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RESOLUÇÃO DE TESTES E EXAMES DE BETÃO ARMADO JOÃO SIDÓNIO SOUSA DE FREITAS 2 Índice 1º TESTE 22/11/2007 ................................................................................ 3 RESOLUÇÃO ..................................................................................................... 6 A) ARMADURAS LONGITUDINAIS: ...................................................................... 7 B) ARMADURAS TRANSVERSAIS: ....................................................................... 9 C) DISPENSA DE ARMADURAS LONGITUDINAIS: ................................................... 13 2º TESTE 18/01/2008 .............................................................................. 19 RESOLUÇÃO ................................................................................................... 21 D) ARMADURAS LONGITUDINAIS: .................................................................... 23 E) A ESTRUTURA É CONSIDERADA DÚCTIL?......................................................... 25 F) ARMADURAS TRANSVERSAIS: ..................................................................... 25 G) ARMADURAS DEVIDO AO MOMENTO TORSOR:................................................... 26 H) VERIFICAÇÕES:...................................................................................... 28 I) DISPENSAS: ......................................................................................... 33 EXAME 21/01/2008 .................................................................................. 36 RESOLUÇÃO ................................................................................................... 38 a) ARMADURAS LONGITUDINAIS EM B: ............................................................. 40 B) ARMADURAS TRANSVERSAIS: ..................................................................... 41 C) VERIFICAÇÕES:...................................................................................... 43 D) DISPENSA DE ARMADURAS:........................................................................ 46 2º EXAME 3/02/2004................................................................................. 48 RESOLUÇÃO ................................................................................................... 51 a) ARMADURAS LONGITUDINAIS EM B: ............................................................. 51 B) ARMADURAS TRANSVERSAIS: ..................................................................... 52 RESOLUÇÃO DE TESTES E EXAMES DE BETÃO ARMADO JOÃO SIDÓNIO SOUSA DE FREITAS 3 1º Teste 22/11/2007 GRUPO 1 ACÇÕES: CP = 40 kN/m (γCP=1,5) MATERIAIS: C25/30 SC = 20 kN/m (γSC=1,5) A500NR Rec = 4 cm a) Dimensione as armaduras necessárias à verificação do estado limite último de flexão nas secções de esforços condicionantes. Comente as respectivas secções quanto à sua ductilidade. b) Verifique o estado limite último de esforço transverso na secção condicionante. Dimensione e pormenorize as suas armaduras (transversais e longitudinais obtidas na alínea anterior). Considere θ=26,7º; concentre a armadura do banzo inferior na largura de 1,0m. c) Defina os pontos onde pode dispensar metade da armadura principal longitudinal e pormenorize em alçado. Efectue as verificações que achar necessárias. RESOLUÇÃO DE TESTES E EXAMES DE BETÃO ARMADO JOÃO SIDÓNIO SOUSA DE FREITAS 4 RESOLUÇÃO DE TESTES E EXAMES DE BETÃO ARMADO JOÃO SIDÓNIO SOUSA DE FREITAS 5 GRUPO 2 a) Porque razão é que a resistência do betão obtido em provetes cúbicos é superior à obtida em provetes cilíndricos? Qual desses valores melhor representa a resistência do material nas estruturas? b) Porque razão e em que aspectos é que o excesso de armaduras pode ser prejudicial para uma estrutura de betão armado? c) O que entende por largura efectiva de uma viga sujeita à flexão? De que forma pode ser calculada essa largura? Enumere as vantagens e desvantagens para o cálculo em betão armado? d) O que entende por torção de compatibilidade e equilíbrio? De exemplos dos 2 tipos de torção. RESOLUÇÃO DE TESTES E EXAMES DE BETÃO ARMADO JOÃO SIDÓNIO SOUSA DE FREITAS 6 Resolução GRUPO 1 Cálculo dos esforços e diagramas: � psd= γCP x CP + γSC x SC =1,5 x 40 + 1,5 x 20 = 90 kN/m Esforços: = −= ⇔ = × × =+ ⇒ = ⋅= ∑ ∑ kN1620R kN540R 0 2 2190 -4R kN1080RR 0M pF B sd A sd 2 B sd B sd A sd A ,v Ltotalsd kN.m2880 2 809 M kN0092076201VkN207809V kN405V 2 - sd esqB, sd dirB, sd A sd = × = =−=→=×= = RESOLUÇÃO DE TESTES E EXAMES DE BETÃO ARMADO JOÃO SIDÓNIO SOUSA DE FREITAS 7 a) ARMADURAS LONGITUDINAIS: Para o cálculo da altura útil vamos supor que se utilizarão dois patamares de varões longitudinais no banzo, logo o valor da altura útil neste caso será: m0,800,10-0,90 2 0,20 -hd === Determinar o valor de momento flector reduzido: 2- 32 cd 2 rd 108,982 107,610,8000,3 2880 fdb M ×= ××× = ⋅⋅ =µ Determinar o valor da percentagem mecânica de armadura necessária: i) -2-2-2 109,789)108,982(1108,982)1( ×=×+××=+×= µµω ii) 2- 2- 109,532 1,21 108,9822,4211 21,1 42,211 ×= ××−− = ×−− = µ ω iii) 2- 2- 109,435 1,028 108,9822,05511 1,028 2,05511 ×= ××−− = ×−− = µ ω Determinar o valor do valor de k e da posição da L.N.: m0,1151,13950,109dkx 0,144109,7891,471,47k -2 =×=⋅= =××=⋅= ω Como a posição da Linha Neutra situa-se no banzo, o modelo de cálculo utilizado está em conformidade, ou seja, as armaduras podem ser calculadas supondo que a viga é rectangular maciça. RESOLUÇÃO DE TESTES E EXAMES DE BETÃO ARMADO JOÃO SIDÓNIO SOUSA DE FREITAS 8 RESOLUÇÃO DE TESTES E EXAMES DE BETÃO ARMADO JOÃO SIDÓNIO SOUSA DE FREITAS 9 Cálculo das armaduras longitudinais: 22 syd cd sL cm,1909435 16,7 0,803,00109,789 f f dbA =××××=⋅⋅⋅= −ω Visto que k <0,5 e x <0,26d (≈0,21m) a secção é considerada dúctil, ou seja, as armaduras entram em cedência antes do betão. b) ARMADURAS TRANSVERSAIS: Determinação do valor do esforço transverso para o cálculo das armaduras: θθ cotgzpV)cotg(zV sdsdsd ⋅⋅−=⋅ i) Escolha do ângulo θ quando não é dado: segundo o Eurocódigo 2, o valor da co-tangente de ângulo θθθθ deve estar compreendido entre 1 e 2,5; se escolhermos o valor médio temos que cotgθθθθ =1,75 que equivale a um ângulo θ=30°, neste caso o valor é dado θθθθ=26,7°. ii) 0,72m0,800,9d0,9z =×=⋅= kN,1671726,7cotg0,7290900)cotg(zV esqB,sd =°××−=⋅ θ kN,1659126,7cotg0,7290207)cotg(zV dirB,sd =°××−=⋅ θ Cálculo das armaduras transversais: RESOLUÇÃO DE TESTES E EXAMES DE BETÃO ARMADO JOÃO SIDÓNIO SOUSA DE FREITAS 10 /mcm12,38 1043526,7cotg0,72 771,16 fcotgz )cotg(zV s A 2 3 syd sd esqB, sw = ××°× = ⋅⋅ ⋅ = θ θ /mcm9,49 1043526,7cotg0,72 591,16 fcotgz )cotg(zV s A 2 3 syd sd dirB, sw = ××°× = ⋅⋅ ⋅ = θ θ Como é uma secção em “T” invertido, há necessidade de colocar armadura de suspensão. sydsuspensão sw f F s A = i) Calculo de F: ( ) kN/m82,88F1,520250,400,200,10 2 0,200,40 0,200,40-40F F = × + × ×+× + +×= ⋅+−= ialma SCpppp γ /mcm1,91 435000 82,88 f F s A 2 sydsuspensão sw === ii) Armadura total na alma: m10//0,102REST /mcm14,291,9112,38 s A s A s A 2 suspensão sw esqB, sw esqB, Total sw φ→ →=+=+= m10//0,102REST /mcm11,401,919,49 s A s A s A 2 suspensão sw A sw dirB, Total sw φ→ →=+=+= Cálculo das armaduras transversais no banzo: RESOLUÇÃO DE TESTES E EXAMES DE BETÃO ARMADO JOÃO SIDÓNIO SOUSA DE FREITAS 11 i) Ligação banzo-alma: /mcm6,19 2 12,38 2 A s A 2sw esqB, sf === /mcm4,75 2 9,49 2 A s A 2sw dirB, sf === i) Flexão no banzo: Supondo que se trata de uma viga invertida que suporta uma laje, vamos calcular a carga permanente no banzo da viga (subtrair às cargas permanentes, CP, o valor do peso próprio da alma da viga) e distribuí-la pelo beff, fazendo o mesmo com as sobrecargas: ( )[ ] 2 d d eff d kN/m,6372S 3 1,520250,400,200,10 2 0,200,40 0,200,40-40 S b S = × + × ×+× + +× = ⋅+− = ialma SCpppp γ kN.m5,60 2 0,90 2 27,63 M 2 - sd = × = 2- 32 cd 2 sd 101,396 1016,70,1551,00 5,60 fdb M ×= ××× = ⋅⋅ = µ µ 2- -2-2 101,415 )101,396(1101,396 ×= ×+××= ω ω /m0,84cmA 435 16,7 0,1551,00101,415A 2 s 2 s = ××××= − RESOLUÇÃO DE TESTES E EXAMES DE BETÃO ARMADO JOÃO SIDÓNIO SOUSA DE FREITAS 12 m//0,20012REST/mcm3,940,84 2 6,19 A 2 s A s A 2 s sf esqB, Total/Ramo sf φ→=+=+= m//0,20012REST/mcm3,220,84 2 4,75 A 2 s A s A 2 s sf dirB, Total/Ramo sf φ→=+=+= RESOLUÇÃO DE TESTES E EXAMES DE BETÃO ARMADO JOÃO SIDÓNIO SOUSA DE FREITAS 13 c) DISPENSA DE ARMADURAS LONGITUDINAIS: Para a dispensa das armaduras neste caso não será considerada a alternância de sobrecargas. ( ) ( )2efsL,2efsL, cm,1054A2510cm90,20A2520 =→= φφ i) Momento resistente: ( ) ( ) kN.m1524,31104,7541016,70,803,0fdbM 104,754104,8950,5881104,895588,01 104,895 1016,70,803,0 104351045,10 fdb fA Mcm,1045A 232 cd 2 Rd 222 2 3 34 cd sydefsL, Rd 2 efsL, =×××××=⋅⋅⋅= ×=××−××=⋅−⋅= ×= ××× ××× = ⋅⋅ ⋅ = →→→= − −−− − − µ ωωµ ω µω ii) Comprimento de translação: m0,62cotg30 2 0,72 cotg 2 z aL =×=⋅= oθ iii) Determinação das coordenadas “x”: RESOLUÇÃO DE TESTES E EXAMES DE BETÃO ARMADO JOÃO SIDÓNIO SOUSA DE FREITAS 14 RESOLUÇÃO DE TESTES E EXAMES DE BETÃO ARMADO JOÃO SIDÓNIO SOUSA DE FREITAS 15 Consola: ( ) 2880720x-45xMxV 2 x pxM 2dirB,Sd dirB, sd 2 sdSd ++=+⋅−⋅= m2,18x2880720x45x1524,31 1 2 =⇒+−= Vão: ( ) 28800x09-45xMxV 2 x pxM 2esqB,Sd dirB, sd 2 sdSd ++=+⋅−⋅= m1,64x288000x945x1524,31 2 2 =⇒+−= iv) Calculo dos comprimentos para dispensa de armadura: MPa2,7 1,5 1,8 112,25fηη2,25faderenciadeTensão ctd21bd =×××=⋅⋅⋅= MPa5,172354 90,20 45,10 f A A σ syd totalsL, dispsL, sd =×=⋅= m0,50 2,70 217,5 4 0,025 f σ 4 l bd sd rqdb, =×=⋅= φ m0,50lll rqdb,rqdb,54321bd ==⋅⋅⋅⋅⋅= ααααα RESOLUÇÃO DE TESTES E EXAMES DE BETÃO ARMADO JOÃO SIDÓNIO SOUSA DE FREITAS 16 m3,30m3,300,500,622,18laxX bdL11 →=−+=++= m2,80m2,760,500,621,64laxX bdL22 →=++=++= v) Verificações: Armaduras longitudinais: i) Armadura mínima: 2t syk ctm mín sL, cm,3340,800,40500 2,6 0,26db f f 0,26A =×××=⋅⋅⋅= ii) Armadura máxima: 2 máx sL, máx sL, cm163A 1,0 2 0,200,40 0,200,4020,203,00,04Ac0,04A = × + +××+××=⋅= iii) Espaçamento entre varões: ( ) ( ) m0,04415 0,02550,0120,0420,40 s 1n Anestribo2c2b s sL = − ×−×−×− = = − ⋅−⋅−⋅− = φφ { } { } m0,044m0,0350,02m5mm;0,0250,035m;0,025m;máx 2cm5mm;dg;;Amáxs, maioreq,,maiorsL,mín <=+= =+= φφ iiii) Armaduras nos apoios de extremidade: 2 máx sL, 2 efsL, 2 mín sL, cm163Acm,2009Acm4,33A =<=<= RESOLUÇÃO DE TESTES E EXAMES DE BETÃO ARMADO JOÃO SIDÓNIO SOUSA DE FREITAS 17 Considerando o efeito mais desfavorável de um apoio pontual com b=0 e z≈2b temos: 2 syd T apoios,sdT cm14,90435000 648 f F AkN6480451,2V1,2F ===⇒=×=⋅= + Armaduras transversais: i) Armadura mínima: /mcm1,600,20 500 250,08 bw f f0,08 , s A 2 syk ck mín sw =× × =⋅ ⋅ = ii) Diâmetro mínimo dos estribos: { } { } { }6,25mm6mm;estribo 250,256mm;A0,256mm;estribo sL ≥ ×≥⋅≥ φ φφ iii) Espaçamento máximo entre estribos: ( ) z V comcotg1d0,7s sdestribo =+⋅⋅≤ αα Em geral o espaçamento deve ser inferior a 0,5d, neste caso inferior a 0,40m. Verificação das compressões: i) Devido ao esforço transverso: Bielas comprimidas RESOLUÇÃO DE TESTES E EXAMES DE BETÃO ARMADO JOÃO SIDÓNIO SOUSA DE FREITAS 18 VerificaNãoMPa10,6MPa13,34σ 1016,7 250 25 -10,6 cos26,7sen26,70,20,800,9 771,16 σ f 250 f -10,6 cossenbd0,9 )cotg(zV σ BCc, 3 BCc, cd ck w sd BCc, MPaem ⇒≥= ×× ×≤ ×××× = ⋅ ⋅≤ ⋅⋅⋅⋅ ⋅ = θθ θ RESOLUÇÃO DE TESTES E EXAMES DE BETÃO ARMADO JOÃO SIDÓNIO SOUSA DE FREITAS 19 2º Teste 18/01/2008 PARTE A - GRUPO 1 ACÇÕES: CP = 60 kN/m (γCP=1,5) MATERIAIS: C30/37 SC = 20 kN/m (γSC=1,5) A500NR Rec = 4 cm d) Dimensione as armaduras necessárias à verificação do estado limite último de flexão na secção de esforço condicionante. e) Comente a respectiva secção quanto à sua ductilidade. f) Verifique o estado limite último de esforço transverso na secção condicionante e dimensione as suas armaduras. g) Verifique o estado limite último relativo ao momento torsor na secção condicionante e dimensione as suas armaduras. h) Efectue as verificações que achar necessárias (tensões e armaduras) e pormenorize a secção transversal sobre o pilar da esquerda (armaduras transversais e longitudinais obtidas nas alíneas anteriores). i) Defina os pontos onde pode dispensar metade da armadura principal longitudinal e a armadura transversal para a armadura mínima. j) Pormenorize a viga em alçado. RESOLUÇÃO DE TESTES E EXAMES DE BETÃO ARMADO JOÃO SIDÓNIO SOUSA DE FREITAS 20 PARTE A – GRUPO 2 e) Explique como faria para calcular a armadura de um tirante à tracção? Predimensione a sua secção de aço e betão considerando 4% de área de aço em relação ao betão e uma carga de tracção de 600 kN. f) Complete os gráficos abaixo e explique as suas fases e a que se referem os respectivos eixos. g) Como pode ser calculada a largura efectiva de uma viga com banzo à compressão? Enumere as vantagens e desvantagens para o cálculo de betão armado. RESOLUÇÃO DETESTES E EXAMES DE BETÃO ARMADO JOÃO SIDÓNIO SOUSA DE FREITAS 21 Resolução PARTE A – GRUPO 1 Cálculo dos esforços e diagramas: � psd= γCP x CP + γSC x SC =1,5 x 60 + 1,5 x 20 = 120 kN/m Esforços: kN720 2 12120 2 Lp VV sdBsd A sd = × = ⋅ == kN.m2160 8 12120 8 Lp M 22 sd sd = × = ⋅ = + kN.m63TT 2 0,201203 2 eLS TT B sd A sd B sd A sd == ×× = ⋅⋅ == sdC Caracterização da secção: −= = = 2 -rec-hd m0,40b m1,20b As estribo w φφ RESOLUÇÃO DE TESTES E EXAMES DE BETÃO ARMADO JOÃO SIDÓNIO SOUSA DE FREITAS 22 Características de cálculo dos materiais: MPa354 1,15 500f f MPa20 1,5 30f f s syk syd c ck cd ≅== === γ γ RESOLUÇÃO DE TESTES E EXAMES DE BETÃO ARMADO JOÃO SIDÓNIO SOUSA DE FREITAS 23 d) ARMADURAS LONGITUDINAIS: Para o cálculo da altura util vamos supor que se utilizarão dois patamares de varões longitudinais no banzo, logo o valor da altura útil neste caso será: m1,125,0750-1,20 2 0,15 -hd === Determinar o valor de momento flector reduzido: 2- 32 cd 2 rd 107,1111 10201,1251,2 2160 fdb M ×= ××× = ⋅⋅ =µ Determinar o valor da percentagem mecânica de armadura necessária: i) -2-2-2 107,6168)107,1111(1107,1111)1( ×=×+××=+×= µµω ii) 2- 2- 107,4466 1,21 107,11112,4211 21,1 42,211 ×= ××−− = ×−− = µ ω iii) 2- 2- 107,3882 1,028 107,11112,05511 1,028 2,05511 ×= ××−− = ×−− = µ ω Determinar o valor do valor de k e da posição da L.N.: m0,1261,13950,109dkx 0,112107,61681,471,47k -2 =×=⋅= =××=⋅= ω Como a posição da Linha Neutra situa-se no banzo, o modelo de cálculo utilizado está em conformidade, ou seja, as armaduras podem ser calculadas supondo que a viga é rectangular maciça (sem aberturas). RESOLUÇÃO DE TESTES E EXAMES DE BETÃO ARMADO JOÃO SIDÓNIO SOUSA DE FREITAS 24 RESOLUÇÃO DE TESTES E EXAMES DE BETÃO ARMADO JOÃO SIDÓNIO SOUSA DE FREITAS 25 Cálculo das armaduras longitudinais: 22 syd cd sL cm47,28435 20 1,1251,20107,1111 f f dbA =××××=⋅⋅⋅= −ω e) A ESTRUTURA É CONSIDERADA DÚCTIL? Visto que k <0,5 e x <0,26d (≈0,29m) a secção é considerada dúctil, ou seja, as armaduras entram em cedência antes do betão. f) ARMADURAS TRANSVERSAIS: Determinação do valor do esforço transverso para o cálculo das armaduras: θθ cotgzpV)cotg(zV sdsdsd ⋅⋅−=⋅ i) Escolha do ângulo θ quando não é dado: segundo o Eurocódigo 2, o valor da co-tangente de ângulo θθθθ deve estar compreendido entre 1 e 2,5; se escolhermos o valor médio temos que cotgθθθθ =1,75 que equivale a um ângulo θ=30°. ii) 1,0125m1,1250,9d0,9z =×=⋅= kN509,5630cotg1,0125120720)cotg(zVsd =°××−=⋅ θ RESOLUÇÃO DE TESTES E EXAMES DE BETÃO ARMADO JOÃO SIDÓNIO SOUSA DE FREITAS 26 Cálculo das armaduras transversais: /mcm6,68 1043530cotg1,0125 509,56 fcotgz )cotg(zV s A 2 3 syd sdsw = ××°× = ⋅⋅ ⋅ = θ θ Como é uma secção oca há necessidade de colocar estribos de ligação banzo- alma, neste caso o valor da área dessa armadura é metade do valor da armadura calculada anteriormente. /mcm3,34 2 6,68 2 A s A 2swsf === g) ARMADURAS DEVIDO AO MOMENTO TORSOR: Definição da secção oca eficaz: == × = =+×=+×=⋅ ≤≤⋅ m0,30 4,80 1,44 1,204 1,20 u A m0,0960,008)(0,042estribo)(rec2c'2 u A hc'2 2ef φ Considerando hef = 0,15 m temos: == =×= ⇒ =−= =−= 22 ef ef m m m1,10251,05A m4,201,054u m1,050,151,20b m1,050,151,20h A área “A” e a área efectiva “Aef”, para efeitos de cálculo das armaduras devido ao momento torsor é calculada independentemente de haver ou não aberturas na viga, como é o caso da viga em estudo. Isto pode ser constatado no capítulo 6.6 do Eurocódigo 2. RESOLUÇÃO DE TESTES E EXAMES DE BETÃO ARMADO JOÃO SIDÓNIO SOUSA DE FREITAS 27 RESOLUÇÃO DE TESTES E EXAMES DE BETÃO ARMADO JOÃO SIDÓNIO SOUSA DE FREITAS 28 Cálculo das armaduras: i) longitudinais: 2 º sydef efsd sL cm2,734350001,10252 cotg304,2036 fA2 cotguT A = ×× ×× = ⋅⋅ ⋅⋅ = φ ii) transversais: /mcm1,44 435000cotg300,151,10252 36 fcotghA2 T s A 2 º sydefef sdst = ×××× = ⋅⋅⋅⋅ = φ h) VERIFICAÇÕES: i) Armaduras longitudinais Flexão + Torção: ( )22sL cm49,722144cm,658422,7347,28A φ⇒=+=+ ( )22sL cm22,601202cm21,7322,7320,36A φ⇒=+=− ii) Armaduras transversais devido ao Esforço Transverso: m8//0,304REST. /mcm1,67 4 6,68 , s A /mcm6,68 s A 2 ramo swramos4deEstribos2sw φ⇒ == →= iii) Armaduras transversais devido à Torção: m8//0,30/mcm1,44 s A único Ramo2st φ →= RESOLUÇÃO DE TESTES E EXAMES DE BETÃO ARMADO JOÃO SIDÓNIO SOUSA DE FREITAS 29 Armaduras longitudinais: i) Armadura mínima: 2t syk ctm mín sL, cm,36201,1251,20500 2,9 0,26db f f 0,26A =×××=⋅⋅⋅= ii) Armadura máxima: ( ) 22máx sL, cm2880,80,91,200,04Ac0,04A =×−×=⋅= iii) Espaçamento entre varões: ( ) ( ) m0,04122 0,012220,00820,0421,20 s 1n Anestribo2c2b s sL = − ×−×−×− = = − ⋅−⋅−⋅− = φφ { } { } m0,04m0,030,02m5mm;0,025-;-0,012m;-máx 2cm5mm;dg;;Amáxs, maioreq,,maiorsL,mín <=+= =+= φφ iiii) Armaduras nos apoios de extremidade: Considerando o efeito mais desfavorável de um apoio pontual com b=0 e z≈2b temos: 2 syd T apoios,sdT cm19,86435000 864 f F AkN8647201,2V1,2F ===⇒=×=⋅= + { } { } { } 2apoios, sLmíns,apoios, cm20,367,0920,36;A 47,280,1520,36;A0,15;AA ⇒≥ ×≥⋅≥ − − 2 máx sL, 2 efsL, 2 mín sL, cm288Acm49,76Acm20,36A =<=<= RESOLUÇÃO DE TESTES E EXAMES DE BETÃO ARMADO JOÃO SIDÓNIO SOUSA DE FREITAS 30 Armaduras transversais: i) Armadura mínima: /mcm3,510,40 500 300,08 bw f f0,08 , s A 2 syk ck mín sw =× × =⋅ ⋅ = ii) Diâmetro mínimo dos estribos: { } { } { }4mm6mm;estribo 210,256mm;A0,256mm;estribo sL ≥ ×≥⋅≥ φ φφ iii) Espaçamento máximo entre estribos: ( ) z V comcotg1d0,7s sdestribo =+⋅⋅≤ αα Em geral o espaçamento deve ser inferior a 0,5d, neste caso inferior a 0,57m. Verificação das compressões: i) Devido ao esforço transverso: Bielas comprimidas VerificaMPa10,6MPa2,9σ 1002 250 30 -10,6 cos30sen300,41,13950,9 506,84 σ f 250 f -10,6 cossenbd0,9 )cotg(zV σ BCc, 3 BCc, cd ck w sd BCc, MPaem ⇒≤= ×× ×≤ ×××× = ⋅ ⋅≤ ⋅⋅⋅⋅ ⋅ = θθ θ RESOLUÇÃO DE TESTES E EXAMES DE BETÃO ARMADO JOÃO SIDÓNIO SOUSA DE FREITAS 31 ii) Devido ao momento torsor: Bielas comprimidas VerificaMPa10,6MPa0,251σ 1002 250 30 -10,6 cos30sen300,151,10252 36 σ f 250 f -10,6 cossenhA2 T σ BCc, 3 BCc, cd ck efef sd BCc, MPaem ⇒≤= ×× ×≤ ×××× = ⋅ ⋅≤ ⋅⋅⋅⋅ = θθ ii) Devido à interacção do esforço transverso e do momento torsor: Bielas comprimidas VerificaMPa10,6MPa3,1510,2512,9σ f 250 f -10,6σσσ BCc, cd ck BCc,BCc,BCc, MPaem ⇒≤=+= ⋅ ⋅≤+= TorsorTransverso Verificação nas armaduras devido à Torção: i) Espaçamento das armaduras longitudinais: smáx = 35 cm ii) Espaçamento das armaduras transversais: { } m0,5250,8551,20;1,20;0,525;míns, 1,13950,751,20;1,20;4,20; 8 1 mínd0,75h;b;;u 8 1 míns, máx efmáx == ××= ⋅⋅= RESOLUÇÃO DE TESTES E EXAMES DE BETÃO ARMADO JOÃO SIDÓNIO SOUSA DE FREITAS 32 Pormenorização: RESOLUÇÃO DE TESTES E EXAMES DE BETÃO ARMADO JOÃO SIDÓNIO SOUSA DE FREITAS 33 i) DISPENSAS: Armaduras longitudinais: i) Armaduras longitudinais: ( ) ( )22 cm24,862122cm49,722144 φφ → ii) Momento resistente: ( ) ( ) kN.m1187,94103,910910201,1251,2fdbM 103,9109104,00520,5881104,0052588,01 104,0052 10201,1251,2 104351024,86 fdb fA Mcm24,86A 232 cd 2 Rd 222 2 3 34 cd sydefsL, Rd 2 efsL, =×××××=⋅⋅⋅= ×=××−××=⋅−⋅= ×= ××× ××× = ⋅⋅ ⋅ = →→→= − −−− − − µ ωωµ ω µω iii) Comprimento de translação: m0,88cotg30 2 1,0125 cotg 2 z aL =×=⋅= oθ iv) Determinação das coordenadas “x”: RESOLUÇÃO DE TESTES E EXAMES DE BETÃO ARMADO JOÃO SIDÓNIO SOUSA DE FREITAS 34 720x-60xxV 2 x pM 2Asd 2 sdRd +=⋅+⋅−= m10,03xm1,97x720x-60x1187,94 21 2 =∨=⇒+= v) Calculo dos comprimentos para dispensa de armadura: MPa3,15 1,5 2,1 112,25fηη2,25faderenciadeTensão ctd21bd =×××=⋅⋅⋅= MPa5,172354 49,72 24,86 f A A σ syd totalsL, dispsL, sd =×=⋅= m0,21 3,15 217,5 4 0,012 f σ 4 l bd sd rqdb, =×=⋅= φ m0,21lll rqdb,rqdb,54321bd ==⋅⋅⋅⋅⋅= ααααα m0,90m0,8921,088,097,1laX bdL11 →=−−=−−= x m,1011m,111121,088,003,10laX bdL22 →=++=++= x Armaduras transversais: i) Cálculo do Esforço Transverso resistente: RESOLUÇÃO DE TESTES E EXAMES DE BETÃO ARMADO JOÃO SIDÓNIO SOUSA DE FREITAS 35 kN267,76V 10435cotg301,0125103,51fsydcotgz, s A V V/mcm3,51, s A Rd 34 mín sw Rd Rd 2 mín sw = ×××××=⋅⋅⋅= ⇒= −θ ii) Determinação dos pontos de dispensa: m3,77x 120 267,76207 p VV x 1 sd Rdsd 1 = − = − = m6//0,304REST. /mcm0,88 4 3,51 , s A /mcm3,51 s A 2 ramo sw4REstribos2sw φ⇒ == →= RESOLUÇÃO DE TESTES E EXAMES DE BETÃO ARMADO JOÃO SIDÓNIO SOUSA DE FREITAS 36 Exame 21/01/2008 GRUPO 1 ACÇÕES: CP = 30 kN/m (γCP=1,5) MATERIAIS: C30/37 SC = 24 kN/m (γSC=1,5) A500NR Rec = 3 cm a) Dimensione as armaduras necessárias à verificação do estado limite último de flexão na secção B. Comente quanto à sua ductilidade. b) Verifique o estado limite último de esforço transverso na secção condicionante e dimensione as suas armaduras. c) Efectue as verificações que achar necessárias (tensões e armaduras) e pormenorize a secção B (armaduras transversais e longitudinais obtidas nas alíneas anteriores). d) Defina os pontos onde pode dispensar metade da armadura principal longitudinal e a armadura transversal para a armadura mínima. RESOLUÇÃO DE TESTES E EXAMES DE BETÃO ARMADO JOÃO SIDÓNIO SOUSA DE FREITAS 37 e) Pormenorize a viga em alçado. GRUPO 2 a) A classe de um betão é indicada pela letra C seguida de dois números (C30/37, por exemplo). O que representam estes dois números e como são obtidos? b) Diga porque razão, para a pormenorização das armaduras longitudinais em vigas, se deve efectuar uma translação de diagramas de momentos flectores de “al=z/2cotgθ”. c) Explique porque razão na análise dos esforços de uma estrutura de betão armado se pode, em geral, desprezar a rigidez de torção. RESOLUÇÃO DE TESTES E EXAMES DE BETÃO ARMADO JOÃO SIDÓNIO SOUSA DE FREITAS 38 Resolução GRUPO 1 Cálculo dos esforços e diagramas: � psd= γCP x CP + γSC x SC =1,5 x 30 + 1,5 x 24 = 81 kN/m Esforços: = = ⇔ = × × =+ ⇒ = ⋅= ∑ ∑ kN04,691R kN66,184R 0 2 13,781 -11R kN1109,7RR 0M pF B sd A sd 2 B sd B sd A sd A ,v Ltotalsd kN.m88,299295,25 8 1181 M kN.m295,25 2 2,781 M kN472,34218,70691,04VkN218,702,781V kN418,66V 2 sd 2 - sd esqB, sd dirB, sd A sd =− × = = × = =−=→=×= = + RESOLUÇÃO DE TESTES E EXAMES DE BETÃO ARMADO JOÃO SIDÓNIO SOUSA DE FREITAS 39 RESOLUÇÃO DE TESTES E EXAMES DE BETÃO ARMADO JOÃO SIDÓNIO SOUSA DE FREITAS 40 a) ARMADURAS LONGITUDINAIS EM B: m956,0 2 012,0 ,008003,0-00,1 2 rec-hd Asestribo = ++= ++= φφ Determinar o valor de momento flector reduzido: 2- 32 cd 2 w sd 104,0382 10200,9560,4 295,25 fdb M ×= ××× = ⋅⋅ =µ Determinar o valor da percentagem mecânica de armadura necessária: i) -2-2-2 104,2012)104,0382(1104,0382)1( ×=×+××=+×= µµω ii) 2- 2- 104,1420 1,21 104,03822,4211 21,1 42,211 ×= ××−− = ×−− = µ ω iii) 2- 2- 104,1236 1,028 104,03822,05511 1,028 2,05511 ×= ××−− = ×−− = µ ω Determinar o valor do valor de k e da posição da L.N.: 0,059m0,9540,062dkx 0,062102196,41,471,47k -2 =×=⋅= =××=⋅= ω Como a posição da Linha Neutra situa-se na alma, o modelo de cálculo utilizado está em conformidade, ou seja, as armaduras podem ser calculadas supondo que a viga é rectangular maciça com b=bw=0,40m. Visto que k <0,5 e x <0,26d (≈0,25m) a secção é considerada dúctil, ou seja, as armaduras entram em cedência antes do betão. RESOLUÇÃO DE TESTES E EXAMES DE BETÃO ARMADO JOÃO SIDÓNIO SOUSA DE FREITAS 41 Cálculo das armaduras longitudinais: 22 syd cd sL cm39,7435 20 956,040,0102196,4 f f dbA =××××=⋅⋅⋅= −− ω b) ARMADURAS TRANSVERSAIS: Determinação do valor do esforço transverso para o cálculo das armaduras: θθ cotgzpV)cotg(zV sdsdsd ⋅⋅−=⋅ i) θ=30°. ii) 0,8604m0,9560,9d0,9z =×=⋅= kN351,6230cotg0,860481472,34)cotg(zV esqB,sd =°××−=⋅ θ kN97,9930cotg0,860481218,70)cotg(zV dirB,sd =°××−=⋅ θ Cálculo das armaduras transversais: /mcm5,42 1043530cotg0,8586 351,62 fcotgz )cotg(zV s A 2 3 syd sd , sw = ××°× = ⋅⋅ ⋅ = θ θesqB /mcm1,51 1043530cotg0,8586 97,99 fcotgz )cotg(zV s A 2 3 syd sd , sw = ××°× = ⋅⋅ ⋅ = θ θdirB Como é uma secção em “T” há necessidade de colocar estribos de ligação banzo-alma, neste caso o valor da área dessa armadura é metade do valor da armadura calculada anteriormente. RESOLUÇÃODE TESTES E EXAMES DE BETÃO ARMADO JOÃO SIDÓNIO SOUSA DE FREITAS 42 RESOLUÇÃO DE TESTES E EXAMES DE BETÃO ARMADO JOÃO SIDÓNIO SOUSA DE FREITAS 43 c) VERIFICAÇÕES: Armaduras longitudinais: i) Armadura mínima: 2t syk ctm mín sL, cm14,390,9541,0500 2,9 0,26db f f 0,26A =×××=⋅⋅⋅=− ii) Armadura máxima: ( ) 2máx sL, cm2320,70,40,31,000,04Ac0,04A =×+××=⋅=− 2 sL 2 mín sL, cm7,40Acm14,39A =>= −− Utilizando varões de 12mm serão necessários 13 varões para verificar o E.L.U. de Flexão AsL, ef (13 φφφφ 12) = 14,69 cm2. iii) Espaçamento entre varões: ( ) ( ) m0,06131 0,016310,00820,0321,00 s 1n Anestribo2c2b s sL = − ×−×−×− = = − ⋅−⋅−⋅− = φφ { } { } m0,06m0,030,02m5mm;0,025-;-0,012m;-máx 2cm5mm;dg;;Amáxs, maioreq,,maiorsL,mín <=+= =+= φφ { } { } 2míns,apoios, cm,394114,39;;AA ⇒−≥−≥− Armaduras transversais: RESOLUÇÃO DE TESTES E EXAMES DE BETÃO ARMADO JOÃO SIDÓNIO SOUSA DE FREITAS 44 i) Armadura mínima: /mcm3,510,40 500 300,08 b f f0,08 , s A 2 w syk ck mín sw =× × =⋅ ⋅ = ii) Diâmetro mínimo dos estribos: { } { } { }4mm6mm;estribo 610,256mm;A0,256mm;estribo sL ≥ ×≥⋅≥ φ φφ iii) Espaçamento máximo entre estribos: ( ) z V comcotg1d0,7s sdestribo =+⋅⋅≤ αα Em geral o espaçamento deve ser inferior a 0,5d, neste caso inferior a 0,48m. Verificação das compressões: i) Devido ao esforço transverso: Bielas comprimidas VerificaMPa10,6MPa2,4σ 1020 250 30 -10,6 cos30sen300,400,9560,9 351,62 σ f 250 f -10,6 cossenbd0,9 )cotg(zV σ BCc, 3 BCc, cd ck w sd BCc, MPaem ⇒≤= ×× ×≤ ×××× = ⋅ ⋅≤ ⋅⋅⋅⋅ ⋅ = θθ θ Pormenorização: i) Armaduras longitudinais Flexão: RESOLUÇÃO DE TESTES E EXAMES DE BETÃO ARMADO JOÃO SIDÓNIO SOUSA DE FREITAS 45 ( )22sL cm14,701231cm14,39A φ⇒=− ii) Armaduras transversais devido ao Esforço Transverso: m8//0,152REST. /mcm2,71 2 5,42 , s A /mcm5,42 s A 2 ramo swramos2deEstribos2 , sw φ⇒ == →= esqB m8//0,252REST. /mcm1,78 2 3,51 , s A /mcm51,3, s A s A 2 ramo sw2REst2 mín sw , sw φ⇒ == →== dirB RESOLUÇÃO DE TESTES E EXAMES DE BETÃO ARMADO JOÃO SIDÓNIO SOUSA DE FREITAS 46 d) DISPENSA DE ARMADURAS: Armaduras longitudinais: Não é possível dispensar armaduras longitudinais superiores, pois esta armadura é a mínima e indispensável para o bom funcionamento da estrutura quer ao nível da resistência, quer ao nível do controlo da fendilhação. Armaduras transversais: i) Cálculo do Esforço Transverso resistente: kN227,54V 10435cotg300,8604103,51fsydcotgz, s A V V/mcm3,51, s A Rd 34 mín sw Rd Rd 2 mín sw = ×××××=⋅⋅⋅= ⇒= −θ ii) Determinação do ponto de dispensa: m3,02x 81 227,54472,34 p VV x sd Rd esqB, sd = − = − = m8//0,252REST. /mcm1,76 2 3,51 , s A /mcm3,51 s A 2 ramo sw 2REstribos2sw φ⇒ == →= RESOLUÇÃO DE TESTES E EXAMES DE BETÃO ARMADO JOÃO SIDÓNIO SOUSA DE FREITAS 47 RESOLUÇÃO DE TESTES E EXAMES DE BETÃO ARMADO JOÃO SIDÓNIO SOUSA DE FREITAS 48 2º Exame 3/02/2004 2ª PARTE ACÇÕES: CP = 48 kN/m (γCP=1,5) MATERIAIS: C30/37 SC = 36 kN/m (γSC=1,5) A500NR Rec = 3 cm a) Verifique a segurança da viga ao E. L. U. de flexão no apoio B. b) Verifique a segurança ao E. L. U. de esforço transverso na zona do apoio B e dimensione as armaduras transversais necessárias. RESOLUÇÃO DE TESTES E EXAMES DE BETÃO ARMADO JOÃO SIDÓNIO SOUSA DE FREITAS 49 c) Pormenorize as armaduras calculadas na secção B Pormenorize as armaduras transversais ao longo do troço AB (não considere alternância de sobrecargas). RESOLUÇÃO DE TESTES E EXAMES DE BETÃO ARMADO JOÃO SIDÓNIO SOUSA DE FREITAS 50 1ª PARTE a) Represente o diagrama momento-curvatura de uma secção de betão armado identificando os fenómenos físicos que nesse diagrama ficam patentes. Identifique o que entende por ductilidade em flexão e explique porquê pode avaliar esse parâmetro através da posição da Linha Neutra no E. L. U. b) Explique porque razão se devem adoptar armaduras longitudinais distribuídas numa viga sujeita à torção. Explique porque razão se trata o E. L. U. de resistência à torção de secções rectangulares com um modelo de secção oca. RESOLUÇÃO DE TESTES E EXAMES DE BETÃO ARMADO JOÃO SIDÓNIO SOUSA DE FREITAS 51 Resolução GRUPO 1 Cálculo dos esforços (tabelas): ( ) kN.m0081 8 8261 M kN3068126 8 5 V kN7838126 8 3 V kN/m12636481,50p 2 - sd esqB, sd A sd sd = × = =××= =××= =+×= a) ARMADURAS LONGITUDINAIS EM B: m95,0 2 025,0 ,008003,0-00,1 2 rec-hd Asestribo = ++= ++= φφ Determinar o valor de momento flector reduzido: RESOLUÇÃO DE TESTES E EXAMES DE BETÃO ARMADO JOÃO SIDÓNIO SOUSA DE FREITAS 52 2- 32 cd 2 w sd 105,5845 10200,951,00 1008 fdb M ×= ××× = ⋅⋅ =µ Determinar o valor da percentagem mecânica de armadura necessária: i) -2-2-2 105,8964)105,5845(1105,5845)1( ×=×+××=+×= µµω ii) 2- 2- 105,7871 1,21 105,58452,4211 21,1 42,211 ×= ××−− = ×−− = µ ω iii) 2- 2- 105,7374 1,028 105,58452,05511 1,028 2,05511 ×= ××−− = ×−− = µ ω Determinar o valor do valor de k e da posição da L.N.: 0,083m0,950,087dkx 0,087102196,41,471,47k -2 =×=⋅= =××=⋅= ω Como a posição da Linha Neutra situa-se no banzo, o modelo de cálculo utilizado está em conformidade, ou seja, as armaduras podem ser calculadas supondo que a viga é rectangular maciça com b=bw=1,00m. Visto que k <0,5 e x <0,26d (≈0,25m) a secção é considerada dúctil, ou seja, as armaduras entram em cedência antes do betão. Cálculo das armaduras longitudinais: 22 syd cd sL 25,75cm435 20 0,951,00105,8964 f f dbA =××××=⋅⋅⋅= −− ω b) ARMADURAS TRANSVERSAIS: Determinação do valor do esforço transverso para o cálculo das armaduras: RESOLUÇÃO DE TESTES E EXAMES DE BETÃO ARMADO JOÃO SIDÓNIO SOUSA DE FREITAS 53 θθ cotgzpV)cotg(zV sdsdsd ⋅⋅−=⋅ i) θ=30° RESOLUÇÃO DE TESTES E EXAMES DE BETÃO ARMADO JOÃO SIDÓNIO SOUSA DE FREITAS 54 ii) 0,855m0,950,9d0,9z =×=⋅= kN,4191130cotg0,855261783)cotg(zV Asd =°××−=⋅ θ kN,4143430cotg0,860481218,70)cotg(zV esqB,sd =°××−=⋅ θ Cálculo das armaduras transversais na alma: /mcm2,97 1043530cotg0,855 191,41 fcotgz )cotg(zV s A 2 3 syd sdsw = ××°× = ⋅⋅ ⋅ = θ θA /mcm6,88 1043530cotg0,855 443,41 fcotgz )cotg(zV s A 2 3 syd sd , sw = ××°× = ⋅⋅ ⋅ = θ θesqB Como é uma secçãoem “T” invertido, há necessidade de colocar armadura de suspensão. sydsuspensão sw f F s A = i) Calculo de F: ( ) ( )[ ] NSCpppp alma k,631161,536251,000,15-48F =×+××=⋅+−= γ /mcm2,68 435000 116,63 f F s A 2 sydsuspensão sw === ii) Armadura total na alma: m8//0,102REST /mcm9,562,686,88 s A s A s A 2 suspensão sw esqB, sw esqB, sw φ→ →=+=+= Total m8//0,152REST /mcm5,652,682,97 s A s A s A 2 suspensão sw A sw A sw φ→ →=+=+= Total RESOLUÇÃO DE TESTES E EXAMES DE BETÃO ARMADO JOÃO SIDÓNIO SOUSA DE FREITAS 55 RESOLUÇÃO DE TESTES E EXAMES DE BETÃO ARMADO JOÃO SIDÓNIO SOUSA DE FREITAS 56 Cálculo das armaduras transversais no banzo: i) Ligação banzo-alma: /mcm3,44 2 6,88 2 A s A 2sw , sf === esqB /mcm1,49 2 2,97 2 A s A 2swsf === A i) Flexão no banzo: kN.m1,27 2 0,37518 M 2 - sd = × = 2- 32 cd 2 sd 100,441 10200,121,00 1,27 fdb M ×= ××× = ⋅⋅ = µ µ 2- -2-2 100,443 )100,441(1100,441 ×= ×+××= ω ω /m0,24cmA 435 20 0,121,00100,443A 2 s 2 s = ××××= − m8//0,202REST/mcm1,960,24 2 3,44 A 2 s A s A 2 s sf esqB, Total/Ramo sf φ→=+=+= m8//0,302REST/mcm0,990,24 2 1,49 A 2 s A s A 2 s sf A Total/Ramo sf φ→=+=+=