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3-ESCADAS 3.1 INTRODUÇÃO As escadas têm como função unir, através de degraus sucessivos, os diferentes pavimentos de uma construção. Elas podem assumir as mais variadas formas e tamanhos, em função das necessidades de tráfego de pessoas e da concepção arquitetônica. O material da escada deve ser incombustível. Geralmente as escadas das edificações possuem forma retangular, como mostrado na figura abaixo. As escadas de um modo geral podem apoiar-se em alvenarias portantes, em vigas ou em paredes de concreto armado. O contorno externo da escada, quando fechado por paredes, define a chamada caixa de escada. Dependendo do tipo de escada, o Corpo de Bombeiros faz diversas exigências para a caixa de escada (por exemplo: câmara de exaustão de fumaça com acesso através de portas corta-fogo), com o objetivo que esta possa resistir ao fogo por quatro horas. Quando a escada tem mais de 16 degraus, é necessário a introdução de patamar de descanso, dividindo a escada em dois ou mais lances (exceto em escadas privativas internas). O espaço vazio situado entre dois lances, na parte central da escada, é denominado vão da escada. Em um degrau podemos identificar uma face horizontal, denominada piso do degrau, e outra vertical, chamada espelho. Em certos casos, alguma imposição arquitetônica conduz a uma escada de forma diferente da retangular, como mostrado na figura abaixo. Em obras especiais, onde a escada fique visível, é comum que os arquitetos procurem uma solução que a torne mais atraente, dando-lhe uma sensação de leveza, o que invariavelmente conduzirá a um cálculo estrutural mais sofisticado e trabalhoso. Um exemplo é mostrado abaixo. A utilização de escadas do tipo 'marinheiro', 'caracol' ou 'em leque', no entanto, tem uso restrito para acesso a torres, adegas, casa de máquinas ou entre pisos de uma mesma unidade residencial. 3.2 DEFINIÇÃO GEOMÉTRICA DA ESCADA O dado inicial para definição das dimensões de uma escada é o desnível a ser vencido, denominado H. Em função deste desnível, deve-se determinar o número de degraus necessários. A altura dos degraus, ou espelho(e), situa-se entre 15 e 20cm, dependendo do tipo de escada. Escadas de edificações em geral possuem espelho de 17 a 18cm. Definida a altura do degrau, pode-se calcular o número de degraus necessários, pela expressão: e H n Para definir as dimensões do degrau, há várias formulações, propostas por diversos autores, dentre as quais a mais usual é a relação de Blondel: g+2e=m onde: g - piso do degrau; m - valor que pode variar de 0,59 (escadas usuais de apartamentos) a 0,66 (locais públicos); usualmente usa-se o valor 0,64 nas edificações em geral. Em geral, adota-se como largura mínima de uma escada em edificações residenciais o valor 1,2m, o que permite a passagem simultânea de duas pessoas. Para passagem de três pessoas, a largura deve ser aumentada para cerca de 1,9m, e nas escadas privativas pode-se diminuir a largura para até cerca de 0,80m (se externa) ou 0,60m (se interna). A largura de uma escada deveria ser também função do número de pessoas que utilizam o pavimento do prédio, de modo a permitir que, em caso de incêndio, todos os usuários deixassem o andar em um determinado intervalo de tempo. Estima-se que cada 30cm de largura de escada é capaz de permitir a passagem de 13 pessoas por minuto, e todas as pessoas do andar deveriam ser escoadas em dois minutos. A localização da escada no prédio deveria ainda minimizar a distância da sala mais afastada até a mesma. É recomendável que se considere este fator ao localizar a escada do prédio, garantindo que a distância da porta de acesso de qualquer unidade residencial até a escada seja inferior a 20m. A altura do peitoril deve ser de cerca de 0,9m. A distância vertical livre acima do degrau é fixada em 2,2m nos edifícios em geral, permitindo-se valores inferiores, até cerca de 1,9m, em escadas no interior do apartamento. A largura do patamar das escadas deve ser no mínimo três vezes a profundidade do degrau. Quando o patamar estiver situado no local de mudança de direção da escada, deverá ter largura igual à da escada, por condições de geometria. O patamar mínimo deve ter pelo menos 0,8x0,8m². Com o objetivo de ganhar espaço no desenvolvimento da escada, era comum no passado lançar mão dos degraus em 'canto girante' (degraus em leque, com profundidade de piso variável). Este tipo de solução, que já foi muito usado, exige o balanceamento dos degraus no trecho, e mesmo assim conduz a elevadas inclinações na região interna da curva, impedindo ou tomando perigosa sua utilização. Atualmente, este tipo de escada está limitado às escadas privativas internas. 3.3 CARGAS ATUANTES As cargas que normalmente atuam em uma escada são o peso próprio, revestimento, sobrecarga e eventualmente alvenarias e/ou peitoris. Para o cálculo do peso próprio, devem-se considerar a espessura média e o peso específico do concreto. ccméd ehhg 2/ O peso de revestimento geralmente considerado é de 1kN/m2. As cargas devidas a parapeitos e alvenarias em geral são calculadas normalmente. Deve-se, no entanto, observar com especial atenção o caso de alvenarias, de modo a saber qual a altura de alvenaria que realmente descarrega sobre a escada, pois são possíveis quatro tipos de carregamento, como mostrado na figura seguinte. O carregamento é geralmente uma carga linear distribuída no bordo da laje da escada. O mesmo tipo de carregamento será aplicado às vigas laterais da escada, se estas existirem. A sobrecarga nas escadas é definida pela NBR 6120, com os seguintes valores: - com acesso ao público: 3,0kN/m²; - sem acesso ao público: 2,5kN/m². Quando a escada é constituída de degraus isolados, a NBR 6120 recomenda que estes devem ser calculados para suportarem uma carga concentrada de 2,5kN, aplicada na posição mais desfavorável. Este carregamento, no entanto, não deve ser considerado na composição de cargas das vigas que suportam os degraus, as quais deverão ser calculadas para as cargas distribuídas em áreas indicadas anteriormente. Ao longo dos parapeitos e balcões, deve-se aplicar uma carga horizontal de 0,8kN/m na altura do corrimão e uma carga vertical mínima de 2kN/m. 3.4 ESCADAS RETANGULARES 3.4.1 ESCADAS ARMADAS TRANSVERSALMENTE Trata-se do caso em que a escada possui elementos que a apoiam ao longo de seu comprimento. Estes elementos podem ser paredes de alvenaria ou de concreto, ou vigas. Estas escadas são tratadas como lajes armadas numa só direção, pois, em geral, a relação ly/lx é superior a 2, ou, em alguns casos, não há elementos portantes na outra direção. Os momentos máximos são calculados pelas fórmulas da análise estrutural, e o cálculo da armadura deve ser feito usando-se a espessura média da laje. A disposição das armaduras está mostrada na figura seguinte, para uma escada biapoiada. A armadura secundária é a preconizada pela NBR6118 para as lajes em geral. Uma opção para a forma é a escada “plissada”, onde o fundo acompanha superfície superior, economizando peso próprio. Sendo a escada armada transversalmente, o dimensionamento pode ser feito para cada vigota retangular, devendo-se também calcular os trechos horizontais como laje apoiada em duas vigotas. Esta forma de escada também pode ser utilizada para escadas armadas longitudinalmente, embora não se obtenham neste caso grandes vantagens, uma vez que a altura para dimensionamento estrutural fica bastante reduzida e os detalhes da armadura principal (longitudinal) ficariam um tanto complicados. Efeitos de engastamento da escada nos elementos que a suportam - alvenarias, paredes de concreto ou vigas - devem ser consideradosno dimensionamento destes, se for o caso. Seja, por exemplo, o caso de laje de escada livre em um dos bordos e engastada em viga no outro, em que se deve considerar a transmissão do momento de engastamento da escada para a viga. Este momento será decomposto em duas parcelas - flexão transversal e torção como mostrado a seguir. 3.4.2 ESCADAS ARMADAS LONGITUDINALMENTE Este esquema estrutural é usado quando não se têm apoios ao longo da escada ou quando, mesmo tendo apoio ao longo das laterais, a relação entre vãos ly/lx é superior a 2. O cálculo dos esforços é efetuado como mostrado nas equações abaixo. ; 8 2 max ql M 2 max ql V O cálculo dos esforços pode ser feito com a carga atuante por m² horizontal e com a projeção horizontal do vão, como mostrado na figura seguinte. O cálculo das armaduras de flexão deve ser feito com a espessura mínima da laje h, o que representa uma desvantagem em relação à escada armada transversalmente, onde se pode usar a espessura média. A figura mostra o detalhamento da armadura de flexão. Em função de necessidades arquitetônicas, pode-se necessitar de um ou mais patamares na escada. . Normalmente o cálculo permanece inalterado, devendo-se somente ter o cuidado de detalhar corretamente as armaduras nas regiões em que haja mudança de direção, com tendência à expulsão da armadura, o que também é chamado de empuxo ao vazio. Há situações, no entanto, em que os apoios da escada são indeslocáveis horizontalmente, gerando assim um efeito idêntico ao de um pórtico. A resolução do pórtico pode ser feita por um processo usual da análise estrutural. Esta situação, no entanto, só deve ser considerada em casos muito especiais, devendo-se na grande maioria dos casos, desprezar este efeito de pórtico. 3.4.3 ESCADAS ARMADAS EM CRUZ Neste caso há apoio (ou engaste) em pelo menos três bordos da escada, e a mesma pode ser calculada como laje armada em duas direções. O apoio pode ser uma viga ou parede portante (de concreto ou de alvenaria). O tipo mais simples é o mostrado abaixo. O cálculo da escada da figura acima pode ser efetuado como laje retangular apoiada nos quatro bordos, ou engastada em dois bordos extremos, quando for garantida a continuidade entre a laje da escada e as dos pavimentos. Outro tipo usual de escada armada em cruz é a mostrada na figura seguinte, que pode ser calculada dividindo-a em duas lajes com bordo livre. A escada da figura abaixo pode ser calculada por qualquer um dos três esquemas estruturais indicados, obtidos pelo desmembramento da escada em três lajes de bordo livre. Sobre os bordos livres geralmente atuam as cargas de alvenaria ou as reações dos trechos de escada neles apoiados. No terceiro esquema estrutural apresentado, os trechos dos patamares são considerados duas vezes com a totalidade do carregamento, o que conduz a resultados a favor da segurança. Quanto ao cálculo e detalhamento das armaduras, nenhum comentário adicional se faz necessário, além daqueles já citados para as escadas armadas em uma só direção - transversalmente ou longitudinalmente. Quanto às vigas que dão apoio às escadas, deverão ser calculadas para a atuação do peso próprio, reação da escada e lajes contíguas e peso de alvenaria. Para as vigas laterais inclinadas, valem as expressões o detalhe das armaduras de flexão e, de cisalhamento está mostrado na figura a seguir. 3.5 ESCADAS CIRCULARES As escadas circulares devem ter profundidades mínimas dos degraus de 0,4m no bordo externo e de 0,2m no bordo interno, devendo a largura livre ter, no mínimo, 1,2m. 3.4.4.1 ESCADAS APOIADAS OU ENGASTADAS NO CONTORNO EXTERNO Este tipo de escada é típico em torres circulares, em que a escada sobe acompanhando a parede externa da torre, assumindo, portanto, um desenvolvimento helicoidal. É recomendado o cálculo aproximado de trechos de laje de vão L, como indicado na figura abaixo. Os momentos atuantes (momentos tangenciais) são: 8 )3)(( 8 baba p Lp M onde a, b e L estão mostrados na figura acima. A armadura calculada pela fórmula acima deve ser colocada conforme apresentado a seguir. No detalhamento da armadura mostrado na figura abaixo, deve-se sempre ter a precaução de proteger o bordo livre contra a expulsão da armadura tracionada curva. Entretanto; este tipo de cálculo e detalhamento acima proposto pode conduzir a uma complicação desnecessária do detalhamento e da execução. Uma alternativa, caso a parede externa possua rigidez suficiente para resistir ao engastamento, seria calcular a escada segundo um esquema que levaria a detalhes de armaduras mais facilmente executáveis, sem grandes perdas do ponto de vista econômico. 3.4.4.2 ESCADAS APOIADAS EM VIGAS HELICOIDAL Escadas compostas de degraus isolados apoiados sobre viga helicoidal são muito usadas em locais de acesso público, devido à sua beleza plástica. Vários autores fornecem fórmulas ou tabelas para o cálculo dos esforços em vigas helicoidais. Tendo em vista os recursos computacionais existentes atualmente, pode-se também calcular os esforços através de programa de computador, idealizando-se um pórtico espacial. 3.4.4.3 ESCADAS ENGASTADAS EM PILAR CENTRAL Também chamadas de escadas caracol, são usadas principalmente em acessos secundários, no interior de apartamentos duplex, como forma de diminuir o espaço perdido nos cômodos pela presença da escada. Geralmente os degraus são isolados, engastados em um pilar central. O momento atuante no pilar possui variação senoidal e o seu valor máximo é dado pela expressão: 3 2 3 max ap M onde: p - carga por m² de projeção horizontal; a - raio externo da escada. O momento calculado na expressão acima vale para pilares apoiados nos extremos, se o pilar for engastado, o momento máximo será inferior ao fornecido por esta expressão. Deve-se notar que o momento máximo independe da altura do pilar. 3.6 ESCADAS AUTOPORTANTES Um tipo de escada que os arquitetos já têm aplicado inúmeras vezes é a escada autoportante, como mostrado na figura abaixo. Esta escada desenvolve-se em dois lances, separados por um patamar, apoiando-se somente nos pisos de saída A/B e de chegada A'/B', ficando totalmente livre ao longo de todo o percurso, o que lhe dá uma impressão de leveza excepcional, motivo que a leva, em algumas situações, a ser escolhida pelos arquitetos. Para o cálculo deste tipo de escada, deve-se inicialmente separar o patamar, calculando suas reações (cortante-Vb e momento-Mb) sobre o restante da escada, como mostrado abaixo. Cada lance pode ser considerado, inicialmente, como biapoiado nos extremos, sujeitos ao carregamento vertical neles distribuído, e as reações obtidas estão mostradas a seguir. Em seguida, os dois lances em conjunto formam um quadro (suposto treliçado), indeslocável que estará solicitado pelo carregamento indicado na figura. Os diagramas de esforços solicitantes totais atuantes nas barras que representam os lances da escada estão mostrados a seguir. Deve-se levar ainda em consideração que a transmissão dos esforços de um lance para o outro é efetivada pelo patamar, o qual estará portanto solicitado por momentos torçores. 3.7 ESCADAS PRÉ-FABRICADAS Em princípio, qualquer tipo de escada pode ser pré-fabricada. A pré- fabricação, no entanto, só se torna interessante se for possível executar um grande número de repetições. Geralmente em construções pré-fabricadas, além dos pilares, vigas e lajes, as escadas também podem ser fornecidas pelo fabricante da estrutura. A decomposição dasescadas em diversas peças deve ter em vista a capacidade de carga do meio disponível para içamento e transporte, as condições de apoio e a facilidade de execução. Um caso típico de escadas pré-fabricadas é mostrado na figura abaixo. Elas são compostas de três diferentes itens: - degraus; - patamares; - vigas-suporte, com encaixe para as placas dos degraus e patamares. Os degraus e patamares são solidarizados às vigas-suporte por parafusos, podendo ser previstos também furos para a fixação de corrimão nas placas de degraus e patamares. Os degraus possuem profundidade e espelho padronizados. Escadas fora deste padrão podem ser executadas sob consulta. Na Figura seguinte apresentam-se outros dois tipos de escada pré- fabricada, em que a peça já é colocada inteira no local: Outro tipo de escada pré-fabricada é a escada caracol, na qual os degraus são 'encaixados' no pilar, justapostos, como mostrado abaixo.
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