equação 5.17 ou Equação 5.18); armadura mínima (Equação 5.13); armadura máxima (Equação 5.14), o dimensionamento ou a verificação de vigas de seção retangular, sem armadura de compressão, pode ser representado por: { ( ) ( ) | { ( ) ( ) ou | | √ { ( ) ( ) { ( ) { { ( ) Equação 5.19 EXEMPLO 5.1 Determinar a armadura necessária para a viga abaixo indicada, a qual está submetida a um momento fletor solicitante de cálculo (MSd) igual a 125 kNm. Dados: concreto: C20; e aço: CA-50. Considerar: somente solicitações normais (momentos fletores); e estado limite último, combinações normais (c = 1,4 e s = 1,15). 5-102 Solução: A solução do problema consiste na aplicação direta da Equação 5.19. A solução fica facilitada se for feita a utilização da tabela de flexão simples do CA-50 (ANEXO A). a) Dados - uniformização de unidades (kN e cm) 2 ck kN/cm 2,0MPa 20f normal) combinação - (ELU 1,40c 2 c ck cd kN/cm 43,1 1,40 2,0f f 2 yk kN/cm 50MPa 500f normal) combinação - (ELU 1,15s 2 s yk yd kN/cm 43,5 1,15 50f f 2 s kN/cm 00021MPa000210GPa 210E cm 20bw cm 45d cm 50h hb0015,0 hb f f 035,0 maxA w w yd cd min,s 2 2 2 min,s cm50,1 cm50,150200015,0 cm15,15020 5,43 43,1 035,0 maxA hb04,0A wmaxs, 2 maxs, cm,040502004,0A kNcm50012kNm125MSd MPa35ffdb272,0M ckcd 2 wlim,1Rd kNcm7531543,14520272,0M 2lim,1Rd compressão de armadura de enecessidad há nãoMM kNcm75315 lim,1Rd kNcm50012 Sd kNcm50012MMM 1RdRdSd b) Linha neutra (x) 500,0 fdb272,0 M 5625,125,1 cd 2 w 1Rd x 5-103 OK500,0373,0 43,14520272,0 50012 5625,125,1 2x c) Braço de alavanca (z) xz 4,01 851,0373,04,01z d) Tensão na armadura (s) 0,2590,1‰5,3 1 f E x x x yd s s 000,1000,1840,2 0001 5,3 373,0 373,01 5,43 00021 ss e) Cálculo da armadura (As) max,s min,s ydsz 1Rd s A A fd M A OK cm0,40 cm50,1 cm50,7 5,43000,145851,0 50012 A 2 2 2 s 2 cal,s cm50,7A f) Resolução com uso de tabela 272,0 fdb M cd 2 w 1Rd c OK272,0216,0 43,14520 50012 2c 000,1 851,0 373,0 216,0 s z x tabela c max,s min,s ydsz 1Rd s A A fd M A OK cm0,40 cm50,1 cm50,7 5,43000,145851,0 50012 A 2 2 2 s 2 cal,s cm50,7A g) Verificação x yds cdw s fA fdb68,0 OK000,1001,1373,0 5,4350,7 43,1452068,0 s ■ 5-104 5.9 DISPOSIÇÃO DA ARMADURA A distribuição e o posicionamento corretos das armaduras dentro da seção transversal de uma viga constitui fator de suma importância para a durabilidade das estruturas de concreto. A disposição da armadura dentro da seção transversal da viga não pode obstruir a colocação do concreto fresco, devendo permitir, com relativa folga, a introdução de equipamentos de vibração (Figura 5.15). Figura 5.15: Espaçamento horizontal e vertical de barras longitudinais. ABNT NBR 6118, item 18.3.2.2: ”O espaçamento mínimo livre entre as faces das barras longitudinais, medido no plano da seção transversal, deve ser igual ou superior ao maior dos seguintes valores: a) na direção horizontal (ah): 20 mm; diâmetro da barra, do feixe ou da luva; 1,2 vez o diâmetro máximo do agregado32; b) na direção vertical (av): 20 mm; diâmetro da barra, do feixe ou da luva; 0,5 vez o diâmetro máximo do agregado. Para feixes de barras deve-se considerar o diâmetro do feixe: n = n. Esses valores se aplicam também às regiões de emendas por traspasse das barras.” O item 18.3.2.2 da ABNT NBR 6118 pode ser expresso pela Equação 5.20. 32 O correto seria dizer dimensão máxima do agregado. Ver Equação [2.2]. 5-105 { { Equação 5.20 EXEMPLO 5.2 Determinar o máximo momento fletor solicitante de cálculo (MSd) que a viga abaixo representada pode suportar. Dados: concreto: C20; aço: CA-50; armadura longitudinal: 5 16 mm; armadura transversal: 6,3 mm; cobrimento: 3 cm; dimensão máxima do agregado: 19 mm. Considerar: somente solicitações normais (momentos fletores); estado limite último, combinações normais (c = 1,4 e s = 1,15). Solução: A solução do problema consiste na aplicação direta da Equação 5.19 e Equação 5.20, com o auxílio da tabela de flexão simples do CA-50 (ANEXO A). a) Dados -uniformização de unidades (kN e cm) 2 ck kN/cm 2,0MPa 20f normal) combinação - (ELU 1,40c 2 c ck cd kN/cm43,1 1,40 2,0f f 2 yk kN/cm 50MPa 500f normal) combinação - (ELU 1,15s 2 s yk yd kN/cm 43,5 1,15 50f f 5-106 cm 20bw cm 45h cm 3cnom cm0,63mm 3,6t cm 1,9mm 19dmax 2 2 efs,s cm 05,10 4 6,1 5AA (armadura efetiva) hb0015,0 hb f f 035,0 maxA w w yd cd min,s 2 2 2 min,s cm35,1 cm35,145200015,0 cm04,14520 5,43 43,1 035,0 maxA hb04,0A wmaxs, 2 maxs, cm,036452004,0A OKcm00,36cm05,10cm35,1 max,ssmin,s A 2 A 2 A 2 b) Verificação de ah e av 1n n2c2b a tnomwh bw largura da viga cnom cobrimento nominal da armadura t diâmetro da armadura transversal (estribo) diâmetro da armadura longitudinal n número de barras na camada cm97,3 13 6,1363,020,3220 ah max h d2,1 cm2 maxa cm28,2 cm28,29,12,1d2,1 cm6,1 cm2 maxa max h OKaa cm28,2 min,h cm97,3 cal,h max v d5,0 cm2 maxa cm0,2 cm95,09,15,0d5,0 cm6,1 cm2 maxa max v cm0,2av (valor adotado) 5-107 c) Determinação da altura útil (d)33 10 h ycg cm5,4 10 45 ycg si isi cg A yA y OKcm4,5cm 24,2 4 6,1 2 4 6,1 3 2 6,1 0,26,1 4 6,1 2 2 6,1 4 6,1 3 y 22 22 cg nomtcg cyhd cm93,380,363,044,245d d) Momento limite (MRd1,lim) MPa35ffdb272,0M ckcd 2 wlim,1Rd kNcm7901143,193,3820272,0fdb272,0M 2cd 2 wlim,1Rd Verificação para valores efetivos x yds cdw s fA fdb68,0 xxs 732,1 5,4305,10 43,193,382068,0 d.1) 1ª tentativa 577,0 732,1 1 x 000,1 302,0 769,0 577,0 s c z tabela x Ok000,1577,0732,1732,1 xs e) Momento solicitante de cálculo (MSd) 1RdRdSd MMM cd 2 wc1Rd fdbM lim,1RdM 2 1Rd kNcm79011kNcm0901343,193,3820302,0M Como o valor MRd1 calculado (13 090 kNcm) resultou maior que o valor limite MRd1,lim (11 790 kNcm) isto significa que a viga esta com excesso de armadura. Para que sejam mantidas as condições de dutilidade da seção transversal apresentada é necessário que o valor de MSd fique limitado ao valor limite. Portanto: 33 ABNT NBR 6118, item 17.2.4.1: “Os esforços nas armaduras podem ser considerados no centro de gravidade correspondente, se a distância deste cento ao ponto da seção de armadura mais afastada da linha neutra, medida normalmente a esta, for menor que 10%.” (Ver Figura 5.6) 5-108 kNm9,117kNcm79011MM lim,1RdSd kNm9,117MSd O valor assumido obedece ao item 14.6.4.3 da ABNT NBR 6118 que limita a 0,500 o valor de x (x,lim) para regiões de vigas próximas a apoios, onde ocorrem momentos negativos como é o caso deste exemplo. ■ 5.10 VIGAS DE SEÇÃO RETANGULAR COM ARMADURA DE COMPRESSÃO Conforme visto em 5.8, vigas com dimensões adequadas e sem armadura de compressão, tem comportamento dúctil desde que sejam projetadas para suportar momentos solicitantes inferiores a um determinado limite (MSd MRd1,lim). Quando os momentos solicitantes ultrapassam o valor limite, a dutilidade das vigas pode ser garantida com o uso de armadura de compressão, como mostrado na Figura 5.16. Para tal basta forçar que a linha neutra mantenha-se no domínio 2 ou no domínio 3. A manutenção da linha neutra no domínio 2 (0,000 x 0,259) ou no domínio 3 (0,259 x x,lim) pode ser alcançada com a definição do valor de x que conduza ao dimensionamento mais econômico, ou seja, aquele que definir a menor quantidade total de armadura (menor As + A’s). Em termos práticos, isto nem sempre é possível. A prática comum é simplesmente adotar para x o seu valor limite (x = x.lim que corresponde a MRd1 = MRd1,lim), independentemente de qualquer estudo econômico. Figura 5.16: Vigas de seção retangular com armadura de compressão. Como mostrado na Figura 5.16, o momento fletor resistente de cálculo MRd (MRd MSd) é composto por dois momentos MRd1 e MRd2. No que se refere a MRd1 valem todas as considerações apresentadas em 5.8. Desenvolvendo, para a Figura 5.16, um raciocínio semelhante ao apresentado em 5.8, chega-se: valor adimensional da tensão na armadura comprimida (Equação 5.10) { ( ) ( ) 5-109 armadura comprimida ( ) armadura tracionada [ ( ) ] equação de verificação ( ) ( ) Desta forma, as vigas de seção retangular com armadura de compressão, podem ser representadas por: 5-110 { ( ) ( ) | { ( ) ( ) ou | | | | √ { ( ) ( ) { ( ) { ( ) ( ) [ ( ) ] { { ( ) ( ) ( ) ( ) Equação 5.21 EXEMPLO 5.3 Determinar a armadura necessária para a viga abaixo indicada, a qual está submetida a um momento fletor solicitante de cálculo (MSd) igual a 220 kNm. Dados: 5-111 concreto: C20; aço: CA-50; armadura transversal: 6,3 mm; cobrimento: 3 cm; dimensão máxima do agregado: 19 mm. Considerar: somente solicitações normais (momentos fletores); estado limite último, combinações normais (c = 1,4 e s = 1,15). Solução: A solução do problema consiste na aplicação das Equação 5.19 ou Equação 5.21 e da tabela de flexão simples do CA-50 (ANEXO A). a) Dados - uniformização de unidades (kN e cm) 2 ck kN/cm 2,0MPa 20f normal) combinação - (ELU 1,40c 2 c ck cd kN/cm 43,1 1,40 2,0f f 2 yk kN/cm 50MPa 500f normal) combinação - (ELU 1,15s 2 s yk yd kN/cm 43,5 1,15 50f f cm 20bw cm 50h (assumido)cm 44d (assumido)cm 4d' cm 3cnom cm0,63mm 3,6t cm 1,9mm 19dmax hb0015,0 hb f f 035,0 maxA w w yd cd min,s 2 2 2 min,s cm50,1 cm50,150200015,0 cm15,15020 5,43 43,1 035,0 maxA 2wmax'ss cm,040502004,0hb04,0AA 5-112 kNcm00022kNm220MSd MPa35ffdb272,0M ckcd 2 wlim,1Rd kNcm0611543,14420272,0M 2lim,1Rd compressão de armadura de enecessidad háMM kNcm06115 lim,1Rd kNcm00022 Sd kNcm06115MM limRd1,1Rd ) a de(correspon adotado valorkNcm06115M limc,Rd1 kNcm00022MMMM 2RdRd1RdSd 1RdRd2Rd MMM kNcm93960611500022M 2Rd b) Tabela CA-50 272,0 fdb M cd 2 w 1Rd c limRd1,Rd12c M de diferente fosse M se 0,272 de diferente erias272,0 43,14420 06115 000,1 000,1 800,0 500,0 091,0 44 4 d d 272,0 ' s s z x tabela' c min,syds' 2Rd z 1Rd s A f 1 dd M d MA OKcm50,1cm82,13 5,43000,1 1 )444( 9396 44800,0 06115 A 22s 2 cal,s cm82,13A 2 2 ef,s cm71,15 4 0,2 5mm20 5A (2 camadas) yd's' 2Rd' s fdd M A 2' s cm99,3 5,43000,1)444( 9396 A 2' cal,s cm99,3A 2 2 ' ef,s cm02,4 4 6,1 2mm16 2A OKcm0,40cm73,1902,471,15AA 22' ef,sef,s c) Verificação para valores calculados ' s s ' s x yds cdw s A A fA fdb68,0 OK000,1000,1 82,13 99,3 500,0 5,4382,13 43,1442068,0 s d) Verificação de ah e av para as barras de 20 mm 5-113 1n n2c2b a tnomwh bw largura da viga cnom cobrimento nominal da armadura t diâmetro da armadura transversal (estribo) diâmetro da armadura longitudinal n número de barras na camada cm37,3 13 0,2363,020,3220 ah max h d2,1 cm2 maxa cm28,2 cm28,29,12,1d2,1 cm2 cm2 maxa max h OKaa cm28,2 min,h cm37,3 cal,h max v d5,0 cm2 maxa cm0,2 cm95,09,15,0d5,0 cm2 cm2 maxa max v cm0,2av (valor adotado) Determinação da altura útil (d) 10 h ycg cm0,5 10 50 ycg si isi cg A yA y OKcm5,0cm 60,2 4 0.2 2 4 0,2 3 2 0,2 0,20,2 4 0,2 2 2 0,2 4 0,2 3 y 22 22 cg nomtcg cyhd cm44cm77,430,363,060,250d e) Determinação de d’ 5-114 2 cd tnom ' cm4cm43,4 2 6,1 63,00,3d' f) Cálculo da armadura para novos valores de d e d’ kNcm9031443,177,4320272,0fdb272,0M 2cd 2 w1Rd kNcm09779031400022M 2Rd limRd1,Rd12c M de diferente fosse M se 0,272 de diferente erias272,0 43,177,4320 14903 000,1 000,1 800,0 101,0 77,43 43,4 d d 272,0 ' s s z tabela ' c OKcm50,1cm93,13 5,43000,1 1 )43,477,43( 0977 77,43800,0 90314 A 22s 2 cal,s cm93,13A 2 2 ef,s cm71,15 4 0,2 5mm20 5A 2' s cm15,4 5,43000,1)43,477,43( 0977 A 2' cal,s cm15,4A 2 22 ' ef,s cm81,4 4 0,1 4 6,1 2mm10 1mm16 2A OKcm0,40cm52,2081,471,15AA 22' ef,sef,s g) Resolução para MRd1 <MRd1,lim (assumido)cm 77,43d (assumido)cm 43,4d' kNcm9031443,177,4320272,0fdb272,0M 2cd 2 wlim,1Rd kNcm90314MM limRd1,1Rd adotado valorkNcm95810MRd1 kNcm04211kNcm9581000022M 2Rd OK272,0200,0 43,177,4320 95810 2c 000,1 000,1 864,0 101,0 77,43 43,4 d d 200,0 ' s s z tabela ' c 5-115 OKcm50,1cm11,13 5,43000,1 1 )43,477,43( 04211 77,43864,0 95810 A 22s 2 cal,s cm11,13A 2 2 ef,s cm71,15 4 0,2 5mm20 5A 2' s cm45,6 5,43000,1)43,477,43( 04211 A 2' cal,s cm45,6A 2 22 ' ef,s cm07,7 4 0,1 4 0,2 2mm 10 1mm 20 2A OKcm0,40cm78,2207,771,15AA 22' ef,sef,s h) Comparação de resultados h.1) valores teóricos (valores calculados de As e A’s) kNcm90314MM lim,1Rd1Rd 2 cal,s cm93,13A 2' cal,s cm15,4A 2' cal,scal,s cm08,1815,493,13AA kNcm95810M 1Rd 2 cal,s cm11,13A 2' cal,s cm45,6A %2,8cm56,1945,611,13AA 2' cal,scal,s h.2) valores reais (valores efetivos de As e A’s) kNcm90314MM lim,1Rd1Rd 2 ef,s cm71,15A 2' ef,s cm81,4A 2' ef,sef,s cm52,2081,471,15AA kNcm95810M 1Rd 2 ef,s cm71,15A 2' ef,s cm07,7A %11cm78,2207,771,15AA 2' ef,sef,s ■ 5.11 VIGAS DE SEÇÃO T SEM ARMADURA DE COMPRESSÃO 5.11.1 REGIÃO DE CONCRETO COMPRIMIDO A região de concreto comprimido, em uma viga de seção T, pode ocorrer de três modos distintos como apresentado na Figura 5.17. 5-116 Figura 5.17: Regiões de concreto comprimido em vigas de seção T. A situação em que toda a mesa está comprimida corresponde a: fhy d h d y f Considerando a Equação 5.6, tem-se: d h d y f y d8,0 h 8,0 fy x 2 h d d h 85,0 d8,0 h 4,01 d8,0 h 68,04,0168,0 f 2 fff xxc Levando-se em conta as condições estabelecidas na Figura 5.14, cuja região comprimida é definida pelo retângulo de dimensões bw y, tem-se, pelas Equação 5.16: cd 2 wc1Rd fdbM cdffwcd 2 w f 2 f 1Rd f 2 h dhb85,0fdb 2 h d d h 85,0M No caso particular em que bw (da Figura 5.14: Viga de seção retangular sem armadura de compressão.) for igual a bf (da Figura 5.17: Regiões de concreto comprimido em vigas de seção T.), e definindo, para este caso, MRd1 como sendo o momento resistente de cálculo resistido pela mesa comprimida da seção T, tem-se: cd f ffmesa,Rd1Rd f 2 h dhb85,0MM ( ) ( ) Equação 5.22 Desta forma, para as regiões de concreto comprimido em vigas de seções T, têm-se: Equação 5.23 5-117 5.11.2 SEÇÕES T SEM ARMADURA DE COMPRESSÃO: Y HF Seja Figura 5.18 onde está representada uma viga de seção T em que a solicitação de cálculo MSd é resistida pelo momento resistente de cálculo MRd, composto somente pelo binário das forças Rcd e Rsd, sem a necessidade de armadura de compressão. Figura 5.18: Vigas de seção T sem armadura de compressão – y hf. Comparando a Figura 5.14: Viga de seção retangular sem armadura de compressão. com a Figura 5.18: Vigas de seção T sem armadura de compressão – y hf. pode-se concluir que a viga de seção T sem armadura de compressão, com y hf, é equivalente a uma viga de seção retangular de base bf. Desta forma, introduzindo valores de bf nos lugares de bw apresentados na Equação 5.19 e considerando: a relação entre y e hf (Equação 5.23); armaduramínima (Equação 5.12); e armadura máxima (Equação 5.15), as vigas de seção T, sem armadura de compressão, com y hf, podem ser representadas por: ( ) ( ) { ( ) ( ) Equação 5.24 5-118 | { ( ) ( ) ou | | √ { ( ) ( ) { ( ) { { ( ) EXEMPLO 5.4 Determinar a armadura necessária para a viga abaixo indicada, a qual está submetida a um momento fletor solicitante de cálculo (MSd) igual a 220 kNm. Dados: concreto: C20; e aço: CA-50. Considerar: somente solicitações normais (momentos fletores); e estado limite último, combinações normais (c = 1,4 e s = 1,15). Solução: A solução do problema consiste na aplicação direta da Equação 5.24 e da tabela de flexão simples do 5-119 CA-50 (ANEXO A). a) Dados - uniformização de unidades (kN e cm) 2 ck kN/cm 2,0MPa 20f normal) combinação - (ELU 1,40c 2 c ck cd kN/cm 43,1 1,40 2,0f f 2 yk kN/cm 50MPa 500f normal) combinação - (ELU 1,15s 2 s yk yd kN/cm 43,5 1,15 50f f cm 20bw cm 06b f cm 44d (assumido) cm 50h cm 10hf fwfwc hbbhbA 2c cm 00411020-605020A c c yd cd min,s A0015,0 A f f 024,0 maxA 2 2 2 min,s cm10,2 cm10,240010015,0 cm10,14001 5,43 43,1 024,0 maxA hb04,0A wmaxs, 2 maxs, cm,040502004,0A kNcm00022kNm220MSd cdfffmesa,Rd f 2 h dhb85,0M kNcm4432843,1 2 10 44106085,0M mesa,Rd ff kNcm44328 mesa,Rd kNcm00022 Sd b base de eequivalent retangular seçãohyMM MPa35ffdb272,0M ckcd 2 flim,1Rd kNcm1824543,14460272,0M 2lim,1Rd compressão de armadura de enecessidad há nãoMM kNcm18245 lim,1Rd kNcm00022 Sd kNcm00022MMM 1RdRdSd 5-120 b) Tabela CA-50 272,0 fdb M cd 2 f 1Rd c OK272,0132,0 43,14460 00022 2c 000,1 915,0 170,0 213,0 132,0 s z y x tabela c OKcm0,10cm48,744170,0dy fh y max,s min,s ydsz 1Rd s A A fd M A OK cm0,40 cm10,2 cm56,12 5,43000,144915,0 00022 A 2 2 2 s 2 cal,s cm56,12A 2 2 ef,s cm57,12 4 0,2 4mm20 4A c) Verificação para valores calculados x yds cdf s fA fdb68,0 OK000,1001,1213,0 5,4356,12 43,1446068,0 s d) Comparação com o Exemplo 5.3, para d igual a 44 cm Msd=220 kNm Seção Retangular Seção T Ac 1000,0 cm2 1400,0 cm2 40,0 % Acc 352,0 cm2 448,8 cm2 27,5 % A’s 3,99 cm2 # # As 13,82 cm2 12,56 cm2 -9,1 % As+A’s 17,81 cm2 12,56 cm2 -29,5 % x 0,500 0,213 5-121 Msd=220 kNm Seção Retangular Seção T Domínio 3 2 e) Observação Deve ser verificado o valor de d (assumido igual a 44 cm) em função da disposição da armadura definida por As,ef. Esta verificação pressupõe o conhecimento do diâmetro da armadura transversal (estribo), cobrimento da armadura e dimensão máxima do agregado graúdo. ■ 5.11.3 SEÇÕES T SEM ARMADURA DE COMPRESSÃO: Y > HF Seja Figura 5.19 onde está representada uma viga de seção T em que a solicitação de cálculo MSd é resistida pelo momento resistente de cálculo MRd, composto pelos binários das forças Rcd1 / Rsd1 e Rcd3 / Rsd3, sem a necessidade de armadura de compressão. Figura 5.19: Vigas de seção T sem armadura de compressão – y > hf. Como mostrado na Figura 5.19, o momento fletor resistente de cálculo MRd (MRd MSd) é composto por dois momentos MRd1 e MRd3. No que se refere a MRd1 valem todas as considerações apresentadas em 5.8. Desenvolvendo, para a Figura 5.19, um raciocínio semelhante ao apresentado em 5.8, chega-se: armadura tracionada [ ( ) ] equação de verificação ( ) { [( ) ] } Desta forma, as vigas de seção T, sem armadura de compressão, com y > hf, podem ser representadas por: 5-122 ( ) ( ) { ( ) ( ) [( ) ( )] ( ) | { ( ) ( ) ou | | √ { ( ) ( ) { ( ) [ ( ) ] { { ( ) { [( ) ] } Equação 5.25 EXEMPLO 5.5 Determinar a armadura necessária para a viga abaixo indicada, a qual está submetida a um momento fletor solicitante de cálculo (MSd) igual a 320 kNm. Dados: concreto: C20; aço: CA-50. 5-123 Considerar: somente solicitações normais (momentos fletores); estado limite último, combinações normais (c = 1,4 e s = 1,15). Solução: A solução do problema consiste na aplicação direta da Equação 5.25 e da tabela de flexão simples do CA-50 (ANEXO A). a) Dados - uniformização de unidades (kN e cm) 2 ck kN/cm 2,0MPa 20f normal) combinação - (ELU 1,40c 2 c ck cd kN/cm 43,1 1,40 2,0f f 2 yk kN/cm 50MPa 500f normal) combinação - (ELU 1,15s 2 s yk yd kN/cm 43,5 1,15 50f f cm 20bw cm 06b f cm 44d (assumido) cm 50h cm 10hf fwfwc hbbhbA 2c cm 00411020-605020A c c yd cd min,s A0015,0 A f f 024,0 maxA 2 2 2 min,s cm10,2 cm10,240010015,0 cm10,14001 5,43 43,1 024,0 maxA hb04,0A wmaxs, 2 maxs, cm,040502004,0A 5-124 kNcm00032kNm320MSd cdfffmesa,Rd f 2 h dhb85,0M kNcm4432843,1 2 10 44106085,0M mesa,Rd T seçãohyMM f kNcm44328 mesa,Rd kNcm00032 Sd MPa35ffdb272,0M ckcd 2 wlim,1Rd kNcm0611543,14420272,0M 2lim,1Rd cdffwf3Rd f 2 h dhbb85,0M kNcm9621843,1 2 10 4410206085,0M 3dR kNcm3402396218kNcm06115MM 3Rdlim,1Rd compressão de armadura de enecessidad há nãoMMM kNcm02334 3Rdlim,1Rd kNcm00032 Sd kNcm00032MMMM 3Rd1RdRdSd 3RdRd1Rd MMM kNcm038139621800032M 1Rd b) Tabela CA-50 272,0 fdb M cd 2 w 1Rd c OK272,0235,0 43,14420 03813 2c 000,1 834,0 332,0 415,0 235,0 s z y x tabela c OKcm0,10cm61,1444332,0dy fh y max,s min,s ydsf 3Rd z 1Rd s A A f 1 2 h d M d M A 5-125 OK cm0,40 cm10,2 cm34,19 5,43000,1 1 2 10 44 96218 44834,0 03813 A 2 2 2 s 2 cal,s cm34,19A 2 2 ef,s cm63,19 4 5,2 4mm25 4A c) Verificação para valores calculados yds cdfwf x yds cdw s fA fhbb85,0 fA fdb68,0 OK000,1 5,4334,19 43,110206085,0 415,0 5,4334,19 43,1442068,0 s d) Observação Deve ser verificado o valor de d (assumido igual a 44 cm) em função da disposição da armadura definida por As,ef. Esta verificação pressupõe o conhecimento do diâmetro da armadura transversal (estribo), cobrimento da armadura e dimensão máxima do agregado graúdo. ■ 5.12 VIGAS DE SEÇÃO T COM ARMADURA DE COMPRESSÃO 5.12.1 SEÇÕES T COM ARMADURA DE COMPRESSÃO: Y HF Nas seções T, a necessidade da armadura de compressão (Figura 5.20) pode vir a ser necessária, em alguns casos, quando a relação hf / d assume valores maiores que 0,4 para concretos de classe igual ou inferior a C35, ou 0,32 para concretos de classe superior a C35. Figura 5.20: Vigas de seção T com armadura de compressão – y hf. Desenvolvendo um raciocínio análogo ao apresentado em 5.8, 5.10 e 5.11, as vigas de seção T, com armadura de 5-126 compressão, com y hf, podem ser representadas por: ( ) ( ) { ( ) ( ) | { ( ) ( ) ou | | | | | √ { ( ) ( ) { ( ) { ( ) ( ) [ ( ) ] { { ( ) ( ) Equação 5.26 5-127 ( ) ( ) EXEMPLO 5.6 Determinar a armadura necessária para a viga abaixo indicada, a qual está submetida a um momento fletor solicitante de cálculo (MSd) igual a 500 kNm. Dados: concreto: C20; aço: CA-50. Considerar: somente solicitações normais (momentos fletores); estado limite último, combinações normais (c = 1,4 e s = 1,15). Solução: A solução do problema consiste na aplicação direta da Equação 5.26 e da tabela de flexão simples do CA-50 (ANEXO A). a) Dados - uniformização de unidades (kN e cm) 2 ck kN/cm 2,0MPa 20f normal) combinação - (ELU 1,40c 2 c ck cd kN/cm 43,1 1,40 2,0f f 2 yk kN/cm 50MPa 500f normal) combinação - (ELU 1,15s 2 s yk yd kN/cm 43,5 1,15 50f f cm 20bw cm 06b f cm 44d (assumido) cm 4d' (assumido) cm 50h cm 52hf fwfwc hbbhbA 2c cm 00022520-605020A 5-128 c c yd cd min,s A0015,0 A f f 024,0 maxA 2 2 2 min,s cm00,3 cm00,300020015,0 cm58,10002 5,43 43,1 024,0 maxA hb04,0A wmaxs, 2 maxs, cm,040502004,0A kNcm00050kNm500MSd cdfffmesa,Rd f 2 h dhb85,0M kNcm4325743,1 2 25 44256085,0M mesa,Rd ff kNcm43257 mesa,Rd kNcm00050 Sd b base de eequivalent retangular seçãohyMM MPa35ffdb272,0M ckcd 2 flim,1Rd kNcm1824543,14460272,0M 2lim,1Rd compressão de armadura de enecessidad háMM kNcm18245 lim,1Rd kNcm00050 Sd kNcm18245MM limRd1,1Rd ) a de(correspon adotado valorkNcm18245M limx,Rd1 kNcm00050MMMM 2Rd1RdRdSd 1RdRd2Rd MMM kNcm81841824500050M 2Rd b) Tabela CA-50 272,0 fdb M cd 2 f 1Rd c limRd1,Rd12c M de diferente fosse M se 0,272 de diferente erias272,0 43,14460 18245 000,1 000,1 800,0 400,0 500,0 091,0 44 4 d d 272,0 ' s s z y x tabela ' c OKcm0,25cm60,1644400,0dy fh y 5-129 c c yd cd yds ' 2Rd z 1Rd s A0015,0 A f f 024,0 f 1 dd M d M A OKcm00,3cm28,32 5,43000,1 1 )444( 8184 44800,0 18245 A 22s 2 cal,s cm28,32A 2 2 ef,s cm36,34 4 5,2 7mm25 7A hb04,0AAfdd M A w ' ss yd ' s ' 2Rd' s 2' s cm77,2 5,43000,1)444( 8184 A 2' cal,s cm77,2A 2 2 ' ef,s cm68,3 4 25,1 3mm25 ,1 3A OKcm0,40cm04,3868,336,34AA 22' ef,sef,s c) Verificação para valores calculados ' s s ' s x yds cdf s A A fA fdb68,0 OK000,1000,1 28,32 77,2 500,0 5,4328,32 43,1446068,0 s d) Observação Devem ser verificados os valores de d e d’ em função de As,ef e A’s,ef. Esta verificação pressupõe o conhecimento do diâmetro da armadura transversal (estribo), cobrimento da armadura e dimensão máxima do agregado graúdo. ■ 5.12.2 SEÇÕES T COM ARMADURA DE COMPRESSÃO: Y > HF Nas seções T, a necessidade da armadura de compressão (Figura 5.21) pode vir a ser necessária, em casos, que a altura da região de concreto comprimido (y) ocupe boa parte da nervura, além da ocupação total da mesa. 5-130 Figura 5.21: Vigas de seção T com armadura de compressão– y > hf. Desenvolvendo um raciocínio análogo ao apresentado em 5.8, 5.10 e 5.11, as vigas de seção T, com armadura de compressão, com y > hf, podem ser representadas por: ( ) ( ) { ( ) ( ) [( ) ( )] ( ) ( ) | { ( ) ( ) ou Equação 5.27 5-131 | | | | | √ { ( ) ( ) { ( ) { ( ) ( ) [ ( ) ( ) ] { ( ) ( ) ( ) ( ) { [( ) ] } EXEMPLO 5.7 Determinar a armadura necessária para a viga abaixo indicada, a qual está submetida a um momento fletor solicitante de cálculo (MSd) igual a 500 kNm. Dados: concreto: C20; aço: CA-50. Considerar: somente solicitações normais (momentos fletores); estado limite último, combinações normais (c = 1,4 e s = 1,15). 5-132 Solução: A solução do problema consiste na aplicação direta da Equação 5.27 e da tabela de flexão simples do CA-50 (ANEXO A). a) Dados - uniformização de unidades (kN e cm) 2 ck kN/cm 2,0MPa 20f normal) combinação - (ELU 1,40c 2 c ck cd kN/cm 43,1 1,40 2,0f f 2 yk kN/cm 50MPa 500f normal) combinação - (ELU 1,15s 2 s yk yd kN/cm 43,5 1,15 50f f cm 20bw cm 06b f cm 44d (assumido) cm 4d' (assumido) cm 50h cm 10hf fwfwc hbbhbA 2c cm 00411020-605020A c c yd cd min,s A0015,0 A f f 024,0 maxA 2 2 2 min,s cm10,2 cm10,240010015,0 cm10,14001 5,43 43,1 024,0 maxA hb04,0A wmaxs, 2 maxs, cm,040502004,0A 5-133 kNcm00050kNm500MSd cdfffmesa,Rd f 2 h dhb85,0M kNcm4432843,1 2 10 44106085,0M mesa,Rd T seçãohyMM f kNcm44328 mesa,Rd kNcm00050 Sd MPa35ffdb272,0M ckcd 2 wlim,1Rd kNcm0611543,14420272,0M 2lim,1Rd cdffwf3Rd f 2 h dhbb85,0M kNcm9621843,1 2 10 4410206085,0M 3dR kNcm0233496218kNcm06115MM 3Rdlim,1Rd compressão de armadura de enecessidad háMMM kNcm02334 3Rdlim,1Rd kNcm00050 Sd lim,1RdRd1 MM adotado valorkNcm15061MRd1 kNcm00050MMMMM 3Rd2Rd1RdRdSd 3Rd1RdRd2Rd MMMM kNcm97715)9621806115(00050M 2Rd b) Tabela CA-50 272,0 fdb M cd 2 w 1d c limRd1,Rd12c M de diferente fosse M se 0,272 de diferente erias272,0 43,14420 06115 000,1 000,1 800,0 400,0 500,0 091,0 44 4 d d 272,0 ' s s z y x tabela ' c OKcm0,10cm60,1744400,0dy fh y min,s ydsf 3Rd ' 2dR z 1Rd s A f 1 2 h d M )dd( M d M A 5-134 OKcm10,2cm20,30 5,43000,1 1 2 10 44 96218 )444( 97715 44800,0 06115 A 22s 2 cal,s cm20,30A 2 2 ef,s cm36,34 4 5,2 7mm25 7A yd's' 2Rd' s fdd M A 2' s cm18,9 5,43000,1444 97715 A 2' cal,s cm18,9A 2 2 ' ef,s cm05,10 4 6,1 5mm16 5A viga da dimensões as aumentarcm0,40cm41,4405,1036,34AA 22' ef,sef,s c) Verificação para valores calculados yds cdfwf' s s ' s x yds cdw s fA fhbb85,0 A A fA fdb68,0 000,1 5,4320,30 43,110206085,0 000,1 20,30 18,9 500,0 5,4320,30 43,1442068,0 s OK d) Observação Se para a verificação da armadura máxima fosse usada a Equação 5.14 no lugar da Equação 5.15, teríamos: cmax'ss A04,0AA 2 max ' ss cm0,56400104,0AA OKcm0,56cm41,4405,1036,34AA 22' ef,sef,s Porém, pelas razões apresentadas em 5.7.2, é conveniente seguir a seqüência de calculo mostrada no item b e aumentar as dimensões da seção transversal da viga. ■ 5.13 COMPOSIÇÃO DE BF 5.13.1 CONJUNTO LAJE–VIGA Nas estruturas de concreto armado, as vigas de seção T aparecem naturalmente pois o conjunto laje-viga define este tipo de seção, como mostrado na Figura 5.22. 5-135 Figura 5.22: Conjunto laje-viga. Deve ser notado que no dimensionamento da armadura longitudinal (armadura de flexão), a viga de concreto armado composta por nervura (alma) e abas (mesa), como mostrado na Figura 5.22, só poderá ser considerada como seção T, quando a mesa estiver comprimida. Caso contrário (mesa tracionada), a viga deverá ser considerada como de seção retangular de base bw. De modo geral, pode se dizer que a seção T, com a mesa posicionada na parte superior da viga (T em pé), pode ser usada para o dimensionamento da armadura longitudinal positiva (momentos fletores positivos da viga V3 da Figura 5.22). Eventualmente, em construções com lajes rebaixadas (apoiadas na base da viga), é possível configurar-se seções (T invertido da viga V4 da Figura 5.22). Nestes casos, estas seções poderiam ser usadas no dimensionamento da armadura longitudinal negativa (momentos fletores negativos se houverem, na viga V4 da Figura 5.22). Largura colaborante de vigas de seção T Distância entre pontos de momentos fletores nulos A consideração da largura colaborante da laje associada à viga (Figura 5.22) deve obedecer às prescrições da ABNT NBR 6118. ABNT NBR 6118, item 14.6.2.2: “A largura colaborante bf deve ser dada pela largura da viga bw acrescida de no máximo 10% da distância a entre pontos de momento fletor nulo, para cada lado da viga em que houver laje colaborante. A distância a pode ser estimada, em função do comprimento do tramo considerado, como se apresenta a seguir: viga simplesmente apoiada: a = 1,00 ; viga com momento em uma só extremidade: a = 0,75 ; viga com momento nas duas extremidades: a = 0,60 ; viga em balanço: a = 2,00 . Alternativamente, o cômputo da distância a pode ser feito ou verificado medianteexame dos diagramas de 5-136 momentos fletores na estrutura. No caso de vigas contínuas, permite-se calculá-las com uma largura colaborante única para todas as seções, inclusive nos apoios sob momentos negativos, desde que essa largura seja calculada a partir do trecho de momentos positivos onde a largura resulte mínima.” Os valores de a podem ser estabelecidos como: ( ) ( ) ( ) ( ) Equação 5.28 A Figura 5.23 mostra os valores simplificados de a, como estabelecidos pela ABNT NBR 6118. Figura 5.23: Distância entre pontos de momento fletor nulo. Deve ser observado na Figura 5.23 que para a viga isostática (1) só tem sentido o uso de seções T com a mesa posicionada na parte superior da viga (T em pé), pois nesta viga só atuam momentos fletores positivos. Neste caso: 11aa Para a viga contínua (2 + 3 + 4), as seções T com a mesa posicionada na parte superior da viga (T em pé) podem ser admitidas nos trechos I e III, onde atuam momentos fletores positivos. As seções com a mesa posicionada na parte inferior da viga (T invertido) podem ser admitidas nos trechos II e IV, onde atuam momentos fletores negativos. Para o caso em que a viga contínua mostrada na Figura 5.23 tiver, em toda sua extensão, seção transversal em forma de T com a mesa posicionada na parte superior da viga (T em pé), na determinação do valor de b f (a ser usado no dimensionamento dos momentos fletores positivos dos trechos I e III), deve ser tomado para a o menor dos seguintes valores: 33 22 60,0a 75,0a a 5-137 Para o caso em que a viga contínua mostrada na Figura 5.23 estiver, em toda sua extensão, seção transversal em forma de com a mesa posicionada na parte inferior da viga (T invertido), na determinação do valor de b f (a ser usado no dimensionamento dos momentos fletores negativos dos trechos II e IV), deve ser tomado para a o menor dos seguintes valores: 43 32 00,220,0 20,025,0 a Vigas isoladas e painel de vigas Na determinação de bf não pode ser apenas considerada a distância a entre os pontos de momento fletor nulo, como apresentado em 0. Algumas disposições decorrentes da própria natureza da viga, ou do conjunto delas, devem ser consideradas, como mostrado na Figura 5.24. Figura 5.24: Largura de mesa colaborante. As relações entre os valores de a mostrados na Equação 5.23 e os valores de bi apresentados na Figura 5.24 correspondem a: { { Equação 5.29 EXEMPLO 5.8 Determinar o valor de bf para a viga V2. Considerar: 5-138 vigas simplesmente apoiadas nos pilares. Solução: A solução do problema consiste na aplicação direta da Equação 5.28 e da Equação 5.29. a) Definição de a (vista longitudinal de V2) 22 75,0aa cm58578075,0a b) Definição de bf (seção transversal de V2) cm400b2 cm120b4 2 1 b5,0 a1,0 b cm2004005,0b5,0 cm5,585851,0 b 2 1 4 3 b a1,0 b cm120 cm5,585851,0 b3 1w3f bbbb cm1575,58405,58bf cm157b f 5-139 ■ 5.14 MSD,MIN Uma outra maneira de se determinar armadura mínima em vigas de concreto armado é usando o conceito de MSd,min. ABNT NBR 6118, item 17.3.5.1: ”A ruptura frágil das seções transversais, quando da formação da primeira fissura, deve ser evitada considerando-se, para o cálculo das armaduras, um momento mínimo dado pelo valor correspondente ao que produziria a ruptura da seção de concreto simples, supondo que a resistência à tração do concreto seja dada por fctk,sup, devendo também obedecer às condições relativas ao controle da abertura de fissuras dadas em 17.3.3.” ABNT NBR 6118, item 17.3.5.2.1: ”A armadura mínima de tração, em elementos estruturais armados ou protendidos deve ser determinada pelo dimensionamento da seção a um momento fletor mínimo dado pela expressão a seguir, respeitada a taxa mínima absoluta de 0,15%: Md,mim = 0,8 W0 fctk,sup onde: W0 é o módulo de resistência da seção transversal bruta de concreto, relativo à fibra mais tracionada; fctk,sup é a resistência característica superior do concreto à tração.“ Seguindo o prescrito no item 17.3.5.2.1 da ABNT NBR 6118, a equação para a determinação do momento fletor mínimo34 resulta: [ √ ( )] Equação 5.30 para uma taxa mínima de armadura dada por: Equação 5.31 ABNT NBR 6118, item 17.3.5.2.1: ”Em elementos estruturais superdimensionados, pode ser utilizada armadura menor que a mínima, com valor obtido a partir de um momento fletor igual ao dobro de Md. Neste caso, a determinação dos esforços solicitantes deve considerar de forma rigorosa todas as combinações possíveis de carregamento, assim como os efeitos de temperatura, deformações diferidas e recalques de apoio. Deve-se ter ainda cuidado com o diâmetro e espaçamento das armaduras de limitação de fissuração.” EXEMPLO 5.9 34 A ABNT NBR 6118, item 17.3.5.2.1, define o momento fletor mínimo como Md,min, deixando de caracterizá-lo como momento fletor solicitante de cálculo. Para manter coerência com o desenvolvimento deste Capítulo, na Equação 5.30, o momento foi definido como sendo MSd,min. 5-140 Determinar, para a viga abaixo representada, o momento fletor solicitante de cálculo mínimo (MSd,min). Considerar: concreto: C20; estado limite último, combinações normais (c = 1,4). Solução: A solução do problema consiste na aplicação direta da Equação 5.30. a) Dados - uniformização de unidades (kN e cm) 2 ck kN/cm 2,0MPa 20f normal) combinação - (ELU 1,40c MPa em ff39,0f ck 3 2 cksup,ctk 23 2 sup,ctk kN/cm287,0MPa874,22039,0f cm 20bw cm 06b f cm 50h cm 10hf b) MSd,min fwfwc hbbhbA 2c cm 00411020-605020A )]}hh()bb[()hb{[(2 ])hh()bb[()hb( y fwff 2 fwf 2 f w cm71,30 )]1050()2060[()5060[(2 ])1050()2060[()5060( y 22 w wf yhy cm29,1971,3050yf 2 wc 3 fwf 3 f yA 3 ])hh()bb[(hb I 42 33 cm32132671,304001 3 ])1050()2060[(5060 I 5-141 (w ) tracionada mais fibra y I WW w w,00 3 0 cm62610 71,30 321326 W sup,ctk0min,Sd fW8,0M kNcm4402287,0626108,0M min,Sd kNm4,42M min,Sd c) Observação Se nesta viga estiver atuando um momento fletor solicitante de cálculo inferior a 24,4 kNm, o cálculo da armadura As pode ser feito de duas maneiras: considerando um momento fletor solicitante de cálculo igual a 24,4 kNm e verificando a taxa mínima de armadura (0,15%) para o As calculado; considerando um momento fletor solicitante de cálculo igual ao dobro de 24,4 kNm, sem a verificação da taxa mínima de armadura para o As calculado. ■ 5.15 DISPOSIÇÕES CONSTRUTIVAS 5.15.1 DIMENSÕES LIMITES As vigas de concreto armado, de modo geral, não devem possuir largura inferior a 12 cm. ABNT NBR 6118, item 13.2.2: ”A
Compartilhar