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CELIANE MENDES DA SILVA GEDSON LIMA DOS SANTOS JUNIOR LUCAS MATHEUS GOMES BARBOSA MARIA GABRIELA PITA WANDERLEY ATIVIDADE AVALIATIVA – 1ª UP Dimensionamento de vigas de concreto armado à flexão simples MACEIÓ, 2020 CELIANE MENDES DA SILVA GEDSON LIMA DOS SANTOS JUNIOR LUCAS MATHEUS GOMES BARBOSA MARIA GABRIELA PITA WANDERLEY ATIVIDADE AVALIATIVA – 1ª UP Dimensionamento de vigas de concreto armado à flexão simples Atividade solicitada pelo Prof. Me. Jonas Rafael Duarte Cavalcante da disciplina Concreto I do curso de graduação em Engenharia Civil, como requisito para obtenção de nota referente à avaliação da 1ª Unidade Programática. MACEIÓ, 2020 NOTA: Como o local de construção da edificação trata-se de uma zona urbana na cidade de Maceió, adotou a classe de agressividade ambiental II – Moderada, com cobrimento das armaduras igual a 3cm. Dados: 𝑏𝑤 = 15𝑐𝑚 𝑓𝑐𝑘 = 250𝑘𝑔𝑓 𝑐𝑚2 → 25𝑀𝑝𝑎 → 2,5𝐾𝑁 𝑐𝑚2 𝑓𝑐𝑑 = 𝑓𝑐𝑘 𝛾𝑐 𝑓𝑐𝑑 = 2,5 1,4 → 𝑓𝑐𝑑 = 1,786𝐾𝑁 𝑐𝑚2 𝑓𝑦𝑘 = 500𝑀𝑝𝑎 → 50𝐾𝑁 𝑐𝑚2 𝑓𝑦𝑑 = 𝑓𝑦𝑘 𝛾𝑠 𝑓𝑦𝑑 = 50 1,15 → 𝑓𝑦𝑑 = 43,5𝐾𝑁 𝑐𝑚2 𝐷𝑚á𝑥, 𝑎𝑔𝑟𝑒𝑔 = 19𝑚𝑚 Para se dar início ao dimensionamento da viga de concreto armado, utilizou-se do software Ftool para se obter os diagramas de esforços solicitantes da mesma, a fim de se obter os valores característicos de momento fletor e esforço cortante máximos que atuam na tal. VIGA V1 • DIAGRAMA DE CORPO LIVRE • DIAGRAMAS DE ESFORÇOS SOLICITANTES MOMENTO FLETOR ESFORÇO CORTANTE Transformando os valores máximos característicos em valores de cálculo: - Momento fletor 𝑀𝑠𝑘 = 27,4𝐾𝑁𝑚 𝑀𝑠𝑑 = 𝑀𝑠𝑘 ∗ 1,4 𝑀𝑠𝑑 = 38,36𝐾𝑁𝑚 → 3836𝐾𝑁𝑐𝑚 - Esforço cortante 𝑉𝑠𝑘(𝑓𝑎𝑐𝑒) = 18,0𝐾𝑁 𝑉𝑠𝑑 = 𝑉𝑠𝑘 ∗ 1,4 𝑉𝑠𝑑 = 25,2𝐾𝑁 I) Determinação da altura útil Para o DOMÍNIO 2, tem-se: Para Fck< 50 MPa αc = 0,85 e λ = 0,8 Para o domínio 2: 0<Xln ≤ 0,259*d Trabalhando-se com o limite: 𝑋 = 0,259𝑑 𝑀23 = (∝𝑐∗ 𝐹𝑐𝑑) ∗ (𝑏𝑤 ∗ 𝜆 ∗ 𝑋) ∗ (𝑑 − 0,5 ∗ 𝜆 ∗ 𝑋) 3836 = (0,85 ∗ 1,786) ∗ (15 ∗ 0,8 ∗ 0,259 ∗ 𝑑) ∗ (𝑑 − 0,5 ∗ 0,8 ∗ 0,259 ∗ 𝑑) 𝑑 = 30,12 𝑐𝑚 h = d + d” h = 30,12+5 h = 35,12 cm Adotando, para fins construtivos, alturas múltiplas de 5cm h= 40 cm II) Cálculo da armadura de flexão Armadura Tracionada Negativa 𝐴𝑠 = 𝑀𝑑 𝐹𝑦𝑑 ∗ 𝑍 𝐴𝑠 = 3836 43,5 ∗ (30,12 − 0,5 ∗ 0,8 ∗ 0,259 ∗ 30,12) = 3,27𝑐𝑚2 → 3 ∅ 12.5 III) Deformações nos materiais Aço tracionado: 𝜀𝑠 = 1% Concreto: 𝜀𝑐 =? 𝜀𝑐 = 𝑋 − 𝜀𝑠 𝑑 − 𝑋 → 0,259 ∗ 30,12 − 0,01 30,12 − 0,259 ∗ 30,12 = 0,35% IV) Verificação dos espaçamentos entre as barras de aço Colocando 1∅ na segunda camada: 𝑒ℎ, 𝑎𝑑𝑜𝑡 = 𝑏𝑤 ∗ 2 − 𝑐 − 2 ∗ ∅𝑡 − 𝑛 ∗ ∅𝑙 𝑛 − 1 𝑒ℎ, 𝑎𝑑𝑜𝑡 = 15 ∗ 2 − 3 − 2 ∗ 0,5 − 2 ∗ 1,25 2 − 1 = 5,5 𝑐𝑚 > 2,28𝑐𝑚 − 𝑂𝐾! 𝑒ℎ, 𝑚𝑖𝑛 { 2 𝑐𝑚 → 2 𝑐𝑚 ∅𝑙 → 1 𝑐𝑚 1,2 ∗ 𝑑𝑚𝑎𝑥. 𝑎𝑔𝑟𝑒𝑔 → 2,28 𝑐𝑚 𝑒𝑣, 𝑚𝑖𝑛 { 2 𝑐𝑚 → 2 𝑐𝑚 ∅𝑙 → 1 𝑐𝑚 0,5 ∗ 𝑑𝑚𝑎𝑥. 𝑎𝑔𝑟𝑒𝑔 → 0,95 𝑐𝑚 V) Dimensionamento ao cisalhamento - Verificação das bielas comprimidas 𝑉𝑠𝑑 ≤ 𝑉𝑅𝑑2 𝑉𝑟𝑑2 = 0,27 ∗∝𝑣2∗ 𝑓𝑐𝑑 ∗ 𝑏𝑤 ∗ 𝑑 𝑉𝑟𝑑2 = 0,27 ∗ (1 − 25 250 ) ∗ 25 1,4 ∗ 10 ∗ 15 ∗ 30,12 = 196,08𝐾𝑁 > 25,2𝐾𝑁 − 𝑂𝐾! Logo, não há esmagamento das bielas comprimidas. - Verificação das bielas tracionadas 𝑉𝑠𝑑 ≤ 𝑉𝑐0 + 𝑉𝑠𝑤 → 𝑉𝑠𝑤 = 𝑉𝑠𝑑 − 𝑉𝑐𝑜 𝑉𝑐0 = 0,6 ∗ 𝐹𝑐𝑡𝑑 ∗ 𝑏𝑤 ∗ 𝑑 𝑉𝑐0 = 0,6 ∗ 0,15√252 3 10 ∗ 15 ∗ 30,12 = 34,7 𝐾𝑁 Analisando-se o valor de Vco, que é a parcela resistente do concreto à tração diagonal, percebe-se que ele por si só já resiste as solicitações de esforço cortante na viga. Porém, como vigas sem estribos não são exequíveis, por questões construtivas, se adotará a área de aço mínima para os estribos, obedecendo aos parâmetros da NBR6118/14. VI) Dimensionamento da armadura de cisalhamento 𝐴𝑠𝑤, 𝑚𝑖𝑛 𝑆 = 0,2 ∗ 𝐹𝑐𝑡𝑛 ∗ 𝑏𝑤 ∗ 𝑠𝑒𝑛 ∝ 𝐹𝑦𝑤𝑘 𝐴𝑠𝑤, 𝑚𝑖𝑛 𝑆 = 0,2 ∗ 0,3√252 3 ∗ 15 ∗ 𝑠𝑒𝑛90° 50 ∗ 10 = 0,015 𝑐𝑚2 𝑐𝑚 VII) Cálculo do espaçamento entre os estribos 𝐴𝑠𝑤 = 2 ∗ 𝐴5,0 = 0,40 𝑐𝑚 2 Como 𝐴𝑠𝑤,𝑚𝑖𝑛 𝑆 = 0,015 → 𝑆 = 0,40 0,015 = 26,67 𝑐𝑚 Padronizando o espaçamento para múltiplos de 5cm, tem-se: S = 25 cm Realizando a verificação do espaçamento máximo entre os estribos: 𝑉𝑠𝑑 { ≤ 0,67 ∗ 𝑉𝑟𝑑2 → 𝑆𝑚á𝑥 = 0,6 ∗ 𝑑 ≤ 30 𝑐𝑚 > 0,67 ∗ 𝑉𝑟𝑑2 → 𝑆𝑚á𝑥 = 0,3 ∗ 𝑑 ≤ 20 𝑐𝑚 25,2KN <131,37KN Assim, 𝑉𝑠𝑑 < 0,67 ∗ 𝑉𝑅𝑑2, logo: 𝑆𝑚á𝑥 = 0,6 ∗ 30,12 = 18,072𝑐𝑚 ≤ 30 𝑐𝑚 Obedecendo aos parâmetros normativos da NBR6118/14 e às questões construtivas, tem-se: 𝑆𝑎𝑑𝑜𝑡 = 15 𝑐𝑚 ∅𝑡 5.0 𝑐/15 - Seção transversal da viga para o Domínio 2 II) Determinação da altura útil Para o DOMÍNIO 3, tem-se: Para Fck< 50 MPa αc = 0,85 e λ = 0,8 Para o domínio 3: 0,259<Xln ≤ 0,628*d De acordo com os critérios de ductilidade da NBR6118/2014 Fck ≤ 50 →Xln ≤ 0,45*d Fck>50 →Xln ≤ 0,35*d Atendendo aos parâmetros de ductilidade da norma e aos limites da posição da linha neutra para que a viga esteja no Domínio 3 de deformações, adota-se: 𝑋 = 0,45𝑑 𝑀34 = (∝𝑐∗ 𝐹𝑐𝑑) ∗ (𝑏𝑤 ∗ 𝜆 ∗ 𝑋) ∗ (𝑑 − 0,5 ∗ 𝜆 ∗ 𝑋) 3836 = (0,85 ∗ 1,786) ∗ (15 ∗ 0,8 ∗ 0,45 ∗ 𝑑) ∗ (𝑑 − 0,5 ∗ 0,8 ∗ 0,45 ∗ 𝑑) 𝑑 = 23,89 𝑐𝑚 h = 23,89+5 h = 28,89 cm Adotando para fins construtivos alturas múltiplas de 5cm: h= 30 cm III) Cálculo da armadura de flexão Armadura Tracionada Negativa: 𝐴𝑠 = 𝑀𝑑 𝐹𝑦𝑑 ∗ 𝑍 𝐴𝑠 = 3836 43,5 ∗ (23,89 − 0,5 ∗ 0,8 ∗ 0,45 ∗ 23,89) = 4,5𝑐𝑚2 → 4 ∅ 12.5 IV) Deformações nos materiais Concreto: 𝜀𝑐 = 0,35% Aço tracionado: 𝜀𝑠 =? 𝜀𝑠 = 𝜀𝑐 ∗ (𝑑 − 𝑥) 𝑥 → 0,0035 ∗ (23,89 − 0,45 ∗ 23,89) 0,45 ∗ 23,89 = 0,428% V) Verificação dos espaçamentos entre as barras de aço Colocando-se 2∅ na segunda camada: 𝑒ℎ, 𝑎𝑑𝑜𝑡 = 𝑏𝑤 − 2 ∗ 𝑐 − 2 ∗ ∅𝑡 − 𝑛 ∗ ∅𝑙 𝑛 − 1 𝑒ℎ, 𝑎𝑑𝑜𝑡 = 15 − 2 ∗ 3 − 2 ∗ 0,5 − 2 ∗ 1,25 2 − 1 = 5,5 𝑐𝑚 > 2,28𝑐𝑚 − 𝑂𝐾! 𝑒ℎ, 𝑚𝑖𝑛 { 2 𝑐𝑚 → 2 𝑐𝑚 ∅𝑙 → 1,25 𝑐𝑚 1,2 ∗ 𝑑𝑚𝑎𝑥. 𝑎𝑔𝑟𝑒𝑔 → 2,28 𝑐𝑚 𝑒𝑣, 𝑚𝑖𝑛 { 2 𝑐𝑚 → 2 𝑐𝑚 ∅𝑙 → 1,25 𝑐𝑚 0,5 ∗ 𝑑𝑚𝑎𝑥. 𝑎𝑔𝑟𝑒𝑔 → 0,95 𝑐𝑚 VI) Dimensionamento ao cisalhamento - Verificação das bielas comprimidas 𝑉𝑠𝑑 ≤ 𝑉𝑅𝑑2 𝑉𝑟𝑑2 = 0,27 ∗∝𝑣2∗ 𝑓𝑐𝑑 ∗ 𝑏𝑤 ∗ 𝑑 𝑉𝑟𝑑2 = 0,27 ∗ (1 − 25 250 ) ∗ 25 1,4 ∗ 10 ∗ 15 ∗ 23,89 = 155,52 𝐾𝑁 > 25,2𝐾𝑁 − 𝑂𝐾! Logo, não há esmagamento das bielas comprimidas. - Verificação das bielas tracionadas 𝑉𝑠𝑑 ≤ 𝑉𝑐0 + 𝑉𝑠𝑤 → 𝑉𝑠𝑤 = 𝑉𝑠𝑑 − 𝑉𝑐0 𝑉𝑐0 = 0,6 ∗ 𝐹𝑐𝑡𝑑 ∗ 𝑏𝑤 ∗ 𝑑 𝑉𝑐0 = 0,6 ∗ 0,15√252 3 10 ∗ 15 ∗ 23,89 = 27,52 𝐾𝑁 Analisando-se o valor de Vco, que é a parcela resistente do concreto à tração diagonal, percebe-se que ele por si só já resiste as solicitações de esforço cortante na viga. Porém, como vigas sem estribos não são exequíveis, por questões construtivas, se adotará a área de aço mínima para os estribos, obedecendo aos parâmetros da NBR6118/14. VII) Dimensionamento da armadura de cisalhamento 𝐴𝑠𝑤, 𝑚𝑖𝑛 𝑆 = 0,2 ∗ 𝐹𝑐𝑡𝑛 ∗ 𝑏𝑤 ∗ 𝑠𝑒𝑛 ∝ 𝐹𝑦𝑤𝑘 𝐴𝑠𝑤, 𝑚𝑖𝑛 𝑆 = 0,2 ∗ 0,3√252 3 ∗ 15 ∗ 𝑠𝑒𝑛90° 50 ∗ 10 = 0,015 𝑐𝑚2 𝑐𝑚 VIII) Cálculo do espaçamento dos estribos 𝐴𝑠𝑤 = 2 ∗ 𝐴5,0 = 0,40 𝑐𝑚 2 Como 𝐴𝑠𝑤,𝑚𝑖𝑛 𝑆 = 0,015 → 𝑆 = 0,40 0,015 = 26,67 𝑐𝑚 Padronizando o espaçamento para múltiplos de 5cm, adotaremos: S = 25 cm 𝑉𝑠𝑑 { ≤ 0,67 ∗ 𝑉𝑟𝑑2 → 𝑆𝑚á𝑥 = 0,6 ∗ 𝑑 ≤ 30 𝑐𝑚 > 0,67 ∗ 𝑉𝑟𝑑2 → 𝑆𝑚á𝑥 = 0,3 ∗ 𝑑 ≤ 20 𝑐𝑚 25,2 KN <104,2 KN 𝑆𝑚á𝑥 = 0,6∗ 23,89 = 14,33𝑐𝑚 ≤ 30 𝑐𝑚 Obedecendo aos parâmetros normativos da NBR6118/14 e às questões construtivas, tem-se: 𝑆𝑎𝑑𝑜𝑡 = 10 𝑐𝑚 ∅𝑡 5.0 𝑐/10 - Seção transversal da viga para o Domínio 3 II) Determinação da altura útil Para o DOMÍNIO 4, tem-se: Para Fck< 50 MPa αc = 0,85 e λ = 0,8 De acordo com os critérios de ductilidade da NBR6118/2014 Fck ≤ 50 →Xln ≤ 0,45*d Fck>50 →Xln ≤ 0,35*d Trabalhando-se com o limite: 𝑋 = 0,45𝑑 𝑀34 = (∝𝑐∗ 𝐹𝑐𝑑) ∗ (𝑏𝑤 ∗ 𝜆 ∗ 𝑋) ∗ (𝑑 − 0,5 ∗ 𝜆 ∗ 𝑋) 3836 = (0,85 ∗ 1,786) ∗ (15 ∗ 0,8 ∗ 0,45 ∗ 𝑑) ∗ (𝑑 − 0,5 ∗ 0,8 ∗ 0,45 ∗ 𝑑) 𝑑 = 23,89 𝑐𝑚 Reduz-se a altura útil para que a viga esteja no Domínio 4, restando assim, uma segunda parcela de momento que necessitará da armadura dupla para ser suportado. Logo, d = 20 cm Aplicando-se novamente na fórmula e encontrando um M34’: 𝑀′34 = (0,85 ∗ 1,786) ∗ (15 ∗ 0,8 ∗ 0,45 ∗ 20) ∗ (𝑑 − 0,5 ∗ 0,8 ∗ 0,45 ∗ 20) 𝑀′34 = 2688,86 𝐾𝑁 ∗ 𝑐𝑚 h = 20+5 h= 25 cm III) Cálculo da armadura de flexão - Armadura Tracionada Negativa 𝐴𝑠𝑁𝑒𝑔 = 𝑀𝑑 𝐹𝑦𝑑 ∗ 𝑍 + (𝑀𝑑 − 𝑀′34) (𝑑 − 𝑑′) ∗ 𝐹𝑦𝑑 𝐴𝑠 = 3836 43,5 ∗ (20 − 0,5 ∗ 0,8 ∗ 0,45 ∗ 20) + 1147,14 (20 − 5) ∗ 43,5 = 7,12𝑐𝑚2 → 4 ∅ 16.0 - Armadura Comprimida Positiva 𝐴′𝑠 = (𝑀𝑑 − 𝑀′34) (𝑑 − 𝑑′) ∗ 𝐹′𝑠 → 1147,14 (20 − 5) ∗ 43,5 = 1,76 𝑐𝑚2 𝑐𝑚 → 4 ∅ 8.0 IV) Deformações nos materiais Concreto: 𝜀𝑐 = 0,35% Aço tracionado: 𝜀𝑠 =? 𝜀𝑠 = 𝜀𝑐 ∗ (𝑑 − 𝑥) 𝑥 → 0,0035 ∗ (20 − 0,45 ∗ 20) 0,45 ∗ 20 = 0,428% Aço comprimido: 𝜀′𝑠 =? 𝜀𝑠 = 𝜀𝑐 ∗ (𝑥 − 𝑑′) 𝑥 → 0,0035 ∗ (0,45 ∗ 20 − 5) 0,45 ∗ 20 = 0,156% V) Verificação dos espaçamentos entre as barras de aço - Armadura Negativa Colocando-se 2∅ na segunda camada: 𝑒ℎ, 𝑎𝑑𝑜𝑡 = 𝑏𝑤 − 2 ∗ 𝑐 − 2 ∗ ∅𝑡 − 𝑛 ∗ ∅𝑙 𝑛 − 1 𝑒ℎ, 𝑎𝑑𝑜𝑡 = 15 − 2 ∗ 3 − 2 ∗ 0,5 − 2 ∗ 1,6 2 − 1 = 4,8 𝑐𝑚 > 2,28𝑐𝑚 − 𝑂𝐾! - Armadura Positiva Colocando-se 1∅ na segunda camada: 𝑒ℎ, 𝑎𝑑𝑜𝑡 = 𝑏𝑤 − 2 ∗ 𝑐 − 2 ∗ ∅𝑡 − 𝑛 ∗ ∅𝑙 𝑛 − 1 𝑒ℎ, 𝑎𝑑𝑜𝑡 = 15 − 2 ∗ 3 − 2 ∗ 0,5 − 3 ∗ 0,8 3 − 1 = 2,8 𝑐𝑚 > 2,28𝑐𝑚 − 𝑂𝐾! 𝑒ℎ, 𝑚𝑖𝑛 { 2 𝑐𝑚 → 2 𝑐𝑚 ∅𝑙 → 1,6 𝑐𝑚 1,2 ∗ 𝑑𝑚𝑎𝑥. 𝑎𝑔𝑟𝑒𝑔 → 2,28 𝑐𝑚 𝑒𝑣, 𝑚𝑖𝑛 { 2 𝑐𝑚 → 2 𝑐𝑚 ∅𝑙 → 1,6 𝑐𝑚 0,5 ∗ 𝑑𝑚𝑎𝑥. 𝑎𝑔𝑟𝑒𝑔 → 0,95 𝑐𝑚 VI) Dimensionamento ao cisalhamento - Verificação das bielas comprimidas 𝑉𝑠𝑑 ≤ 𝑉𝑅𝑑2 𝑉𝑟𝑑2 = 0,27 ∗∝𝑣2∗ 𝑓𝑐𝑑 ∗ 𝑏𝑤 ∗ 𝑑 𝑉𝑟𝑑2 = 0,27 ∗ (1 − 25 250 ) ∗ 25 1,4 ∗ 10 ∗ 15 ∗ 20 = 130,2𝐾𝑁 > 25,2𝐾𝑁 − 𝑂𝐾! Logo, não há esmagamento das bielas comprimidas. - Verificação das bielas tracionadas 𝑉𝑠𝑑 ≤ 𝑉𝑐0 + 𝑉𝑠𝑤 → 𝑉𝑠𝑤 = 𝑉𝑠𝑑 − 𝑉𝑐0 𝑉𝑐0 = 0,6 ∗ 𝐹𝑐𝑡𝑑 ∗ 𝑏𝑤 ∗ 𝑑 𝑉𝑐0 = 0,6 ∗ 0,15√252 3 10 ∗ 15 ∗ 20 = 23,04 𝐾𝑁 𝑉𝑠𝑤 = 2,16𝐾𝑁 VII) Dimensionamento da armadura de cisalhamento 𝐴𝑠𝑤 𝑆 = 𝑉𝑠𝑤 0,9 ∗ 𝑑 ∗ 𝐹𝑦𝑤𝑑 ∗ (𝑠𝑒𝑛 ∝ +𝑐𝑜𝑠 ∝) 𝐴𝑠𝑤 𝑆 = 2,16 0,9 ∗ 20 ∗ 43,5 ∗ (𝑠𝑒𝑛90° + 𝑐𝑜𝑠90°) = 0,0028 𝑐𝑚2 𝑐𝑚 • Verificação da armadura mínima 𝐴𝑠𝑤, 𝑚𝑖𝑛 𝑆 = 0,2 ∗ 𝐹𝑐𝑡𝑛 ∗ 𝑏𝑤 ∗ 𝑠𝑒𝑛 ∝ 𝐹𝑦𝑤𝑘 𝐴𝑠𝑤, 𝑚𝑖𝑛 𝑆 = 0,2 ∗ 0,3√252 3 ∗ 15 ∗ 𝑠𝑒𝑛90° 50 ∗ 10 = 0,015 𝑐𝑚2 𝑐𝑚 Como 𝐴𝑠𝑤,𝑚𝑖𝑛 𝑆 > 𝐴𝑠𝑤 𝑆 , adota-se o maior, logo, 𝐴𝑠𝑤,𝑚𝑖𝑛 𝑆 = 0,015 𝑐𝑚2 𝑐𝑚 VIII) Cálculo do espaçamento dos estribos 𝐴𝑠𝑤 = 2 ∗ 𝐴5,0 = 0,40 𝑐𝑚 2 Como 𝐴𝑠𝑤,𝑚𝑖𝑛 𝑆 = 0,015 → 𝑆 = 0,40 0,015 = 26,67 𝑐𝑚 Padronizando o espaçamento para múltiplos de 5cm, adota-se: S = 25 cm 𝑉𝑠𝑑 { ≤ 0,67 ∗ 𝑉𝑟𝑑2 → 𝑆𝑚á𝑥 = 0,6 ∗ 𝑑 ≤ 30 𝑐𝑚 > 0,67 ∗ 𝑉𝑟𝑑2 → 𝑆𝑚á𝑥 = 0,3 ∗ 𝑑 ≤ 20 𝑐𝑚 25,2 KN <87,23 KN 𝑆𝑚á𝑥 = 0,6 ∗ 20 = 12𝑚 ≤ 30 𝑐𝑚 Obedecendo aos parâmetros normativos da NBR6118/14 e às questões construtivas, tem-se: 𝑆𝑎𝑑𝑜𝑡 = 10 𝑐𝑚 ∅𝑡 5.0 𝑐/10 - Seção transversal da viga para o Domínio 4 A seguir, tem-se um quadro comparativo acerca das áreas de aço necessárias para a viga que foi dimensionada através dos 3 domínios de deformação. Área de aço Domínio 2 Domínio 3 Domínio 4 Positiva - - 1,76cm² Negativa 3,27cm² 4,5cm² 7,12cm² Total 3,27cm² 4,5cm² 8,88cm² Analisando-se o quadro percebe-se que o Domínio 4, do ponto de vista econômico, será o mais custoso, pois apresenta uma taxa de aço elevada, contudo uma altura útil reduzida. Vê-se que o Domínio 2 apresenta a menor área de aço, porém a sua altura útil é a maior dentre os três domínios. Por fim, ressalta-se o Domínio 3, pois apresenta uma altura útil intermediária e uma taxa de aço razoável, tendo em vista que o mesmo é o que apresenta o melhor aproveitamento dos materiais. Para se dar início ao dimensionamento da viga de concreto armado, utilizou-se do software Ftool para se obter os diagramas de esforços solicitantes da mesma, a fim de se obter os valores característicos de momento fletor e esforço cortante máximos que atuam na tal. VIGA V2 • DIAGRAMA DE CORPO LIVRE • DIAGRAMA DE ESFORÇOS SOLICITANTES MOMENTO FLETOR ESFORÇO CORTANTE Transformando os valores máximos característicos em valores de cálculo: - Momento fletor 𝑀𝑠𝑘 = 23,3𝐾𝑁𝑚 𝑀𝑠𝑑 = 𝑀𝑠𝑘 ∗ 1,4 𝑀𝑠𝑑 = 36,82𝐾𝑁𝑚 → 3682𝐾𝑁𝑐𝑚 - Esforço cortante 𝑉𝑠𝑘(𝑓𝑎𝑐𝑒) = 17,5𝐾𝑁 𝑉𝑠𝑑 = 𝑉𝑠𝑘 ∗ 1,4 𝑉𝑠𝑑 = 24,5𝐾𝑁 II) Determinação da altura útil Para o DOMÍNIO 2, tem-se: Para Fck<50 MPa αc = 0,85 e λ = 0,8 Para o domínio 2: 0<Xln ≤ 0,259*d Trabalhando-se com o limite: 𝑋 = 0,259𝑑 𝑀23 = (∝𝑐∗ 𝐹𝑐𝑑) ∗ (𝑏𝑤 ∗ 𝜆 ∗ 𝑋) ∗ (𝑑 − 0,5 ∗ 𝜆 ∗ 𝑋) 1974 = (0,85 ∗ 1,786) ∗ (14 ∗ 0,8 ∗ 0,259 ∗ 𝑑) ∗ (𝑑 − 0,5 ∗ 0,8 ∗ 0,259 ∗ 𝑑) 𝑑 = 31,93 𝑐𝑚 h = d + d” h = 31,93+5 h = 36,93 cm Adotando, para fins construtivos, alturas múltiplas de 5cm h= 40 cm III) Cálculo da armadura de flexão Armadura tracionada Negativa 𝐴𝑠 = 𝑀𝑑 𝐹𝑦𝑑 ∗ 𝑍 𝐴𝑠 = 1974 43,5 ∗ (31,93 − 0,5 ∗ 0,8 ∗ 0,259 ∗ 31,93) = 2,95𝑐𝑚2 → 4 ∅ 10.0 IV) Deformações nos materiais Aço tracionado: 𝜀𝑠 = 1% Concreto: 𝜀𝑐 =? 𝜀𝑐 = 𝑋 − 𝜀𝑠 𝑑 − 𝑋 → 0,259 ∗ 31,93 − 0,01 31,93 − 0,259 ∗ 31,93 = 0,35% V) Verificação dos espaçamentos entre as barras de aço Colocando-se 2∅ na segunda camada: 𝑒ℎ, 𝑎𝑑𝑜𝑡 = 𝑏𝑤 − 2 ∗ 𝑐 − 2 ∗ ∅𝑡 − 𝑛 ∗ ∅𝑙 𝑛 − 1 𝑒ℎ, 𝑎𝑑𝑜𝑡 = 14 − 2 ∗ 3 − 2 ∗ 0,5 − 2 ∗ 1 2 − 1 = 5 𝑐𝑚 > 2,28𝑐𝑚 − 𝑂𝐾! 𝑒ℎ, 𝑚𝑖𝑛 { 2 𝑐𝑚 → 2 𝑐𝑚 ∅𝑙 → 1 𝑐𝑚 1,2 ∗ 𝑑𝑚𝑎𝑥. 𝑎𝑔𝑟𝑒𝑔 → 2,28 𝑐𝑚 𝑒𝑣, 𝑚𝑖𝑛 { 2 𝑐𝑚 → 2 𝑐𝑚 ∅𝑙 → 1 𝑐𝑚 0,5 ∗ 𝑑𝑚𝑎𝑥. 𝑎𝑔𝑟𝑒𝑔 → 0,95 𝑐𝑚 VI) Dimensionamento ao cisalhamento - Verificação das bielas comprimidas 𝑉𝑠𝑑 ≤ 𝑉𝑅𝑑2 𝑉𝑟𝑑2 = 0,27 ∗∝𝑣2∗ 𝑓𝑐𝑑 ∗ 𝑏𝑤 ∗ 𝑑 𝑉𝑟𝑑2 = 0,27 ∗ (1 − 25 250 ) ∗ 25 1,4 ∗ 10 ∗ 14 ∗ 31,93 = 193,97𝐾𝑁 > 16,1𝐾𝑁 − 𝑂𝐾! Logo, não há esmagamento das bielas comprimidas. - Verificação das bielas tracionadas 𝑉𝑠𝑑 ≤ 𝑉𝑐0 + 𝑉𝑠𝑤 → 𝑉𝑠𝑤 = 𝑉𝑠𝑑 − 𝑉𝑐𝑜 𝑉𝑐0 = 0,6 ∗ 𝐹𝑐𝑡𝑑 ∗ 𝑏𝑤 ∗ 𝑑 𝑉𝑐0 = 0,6 ∗ 0,15√252 3 10 ∗ 14 ∗ 31,93 = 34,39 𝐾𝑁 Analisando-se o valor de Vco, que é a parcela resistente do concreto à tração diagonal, percebe-se que ele por si só já resiste as solicitações de esforço cortante na viga. Porém, como vigas sem estribos não são exequíveis, por questões construtivas, se adotará a área de aço mínima para os estribos, obedecendo aos parâmetros da NBR6118/14. VII) Dimensionamento da armadura de cisalhamento 𝐴𝑠𝑤, 𝑚𝑖𝑛 𝑆 = 0,2 ∗ 𝐹𝑐𝑡𝑛 ∗ 𝑏𝑤 ∗ 𝑠𝑒𝑛 ∝ 𝐹𝑦𝑤𝑘 𝐴𝑠𝑤, 𝑚𝑖𝑛 𝑆 = 0,2 ∗ 0,3√252 3 ∗ 14 ∗ 𝑠𝑒𝑛90° 50 ∗ 10 = 0,014 𝑐𝑚2 𝑐𝑚 VIII) Cálculo do espaçamento entre os estribos 𝐴𝑠𝑤 = 2 ∗ 𝐴5,0 = 0,40 𝑐𝑚 2 Como 𝐴𝑠𝑤,𝑚𝑖𝑛 𝑆 = 0,014 → 𝑆 = 0,40 0,014= 28,57 𝑐𝑚 Padronizando o espaçamento para múltiplos de 5cm, tem-se: S = 25 cm Realizando a verificação do espaçamento máximo entre os estribos: 𝑉𝑠𝑑 { ≤ 0,67 ∗ 𝑉𝑟𝑑2 → 𝑆𝑚á𝑥 = 0,6 ∗ 𝑑 ≤ 30 𝑐𝑚 > 0,67 ∗ 𝑉𝑟𝑑2 → 𝑆𝑚á𝑥 = 0,3 ∗ 𝑑 ≤ 20 𝑐𝑚 24,5KN < 129,96KN Assim, 𝑉𝑠𝑑 < 0,67 ∗ 𝑉𝑅𝑑2, logo: 𝑆𝑚á𝑥 = 0,6 ∗ 31,93 = 19,16 ≤ 30 𝑐𝑚 Obedecendo aos parâmetros normativos da NBR6118/14 e às questões construtivas, tem-se: 𝑆𝑎𝑑𝑜𝑡 = 15𝑐𝑚 ∅𝑡 5.0 𝑐/15 - Seção transversal da viga para o Domínio 2 II) Determinação da altura útil Para o DOMÍNIO 3, tem-se: Para Fck<50 MPa αc = 0,85 e λ = 0,8 Para o domínio 3: 0,259<Xln ≤ 0,628*d De acordo com os critérios de ductilidade da NBR6118/2014 Fck ≤ 50 →Xln ≤ 0,45*d Fck>50 →Xln ≤ 0,35*d Atendendo aos parâmetros de ductilidade da norma e aos limites da posição da linha neutra para que a viga esteja no Domínio 3 de deformações, adota-se: 𝑋 = 0,45𝑑 𝑀34 = (∝𝑐∗ 𝐹𝑐𝑑) ∗ (𝑏𝑤 ∗ 𝜆 ∗ 𝑋) ∗ (𝑑 − 0,5 ∗ 𝜆 ∗ 𝑋) 1974 = (0,85 ∗ 1,786) ∗ (14 ∗ 0,8 ∗ 0,45 ∗ 𝑑) ∗ (𝑑 − 0,5 ∗ 0,8 ∗ 0,45 ∗ 𝑑) 𝑑 = 24,26 𝑐𝑚 h = 24,26+5 h = 29,26 cm Adotando para fins construtivos alturas múltiplas de 5cm: h= 30 cm III) Cálculo da armadura de flexão Armadura Tracionada Negativa: 𝐴𝑠 = 𝑀𝑑 𝐹𝑦𝑑 ∗ 𝑍 𝐴𝑠 = 3682 43,5 ∗ (24,26 − 0,5 ∗ 0,8 ∗ 0,45 ∗ 24,26) = 4,25𝑐𝑚2 → 4 ∅ 12.5 IV) Deformações nos materiais Concreto: 𝜀𝑐 = 0,35% Aço tracionado: 𝜀𝑠 =? 𝜀𝑠 = 𝜀𝑐 ∗ (𝑑 − 𝑥) 𝑥 → 0,0035 ∗ (24,26 − 0,45 ∗ 24,26) 0,45 ∗ 24,26 = 0,428% V) Verificação dos espaçamentos entre as barras de aço Colocando-se 2∅ na segunda camada: 𝑒ℎ, 𝑎𝑑𝑜𝑡 = 𝑏𝑤 − 2 ∗ 𝑐 − 2 ∗ ∅𝑡 − 𝑛 ∗ ∅𝑙 𝑛 − 1 𝑒ℎ, 𝑎𝑑𝑜𝑡 = 14 − 2 ∗ 3 − 2 ∗ 0,5 − 2 ∗ 1,25 2 − 1 = 4,5 𝑐𝑚 > 2,28𝑐𝑚 − 𝑂𝐾! 𝑒ℎ, 𝑚𝑖𝑛 { 2 𝑐𝑚 → 2 𝑐𝑚 ∅𝑙 → 1,25 𝑐𝑚 1,2 ∗ 𝑑𝑚𝑎𝑥. 𝑎𝑔𝑟𝑒𝑔 → 2,28 𝑐𝑚 𝑒𝑣, 𝑚𝑖𝑛 { 2 𝑐𝑚 → 2 𝑐𝑚 ∅𝑙 → 1,25 𝑐𝑚 0,5 ∗ 𝑑𝑚𝑎𝑥. 𝑎𝑔𝑟𝑒𝑔 → 0,95 𝑐𝑚 VI) Dimensionamento ao cisalhamento - Verificação das bielas comprimidas 𝑉𝑠𝑑 ≤ 𝑉𝑅𝑑2 𝑉𝑟𝑑2 = 0,27 ∗∝𝑣2∗ 𝑓𝑐𝑑 ∗ 𝑏𝑤 ∗ 𝑑 𝑉𝑟𝑑2 = 0,27 ∗ (1 − 25 250 ) ∗ 25 1,4 ∗ 10 ∗ 14 ∗ 24,26 = 147,37𝐾𝑁 > 16,1𝐾𝑁 − 𝑂𝐾! Logo, não há esmagamento das bielas comprimidas. - Verificação das bielas tracionadas 𝑉𝑠𝑑 ≤ 𝑉𝑐0 + 𝑉𝑠𝑤 → 𝑉𝑠𝑤 = 𝑉𝑠𝑑 − 𝑉𝑐0 𝑉𝑐0 = 0,6 ∗ 𝐹𝑐𝑡𝑑 ∗ 𝑏𝑤 ∗ 𝑑 𝑉𝑐0 = 0,6 ∗ 0,15√252 3 10 ∗ 14 ∗ 24,26 = 26,08 𝐾𝑁 Analisando-se o valor de Vco, que é a parcela resistente do concreto à tração diagonal, percebe-se que ele por si só já resiste as solicitações de esforço cortante na viga. Porém, como vigas sem estribos não são exequíveis, por questões construtivas, se adotará a área de aço mínima para os estribos, obedecendo aos parâmetros da NBR6118/14. VII) Dimensionamento da armadura de cisalhamento 𝐴𝑠𝑤, 𝑚𝑖𝑛 𝑆 = 0,2 ∗ 𝐹𝑐𝑡𝑛 ∗ 𝑏𝑤 ∗ 𝑠𝑒𝑛 ∝ 𝐹𝑦𝑤𝑘 𝐴𝑠𝑤, 𝑚𝑖𝑛 𝑆 = 0,2 ∗ 0,3√252 3 ∗ 14 ∗ 𝑠𝑒𝑛90° 50 ∗ 10 = 0,014 𝑐𝑚2 𝑐𝑚 VIII) Cálculo do espaçamento dos estribos 𝐴𝑠𝑤 = 2 ∗ 𝐴5,0 = 0,40 𝑐𝑚 2 Como 𝐴𝑠𝑤,𝑚𝑖𝑛 𝑆 = 0,014 → 𝑆 = 0,40 0,014 = 28,57 𝑐𝑚 Padronizando o espaçamento para múltiplos de 5cm, adotaremos: S = 25 cm 𝑉𝑠𝑑 { ≤ 0,67 ∗ 𝑉𝑟𝑑2 → 𝑆𝑚á𝑥 = 0,6 ∗ 𝑑 ≤ 30 𝑐𝑚 > 0,67 ∗ 𝑉𝑟𝑑2 → 𝑆𝑚á𝑥 = 0,3 ∗ 𝑑 ≤ 20 𝑐𝑚 16,1 KN <98,73 KN 𝑆𝑚á𝑥 = 0,6 ∗ 24,26 = 14,55 ≤ 30 𝑐𝑚 Obedecendo aos parâmetros normativos da NBR6118/14 e às questões construtivas, tem-se: 𝑆𝑎𝑑𝑜𝑡 = 10 𝑐𝑚 ∅𝑡 5.0 𝑐/10 - Seção transversal da viga para o Domínio 3 II) Determinação da altura útil Para o DOMÍNIO 4, tem-se: Para Fck<50 MPa αc = 0,85 e λ = 0,8 De acordo com os critérios de ductilidade da NBR6118/2014 Fck ≤ 50 →Xln ≤ 0,45*d Fck>50 →Xln ≤ 0,35*d Trabalhando-se com o limite: 𝑋 = 0,45𝑑 𝑀34 = (∝𝑐∗ 𝐹𝑐𝑑) ∗ (𝑏𝑤 ∗ 𝜆 ∗ 𝑋) ∗ (𝑑 − 0,5 ∗ 𝜆 ∗ 𝑋) 1974 = (0,85 ∗ 1,786) ∗ (15 ∗ 0,8 ∗ 0,45 ∗ 𝑑) ∗ (𝑑 − 0,5 ∗ 0,8 ∗ 0,45 ∗ 𝑑) 𝑑 = 24,26 𝑐𝑚 Reduz-se a altura útil para que a viga esteja no Domínio 4, restando assim, uma segunda parcela de momento que necessitará da armadura dupla para ser suportado. Logo, d = 20 cm Aplicando-se novamente na fórmula e encontrando um M34’: 𝑀′34 = (0,85 ∗ 1,786) ∗ (14 ∗ 0,8 ∗ 0,45 ∗ 20) ∗ (20 − 0,5 ∗ 0,8 ∗ 0,45 ∗ 20) 𝑀′34 = 2509,60 𝐾𝑁 ∗ 𝑐𝑚 h = 20+5 h= 25 cm III) Cálculo da armadura de flexão - Armadura Tracionada Negativa 𝐴𝑠𝑁𝑒𝑔 = 𝑀𝑑 𝐹𝑦𝑑 ∗ 𝑍 + (𝑀𝑑 − 𝑀′34) (𝑑 − 𝑑′) ∗ 𝐹𝑦𝑑 𝐴𝑠 = 3682 43,5 ∗ (14 − 0,5 ∗ 0,8 ∗ 0,45 ∗ 14) + 1172,4 (20 − 5) ∗ 43,5 = 6,958𝑐𝑚2 → 4 ∅ 16.0 - Armadura Comprimida Positiva 𝐴′𝑠 = (𝑀𝑑 − 𝑀′34) (𝑑 − 𝑑′) ∗ 𝐹′𝑠 → 1172,4 (20 − 5) ∗ 43,5 = 1,8 𝑐𝑚2 𝑐𝑚 → 4 ∅ 8.0 IV) Deformações nos materiais Concreto: 𝜀𝑐 = 0,35% Aço tracionado: 𝜀𝑠 =? 𝜀𝑠 = 𝜀𝑐 ∗ (𝑑 − 𝑥) 𝑥 → 0,0035 ∗ (14 − 0,45 ∗ 20) 0,45 ∗ 20 = 0,428% Aço comprimido: 𝜀′𝑠 =? 𝜀𝑠 = 𝜀𝑐 ∗ (𝑥 − 𝑑′) 𝑥 → 0,0035 ∗ (0,45 ∗ 20 − 5) 0,45 ∗ 20 = 0,155% V) Verificação dos espaçamentos entre as barras de aço - Armadura Negativa Colocando-se 2∅ na segunda camada: 𝑒ℎ, 𝑎𝑑𝑜𝑡 = 𝑏𝑤 − 2 ∗ 𝑐 − 2 ∗ ∅𝑡 − 𝑛 ∗ ∅𝑙 𝑛 − 1 𝑒ℎ, 𝑎𝑑𝑜𝑡 = 14 − 2 ∗ 3 − 2 ∗ 0,5 − 2 ∗ 16 2 − 1 = 4,5 𝑐𝑚 > 3,8𝑐𝑚 − 𝑂𝐾! - Armadura Positiva Colocando-se 2∅ na segunda camada: 𝑒ℎ, 𝑎𝑑𝑜𝑡 = 𝑏𝑤 − 2 ∗ 𝑐 − 2 ∗ ∅𝑡 − 𝑛 ∗ ∅𝑙 𝑛 − 1 𝑒ℎ, 𝑎𝑑𝑜𝑡 = 14 − 2 ∗ 3 − 2 ∗ 0,5 − 2 ∗ 0,8 2 − 1 = 5,4 𝑐𝑚 > 2,28𝑐𝑚 − 𝑂𝐾! 𝑒ℎ, 𝑚𝑖𝑛 { 2 𝑐𝑚 → 2 𝑐𝑚 ∅𝑙 → 1,6 𝑐𝑚 1,2 ∗ 𝑑𝑚𝑎𝑥. 𝑎𝑔𝑟𝑒𝑔 → 2,28 𝑐𝑚 𝑒𝑣, 𝑚𝑖𝑛 { 2 𝑐𝑚 → 2 𝑐𝑚 ∅𝑙 → 1,6 𝑐𝑚 0,5 ∗ 𝑑𝑚𝑎𝑥. 𝑎𝑔𝑟𝑒𝑔 → 0,95 𝑐𝑚 VI) Dimensionamento ao cisalhamento - Verificação das bielas comprimidas 𝑉𝑠𝑑 ≤ 𝑉𝑅𝑑2 𝑉𝑟𝑑2 = 0,27 ∗∝𝑣2∗ 𝑓𝑐𝑑 ∗ 𝑏𝑤 ∗ 𝑑 𝑉𝑟𝑑2 = 0,27 ∗ (1 − 25 250 ) ∗ 25 1,4 ∗ 10 ∗ 14 ∗ 20 = 121,5𝐾𝑁 > 16,1𝐾𝑁 − 𝑂𝐾! Logo, não há esmagamento das bielas comprimidas. - Verificação das bielas tracionadas 𝑉𝑠𝑑 ≤ 𝑉𝑐0 + 𝑉𝑠𝑤 → 𝑉𝑠𝑑 = 𝑉𝑠𝑑 − 𝑉𝑐0 𝑉𝑐0 = 0,6 ∗ 𝐹𝑐𝑡𝑑 ∗ 𝑏𝑤 ∗ 𝑑 𝑉𝑐0 = 0,6 ∗ 0,15√252 3 10 ∗ 14 ∗ 20 = 21,504 𝐾𝑁 Analisando-se o valor de Vco, que é a parcela resistente do concreto à tração diagonal, percebe-se que ele por si só já resiste as solicitações de esforço cortante na viga. Porém, como vigas sem estribos não são exequíveis, por questões construtivas, se adotará a área de aço mínima para os estribos, obedecendo aos parâmetros da NBR6118/14. VII) Dimensionamento da armadura de cisalhamento 𝐴𝑠𝑤, 𝑚𝑖𝑛 𝑆 = 0,2 ∗ 𝐹𝑐𝑡𝑛 ∗ 𝑏𝑤 ∗ 𝑠𝑒𝑛 ∝ 𝐹𝑦𝑤𝑘 𝐴𝑠𝑤, 𝑚𝑖𝑛 𝑆 = 0,2 ∗ 0,3√252 3 ∗ 14 ∗ 𝑠𝑒𝑛90° 50 ∗ 10 = 0,014 𝑐𝑚2 𝑐𝑚 VIII) Cálculo do espaçamento dos estribos 𝐴𝑠𝑤 = 2 ∗ 𝐴5,0 = 0,40 𝑐𝑚 2 Como 𝐴𝑠𝑤,𝑚𝑖𝑛 𝑆 = 0,014 → 𝑆 = 0,40 0,014 = 28,57 𝑐𝑚 Padronizando o espaçamento para múltiplos de 5cm, adota-se: S = 25 cm 𝑉𝑠𝑑 { ≤ 0,67 ∗ 𝑉𝑟𝑑2 → 𝑆𝑚á𝑥 = 0,6 ∗ 𝑑 ≤ 30 𝑐𝑚 > 0,67 ∗ 𝑉𝑟𝑑2 → 𝑆𝑚á𝑥 = 0,3 ∗ 𝑑 ≤ 20 𝑐𝑚 14,5 KN <80,405 KN 𝑆𝑚á𝑥 = 0,6 ∗ 20 = 12𝑐𝑚 ≤ 30 𝑐𝑚 Obedecendo aos parâmetros normativos da NBR6118/14 e às questões construtivas, tem-se: 𝑆𝑎𝑑𝑜𝑡 = 10 𝑐𝑚 ∅𝑡 5.0 𝑐/10 - Seção transversal da viga para o Domínio 4 A seguir, tem-se um quadro comparativo acerca das áreas de aço necessárias para a viga que foi dimensionada através dos 3 domínios de deformação. Área de aço Domínio 2 Domínio 3 Domínio 4 Positiva - - 1,8cm² Negativa 2,95cm² 4,25cm² 6,96cm² Total 2,95cm² 4,25cm² 8,76cm² Analisando-se o quadro percebe-se que o Domínio 4, do ponto de vista econômico, será o mais custoso, pois apresenta uma taxa de aço elevada,contudo uma altura útil reduzida. Vê-se que o Domínio 2 apresenta a menor área de aço, porém a sua altura útil é a maior dentre os três domínios. Por fim, ressalta-se o Domínio 3, pois apresenta uma altura útil intermediária e uma taxa de aço razoável, tendo em vista que o mesmo é o que apresenta o melhor aproveitamento dos materiais. Dados: 𝑏𝑤 = 15𝑐𝑚 𝑓𝑐𝑘 = 250𝑘𝑔𝑓 𝑐𝑚2 → 25𝑀𝑝𝑎 → 2,5𝐾𝑁 𝑐𝑚2 𝑓𝑐𝑑 = 𝑓𝑐𝑘 𝛾𝑐 𝑓𝑐𝑑 = 2,5 1,4 → 𝑓𝑐𝑑 = 1,786𝐾𝑁 𝑐𝑚2 𝑓𝑦𝑘 = 500𝑀𝑝𝑎 → 50𝐾𝑁 𝑐𝑚2 𝑓𝑦𝑑 = 𝑓𝑦𝑘 𝛾𝑠 𝑓𝑦𝑑 = 50 1,15 → 𝑓𝑦𝑑 = 43,5𝐾𝑁 𝑐𝑚2 𝐷𝑚á𝑥, 𝑎𝑔𝑟𝑒𝑔 = 19𝑚𝑚 Para se dar início ao dimensionamento da viga de concreto armado, utilizou-se do software Ftool para se obter os diagramas de esforços solicitantes da mesma, a fim de se obter os valores característicos de momento fletor e esforço cortante máximos que atuam na tal. VIGA V4 • DIAGRAMA DE CORPO LIVRE • DIAGRAMA DE ESFORÇOS SOLICITANTES MOMENTO FLETOR ESFORÇO CORTANTE Transformando os valores máximos característicos em valores de cálculo: - Momento fletor 𝑀𝑠𝑘 = 14,2𝐾𝑁𝑚 𝑀𝑠𝑑 = 𝑀𝑠𝑘 ∗ 1,4 𝑀𝑠𝑑 = 19,88𝐾𝑁𝑚 → 1988𝐾𝑁𝑐𝑚 - Esforço cortante 𝑉𝑠𝑘(𝑓𝑎𝑐𝑒) = 11,6𝐾𝑁 𝑉𝑠𝑑 = 𝑉𝑠𝑘 ∗ 1,4 𝑉𝑠𝑑 = 16,24𝐾𝑁 II) Determinação da altura útil Para o DOMÍNIO 2, tem-se: Para Fck< 50 MPa αc = 0,85 e λ = 0,8 Para o domínio 2: 0<Xln ≤ 0,259*d Trabalhando-se com o limite: 𝑋 = 0,259𝑑 𝑀23 = (∝𝑐∗ 𝐹𝑐𝑑) ∗ (𝑏𝑤 ∗ 𝜆 ∗ 𝑋) ∗ (𝑑 − 0,5 ∗ 𝜆 ∗ 𝑋) 1988 = (0,85 ∗ 1,785) ∗ (15 ∗ 0,8 ∗ 0,259 ∗ 𝑑) ∗ (𝑑 − 0,5 ∗ 0,8 ∗ 0,259 ∗ 𝑑) 𝑑 = 21,70 𝑐𝑚 h = d + d” h = 21,70+5 h = 26,70 cm Adotando, para fins construtivos, alturas múltiplas de 5cm h= 30 cm III) Cálculo da armadura de flexão Armadura tracionada positiva 𝐴𝑠 = 𝑀𝑑 𝐹𝑦𝑑 ∗ 𝑍 𝐴𝑠 = 1988 43,5 ∗ (21,70 − 0,5 ∗ 0,8 ∗ 0,259 ∗ 21,70) = 2,35𝑐𝑚2 → 5 ∅ 8.0 IV) Deformações nos materiais Aço tracionado: 𝜀𝑠 = 1% Concreto: 𝜀𝑐 =? 𝜀𝑐 = 𝑋 − 𝜀𝑠 𝑑 − 𝑋 → 0,259 ∗ 21,70 − 0,01 21,70 − 0,259 ∗ 21,70 = 0,35% V) Verificação dos espaçamentos entre as barras de aço Colocando-se 2∅ na segunda camada: 𝑒ℎ, 𝑎𝑑𝑜𝑡 = 𝑏𝑤 ∗ 2 − 𝑐 − 2 ∗ ∅𝑡 − 𝑛 ∗ ∅𝑙 𝑛 − 1 𝑒ℎ, 𝑎𝑑𝑜𝑡 = 15 ∗ 2 − 3 − 2 ∗ 0,5 − 3 ∗ 0,8 3 − 1 = 2,8 𝑐𝑚 > 2,28𝑐𝑚 − 𝑂𝐾! 𝑒ℎ, 𝑚𝑖𝑛 { 2 𝑐𝑚 → 2 𝑐𝑚 ∅𝑙 → 1 𝑐𝑚 1,2 ∗ 𝑑𝑚𝑎𝑥. 𝑎𝑔𝑟𝑒𝑔 → 2,28 𝑐𝑚 𝑒𝑣, 𝑚𝑖𝑛 { 2 𝑐𝑚 → 2 𝑐𝑚 ∅𝑙 → 1 𝑐𝑚 0,5 ∗ 𝑑𝑚𝑎𝑥. 𝑎𝑔𝑟𝑒𝑔 → 0,95 𝑐𝑚 VI) Dimensionamento ao cisalhamento - Verificação das bielas comprimidas 𝑉𝑠𝑑 ≤ 𝑉𝑅𝑑2 𝑉𝑟𝑑2 = 0,27 ∗∝𝑣2∗ 𝑓𝑐𝑑 ∗ 𝑏𝑤 ∗ 𝑑 𝑉𝑟𝑑2 = 0,27 ∗ (1 − 25 250 ) ∗ 25 1,4 ∗ 10 ∗ 15 ∗ 21,70 = 141,24𝐾𝑁 > 16,24𝐾𝑁 − 𝑂𝐾! Logo, não há esmagamento das bielas comprimidas. - Verificação das bielas tracionadas 𝑉𝑠𝑑 ≤ 𝑉𝑐0 + 𝑉𝑠𝑤 → 𝑉𝑠𝑤 = 𝑉𝑠𝑑 − 𝑉𝑐𝑜 𝑉𝑐0 = 0,6 ∗ 𝐹𝑐𝑡𝑑 ∗ 𝑏𝑤 ∗ 𝑑 𝑉𝑐0 = 0,6 ∗ 0,15√252 3 10 ∗ 15 ∗ 21,70 = 24,99 𝐾𝑁 Analisando-se o valor de Vco, que é a parcela resistente do concreto à tração diagonal, percebe-se que ele por si só já resiste as solicitações de esforço cortante na viga. Porém, como vigas sem estribos não são exequíveis, por questões construtivas, se adotará a área de aço mínima para os estribos, obedecendo aos parâmetros da NBR6118/14. VII) Dimensionamento da armadura de cisalhamento 𝐴𝑠𝑤, 𝑚𝑖𝑛 𝑆 = 0,2 ∗ 𝐹𝑐𝑡𝑛 ∗ 𝑏𝑤 ∗ 𝑠𝑒𝑛 ∝ 𝐹𝑦𝑤𝑘 𝐴𝑠𝑤, 𝑚𝑖𝑛 𝑆 = 0,2 ∗ 0,3√252 3 ∗ 15 ∗ 𝑠𝑒𝑛90° 50 ∗ 10 = 0,015 𝑐𝑚2 𝑐𝑚 VIII) Cálculo do espaçamento entre os estribos 𝐴𝑠𝑤 = 2 ∗ 𝐴5,0 = 0,40 𝑐𝑚 2 Como 𝐴𝑠𝑤,𝑚𝑖𝑛 𝑆 = 0,015 → 𝑆 = 0,40 0,015 = 26,67 𝑐𝑚 Padronizando o espaçamento para múltiplos de 5cm, tem-se: S = 25 cm Realizando a verificação do espaçamento máximo entre os estribos: 𝑉𝑠𝑑 { ≤ 0,67 ∗ 𝑉𝑟𝑑2 → 𝑆𝑚á𝑥 = 0,6 ∗ 𝑑 ≤ 30 𝑐𝑚 > 0,67 ∗ 𝑉𝑟𝑑2 → 𝑆𝑚á𝑥 = 0,3 ∗ 𝑑 ≤ 20 𝑐𝑚 16,24KN < 94,63KN Assim, 𝑉𝑠𝑑 < 0,67 ∗ 𝑉𝑅𝑑2, logo: 𝑆𝑚á𝑥 = 0,6 ∗ 21,70 = 13,02 ≤ 30 𝑐𝑚 Obedecendo aos parâmetros normativos da NBR6118/14 e às questões construtivas, tem-se: 𝑆𝑎𝑑𝑜𝑡 = 10 𝑐𝑚 ∅𝑡 5.0 𝑐/10 - Seção transversal da viga para o Domínio 2 II) Determinação da altura útil Para o DOMÍNIO 3, tem-se: Para Fck< 50 MPa αc = 0,85 e λ = 0,8 Para o domínio 3: 0,259<Xln ≤ 0,628*d De acordo com os critérios de ductilidade da NBR6118/2014 Fck ≤ 50 →Xln ≤ 0,45*d Fck>50 →Xln ≤ 0,35*d Atendendo aos parâmetros de ductilidade da norma e aos limites da posição da linha neutra para que a viga esteja no Domínio 3 de deformações, adota-se: 𝑋 = 0,45𝑑 𝑀34 = (∝𝑐∗ 𝐹𝑐𝑑) ∗ (𝑏𝑤 ∗ 𝜆 ∗ 𝑋) ∗ (𝑑 − 0,5 ∗ 𝜆 ∗ 𝑋) 1988 = (0,85 ∗ 1,786) ∗ (15 ∗ 0,8 ∗ 0,45 ∗ 𝑑) ∗ (𝑑 − 0,5 ∗ 0,8 ∗ 0,45 ∗ 𝑑) 𝑑 = 17,20 𝑐𝑚 h = 17,20+5 h = 22,20 cm Adotando para fins construtivos alturas múltiplas de 5cm: h= 25 cm III) Cálculo da armadura de flexão Armadura Tracionada Positiva: 𝐴𝑠 = 𝑀𝑑 𝐹𝑦𝑑 ∗ 𝑍 𝐴𝑠 = 1988 43,5 ∗ (17,20 − 0,5 ∗ 0,8 ∗ 0,45 ∗ 17,20) = 3,24𝑐𝑚2 → 5 ∅ 10.0 IV) Deformações nos materiais Concreto: 𝜀𝑐 = 0,35% Aço tracionado: 𝜀𝑠 =? 𝜀𝑠 = 𝜀𝑐 ∗ (𝑑 − 𝑥) 𝑥 → 0,0035 ∗ (17,20 − 0,45 ∗ 17,20) 0,45 ∗ 17,20 = 0,428% V) Verificação dos espaçamentos entre as barras de aço Colocando-se 1∅ na segunda camada: 𝑒ℎ, 𝑎𝑑𝑜𝑡 = 𝑏𝑤 − 2 ∗ 𝑐 − 2 ∗ ∅𝑡 − 𝑛 ∗ ∅𝑙 𝑛 − 1 𝑒ℎ, 𝑎𝑑𝑜𝑡 = 15 − 2 ∗ 3 − 2 ∗ 0,5 − 3 ∗ 1,0 3 − 1 = 2,5 𝑐𝑚 > 2,28𝑐𝑚 − 𝑂𝐾! 𝑒ℎ, 𝑚𝑖𝑛 { 2 𝑐𝑚 → 2 𝑐𝑚 ∅𝑙 → 1,25 𝑐𝑚 1,2 ∗ 𝑑𝑚𝑎𝑥. 𝑎𝑔𝑟𝑒𝑔 → 2,28 𝑐𝑚 𝑒𝑣, 𝑚𝑖𝑛 { 2 𝑐𝑚 → 2 𝑐𝑚 ∅𝑙 → 1,25 𝑐𝑚 0,5 ∗ 𝑑𝑚𝑎𝑥. 𝑎𝑔𝑟𝑒𝑔 → 0,95 𝑐𝑚 VI) Dimensionamento ao cisalhamento - Verificação das bielas comprimidas 𝑉𝑠𝑑 ≤ 𝑉𝑅𝑑2 𝑉𝑟𝑑2 = 0,27 ∗∝𝑣2∗ 𝑓𝑐𝑑 ∗ 𝑏𝑤 ∗ 𝑑 𝑉𝑟𝑑2 = 0,27 ∗ (1 − 25 250 ) ∗ 25 1,4 ∗ 10 ∗ 15 ∗ 17,20 = 111,95 𝐾𝑁 > 16,24𝐾𝑁 − 𝑂𝐾! Logo, não há esmagamento das bielas comprimidas. - Verificação das bielas tracionadas 𝑉𝑠𝑑 ≤ 𝑉𝑐0 + 𝑉𝑠𝑤 → 𝑉𝑠𝑤 = 𝑉𝑠𝑑 − 𝑉𝑐0 𝑉𝑐0 = 0,6 ∗ 𝐹𝑐𝑡𝑑 ∗ 𝑏𝑤 ∗ 𝑑 𝑉𝑐0 = 0,6 ∗ 0,15√252 3 10 ∗ 15 ∗ 17,20 = 19,81 𝐾𝑁 Analisando-se o valor de Vco, que é a parcela resistente do concreto à tração diagonal, percebe-se que ele por si só já resiste as solicitações de esforço cortante na viga. Porém, como vigas sem estribos não são exequíveis, por questões construtivas, se adotará a área de aço mínima para os estribos, obedecendo aos parâmetros da NBR6118/14. VII) Dimensionamento da armadura de cisalhamento 𝐴𝑠𝑤, 𝑚𝑖𝑛 𝑆 = 0,2 ∗ 𝐹𝑐𝑡𝑛 ∗ 𝑏𝑤 ∗ 𝑠𝑒𝑛 ∝ 𝐹𝑦𝑤𝑘 𝐴𝑠𝑤, 𝑚𝑖𝑛 𝑆 = 0,2 ∗ 0,3√252 3 ∗ 15 ∗ 𝑠𝑒𝑛90° 50 ∗ 10 = 0,015 𝑐𝑚2 𝑐𝑚 VIII) Cálculo do espaçamento dos estribos 𝐴𝑠𝑤 = 2 ∗ 𝐴5,0 = 0,40 𝑐𝑚 2 Como 𝐴𝑠𝑤,𝑚𝑖𝑛 𝑆 = 0,015 → 𝑆 = 0,40 0,015 = 26,67 𝑐𝑚 Padronizando o espaçamento para múltiplos de 5cm, adotaremos: S = 25 cm 𝑉𝑠𝑑 { ≤ 0,67 ∗ 𝑉𝑟𝑑2 → 𝑆𝑚á𝑥 = 0,6 ∗ 𝑑 ≤ 30 𝑐𝑚 > 0,67 ∗ 𝑉𝑟𝑑2 → 𝑆𝑚á𝑥 = 0,3 ∗ 𝑑 ≤ 20 𝑐𝑚 16,24 KN < 75,01 KN 𝑆𝑚á𝑥 = 0,6 ∗ 17,20 = 10,32 ≤ 30 𝑐𝑚 Obedecendo aos parâmetros normativos da NBR6118/14 e às questões construtivas, tem-se: 𝑆𝑎𝑑𝑜𝑡 = 10 𝑐𝑚 ∅𝑡 5.0 𝑐/10 - Seção transversal da viga para o Domínio 3 II) Determinação da altura útil Para o DOMÍNIO 4, tem-se: Para Fck< 50 MPa αc = 0,85 e λ = 0,8 De acordo com os critérios de ductilidade da NBR6118/2014 Fck ≤ 50 →Xln ≤ 0,45*d Fck>50 →Xln ≤ 0,35*d Trabalhando-se com o limite: 𝑋 = 0,45𝑑 𝑀34 = (∝𝑐∗ 𝐹𝑐𝑑) ∗ (𝑏𝑤 ∗ 𝜆 ∗ 𝑋) ∗ (𝑑 − 0,5 ∗ 𝜆 ∗ 𝑋) 1988 = (0,85 ∗ 1,786) ∗ (15 ∗ 0,8 ∗ 0,45 ∗ 𝑑) ∗ (𝑑 − 0,5 ∗ 0,8 ∗ 0,45 ∗ 𝑑) 𝑑 = 17,20 𝑐𝑚Reduz-se a altura útil para que a viga esteja no Domínio 4, restando assim, uma segunda parcela de momento que necessitará da armadura dupla para ser suportado. Logo, d = 15 cm Aplicando-se novamente na fórmula e encontrando um M34’: 𝑀′34 = (0,85 ∗ 1,786) ∗ (15 ∗ 0,8 ∗ 0,45 ∗ 15) ∗ (𝑑 − 0,5 ∗ 0,8 ∗ 0,45 ∗ 15) 𝑀′34 = 1512,48 𝐾𝑁 ∗ 𝑐𝑚 h = 15+5 h= 20 cm III) Cálculo da armadura de flexão - Armadura Tracionada Positiva 𝐴𝑠𝑁𝑒𝑔 = 𝑀𝑑 𝐹𝑦𝑑 ∗ 𝑍 + (𝑀𝑑 − 𝑀′34) (𝑑 − 𝑑′) ∗ 𝐹𝑦𝑑 𝐴𝑠 = 1988 43,5 ∗ (15 − 0,5 ∗ 0,8 ∗ 0,45 ∗ 15) + 475,52 (15 − 5) ∗ 43,5 = 4,78𝑐𝑚2 → 4 ∅ 12.5 - Armadura Comprimida Negativa 𝐴′𝑠 = (𝑀𝑑 − 𝑀′34) (𝑑 − 𝑑′) ∗ 𝐹′𝑠 → 475,52 (15 − 5) ∗ 43,5 = 1,09 𝑐𝑚2 𝑐𝑚 → 4 ∅ 6.3 IV) Deformações nos materiais Concreto: 𝜀𝑐 = 0,35% Aço tracionado: 𝜀𝑠 =? 𝜀𝑠 = 𝜀𝑐 ∗ (𝑑 − 𝑥) 𝑥 → 0,0035 ∗ (15 − 0,45 ∗ 15) 0,45 ∗ 15 = 0,428% Aço comprimido: 𝜀′𝑠 =? 𝜀𝑠 = 𝜀𝑐 ∗ (𝑥 − 𝑑′) 𝑥 → 0,0035 ∗ (0,45 ∗ 15 − 5) 0,45 ∗ 15 = 0,09% V) Verificação dos espaçamentos entre as barras de aço - Armadura Positiva Colocando-se 2∅ na segunda camada: 𝑒ℎ, 𝑎𝑑𝑜𝑡 = 𝑏𝑤 − 2 ∗ 𝑐 − 2 ∗ ∅𝑡 − 𝑛 ∗ ∅𝑙 𝑛 − 1 𝑒ℎ, 𝑎𝑑𝑜𝑡 = 15 − 2 ∗ 3 − 2 ∗ 0,5 − 2 ∗ 1,25 2 − 1 = 5,5 𝑐𝑚 > 2,28𝑐𝑚 − 𝑂𝐾! - Armadura Negativa Colocando-se 1∅ na segunda camada: 𝑒ℎ, 𝑎𝑑𝑜𝑡 = 𝑏𝑤 − 2 ∗ 𝑐 − 2 ∗ ∅𝑡 − 𝑛 ∗ ∅𝑙 𝑛 − 1 𝑒ℎ, 𝑎𝑑𝑜𝑡 = 15 − 2 ∗ 3 − 2 ∗ 0,5 − 3 ∗ 0,63 3 − 1 = 3,055 𝑐𝑚 > 2,28𝑐𝑚 − 𝑂𝐾! 𝑒ℎ, 𝑚𝑖𝑛 { 2 𝑐𝑚 → 2 𝑐𝑚 ∅𝑙 → 1,6 𝑐𝑚 1,2 ∗ 𝑑𝑚𝑎𝑥. 𝑎𝑔𝑟𝑒𝑔 → 2,28 𝑐𝑚 𝑒𝑣, 𝑚𝑖𝑛 { 2 𝑐𝑚 → 2 𝑐𝑚 ∅𝑙 → 1,6 𝑐𝑚 0,5 ∗ 𝑑𝑚𝑎𝑥. 𝑎𝑔𝑟𝑒𝑔 → 0,95 𝑐𝑚 VI) Dimensionamento ao cisalhamento - Verificação das bielas comprimidas 𝑉𝑠𝑑 ≤ 𝑉𝑅𝑑2 𝑉𝑟𝑑2 = 0,27 ∗∝𝑣2∗ 𝑓𝑐𝑑 ∗ 𝑏𝑤 ∗ 𝑑 𝑉𝑟𝑑2 = 0,27 ∗ (1 − 25 250 ) ∗ 25 1,4 ∗ 10 ∗ 15 ∗ 15 = 97,65𝐾𝑁 > 16,24𝐾𝑁 − 𝑂𝐾! Logo, não há esmagamento das bielas comprimidas. - Verificação das bielas tracionadas 𝑉𝑠𝑑 ≤ 𝑉𝑐0 + 𝑉𝑠𝑤 → 𝑉𝑠𝑑 = 𝑉𝑠𝑑 − 𝑉𝑐0 𝑉𝑐0 = 0,6 ∗ 𝐹𝑐𝑡𝑑 ∗ 𝑏𝑤 ∗ 𝑑 𝑉𝑐0 = 0,6 ∗ 0,15√252 3 10 ∗ 15 ∗ 15 = 17,28 𝐾𝑁 Analisando-se o valor de Vco, que é a parcela resistente do concreto à tração diagonal, percebe-se que ele por si só já resiste as solicitações de esforço cortante na viga. Porém, como vigas sem estribos não são exequíveis, por questões construtivas, se adotará a área de aço mínima para os estribos, obedecendo aos parâmetros da NBR6118/14. VII) Dimensionamento da armadura de cisalhamento 𝐴𝑠𝑤, 𝑚𝑖𝑛 𝑆 = 0,2 ∗ 𝐹𝑐𝑡𝑛 ∗ 𝑏𝑤 ∗ 𝑠𝑒𝑛 ∝ 𝐹𝑦𝑤𝑘 𝐴𝑠𝑤, 𝑚𝑖𝑛 𝑆 = 0,2 ∗ 0,3√252 3 ∗ 15 ∗ 𝑠𝑒𝑛90° 50 ∗ 10 = 0,015 𝑐𝑚2 𝑐𝑚 VIII) Cálculo do espaçamento dos estribos 𝐴𝑠𝑤 = 2 ∗ 𝐴5,0 = 0,40 𝑐𝑚 2 Como 𝐴𝑠𝑤,𝑚𝑖𝑛 𝑆 = 0,015 → 𝑆 = 0,40 0,015 = 26,67 𝑐𝑚 Padronizando o espaçamento para múltiplos de 5cm, adota-se: S = 25 cm 𝑉𝑠𝑑 { ≤ 0,67 ∗ 𝑉𝑟𝑑2 → 𝑆𝑚á𝑥 = 0,6 ∗ 𝑑 ≤ 30 𝑐𝑚 > 0,67 ∗ 𝑉𝑟𝑑2 → 𝑆𝑚á𝑥 = 0,3 ∗ 𝑑 ≤ 20 𝑐𝑚 16,24 KN < 65,43 KN 𝑆𝑚á𝑥 = 0,6 ∗ 15 = 9𝑐𝑚 ≤ 30 𝑐𝑚 Obedecendo aos parâmetros normativos da NBR6118/14 e às questões construtivas, tem-se: 𝑆𝑎𝑑𝑜𝑡 = 5 𝑐𝑚 ∅𝑡 5.0 𝑐/5 - Seção transversal da viga para o Domínio 4 A seguir, tem-se um quadro comparativo acerca das áreas de aço necessárias para a viga que foi dimensionada através dos 3 domínios de deformação. Área de aço Domínio 2 Domínio 3 Domínio 4 Positiva 2,35cm² 3,24cm² 4,78cm² Negativa - - 1,09cm² Total 2,35cm² 3,24cm² 5,87cm² Analisando-se o quadro percebe-se que o Domínio 4, do ponto de vista econômico, será o mais custoso, pois apresenta uma taxa de aço elevada, contudo uma altura útil reduzida. Vê-se que o Domínio 2 apresenta a menor área de aço, porém a sua altura útil é a maior dentre os três domínios. Por fim, ressalta-se o Domínio 3, pois apresenta uma altura útil intermediária e uma taxa de aço razoável, tendo em vista que o mesmo é o que apresenta o melhor aproveitamento dos materiais. Dados: 𝑏𝑤 = 15𝑐𝑚 𝑓𝑐𝑘 = 250𝑘𝑔𝑓 𝑐𝑚2 → 25𝑀𝑝𝑎 → 2,5𝐾𝑁 𝑐𝑚2 𝑓𝑐𝑑 = 𝑓𝑐𝑘 𝛾𝑐 𝑓𝑐𝑑 = 2,5 1,4 → 𝑓𝑐𝑑 = 1,786𝐾𝑁 𝑐𝑚2 𝑓𝑦𝑘 = 500𝑀𝑝𝑎 → 50𝐾𝑁 𝑐𝑚2 𝑓𝑦𝑑 = 𝑓𝑦𝑘 𝛾𝑠 𝑓𝑦𝑑 = 50 1,15 → 𝑓𝑦𝑑 = 43,5𝐾𝑁 𝑐𝑚2 𝐷𝑚á𝑥, 𝑎𝑔𝑟𝑒𝑔 = 19𝑚𝑚 Para se dar início ao dimensionamento da viga de concreto armado, utilizou-se do software Ftool para se obter os diagramas de esforços solicitantes da mesma, a fim de se obter os valores característicos de momento fletor e esforço cortante máximos que atuam na tal. VIGA V5 • DIAGRAMA DE CORPO LIVRE • DIAGRAMAS DE ESFORÇOS SOLICITANTES MOMENTO FLETOR ESFORÇO CORTANTE Transformando os valores máximos característicos em valores de cálculo: - Momento fletor 𝑀𝑠𝑘 = 14,1𝐾𝑁𝑚 𝑀𝑠𝑑 = 𝑀𝑠𝑘 ∗ 1,4 𝑀𝑠𝑑 = 19,74𝐾𝑁𝑚 → 1974𝐾𝑁𝑐𝑚 - Esforço cortante 𝑉𝑠𝑘(𝑓𝑎𝑐𝑒) = 11,5𝐾𝑁 𝑉𝑠𝑑 = 𝑉𝑠𝑘 ∗ 1,4 𝑉𝑠𝑑 = 16,1𝐾𝑁 II) Determinação da altura útil Para o DOMÍNIO 2, tem-se: Para Fck<50 MPa αc = 0,85 e λ = 0,8 Para o domínio 2: 0<Xln ≤ 0,259*d Trabalhando-se com o limite: 𝑋 = 0,259𝑑 𝑀23 = (∝𝑐∗ 𝐹𝑐𝑑) ∗ (𝑏𝑤 ∗ 𝜆 ∗ 𝑋) ∗ (𝑑 − 0,5 ∗ 𝜆 ∗ 𝑋) 1974 = (0,85 ∗ 1,786) ∗ (15 ∗ 0,8 ∗ 0,259 ∗ 𝑑) ∗ (𝑑 − 0,5 ∗ 0,8 ∗ 0,259 ∗ 𝑑) 𝑑 = 21,61 𝑐𝑚 h = d + d” h = 21,61+5 h = 26,61 cm Adotando, para fins construtivos, alturas múltiplas de 5cm h= 30 cm III) Cálculo da armadura de flexão Armadura Tracionada Positiva 𝐴𝑠 = 𝑀𝑑 𝐹𝑦𝑑 ∗ 𝑍 𝐴𝑠 = 1974 43,5 ∗ (21,61 − 0,5 ∗ 0,8 ∗ 0,259 ∗ 21,61) = 2,34𝑐𝑚2 → 3 ∅ 10.0 IV) Deformações nos materiais Aço tracionado: 𝜀𝑠 = 1% Concreto: 𝜀𝑐 =? 𝜀𝑐 = 𝑋 − 𝜀𝑠 𝑑 − 𝑋 → 0,259 ∗ 21,61 − 0,01 21,61 − 0,259 ∗ 21,61 = 0,35% V) Verificação dos espaçamentos entre as barras de aço 𝑒ℎ, 𝑎𝑑𝑜𝑡 = 𝑏𝑤 ∗ 2 − 𝑐 − 2 ∗ ∅𝑡 − 𝑛 ∗ ∅𝑙 𝑛 − 1 𝑒ℎ, 𝑎𝑑𝑜𝑡 = 15 ∗ 2 − 3 − 2 ∗ 0,5 − 3 ∗ 1 3 − 1 = 2,5 𝑐𝑚 > 2,28𝑐𝑚 − 𝑂𝐾! 𝑒ℎ, 𝑚𝑖𝑛 { 2 𝑐𝑚 → 2 𝑐𝑚 ∅𝑙 → 1 𝑐𝑚 1,2 ∗ 𝑑𝑚𝑎𝑥. 𝑎𝑔𝑟𝑒𝑔 → 2,28 𝑐𝑚 𝑒𝑣, 𝑚𝑖𝑛 { 2 𝑐𝑚 → 2 𝑐𝑚 ∅𝑙 → 1 𝑐𝑚 0,5 ∗ 𝑑𝑚𝑎𝑥. 𝑎𝑔𝑟𝑒𝑔 → 0,95 𝑐𝑚 VI) Dimensionamento ao cisalhamento - Verificação das bielas comprimidas 𝑉𝑠𝑑 ≤ 𝑉𝑅𝑑2 𝑉𝑟𝑑2 = 0,27 ∗∝𝑣2∗ 𝑓𝑐𝑑 ∗ 𝑏𝑤 ∗ 𝑑 𝑉𝑟𝑑2 = 0,27 ∗ (1 − 25 250 ) ∗ 25 1,4 ∗ 10 ∗ 15 ∗ 21,61 = 140,68𝐾𝑁 > 16,1𝐾𝑁 − 𝑂𝐾! Logo, não há esmagamento das bielas comprimidas. - Verificação das bielas tracionadas 𝑉𝑠𝑑 ≤ 𝑉𝑐0 + 𝑉𝑠𝑤 → 𝑉𝑠𝑤 = 𝑉𝑠𝑑 − 𝑉𝑐𝑜 𝑉𝑐0 = 0,6 ∗ 𝐹𝑐𝑡𝑑 ∗ 𝑏𝑤 ∗ 𝑑 𝑉𝑐0 = 0,6 ∗ 0,15√252 3 10 ∗ 15 ∗ 21,61 = 24,89 𝐾𝑁 Analisando-se o valor de Vco, que é a parcela resistente do concreto à tração diagonal, percebe-se que ele por si só já resiste as solicitações de esforço cortante na viga. Porém, como vigas sem estribos não são exequíveis, por questões construtivas, se adotará a área de aço mínima para os estribos, obedecendo aos parâmetros da NBR6118/14. VII) Dimensionamento da armadura de cisalhamento 𝐴𝑠𝑤, 𝑚𝑖𝑛 𝑆 = 0,2 ∗ 𝐹𝑐𝑡𝑛 ∗ 𝑏𝑤 ∗ 𝑠𝑒𝑛 ∝ 𝐹𝑦𝑤𝑘 𝐴𝑠𝑤, 𝑚𝑖𝑛 𝑆 = 0,2 ∗ 0,3√252 3 ∗ 15 ∗ 𝑠𝑒𝑛90° 50 ∗ 10 = 0,015 𝑐𝑚2 𝑐𝑚 VIII) Cálculo do espaçamento entre os estribos 𝐴𝑠𝑤 = 2 ∗ 𝐴5,0 = 0,40 𝑐𝑚 2 Como 𝐴𝑠𝑤,𝑚𝑖𝑛 𝑆 = 0,015 → 𝑆 = 0,40 0,015 = 26,67 𝑐𝑚 Padronizando o espaçamento para múltiplos de 5cm, tem-se: S = 25 cm Realizando a verificação do espaçamento máximo entre os estribos: 𝑉𝑠𝑑 { ≤ 0,67 ∗ 𝑉𝑟𝑑2 → 𝑆𝑚á𝑥 = 0,6 ∗ 𝑑 ≤ 30 𝑐𝑚 > 0,67 ∗ 𝑉𝑟𝑑2 → 𝑆𝑚á𝑥 = 0,3 ∗ 𝑑 ≤ 20 𝑐𝑚 16,1KN < 94,26KN Assim, 𝑉𝑠𝑑 < 0,67 ∗ 𝑉𝑅𝑑2, logo: 𝑆𝑚á𝑥 = 0,6 ∗ 21,61 = 12,97 ≤30 𝑐𝑚 Obedecendo aos parâmetros normativos da NBR6118/14 e às questões construtivas, tem-se: 𝑆𝑎𝑑𝑜𝑡 = 10 𝑐𝑚 ∅𝑡 5.0 𝑐/10 - Seção transversal da viga para o Domínio 2 II) Determinação da altura útil Para o DOMÍNIO 3, tem-se: Para Fck<50 MPa αc = 0,85 e λ = 0,8 Para o domínio 3: 0,259<Xln ≤ 0,628*d De acordo com os critérios de ductilidade da NBR6118/2014 Fck ≤ 50 →Xln ≤ 0,45*d Fck>50 →Xln ≤ 0,35*d Atendendo aos parâmetros de ductilidade da norma e aos limites da posição da linha neutra para que a viga esteja no Domínio 3 de deformações, adota-se: 𝑋 = 0,45𝑑 𝑀34 = (∝𝑐∗ 𝐹𝑐𝑑) ∗ (𝑏𝑤 ∗ 𝜆 ∗ 𝑋) ∗ (𝑑 − 0,5 ∗ 𝜆 ∗ 𝑋) 1974 = (0,85 ∗ 1,786) ∗ (15 ∗ 0,8 ∗ 0,45 ∗ 𝑑) ∗ (𝑑 − 0,5 ∗ 0,8 ∗ 0,45 ∗ 𝑑) 𝑑 = 17,14 𝑐𝑚 h = 17,14+5 h = 22,14 cm Adotando para fins construtivos alturas múltiplas de 5cm: h= 25 cm III) Cálculo da armadura de flexão ArmaduraTracionadaPositiva: 𝐴𝑠 = 𝑀𝑑 𝐹𝑦𝑑 ∗ 𝑍 𝐴𝑠 = 1974 43,5 ∗ (17,14 − 0,5 ∗ 0,8 ∗ 0,45 ∗ 17,14) = 3,23𝑐𝑚2 → 3 ∅ 12.5 IV) Deformações nos materiais Concreto: 𝜀𝑐 = 0,35% Aço tracionado: 𝜀𝑠 =? 𝜀𝑠 = 𝜀𝑐 ∗ (𝑑 − 𝑥) 𝑥 → 0,0035 ∗ (17,14 − 0,45 ∗ 17,14) 0,45 ∗ 17,14 = 0,428% V) Verificação dos espaçamentos entre as barras de aço Colocando-se 1∅ na segunda camada: 𝑒ℎ, 𝑎𝑑𝑜𝑡 = 𝑏𝑤 − 2 ∗ 𝑐 − 2 ∗ ∅𝑡 − 𝑛 ∗ ∅𝑙 𝑛 − 1 𝑒ℎ, 𝑎𝑑𝑜𝑡 = 15 − 2 ∗ 3 − 2 ∗ 0,5 − 2 ∗ 1,25 2 − 1 = 5,5 𝑐𝑚 > 2,28𝑐𝑚 − 𝑂𝐾! 𝑒ℎ, 𝑚𝑖𝑛 { 2 𝑐𝑚 → 2 𝑐𝑚 ∅𝑙 → 1,25 𝑐𝑚 1,2 ∗ 𝑑𝑚𝑎𝑥. 𝑎𝑔𝑟𝑒𝑔 → 2,28 𝑐𝑚 𝑒𝑣, 𝑚𝑖𝑛 { 2 𝑐𝑚 → 2 𝑐𝑚 ∅𝑙 → 1,25 𝑐𝑚 0,5 ∗ 𝑑𝑚𝑎𝑥. 𝑎𝑔𝑟𝑒𝑔 → 0,95 𝑐𝑚 VI) Dimensionamento ao cisalhamento - Verificação das bielas comprimidas 𝑉𝑠𝑑 ≤ 𝑉𝑅𝑑2 𝑉𝑟𝑑2 = 0,27 ∗∝𝑣2∗ 𝑓𝑐𝑑 ∗ 𝑏𝑤 ∗ 𝑑 𝑉𝑟𝑑2 = 0,27 ∗ (1 − 25 250 ) ∗ 25 1,4 ∗ 10 ∗ 15 ∗ 17,14 = 111,58 𝐾𝑁 > 16,1𝐾𝑁 − 𝑂𝐾! Logo, não há esmagamento das bielas comprimidas. - Verificação das bielas tracionadas 𝑉𝑠𝑑 ≤ 𝑉𝑐0 + 𝑉𝑠𝑤 → 𝑉𝑠𝑤 = 𝑉𝑠𝑑 − 𝑉𝑐0 𝑉𝑐0 = 0,6 ∗ 𝐹𝑐𝑡𝑑 ∗ 𝑏𝑤 ∗ 𝑑 𝑉𝑐0 = 0,6 ∗ 0,15√252 3 10 ∗ 15 ∗ 17,14 = 19,75 𝐾𝑁 Analisando-se o valor de Vco, que é a parcela resistente do concreto à tração diagonal, percebe-se que ele por si só já resiste as solicitações de esforço cortante na viga. Porém, como vigas sem estribos não são exequíveis, por questões construtivas, se adotará a área de aço mínima para os estribos, obedecendo aos parâmetros da NBR6118/14. VII) Dimensionamento da armadura de cisalhamento 𝐴𝑠𝑤, 𝑚𝑖𝑛 𝑆 = 0,2 ∗ 𝐹𝑐𝑡𝑛 ∗ 𝑏𝑤 ∗ 𝑠𝑒𝑛 ∝ 𝐹𝑦𝑤𝑘 𝐴𝑠𝑤, 𝑚𝑖𝑛 𝑆 = 0,2 ∗ 0,3√252 3 ∗ 15 ∗ 𝑠𝑒𝑛90° 50 ∗ 10 = 0,015 𝑐𝑚2 𝑐𝑚 VIII) Cálculo do espaçamento dos estribos 𝐴𝑠𝑤 = 2 ∗ 𝐴5,0 = 0,40 𝑐𝑚 2 Como 𝐴𝑠𝑤,𝑚𝑖𝑛 𝑆 = 0,015 → 𝑆 = 0,40 0,015 = 26,67 𝑐𝑚 Padronizando o espaçamento para múltiplos de 5cm, adotaremos: S = 25 cm 𝑉𝑠𝑑 { ≤ 0,67 ∗ 𝑉𝑟𝑑2 → 𝑆𝑚á𝑥 = 0,6 ∗ 𝑑 ≤ 30 𝑐𝑚 > 0,67 ∗ 𝑉𝑟𝑑2 → 𝑆𝑚á𝑥 = 0,3 ∗ 𝑑 ≤ 20 𝑐𝑚 16,1 KN <74,76 KN 𝑆𝑚á𝑥 = 0,6 ∗ 17,14 = 10,28 ≤ 30 𝑐𝑚 Obedecendo aos parâmetros normativos da NBR6118/14 e às questões construtivas, tem-se: 𝑆𝑎𝑑𝑜𝑡 = 10 𝑐𝑚 ∅𝑡 5.0 𝑐/10 - Seção transversal da viga para o Domínio 3 II) Determinação da altura útil Para o DOMÍNIO 4, tem-se: Para Fck<50 MPa αc = 0,85 e λ = 0,8 De acordo com os critérios de ductilidade da NBR6118/2014 Fck ≤ 50 →Xln ≤ 0,45*d Fck>50 →Xln ≤ 0,35*d Trabalhando-se com o limite: 𝑋 = 0,45𝑑 𝑀34 = (∝𝑐∗ 𝐹𝑐𝑑) ∗ (𝑏𝑤 ∗ 𝜆 ∗ 𝑋) ∗ (𝑑 − 0,5 ∗ 𝜆 ∗ 𝑋) 1974 = (0,85 ∗ 1,786) ∗ (15 ∗ 0,8 ∗ 0,45 ∗ 𝑑) ∗ (𝑑 − 0,5 ∗ 0,8 ∗ 0,45 ∗ 𝑑) 𝑑 = 17,14 𝑐𝑚 Reduz-se a altura útil para que a viga esteja no Domínio 4, restando assim, uma segunda parcela de momento que necessitará da armadura dupla para ser suportado. Logo, d = 15 cm Aplicando-se novamente na fórmula e encontrando um M34’: 𝑀′34 = (0,85 ∗ 1,786) ∗ (15 ∗ 0,8 ∗ 0,45 ∗ 15) ∗ (𝑑 − 0,5 ∗ 0,8 ∗ 0,45 ∗ 15) 𝑀′34 = 1512,48 𝐾𝑁 ∗ 𝑐𝑚 h = 15+5 h= 20 cm III) Cálculo da armadura de flexão - Armadura Tracionada Positiva 𝐴𝑠𝑁𝑒𝑔 = 𝑀𝑑 𝐹𝑦𝑑 ∗ 𝑍 + (𝑀𝑑 − 𝑀′34) (𝑑 − 𝑑′) ∗ 𝐹𝑦𝑑 𝐴𝑠 = 1974 43,5 ∗ (15 − 0,5 ∗ 0,8 ∗ 0,45 ∗ 15) + 461,52 (15 − 5) ∗ 43,5 = 4,75𝑐𝑚2 → 4 ∅ 12.5 - Armadura Comprimida Negativa 𝐴′𝑠 = (𝑀𝑑 − 𝑀′34) (𝑑 − 𝑑′) ∗ 𝐹′𝑠 → 461,52 (15 − 5) ∗ 43,5 = 1,06 𝑐𝑚2 𝑐𝑚 → 4 ∅ 6.3 IV) Deformações nos materiais Concreto: 𝜀𝑐 = 0,35% Aço tracionado: 𝜀𝑠 =? 𝜀𝑠 = 𝜀𝑐 ∗ (𝑑 − 𝑥) 𝑥 → 0,0035 ∗ (15 − 0,45 ∗ 15) 0,45 ∗ 15 = 0,428% Aço comprimido: 𝜀′𝑠 =? 𝜀𝑠 = 𝜀𝑐 ∗ (𝑥 − 𝑑′) 𝑥 → 0,0035 ∗ (0,45 ∗ 15 − 5) 0,45 ∗ 15 = 0,09% V) Verificação dos espaçamentos entre as barras de aço - Armadura Positiva Colocando-se 2∅ na segunda camada: 𝑒ℎ, 𝑎𝑑𝑜𝑡 = 𝑏𝑤 − 2 ∗ 𝑐 − 2 ∗ ∅𝑡 − 𝑛 ∗ ∅𝑙 𝑛 − 1 𝑒ℎ, 𝑎𝑑𝑜𝑡 = 15 − 2 ∗ 3 − 2 ∗ 0,5 − 2 ∗ 1,25 2 − 1 = 5,5 𝑐𝑚 > 2,28𝑐𝑚 − 𝑂𝐾! - Armadura Negativa Colocando-se 1∅ na segunda camada: 𝑒ℎ, 𝑎𝑑𝑜𝑡 = 𝑏𝑤 − 2 ∗ 𝑐 − 2 ∗ ∅𝑡 − 𝑛 ∗ ∅𝑙 𝑛 − 1 𝑒ℎ, 𝑎𝑑𝑜𝑡 = 15 − 2 ∗ 3 − 2 ∗ 0,5 − 3 ∗ 0,63 3 − 1 = 3,055 𝑐𝑚 > 2,28𝑐𝑚 − 𝑂𝐾! 𝑒ℎ, 𝑚𝑖𝑛 { 2 𝑐𝑚 → 2 𝑐𝑚 ∅𝑙 → 1,6 𝑐𝑚 1,2 ∗ 𝑑𝑚𝑎𝑥. 𝑎𝑔𝑟𝑒𝑔 → 2,28 𝑐𝑚 𝑒𝑣, 𝑚𝑖𝑛 { 2 𝑐𝑚 → 2 𝑐𝑚 ∅𝑙 → 1,6 𝑐𝑚 0,5 ∗ 𝑑𝑚𝑎𝑥. 𝑎𝑔𝑟𝑒𝑔 → 0,95 𝑐𝑚 VI) Dimensionamento ao cisalhamento - Verificação das bielas comprimidas 𝑉𝑠𝑑 ≤ 𝑉𝑅𝑑2 𝑉𝑟𝑑2 = 0,27 ∗∝𝑣2∗ 𝑓𝑐𝑑 ∗ 𝑏𝑤 ∗ 𝑑 𝑉𝑟𝑑2 = 0,27 ∗ (1 − 25 250 ) ∗ 25 1,4 ∗ 10 ∗ 15 ∗ 15 = 97,65𝐾𝑁 > 16,1𝐾𝑁 − 𝑂𝐾! Logo, não há esmagamento das bielas comprimidas. - Verificação das bielas tracionadas 𝑉𝑠𝑑 ≤ 𝑉𝑐0 + 𝑉𝑠𝑤 → 𝑉𝑠𝑑 = 𝑉𝑠𝑑 − 𝑉𝑐0 𝑉𝑐0 = 0,6 ∗ 𝐹𝑐𝑡𝑑 ∗ 𝑏𝑤 ∗ 𝑑 𝑉𝑐0 = 0,6 ∗ 0,15√252 3 10 ∗ 15 ∗ 15 = 17,28 𝐾𝑁 Analisando-se o valor de Vco, que é a parcela resistente do concreto à tração diagonal, percebe-se que ele por si só já resiste as solicitações de esforço cortante na viga. Porém, como vigas sem estribos não são exequíveis, por questões construtivas, se adotará a área de aço mínima para os estribos, obedecendo aos parâmetros da NBR6118/14. VII) Dimensionamento da armadura de cisalhamento 𝐴𝑠𝑤, 𝑚𝑖𝑛 𝑆 = 0,2 ∗ 𝐹𝑐𝑡𝑛 ∗ 𝑏𝑤 ∗ 𝑠𝑒𝑛 ∝ 𝐹𝑦𝑤𝑘 𝐴𝑠𝑤, 𝑚𝑖𝑛 𝑆 = 0,2 ∗ 0,3√252 3 ∗ 15 ∗ 𝑠𝑒𝑛90° 50 ∗ 10 = 0,015 𝑐𝑚2 𝑐𝑚 VIII) Cálculo do espaçamento dos estribos 𝐴𝑠𝑤 = 2 ∗ 𝐴5,0 = 0,40 𝑐𝑚 2 Como 𝐴𝑠𝑤,𝑚𝑖𝑛 𝑆 = 0,015 → 𝑆 = 0,40 0,014 = 26,67 𝑐𝑚 Padronizando o espaçamento para múltiplos de 5cm, adota-se: S = 25 cm 𝑉𝑠𝑑 { ≤ 0,67 ∗ 𝑉𝑟𝑑2 → 𝑆𝑚á𝑥 = 0,6 ∗ 𝑑 ≤ 30 𝑐𝑚 > 0,67 ∗ 𝑉𝑟𝑑2 → 𝑆𝑚á𝑥 = 0,3 ∗ 𝑑 ≤ 20 𝑐𝑚 16,1 KN <65,43 KN 𝑆𝑚á𝑥 = 0,6 ∗ 15 = 9𝑐𝑚 ≤ 30 𝑐𝑚 Obedecendo aos parâmetros normativos da NBR6118/14 e às questões construtivas, tem-se: 𝑆𝑎𝑑𝑜𝑡 = 5 𝑐𝑚 ∅𝑡 5.0 𝑐/5 - Seção transversal da viga para o Domínio 4 A seguir, tem-se um quadro comparativo acerca das áreas de aço necessárias para a viga que foi dimensionada através dos 3 domínios de deformação. Área de aço Domínio 2 Domínio 3 Domínio 4 Positiva 2,34cm² 3,23cm² 4,75cm² Negativa - - 1,06cm² Total 2,34cm² 3,23cm² 5,81cm² Analisando-se o quadro percebe-se que o Domínio 4, do ponto de vista econômico, será o mais custoso, pois apresenta uma taxa de aço elevada, contudo uma altura útil reduzida. Vê-se que o Domínio 2 apresenta a menor área de aço, porém a sua altura útil é a maior dentre os três domínios. Por fim, ressalta-se o Domínio 3, pois apresenta uma altura útil intermediária e uma taxa de aço razoável, tendo em vista que o mesmo é o que apresenta o melhor aproveitamento dos materiais.
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