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CURSO DE ESPECIALIZAÇÃO EM ESTRUTURAS DE CONCRETO E FUNDAÇÕES Módulo 1 Capítulo 3 CÁLCULO DA ARMADURA DE FLEXÃOCAPÍTULO 3 3.2 TIPOS DE FLEXÃO Flexão normal Flexão pura: Flexão oblíqua Flexão Simples Flexão composta: : Flexão não pura: Nas Lajes e vigas, geralmente o esforço normal é desprezível (exceção às vigas protendidas) e, dessa forma, inicialmente irá se considerar apenas a flexão normal, simples e pura, em que N = 0 e V = 0. 3.2 TIPOS DE FLEXÃO LIVRO página 112 3.3 PROCESSO DE COLAPSO DE SEÇÕES DE VIGAS SOB TENSÕES NORMAIS PÁG. 113e 114 Após a observação das tensões na seção central pode-se definir os Estádios Estádio III Estádio I Estádio II c Rc Rs ESTÁDIO I Rc,t M z I b d As c Rc z Rs ESTÁDIO III Mu III Rc z Rs ESTÁDIO II M>M r c II Pode-se dizer, simplificadamente, que: Estádios I e II correspondem às situações de serviço (quando atuam as ações reais); Estádio III corresponde ao estado limite último (ações majoradas, resistências minoradas), que só ocorre em situações extremas. O cálculo de dimensionamento das estruturas de concreto armado será feito no estado limite último ( III) 3.4 HIPÓTESES BÁSICAS PARA O CÁLCULO As seções transversais permanecem planas após o início da deformação até o estado limite último; as deformações são, em cada ponto, proporcionais à sua distância até a linha neutra da seção (hipótese de Bernoulli). pag 115 Solidariedade dos materiais: admite-se solidariedade perfeita entre o concreto e a armadura; dessa forma, a deformação específica de uma barra da armadura, em tração ou compressão, é igual à deformação específica do concreto adjacente. As tensões de tração no concreto, normais à seção transversal, devem ser desprezadas no ELU. A ruína da seção transversal (peça sob ações majoradas e materiais com resistências minoradas fcd e fyd) para qualquer tipo de flexão no estado limite último fica caracterizada pelas deformações específicas de cálculo do concreto (c) na fibra menos tracionada e do aço (s) próxima à borda mais tracionada, que atingem (uma delas ou ambas) domínios de deformação para concretos de classes até C50: c2 = 2,00/00;u cu = 3,50/00 para concretos de classes de C50 até C90: c2 = 20/00 + 0,0850/00.(fck - 50)0,53; cu = 2,60/00 + 350/00.[(90 - fck)/100]4 Página 41 Diagramas de tensões no concreto no estado limite último para concretos até a classe C50. pág 117 Md VISTA LATERAL FRONTAL VISTA sA h d bw s s c y= x x c fcd DEFORMAÇÕES cF Fs zy= xAs s c c c- TENSÃO xy A tensão atuante pode ser admitida constante até a profundidade y e tomada igual a: no caso da largura da seção, medida paralelamente à linha neutra, não diminuir a partir desta para a borda comprimida; para concretos de classes até C50: 85,0c para concretos de classes de C50 até C90: ]200/)50f(0,1[85,0 ckc Páginas 117 E 118 CASO GERAL 8,0 para MPa500fck 400/)50f(8,0 ck para MPa50fck (fck em MPa) cdc f no caso contrário cdc f9,0 Observa-se que tensão de compressão do concreto, adotada no diagrama, é de 0,8 ou 0,85 de fcd no caso dos concretos de classes até C50, ou c e c9,0 para os concretos de classes C50 a C90. Porque uma nova redução do valor da resistência, uma vez que fcd já é uma redução de fck ( 4,1 f cd ckf )? Há três motivos: O primeiro diz respeito ao modo como é obtido o valor de fck: o ensaio é feito com um corpo de prova cilíndrico, O segundo motivo é que o concreto tem uma resistência maior para cargas aplicadas rapidamente, Efeito Rusche A terceira razão, como já destacado, é que o concreto aumenta de resistência com a idade . A primeira parcela 0,95 é devida ao fato de a resistência ser obtida com ensaios de corpos de prova; a segunda 0,75 considera o efeito Rusch e a terceira 1,2 leva em conta o ganho de resistência dos concretos após os 28 dias de idade Há três motivos: pág 119 fcd cF Fs zy= x TENSÃO d altura útil: distância entre o centro de gravidade da armadura longitudinal tracionada até a fibra mais comprimida de concreto. d distância entre o centro de gravidade da armadura transversal comprimida e a face mais próxima do elemento estrutural (fibra mais comprimida de concreto). MSd momento fletor solicitante de cálculo na seção(na continuação será chamado apenas de Md): no dimensionamento, quando há um só tipo de carga acidental, é obtido multiplicando o momento em serviço (atuante) pelo coeficiente de ponderação f. No caso geral usa-se a expressão 1.23. (checar) MRd momento fletor resistente de cálculo (calculado com fcd e fyd): máximo momento fletor que a seção pode resistir (deve-se ter sempre MSd MRd). bw largura da seção transversal de vigas de seção retangular ou da nervura (parte mais estreita da seção transversal), também chamada de alma, das vigas de seção em forma de T. h altura total da seção transversal de uma peça. z braço de alavanca: distância entre o ponto de aplicação da resultante das tensões normais de compressão no concreto e da resultante das tensões normais de tração no aço (distância entre o centro de gravidade da armadura de tração e o centro de gravidade da região comprimida de concreto). x altura (profundidade) da linha neutra: distância da borda mais comprimida do concreto ao ponto que tem deformação e tensão nulas (distância da linha neutra ao ponto de maior encurtamento da seção transversal de uma peça fletida). y altura da linha neutra convencional: altura do diagrama retangular de tensões de compressão no concreto, na seção transversal de uma peça fletida; é uma idealização que simplifica o equacionamento do problema e conduz a resultados bem próximos daqueles que seriam obtidos com o diagrama parábola-retângulo (y = 0,8x, Figura 3.4). 3.5 DEFINIÇÕES E NOMENCLATURA Antes de apresentar toda a teoria que possibilita o dimensionamento das peças de concreto armado, é conveniente repetir as principais definições e nomenclatura das grandezas envolvidas no cálculo, empregadas pela NBR 6118: 2003 e pela maioria das normas internacionais. 3.5 DEFINIÇÕES E NOMENCLATURA PÁG. 119 3.6 DOMÍNIOS DE DEFORMAÇÃO NA SEÇÃO TRANSVERSAL (página 121) página 121 Geral Até C50 Pág. 122 a 125 NBR 6118:2003 estabelece, no item 14.6.4.3, que para melhorar a dutilidade das estruturas nas regiões de apoio das vigas (regiões de momentos negativos) ou de ligações com outros elementos estruturais, a posição da linha neutra no ELU deve obedecer aos seguintes limites: a) 50,0d/x para concretos com 35fck MPa b) 40,0d/x 35f ck MPa Porque ? “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 proporcionar o adequado comportamento dútil em vigas e lajes, a posição da linha neutra no ELU deve obedecer aos seguintes limites: a) 45,0d/x para concretos com MPa50fck (3.13) b) 35,0d/x para concretos com MPa90fMPa50 ck (3.14) Esses limites podemser alterados se forem utilizados detalhes especiais de armaduras, como por exemplo os que produzem confinamento nessas regiões”. Página 126 Na norma antiga Na nova norma Cálculo da armadura longitudinal em vigas com flexão normal simples Pág. 126 IMPRESSO Página 126 3.7 CÁLCULO DA ARMADURA LONGITUDINAL EM VIGAS SOB FLEXÃO NORMAL ATÉ C50 VISTA LATERAL FRONTAL VISTA M A d s s -3,5%00 c 0,85fc cd DEFORMAÇÕES POSSÍVEIS F F s c z y=0,8x x y=0,8xAs 2 3 00 10% c s bw dh yd F = 0 F Fs - Fc = 0 F Fs = Fc dMM M zFM cd zFM sd s d s fz M A As sssd AfFzM Dados: Md, fck, fyd, bw e d pede-se 3.7 CÁLCULO DA ARMADURA LONGITUDINAL EM VIGAS SOB FLEXÃO NORMAL VISTA LATERAL FRONTAL VISTA M A d s s -3,5%00 c 0,85fc cd DEFORMAÇÕES POSSÍVEIS F F s c z y=0,8x x y=0,8xAs 2 3 00 10% c s bw dh yd s d s fz M A zFM cd x8,0bf85,0F wcdc x4,0dz x4,0dx68,0fbx4,0dx8,0bf85,0zFM cdwwcdcd cdw2d fbx272,0dx68,0M Obtêm-se x 0,544 fb M0,27240,68dd0,68 cdw d2 x x4,0dz s d s fz M A Com x têm-se z E finalmente As Página 126 e 127 sc c scc d xdx (3.10) Página 129 Exemplo 1 Para uma seção retangular de concreto armado com bw = 0,12 m e d = 0,29 m sob a ação de um momento fletor M = 12,2 kNm (Md = 1,4M = 1,412,2 = 17,08 kNm), determinar a quantidade de armadura longitudinal necessária (As). Dados: fck = 20 MPa (20.000 kN/m2); Aço CA-50 ( 2ykyd cm/kN478,43MPa78,43415,1/50015,1/ff ). a) Colocando na equação 3.21 os valores conhecidos, determina-se x: cdw2d fbx272,0dx68,0M 4,1 2000012,0x272,029,0x68,008,17 2 544,0 4,1/2000012,0 08,17272,0429,068,029,068,0 x 2 resultando x1 = 0,6705 m e x2 = 0,0545 m. 544,0 fb M272,04d68,0d68,0 x cdw d2 Página 130 e 131 A primeira solução, x = 0,6705 m, indica que a linha neutra passa fora da seção transversal, não atendendo ao caso de flexão simples; assim o valor correto é x = 0,0545 m. A primeira solução, x = 0,6705 m, indica que a linha neutra passa fora da seção transversal, não atendendo ao caso de flexão simples; assim o valor correto é x = 0,0545 m. Com x = 0,0545 m na equação 3.5, resulta: 0,27=0,022-0,29=0,05454,029,0x4,0dz d) Cálculo de A : m0,27=0,022-0,29=0,05454,029,0x4,0dz d) Cálculo de As: Com os valores de Md = 17,08 kNm, z = 0,27 m e fyd = 43,478 kN/cm2 na equação 3.24, tem-se As: s 74,11 08,17 3,478427,0 08,17 fz M A yd d s As = 1,46 cm2 0,0545/0,29=0,187<<0,45!!Lembrar que x/d<0,45 De fato Questão da prova MATERIAL primeiras páginas PROVA EXERCÍCIO 4 Le R g1+g2 kN/m a Rb A B Figura 1 corte EXEMPLO 1 corte sA h d b w Dados M=25,6 kN.m b=20 d=37,2 cm fck=20 CA50 Pede-se As PÁG. 130 c L est d'=c+ + /2est L h=d-d' Questão da prova MATERIAL primeiras páginas Figura 1 corte EXEMPLO 1 corte sA h d b w Dados M=25,6 kN.m b=20 d=37,2 cm fck=20 CA50 Pede-se As PÁG. 130 xdz 4,0 yd d s fz MA mz 3509,00525,4,0372,0 2348,2 15,1 503509,0 6,254,1 cmAs Fórmulas adimensionais para dimensionamento de seções retangulares C50 dividindo ambos os membros da equação de Md por cd2w fdb tem-se: 2 2 cd 2 w cdw 2 cd 2 w d d x272,0 d x68,0 fdb fbx272,0dx68,0 fdb M 2)KX(272,0)KX(68,0KMD a equação 3.20 contém apenas termos adimensionais, e KX só pode variar entre 0 e 1 (x d x4,01 d x4,0d d z d)KZ(z como e, fz M A s d s , resulta: M s s d s fd)KZ( M A Fórmulas Adimensionais página 140 CONCRETO ARMADO Tabela 3.1 Valores para cálculo de armadura longitudinal de seções retangulares. KMD KX KZ c s KMD KX KZ c s 0,0100 0,0148 0,9941 0,1502 10,000 0,2050 0,3506 0,8597 3,5000 6,4814 0,0200 0,0298 0,9881 0,3068 10,000 0,2100 0,3609 0,8556 3,5000 6,1971 0,0300 0,0449 0,9820 0,4704 10,000 0,2150 0,3714 0,8515 3,5000 5,9255 0,0400 0,0603 0,9759 0,6414 10,000 0,2200 0,3819 0,8473 3,5000 5,6658 0,0500 0,0758 0,9697 0,8205 10,000 0,2250 0,3925 0,8430 3,5000 5,4170 0,0550 0,0836 0,9665 0,9133 10,000 0,2300 0,4033 0,8387 3,5000 5,1785 0,0600 0,0916 0,9634 1,0083 10,000 0,2350 0,4143 0,8343 3,5000 4,9496 0,0650 0,0995 0,9602 1,1056 10,000 0,2400 0,4253 0,8299 3,5000 4,7297 0,0700 0,1076 0,9570 1,2054 10,000 0,2450 0,4365 0,8254 3,5000 4,5181 0,0750 0,1156 0,9537 1,3077 10,000 0,2500 0,4479 0,8208 3,5000 4,3144 0,0800 0,1238 0,9505 1,4126 10,000 0,2550 0,4594 0,8162 3,5000 4,1181 0,0850 0,1320 0,9472 1,5203 10,000 0,2600 0,4711 0,8115 3,5000 3,9287 0,0900 0,1403 0,9439 1,6308 10,000 0,2650 0,4830 0,8068 3,5000 3,7459 0,0950 0,1485 0,9406 1,7444 10,000 0,2700 0,4951 0,8020 3,5000 3,5691 0,1000 0,1569 0,9372 1,8611 10,000 0,2750 0,5074 0,7970 3,5000 3,3981 0,1050 0,1654 0,9339 1,9810 10,000 0,2800 0,5199 0,7921 3,5000 3,2324 0,1100 0,1739 0,9305 2,1044 10,000 0,2850 0,5326 0,7870 3,5000 3,0719 0,1150 0,1824 0,9270 2,2314 10,000 0,2900 0,5455 0,7818 3,5000 2,9162 0,1200 0,1911 0,9236 2,3621 10,000 0,2950 0,5586 0,7765 3,5000 2,7649 0,1250 0,1998 0,9201 2,4967 10,000 0,3000 0,5721 0,7712 3,5000 2,6179 0,1300 0,2086 0,9166 2,6355 10,000 0,3050 0,5858 0,7657 3,5000 2,4748 0,1350 0,2175 0,9130 2,7786 10,000 0,3100 0,5998 0,7601 3,5000 2,3355 0,1400 0,2264 0,9094 2,9263 10,000 0,3150 0,6141 0,7544 3,5000 2,1997 0,1450 0,2354 0,9058 3,0787 10,000 0,3200 0,6287 0,7485 3,5000 2,0672 0,1500 0,2445 0,9022 3,2363 10,000 0,3300 0,6590 0,7364 3,5000 1,8100 0,1550 0,2536 0,8985 3,3391 10,000 0,3400 0,6910 0,7236 3,5000 1,5652 0,1600 0,2630 0,8948 3,5000 9,8104 0,3500 0,7249 0,7100 3,5000 1,3283 0,1650 0,2723 0,8911 3,5000 9,3531 0,3600 0,7612 0,6955 3,5000 1,0983 0,1700 0,2818 0,8873 3,5000 8,9222 0,3700 0,8003 0,6799 3,5000 0,8732 0,1750 0,2913 0,8835 3,5000 8,5154 0,3800 0,8433 0,6627 3,5000 0,6506 0,1800 0,3009 0,8796 3,5000 8,3106 0,1850 0,3106 0,8757 3,5000 7,7662 0,1900 0,3205 0,8718 3,5000 7,4204 0,1950 0,3305 0,8678 3,5000 7,0919 0,2000 0,3405 0,8638 3,5000 6,7793 0,0850 0,1320 0,9472 1,5203 10,000 0,0900 0,1403 0,9439 1,6308 10,000 0,0950 0,1485 0,9406 1,7444 10,000 0,1000 0,1569 0,9372 1,8611 10,000 0,1050 0,1654 0,9339 1,9810 10,000 0,1100 0,1739 0,9305 2,1044 10,000 0,1150 0,1824 0,9270 2,2314 10,000 0,1200 0,1911 0,9236 2,3621 10,000 0,1250 0,1998 0,9201 2,4967 10,000 0,1300 0,2086 0,9166 2,6355 10,000 0,1350 0,2175 0,9130 2,7786 10,000 0,1400 0,2264 0,9094 2,9263 10,000 0,1450 0,2354 0,9058 3,0787 10,000 0,1500 0,2445 0,9022 3,2363 10,000 0,1550 0,2536 0,8985 3,3391 10,000 0,1600 0,2630 0,8948 3,5000 9,8104 0,1650 0,2723 0,8911 3,5000 9,3531 0,1700 0,2818 0,8873 3,5000 8,9222 Voltar Voltar VoltarVoltar Exemplo 6 Para a seção retangular (concreto armado) do Exemplo 1 (bw = 0,12 m, M = 12,2 kNm), determinar a quantidade de armadura longitudinal necessária (As), admitindo, primeiramente, altura útild = 0,29 m, e, em seguida, que ela não seja conhecida. Utilizar fórmulas adimensionais e quadro para dimensionamento. Considerar fck = 20 MPa (20000 kN/m2) e aço CA-50. Página 143 Exemplo 6 (bw = 0,12 m, M = 12,2 kNm), determinar (As), d = 0,29 m, fck = 20 MPa (20000 kN/m2) e aço CA-50. Cálculo de KMD 12,0 4,1 000.2029,012,0 08,17 fdb M KMD 2cd 2 w d Página 143 Com KMD = 0,12 (Quadro 3.1): KX = 0,1911; KZ = 0,9236; c = 2,3621‰; s = 10,00‰. Como KX = x/d < 0,45, portanto abaixo do limite imposto pela norma, pode-se continuar os cálculos. Domínio em que a peça atingirá o estado limite último: s = 10,00‰ e C = 2,3621‰ < 3,5‰ domínio 2 Cálculo de As (equação 3.46): 1,15 )/cm(kN 50)m( 0,299236,0 )kNm(08,17 fd)KZ( MA 2 s d s As = 1,46 cm2 ir cs FF zFM cd zFM sd xbfF wcdcc x5,0dz x5,0dxfbM cdcwd cdcw22d fbx5,0dxM cdcw d2 fb M2dd x yd d s fz MA scu cu d x Pág. 131 3.7.2 Equacionamento para concretos de qualquer classe Em princípio o equacionamento para o cálculo da armadura longitudinal é feito da mesma forma que no caso anterior; apenas irão aparecer os termos αc e λ. Página 131 e 132 Exemplo 2 (é o exemplo 1 com resistência característica do concreto fck = 90 MPa) Para uma seção retangular de concreto armado com bw = 0,12 m e d = 0,29 m sob a ação de um momento fletor M = 12,2 kNm (Md = 1,4M = 1,412,2 = 17,08 kNm), determinar a quantidade de armadura longitudinal necessária (As). Dados: fck = 90 MPa (90.000 kN/m2); Aço CA-50 ( 2ykyd cm/kN478,43MPa78,43415,1/50015,1/ff ). a) Cálculo de λ e αc (expressões 3.8 e 3.12): 7,0400/)5090(8,0400/)50f(8,0 ck 68,0]200/)5090(0,1[85,0]200/)50f(0,1[85,0 ckc b) Com os valores conhecidos na equação 3.34, determina-se x: 7,0 4,1/9000068,012,0 08,17229,029,0 fb M2dd x 2 cdcw d2 resultando x1 = 0,812 m e x2 = 0,0164 m A primeira solução, x = 0,812 m, indica que a linha neutra passa fora da seção resultando x1 = 0,812 m e x2 = 0,0164 m A primeira solução, x = 0,812 m, indica que a linha neutra passa fora da seção transversal, não atendendo ao caso de flexão simples; assim o valor correto é x = 0,0164 m. Página 132 Com x = 0,0545 m na equação 3.5, resulta: 34,12 08,17 3,4784284,0 08,17 fz MA yd d s As = 1,39 cm2 c) Verificação do domínio: No limite entre os domínios 2 e 3 (c = 3,5‰, s = 10‰), a posição da linha neutra é x = 0,259d = 0,2590,29 = 0,0751 m, maior que o valor encontrado para x na equação 3.34, indicando que o problema ocorre no domínio 2 e, portanto, de fato, o aço já escoou e fs = fyd = 50/1,15 = 43,478 kN/cm2. d) Cálculo do valor do braço de alavanca z: Com x = 0,0164 m na equação 3.31, resulta: x5,0dz m0,284=0,00570,29=0,01640,75,029,0x5,0dz e) Cálculo de As: Com os valores de Md = 17,08 kNm, z = 0,284 m e fyd = 43,478 kN/cm2 na equação 3.24 ou 3,36, tem-se As: As = 1,46 cm2 Página 133 cdw2d fbx272,0dx68,0M 0fbx54,0d68,0 dx )M(d cdw d d25,1x 3.7.3 Cálculo do máximo momento resistente da seção Página 133 O momento máximo é dado pelo valor máximo de x permitido Assim, antes da imposição da ductilidade mínima pela norma, o máximo momento resistente era determinado para εs = εyd e εc = εcu (limite entre os domínios 3 e 4). Na situação agora exigida, o momento máximo, para concretos até a classe C50, é obtido quando x=0,45d (ABNT NBR 6118:2014, item 14.6.4.3). E nos demais casos para x=0,35 d Desta forma o aço CA50 sempre trabalhará escoando Página 133 Desta forma o aço CA50 sempre trabalhará escoando Exemplo 3 Para uma viga de seção retangular de concreto armado, com largura bw = 12 cm, e altura útil d = 17,65 cm, determinar o momento resistente da seção e o valor da área de aço necessária correspondente a esse momento. Considerar fck = 20 MPa (20000 kN/m2) e aço CA-50. b) Cálculo para x/d = 0,45, pois a resistência do concreto é menor que 50 MPa: Página 134 Momento resistente: Colocando x/d = 0,45 (x = 0,45∙d) na equação 3.20 resulta: )d45,04,0d(d45,068,0fb)x4,0d(x68,0fbzFM cdwcdwcd mkN40,131765,045,04,01765,01765,045,068,0 4,1 2000012,0Md O máximo momento, em serviço, que pode atuar na viga é: mkN57,9 4,1 40,13 4,1 MM d Armadura Armadura A armadura necessária pode ser obtida com a equação 3.24, com x = 0,45∙d e fs = fyd, pois a seção trabalha no domínio 3, no qual a deformação específica do aço corresponde à resistência de escoamento de cálculo do aço: 2 15,1 50 yd d yd d s cm13,21765,045,04,01765,0 40,13 fd45,04,0d M fz MA De 2003 a 2014 o que mudou???? a) Cálculo para o limite entre os domínios 3 e 4: Momento resistente: Não pode mais é só para ver a diferença Momento resistente: O limite entre os dominios 3 e 4, para o CA-50 que tem yd = 0,00207 é: m1109,01765,06283,01765,0 00207,00035,0 0035,0d 0035,0 0035,0x yd 34 Com esse valor, na equação 3.20, obtém-se M : 3434 4,068,0 xdxfbzFM cdwcd Com esse valor, na equação 3.20, obtém-se Md: mkN08,171109,04,01765,01109,068,0 4,1 2000012,0Md O máximo momento que pode atuar na viga, sabendo que Md = 1,4M, é: mkN20,12 4,1 08,17 4,1 M M d 2 15,1 50 yd34 d yd d s cm97,21109,04,01765,0 08,17 fx4,0d M fz M A Norma Md, max kN.m As cm2 2003 17,8 2,97 2014 13,40 2,13 0,75 0,71 Material anexo início cd 2 R fdb0,251M Figura 1 corte EXEMPLO 2 corte sA h d b w Dados b=20 d=37,2 cm fck=20 CA50 Pede-se Mmáximo Resistido e As PÁG. 134 iteitewcdcd xdxbfzFM limlim 4,08,085,0 cdwd dddfbM 45,04,045,068,0 Com xlim=0,45d mkNfdbM cdwd 24,994,1 20000372,02,0251,0251,0 22 mkNMM d 9,704,1/24,99 4,1 yd d yd d yd d s fd M fdd M fz MA 82,045,04,0 15,1 59372,082,0 2,99 82,0 yd d s fd MA 7,48 cm2 3.7.5 Cálculo do máximo momento resistente da seção, conhecida a armadura longitudinal página 136 y dss fAF x8,0bf85,0F wcdc e, como Fc = Fs, ou seja: ydswcd fAx8,0bf85,0 resulta para x: cdw yds fb68,0 fA x página 136 página 137 Exemplo 4 Determinar o momento resistente de uma viga de seção retangular de concreto armado, com largura bw = 12 cm e altura útil d = 17,65 cm, para as seguintes situações: a) As = 0,5 cm2; b) As = 2,0cm2. Dados: Aço CA-50; fck = 20 MPa (20.000 kN/m2). m0186,0 )4,1/20000(12,068,0 )15,1/50(5,0 fb68,0 fA x cdw yds cdw yds fb68,0 fA x Profundidade da linha neutra, considerando inicialmente que a seção trabalhe nos domínios 2 ou 3 (fs = fyd), determina-se a posição da linha neutra (equação 3.40): página 137 Verificação da posiçãoda linha neutra (domínio) em que a viga trabalha: Com os limites entre os domínios 2 e 3 (x23) e entre 3 e o limite x = 0,45·d, verifica-se a posição da linha neutra para o valor encontrado de x = 0,0186 m. O valores de x23 pode ser determinados com a expressão 3.25 (ou 3.26), lembrando que entre os domínios 2 e 3 o aço tem deformação específica de 1,0%; o limite x = 0,45·d (x0,45) é obtido diretamente:: m0457,01765,0259,0d 1,0035,0 035,0dx sc c 23 m0794,01765,045,0d45,0x 45,0 Como o valor encontrado x = 0,0186 m é menor que x23 = 0,0457 m, trata-se do domínio 2, confirmando a suposição inicial. domínio 2, confirmando a suposição inicial. Cálculo do momento Como a viga trabalha no domínio 2, calcula-se o momento resistente com a equação 3.41: mkN675,3)0186,04,01765,0( 15,1 505,0x4,0dfAx4,0dFM ydssd e, portanto, o máximo momento que pode atuar na viga é: mkN625,2 4,1 675,3 4,1 MM d X=0,0186m Material anexo início PÁG. 136 Figura 1 corte EXEMPLO 3 corte sA h d b w Dados b=20 d=37,2 cm fck=20 CA50 As = 1 cm 2 Pede-se MRmáx cdw yds fb68,0 fA x xdFzFM ssd 4,0 mkN .78,1502237,04,0372,0 15,1 501 M=15,78/1,4=11,27 kN.m m02237,0 4,1 2000020,068,0 15,1 501 3.7.6 Cálculo da altura mínima de uma seção com armadura simples PAGINA 138 cdw2d fbx272,0dx68,0M sc c d x Equação 3.21: Equação 3.25: sc c d x cdwd fbddM 222 272,068,0 2cdw d 272,068,0fb M d cdw d cdw d 2 cdw d min fb M0,2 25092,0fb M 45,0272,045,068,0fb Md Exemplo 5 página 139 Para a seção retangular de concreto armado do Exemplo 1, determinar a altura mínima (dmín) e a quantidade de armadura longitudinal necessária (As). Dados nas unidades necessárias: Aço CA-50: ; fck = 20 MPa = 20.000 kN/m2 = 2 kN/cm2; Md = 1,4M = 1,412,2 = 17,08 kNm . A altura mínima é obtida para 45,0d/x ; para isso pode ser empregada diretamente a equação 3.43.) m1996,0 4,1/2000012,0 08,170,2 fb M0,2d cdw d min dmín = 19,96 cm Cálculo da armadura necessária para dmín = 19,96 cm (nessa situação fs = fyd): 96,1945,0d45,0x cm98,8x 98,84,096,19x4,0dz cm34,16z 15,1/501634,0 08,17 fz M fz MA yd d s d s As = 2,40 cm2 Material anexo início PÁG. 138/139 Figura 1 corte EXEMPLO 4 corte sA h d b w Dados M=25,6 kN.m b=20 fck=20 CA50 Pede-se dmn As correspondente md 224,0 4,1 2000020,0 6,254,10,2min 82,045,04,0 fd M fdd M fz MA yd d yd d yd d s 2487,4 15,1 50224,082,0 6,254,1 cm fb M0,2d cdw d min 3.7.6 Cálculo de seções com armadura dupla Página 145 Podem ocorrer situações em que, por imposições de projeto, arquitetônicas, etc., seja necessário utilizar para a viga uma altura menor que a altura mínima exigida pelo momento fletor atuante de cálculo Md. Nesse caso, determina-se o momento (Mlim) que a seção consegue resistir com a sua altura real e armadura apenas tracionada (armadura simples As1), trabalhando no limite da relação x = 0,45·d (domínio 3); a diferença entre o momento atuante Md e o momento Mlim, que será chamada de M2 (M2 = Md – Mlim), será resistida por uma armadura de compressão, e para que seja mantido o equilíbrio, por uma adicional de tração. 3.7.6 Cálculo de seções com armadura dupla cd2wlimlimwcdlimclim fdb251,0x4,0dx8,0bf85,0zFM ydlim lim ydlim lim yd lim 1s fd)KX(4,01 M f)x4,0d( M fz MA yd limd yd 2 2s f'dd MM f'dd MA yd limd ydlim lim s f'dd MM fdKX4,01 MA Pág. 145 Md As As´ As´ As d h d´ b s´ yd As1 Mlimite Fc Fs z As´ As2 M2 F´ =A´ f´s s s F =A fs2 s2 yd d-d´ 3.7.6 Cálculo de seções com armadura dupla ' s limd' s s 2' s f)'dd( MMA 'f)'dd( MA lim lim s lim s lim x )'dx(35,0' )'dx( ' x 35,0 Pág. 145 c L est d'=c+ + /2est L h=d-d' L N c =0,35% s' x d' lim Md As As´ As´ As d h d´ b s´ yd As1 Mlimite Fc Fs z As´ As2 M2 F´ =A´ f´s s s F =A fs2 s2 yd d-d´ Exemplo 7 Para um momento M = 45 kNm, calcular a armadura necessária de uma seção retangular com largura bw = 0,12 m e d = 0,29 m, com aço CA-50 e fck = 20 MPa. Considerar estribos de = 6 mm e barras longitudinais (comprimidas ou tracionadas) de = 10 mm, e cobrimento de 2,5 cm, de acordo com tabela 7.2 da ABNT NBR 6118:2014, para vigas em ambientes com classe de agressividade ambiental I (Quadro 4.4, Capítulo 4). a) Cálculo da altura mínima da seção para M = 45 kNm, conforme a equação 3.43, em que x/d = 0,45: 383,04,1/2000012,0 454,10,2 fb M0,2 45,0272,045,068,0fb Md cdw d 2 cdw d min Como d = 0,29 m dmím = 0,383 m armadura dupla! Página 147 Exemplo 7 Para um momento M = 45 kNm, calcular a armadura necessária de uma seção retangular com largura bw = 0,12 m e d = 0,29 m, com aço CA-50 e fck = 20 MPa. Considerar estribos de = 6 mm e barras longitudinais (comprimidas ou tracionadas) de = 10 mm, e cobrimento de 2,5 cm, de acordo com tabela 7.2 da ABNT NBR 6118:2014, para vigas em ambientes com classe de agressividade ambiental I (Quadro 4.4, Capítulo 4). a) Cálculo de momento limite (Mlim) com a equação 3.48: mkN19,364,1/2000029,012,0251,0dfb251,0M 22cdwlim b) Cálculo de M2: mkN81,26=36,19544,1MMM limd2 c) Cálculo de As1 (KXlimite = xlimite/d = 0,45), com a expressão 3.51: d = 29 cm e cm6,32/0,16,05,2'd (distância da armadura comprimida à borda comprimida em que 0,6 cm é o diâmetro dos estribos, e 1,0 cm é o diâmetro da armadura longitudinal): 43,250,3 1,15 50036,029,0 36,19544,1 1,15 500,290,454,01 19,36As As = 5,93 cm d) Cálculo de 'sA , sendo necessário conhecer antes ' sf e, portanto, ' s , com a equação 3.53: 0025,0 0,2945,0 0,0360,2945,00035,0 x 'dx0035,0' lim lim s como 's yd (yd = 0,00207 para CA-50) 'sf = fyd 15,1 50036,029,0 36,19544,1 f'dd MMA yd itelimd' s 'sA =2,43 cm 2 Md As As´ As´ As As1 As´ As2 d h d´ b Mlimite M2 Fc Fs F´ =A´ f´s s s F =A fs2 s2 yd d-d´z s´ yd Material anexo inicial Figura 1 corte EXEMPLO 5 corte sA h d bw Dados M=134.6 kN.m b=20 d=37,2; d´=2,8 cm fck=20 CA50 Pede-se As e ,sA c L est d'=c+ + /2est L h=d-d' L N c=0,35% s' x d' lim PÁG. 145/146 fb Md cdw d 20,2min Como d=0,372<0,513 armadura duplam513,0 4,1 2000020,0 6,1344,10,2 Material anexo inicial fdbM cdw251,0 2 lim MMM d lim2 ddxdxdzz )/4,01(4,0 limlimlim mk.24,99 4,1 20000372,020,0251,0 2 mk.198,8924,996,1344,1 Figura 1 corte corte sA h d b w EXEMPLO 5 Dados M=134.6 kN.m b=20 d=37,2; d´=2,8 cm fck=20 CA50 Pede-se As e ,sA 2446,13963,5483,7 15,1 50028,0372,0 198,89 15,1 50372,082,0 24,99 cmAs yd d yd s fdd MM fz MA ' lim lim lim ddKXd 82,045,04,01])(4,01[ lim Material anexo inicial Figura 1 corte corte sA h d b w EXEMPLO 5 Dados M=134.6 kN.m b=20 d=37,2; d´=2,8 cm fck=20 CA50 Pede-se As e ,sA escoas 207,0%29,0 372,045,0 )028,0372,045,0(35,0' c =0,35% s' x d' lim lim lim limlim )'(35,0' )'( '35,0 x dx dxx s s s s Afdd MA ')'( 2' sA' 15,1 50028,0372,0 198,89 =5,963cm2 yd d s fdd MMA )'( lim' ydsse , 15,1 , ´, s ssyds Efse ´´ lim´ s d s fdd MMA sA h d b w Resumo d cm Md kN.m As cm2 A´s cm2 37,2 35,84 2,34 -------- 37,2 99,24 7,48 -------- 37,2 15,78 1,0 37,2 188,4 13.446 5,963 37,2 35,84 2,34 -------- 22,4 4,49 bw=20 cm fck=20 MPa 3.7.9 Cálculo de armadura em vigas de seção transversal em forma de "T“ pag 147 a (viga simplesmente apoiada) 75,0a (tramo com momento em uma só extremidade) 60,0a (tramo com momentos nas duas extremidades) 2a (viga em balanço) Deverão ser respeitados os limites de b1 e b3 conforme a Figura 3.22: a10,0 b5,0 b 21 a10,0 b b 43 wb wb 2b 4b c b1 fb b3 1bwb f 3b pag 147, 148 Calcula-se inicialmente o momento resistido pelas abas (M1): 2 hdbbhf85,0 2 hdFM fwffcde1c1 (3.54) O momento restante (M2) é absorvido pela nervura (alma), como nas seções retangulares: 2 ydFMMM 2c1d2 (3.55 A armadura é obtida somando-se a necessária para resistir a cada um dos momentos: yd 2 ydf 1 s fd)KZ( M f2/hd MA (3.56 pag 149 Página 150 Exemplo 8 Calcular a armadura para a viga simplesmente apoiada, de vão igual 30 m, cuja seção é a da Figura 3.27 e está submetida a um momento Md = 6770 kNm. Considerar aço CA-50 e fck = 30 MPa. Página 150 a) Determinação da largura colaborante bf: 1bwb f 3b 3wf b2bb ; bw = 18 cm; cm300300010,010,0a10,0 (viga simplesmente apoiada, a = ); cm76)2/)18170( a10,0 b b 43 cm76)2/)18170(b4 ; 300010,010,0a10,0b3 cm76)2/)18170(b4 ; cm76)2/)18170(b4 ; 76300bb 43 ; cm17076218bf . b) Determinação da posição da linha neutra, supondo inicialmente que passe na mesa da viga (seção retangular, nesse caso bw = bf): 0607,0 4,1/300001,757,1 6770 fdb MKMD 2 cd 2 w d Será tomado, no Quadro 3.1, KMD = 0,0650, maior valor mais próximo ao calculado. KMD = 0,0650 KX = 0,0995 m0,174=1,750,0995d)KX(x hf = 0,20 m Página 151 CA50 e fck=30 MPa link A hipótese adotada inicialmente é válida, ou seja, a linha neutra está na mesa e a seção é retangular. c) Cálculo da armadura: KMD = 0,0650 Quadro 3.1 KZ = 0,9602 e s = 10‰ yd fs = fyd 15,1/501,759602,0 6770 fd)KZ( MA yd d s As = 92,7 cm2 Página 151 Página 152 Exemplo 9 Calcular a armadura necessária para a seção do Exemplo 8 supondo Md = 10000 kNm, com aço CA-50 e fck =30 MPa. a) Determinação da largura colaborante bf A largura colaborante é a mesma do exemplo anterior, ou seja . b) Determinação da posição da linha neutra, supondo inicialmente que passe na mesa da viga (seção retangular, nesse caso bw = bf) 0900,00896,0 4,1/300001,757,1 10000 fdb MKMD 2 cd 2 w d Ir cdw KMD = 0,0900 Quadro 3.1 KX = 0,1403 m0,246=1,75,14030d)KX(x hf = 0,20 m Portanto, a hipótese inicial não é válida, pois a linha neutra está fora da mesa, tratando-se de seção "T". Será necessário, assim, determinar a parcela do momento resistido pelas abas e pela alma da seção (Figura 3.28) e a armadura total necessária. m0,246=1,75,14030d)KX(x hf = 0,20 m Portanto, a hipótese inicial não é válida, pois a linha neutra está fora da mesa, tratando-se de seção "T". Será necessário, assim, determinar a parcela do momento resistido pelas abas e pela alma da seção (Figura 3.28) e a armadura total necessária. Figura 3.28 Momento resistido pelas abas e pela alma de uma viga "T". c) Momento resistido pelas abas (M1) 2 hdbbhf85,0 2 hd 2 bb2hf85,0 2 hdFM fwffcdfwffcdf1c1 kNm 30,9136 2 2,075,1)18,070,1(20,0 4,1 3000085,0M1 d) Momento resistido pela alma (M2) M2 = Md – M1 = 10000 – 9136,30 = 863,70 kNm e) Cálculo da armadura As que é a soma das parcelas referentes ao momento resistido pelas abas(M1) e ao momento resistido pela mesa (M2); a segunda parcela refere-se a uma seção retangular, com bw = 0,18 cm, cortada pela LN, e pode ser calculada com o uso d Quadro 3.1. yd 2 yd f 1 s fd)KZ( M f 2 hd MA 0730,0 4,1/300001,750,18 863,70=KMD 2 Será tomado KMD = 0,0750, maior valor mais próximo ao calculado. KMD = 0,0750 KZ = 0,9537, s = 10‰ yd = 2,07‰ fs = fyd 90,1135,12715,1/501,759537,0 70,863 15,1/502/20,075,1 30,9136As As = 139,25 cm2 ir Prova viga contínua
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