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UNIVERSIDADE FEDERAL DE MINAS GERAIS ESCOLA DE ENGENHARIA Departamento de Engenharia de Estruturas GRADUAÇÃO PROJETO DE CONCRETO ARMADO Ney Amorim Silva (Prof. Titular) Versão Junho 2018 PROJETO DE CONCRETO ARMADO Departamento de Engenharia de Estruturas – EE-UFMG Junho 2018 1 – Introdução Esta apostila, que é uma adaptação daquela produzida pelo professor Antônio Carlos Rabello, vem complementar as duas anteriores de dimensionamento de se- ções em concreto armado, usadas na graduação (Concreto Armado I) e na especiali- zação (Concreto Armado II). Considerando um edifício residencial de 03 pavimentos, o objetivo principal desta apostila é fazer o lançamento, a análise, o dimensionamento e o detalhamento da sua estrutura, projetada em concreto armado. Inicialmente todo o cálculo será feito manualmente e numa segunda etapa estes valores serão comparados com os obtidos em programas computacionais, amplamente utilizados em escritórios de projetos. 2 - Considerações sobre a arquitetura O projeto arquitetônico é de um edifício simétrico com 03 pavimentos tipos, com seis apartamentos no total. O primeiro pavimento (térreo) é destinado à garagem co- berta, com pelo menos 06 vagas para automóveis. Sobre a quarta laje (forro), se apoia o telhado com telhas de fibrocimento. Esse edifício será implantado em um lote plano de dimensões (12x30 m2) observando afastamentos de 2,30 m nas laterais e de 3 m na frente e no fundo. Dessa forma, a projeção do prédio em planta é de (7,40x24,00 m2), conforme figuras 2.1 e 2.2. Departamento de Engenharia de Estruturas (DEEs) Projeto ___________________________________________________________________________ 2 Figura 2.1 – Planta esquemática do tipo e sua projeção no lote de 12x30 m2 Departamento de Engenharia de Estruturas (DEEs) Projeto ___________________________________________________________________________ 3 Figura 2.2 – Planta de um apartamento do pavimento tipo O pé direito (distância entre o piso e o teto de um pavimento) é de 2,80 m. Assim, a distância entre dois pisos de pavimentos consecutivos deve ser de (2,80 + 10 + 5 = 2,95 m), adotando-se para as lajes a espessura de 10 cm e para os revesti- mentos do piso e do teto, de um mesmo pavimento, 5 cm. A alvenaria usada, de tijolos cerâmicos furados, tem espessura de 20 cm para as paredes externas e de 15 cm para as internas. Dessa forma o tijolo furado externo Departamento de Engenharia de Estruturas (DEEs) Projeto ___________________________________________________________________________ 4 tem espessura de 15 cm e o interno de 12 cm. O peso específico para esse tipo de alvenaria é, segundo a NBR 6120:1980, 13 kN/m3. 3 - Lançamento da estrutura A estrutura de concreto armado do edifício a ser analisado é convencional, isto é, constituída de lajes vigas e pilares. Uma etapa fundamental da análise estrutural é o lançamento da estrutura. Uma estrutura mal lançada pode conduzir a uma constru- ção mais cara e/ou, com pouca rigidez às forças horizontais (por exemplo, a ação do vento), exigindo resserviços para melhor adequá-la, podendo muitas vezes culminar no lançamento de uma nova estrutura. Essa etapa exige uma experiência do projetista, adquirida na prática profissio- nal, principalmente quando o cálculo do edifício é feito manualmente, devido ao grande trabalho para testar novas alternativas estruturais. Hoje essa tarefa é bastante facilitada com o cálculo automatizado, proporcionado por uma variedade de “softwa- res” de análise estrutural confiáveis, disponíveis no mercado. Com esses “softwares” as alternativas estruturais podem ser testadas de forma rápida, adotando-se aquela que atenda aos requisitos exigidos pela obra e pelo projetista. Inicialmente os pilares devem ser lançados, observando-se no projeto arquite- tônico tanto a distribuição dos cômodos em planta quanto a distribuição das vagas e circulação dos veículos na garagem. Dessa forma, algumas recomendações são mos- tradas a seguir (ver figura 3.1 - parte simétrica da forma): Dispor pilares nos cantos do edifício, pilares P1, P12 e P13; Dispor pilares nos cantos da escada/caixa d’água, pilares P8, P9, P16 e P17; Dispor pilares nos cruzamentos de vigas, pilares P2, P3, P6 e P7. Eventualmente em algumas situações essas recomendações podem não ser seguidas como nos apoios da viga V4 sobre as vigas V7 e V8 e no apoio da viga V9 na viga V3. Em todos esses casos a colocação de pilares nos cruzamentos dessas Departamento de Engenharia de Estruturas (DEEs) Projeto ___________________________________________________________________________ 5 vigas foi evitada, pela existência de outros pilares nas proximidades (P11 no caso da V4 e P8/P9 no caso da V9). Figura 3.1 – Forma do pavimento tipo - Planta e Corte Conforme o item 11.7.1 da NBR 6118:2014 a dimensão mínima de 19 cm para pilares retangulares evita a majoração adicional das suas cargas pelo coeficiente n (ver tabela 12.1, Concreto II). Neste projeto estrutural adotou-se o valor de 20 cm, maior que o mínimo estabelecido de 19 cm. A outra dimensão do pilar é obtida, a princípio, em função da carga total que o mesmo suporta. Essa carga pode ser avali- ada aproximadamente, multiplicando-se a sua área de influência, em cada pavimento (ver figura 3.2), pelo número de pavimentos do edifício e pelo peso médio, por unidade Departamento de Engenharia de Estruturas (DEEs) Projeto ___________________________________________________________________________ 6 de área, do edifício analisado. Na prática considera-se, para edifícios residenciais es- truturados, um peso médio de 10 kN/m2 = 1 tf/m2. Figura 3.2 – Áreas de influência dos pilares no pavimento tipo Assim para os pilares de canto como, por exemplo, o P1, a carga total aproxi- mada vale (AP1 = 4)x4x10 = 160 kN = 16 tf. Os pilares de fachada (P2, P3, P6) servem de apoio interno para a viga de fachada e de apoio externo para a outra viga, que sobre eles apoiam. Devido à continuidade da viga, um apoio interno absorve, de forma aproximada, 10% a mais de carga, em cada vão que nele apoia, quando comparado com o modelo de duas vigas biapoiadas isoladas. Dessa forma para o pilar P2, a carga total aproximada vale (1,2xAP2 = 1,2x10)x4x10 = 480 kN = 48 tf. De forma análoga, para pilares internos, como o P7, os apoios das vigas que se cruzam sobre eles, são ambos internos. Nesse caso deve-se majorar a área em 2x20% = 40%. No caso dos pilares que sustentam também a caixa d’água (P8 e P16) deve ser acrescentada a sua carga, que nessa fase de lançamento da estrutura, será calculada aproximadamente. Para isto, adota-se como carga total da caixa d’água o peso da Departamento de Engenharia de Estruturas (DEEs) Projeto ___________________________________________________________________________ 7 água (Págua = Vágua x 10 kN/m3) mais o peso da sua estrutura em concreto armado. Pode-se adotar aproximadamente como peso da estrutura de concreto armado da caixa, o mesmo peso da água a ser reservada. Assim, para um volume adotado de 12 m3 de água o peso total estimado da caixa cheia é de 2x12x10 = 240 kN = 24 tf. Nesse projeto, esse valor deve ser divididoigualmente para os quatro pilares. Tabela 3.1 - Áreas de influência, cargas e seções dos pilares PILAR ÁREA / PAV. TIPO m2 CARGA TOTAL (kN) (4xAT,P)x10 SEÇÂO AP AP AT,P=AP+AP P1 4 - 4 160 20/20 P2 10 (20%) = 2 12 480 30/20 P3 13 (20%) = 3 16 640 30/20 P6 8 (20%) = 2 10 400 20/20 P7 17 (40%) = 7 24 960 25/40 P8* 15 - 15 660* 20/35 P12 5 - 5 200 20/20 P13 9 - 9 360 20/20 P16* 8 - 8 380* 20/20 (*) - pilares da caixa d’água (60 kN de acréscimo) A definição da outra dimensão da seção transversal dos pilares (adotou-se 20 cm para a menor dimensão) se faz com algumas premissas. Para simplificar, os pila- res são calculados apenas à compressão centrada, situação não permitida pela NBR 6118:2014. Dessa forma a carga total solicitante de cálculo deve atender à seguinte condição: ss c ck cscs c ck cssccfd σ'ρ 1,4γ 0,85f Aσ'Aρ 1,4γ 0,85f Aσ'AfA1,4)N(γN )( (3.1) Onde: fc = 0,85 fcd - é a tensão final de cálculo do concreto; Departamento de Engenharia de Estruturas (DEEs) Projeto ___________________________________________________________________________ 8 ’s = 0,002x21000 = 42 kN/cm2 - tensão no aço CA 50, para s = 2‰; s = As/Ac - taxa geométrica de armação (≤ 4% no traspasse). Para o pré-dimensionamento da seção transversal dos pilares considerou-se uma taxa geométrica (s = 1%), bem menor que o máximo permitido, tendo em vista o acréscimo de armadura na situação real de dimensionamento (flexo-compressão e efeitos de 2a ordem). Foi considerado também concreto com resistência fck = 20 MPa (menor classe possível de concretos da NBR 6118:2014). Com isso, a área de con- creto Ac pode ser estimada pela equação aproximada (3.1), com fc = 0,85x2 / 1,4 = 1,214 kN/cm2, resultando: )cm em Ae kN em (N NN0,86 1,17 N 0,01x421,214 1,4N A 2cc (3.2) Com a equação (3.2) e a dimensão mínima de 20 cm foram determinadas as seções transversais dos pilares da última coluna da tabela 3.1. Para o pilar central P7, com carga aproximada de 960 kN, a dimensão maior deveria ser de 50 cm. No en- tanto, no caso específico deste pilar, adotou-se a seção de 25/40 cm entre os níveis da fundação e o da primeira laje, fazendo-se a partir daí uma redução de 5 cm con- forme indicado no desenho de fôrma 3.1. Para todas as lajes adotou-se espessura constante de 10 cm. A situação ideal é apoiar as alvenarias de vedação diretamente sobre as vigas, o que delimitaria as lajes do pavimento tipo. Visando uma fôrma mais lisa, sem muitos recortes para as vigas, adotou-se apenas quatro lajes, conforme figura 3.1. Dessa forma apenas a laje L4 não suporta diretamente carga proveniente do peso das alvenarias. Salienta-se, no entanto, que este procedimento que simplifica e economiza a execução das lajes, deve ser cuidadosamente verificado quanto ao estado limite de utilização correspon- dente à deformação plástica excessiva. Flechas grandes nas lajes podem produzir fissuras indesejáveis nas alvenarias nelas apoiadas. Departamento de Engenharia de Estruturas (DEEs) Projeto ___________________________________________________________________________ 9 As espessuras das vigas foram obtidas a partir das espessuras das alvenarias. Assim, para as alvenarias externas de 20 cm, as vigas têm a largura de 15 cm e para as internas, com 15 cm, a largura é de 12 cm. Para as alvenarias da caixa da escada com espessura de 25 cm as vigas têm largura de 20 cm. As alturas h das vigas estão indicadas na figura 3.1. 4 - Materiais e normas utilizadas O concreto a ser utilizado em ambiente urbano deve ser no mínimo da classe C25, com resistência característica fck = 25 MPa. Esse é o concreto utilizado no pro- jeto, produzido, para efeito de verificação de flechas, com brita calcário. Para esse concreto a resistência final a compressão deve ser: fc = 0,85 fcd = 0,85x2,5 / 1,4 = 1,518 kN/cm2 Os aços utilizados no projeto são os da categoria CA 50 e CA 60, sendo este último apenas para lajes e estribos das vigas. As resistências e as deformações de cálculo ao escoamento para esses aços são dadas por: CA 50 - fyd = fyk / 1,15 = 50 / 1,15 = 43,48 kN/cm2 ≈ 43,5 kN/cm2 - yd = fyd / Es = 43,48 / 21000 = 2,07 ‰ CA 60 - fyd = fyk / 1,15 = 60 / 1,15 = 52,17 kN/cm2 ≈ 52,2 kN/cm2 - yd = fyd / Es = 52,17 / 21000 = 2,48 ‰ As normas utilizadas para o desenvolvimento completo do projeto estrutural são: ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS –ABNT NBR 6118:2014 – Projeto de estruturas de concreto - Procedimento Departamento de Engenharia de Estruturas (DEEs) Projeto ___________________________________________________________________________ 10 ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS –ABNT NBR 6120:1980 – Versão corrigida de 2000 - Cargas para cálculo de estruturas de edificações – Pro- cedimento ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS – ABNT NBR 7480:1996 – Barras e fios de aço destinados a armadura para concreto armado – Especificação ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS – ABNT NBR 12655:2006 – Concreto – Preparo, controle e recebimento – Procedimento ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS – ABNT NBR 8681:2003 – Ações e segurança nas estruturas – Procedimento ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS – ABNT NBR 6123:1988 – Versão corrigida 2:2013 - Forças devidas ao vento em edificações – Procedimento ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS – ABNT NBR ISO 6892:2002 – Materiais metálicos – Ensaio de tração à temperatura ambiente 5 - Cálculo das lajes Para o cálculo das reações e momentos fletores (regime elástico) nas lajes são utilizadas as tabelas para lajes retangulares da apostila de Concreto I, transcritas nos anexos dessa apostila. 5.1 - Cargas permanentes (g) As cargas permanentes que atuam nas lajes são o seu peso próprio, o revesti- mento e eventualmente o peso das alvenarias. g = pp + rev. + galv = 1x1x0,10x25 + 1,0 + galv = (3,5 + galv) kN/m2 Departamento de Engenharia de Estruturas (DEEs) Projeto ___________________________________________________________________________ 11 A carga galv, devido às alvenarias (alv = 13 kN/m3), é considerada uniforme- mente distribuída na área da laje considerada, mesmo no caso de lajes armadas em uma direção. O peso da alvenaria de espessura 15 cm e altura 2,80 m, por metro linear, é dado por: galv/m = 1x0,15x2,80x13 = 5,46 kN/m 5.2 - Cargas variáveis (q) As ações variáveis diretas (verticais) consideradas no projeto são constituídas pelas cargas acidentais previstas para o uso da construção, conforme a NBR 6120:1980. Edifícios residenciais Dormitório, sala, copa, cozinha e banheiro q = 1,5 kN/m2 Despensa, área de serviço e lavanderia q = 2,0 kN/m2 Escadas Com acesso ao público q = 3,0 kN/m2 Sem acesso ao público q = 2,5 kN/m2 LAJE L1 Figura 5.1 – Reações e momentos da laje L1 Departamento de Engenharia de Estruturas (DEEs) Projeto ___________________________________________________________________________ 12 Momento de serviço Ma,serv = Mg + 2 Mq = (g + 2q) a2 / ma = (5,24 + 0,3x1,50)x(3,125)2 / 22,6 = 5,69x(3,125)2 / 22,6 = 2,46 kNm = 246 kNcm Momento de fissuração kNcm 641x250,75x10f0,75h 6x10 h150f M 2/32 2/3 ck 2 2 ctm r Como Mserv < Mr a flecha é calculada no Estádio I (concreto não fissurado) com o auxílio da tabela 3.10 do anexo. Para laje tipo C com relação (b/a) = 1,4 o valor tabelado de f1 = 0,041. p = (1 + f) pi = (1 + f) (g+ 2 q) = 2,46 (g + 0,3 q) = 2,46g + 0,738q p = 2,46x5,24 + 0,738x1,50 = 14,00 kN/m2 = 14x10-4 kN/cm2 Para fck = 25 MPa (Grupo I) e concreto produzido com brita calcário (e = 0,9) o módulo elasticidade secante do concreto é dado por: MPa 21735x280000,8625x0,925x0,9x5600 80 25 0,20,8f5600E ckEics Ecs = 2173,5 kN/cm2 A flecha é dada por: OK! cm 1,25 250 312,5 f cm 0,25 2173,5x10 x312,514x10 0,041 hE ap ff adm3 4-4 3 cs 4 1 Departamento de Engenharia de Estruturas (DEEs) Projeto ___________________________________________________________________________ 13 LAJE L2 Figura 5.2 – Reações e momentos da laje L2 (alv. uniformemente distrib.) Momento de serviço Ma,serv = Mg + 2 Mq = (g + 2q) a2 / 14,22 = (6,80 + 0,3x1,81)x(3,125)2 / 14,22 = 7,34x(3,125)2 / 14,22 = 5,04 kNm = 504 kNcm < Mr = 641 kNcm (Est. I) p = 2,46 g + 0,738 q = 2,46x6,80 + 0,738x1,81 = 18,06 kN/m2 (Para faixa de 1m p = 18,06 kN/m = 0,181 kN/cm) A flecha no tempo infinito para uma viga apoiada-engastada é dada por: OK! cm 1,25 250 312,5 f cm 0,50 /12x100x10384x2173,5 2,52x0,181x31 384E a2p f adm3 4 cs 4 I Obs.: 1 - Como essa laje é armada em uma direção não interessa, para efeito do cálculo das reações e momentos, as condições de contorno dos lados menores (neste caso ambos engastados). Dessa forma os valores dos momentos calculados, positivo e negativo, ficam maiores e a favor da segurança. Departamento de Engenharia de Estruturas (DEEs) Projeto ___________________________________________________________________________ 14 2 - Adotou-se carga de alvenaria uniformemente distribuída em toda a área da laje. Existem alternativas para o cálculo das reações, como por exemplo, dividir a área da laje em triângulos e trapézios, conforme a NBR 6118 e mostrado na figura 5.3. Figura 5.3 – Reações da laje L2 conforme NBR 6118 As dimensões dos triângulos e trapézios da figura 5.3 foram obtidas, adotando- se conforme NBR 6118, ângulos de 45o, para vértices com os dois lados com mesmo tipo de apoio e de 60o, a partir do lado engastado, em vértices que tenham o outro lado simplesmente apoiado. Área A1 A1 = (3,125x1,98) / 2 = 3,10 m2 q = (1,5x0,7 + 2,0x2,4) / 3,10 = 1,89 kN/m2 galv = (1,69 + 0,41)x5,46 / 3,10 = 3,69 kN/m2 p = (3,50 + 3,69) + 1,89 = 9,08 kN/m2 Ra,A1 = (9,08x3,10) / 3,125 = 9,01 kN/m Área A2 A2 = A1 = 3,10 m2 q = (1,5x1,7 + 2,0x1,4) / 3,10 = 1,73 kN/m2 galv = (1,35 + 1,08)x5,46 / 3,10 = 4,28 kN/m2 Departamento de Engenharia de Estruturas (DEEs) Projeto ___________________________________________________________________________ 15 p = (3,50 + 4,28) + 1,73 = 9,51 kN/m2 Ra,A2 = (9,51x3,10) / 3,125 = 9,43 kN/m Área A3 A3 = [(7,57 + 3,61) / 2] x 1,15 = 6,39 m2 q = [1,5x0,44 + 2,0x(6,39 - 0,44)] / 6,39 = 1,97 kN/m2 galv = (3,05 + 2x0,17 + 0,57 + 0,695)x5,46 / 6,39 = 3,98 kN/m2 p = (3,50 + 3,98) + 1,97 = 9,45 kN/m2 Rb,A3 = (9,45x6,39) / 7,565 = 7,98 kN/m Área A4 A4 = [(7,57 + 3,61) / 2] x 1,98 = 11,06 m2 q = [1,5x5,16 + 2,0x(11,06 - 5,16)] / 11,06 = 1,77 kN/m2 galv = (1,475 + 2x1,98)x5,46 / 11,06 = 2,68 kN/m2 p = (3,50 + 2,68) + 1,77 = 7,95 kN/m2 Rb,A4 = (7,95x11,06) / 7,565 = 11,62 kN/m Observando as figuras 5.2 e 5.3 da laje L2 nota-se que, embora as reações nos lados sejam diferentes, isto não refletirá significativamente no cálculo futuro das rea- ções nos pilares. O mesmo não acontecerá com a flexão das vigas em que essa laje se apoia (conforme visto no cálculo das vigas adiante). LAJE L3 Figura 5.4 – Reações e momentos da laje L3 O trecho de continuidade da laje L3 com a laje L4 é de 302,5 cm, que é maior que dois terços do lado “a” da laje L4 (0,67x407,5 = 272 cm). Nesse caso, pode-se Departamento de Engenharia de Estruturas (DEEs) Projeto ___________________________________________________________________________ 16 considerar na prática, a laje L3 engastada em L4, sendo portanto uma laje retangular do tipo C. Momento de serviço Ma,serv = Mg + 2 Mq = (g + 2q) a2 / ma = (4,37 + 0,3x1,50)x(4,075)2 / 34,2 = 4,82x(4,075)2 / 34,2 = 2,34 kNm = 234 kNcm < Mr = 641 kNcm (Est. I) p = 2,46 g + 0,738 q = 2,46x4,37 + 0,738x1,50 = 11,86 kN/m2 = 11,86x10-4 kN/cm2 Para laje tipo C com relação (b/a) = 1,05 o valor tabelado de f1 = 0,027, ver tabela 3.10. OK! cm 1,63 250 407,5 f cm 0,41 2173,5x10 x407,511,86x10 0,027f adm3 4-4 LAJE L4 Figura 5.5 – Reações e momentos da laje L5 Momento de serviço Ma,serv = Mg + 2 Mq = (g + 2q) a2 / ma = (3,50 + 0,3x1,50)x(3,025)2 / 17,5 = 3,95x(3,025)2 / 17,5 = 2,07 kNm = 207 kNcm < Mr = 553 kNcm (Est. I) p = 2,46 g + 0,738 q = 2,46x3,50 + 0,738x1,50 = 9,72 kN/m2 = 9,72x10-4 kN/cm2 Departamento de Engenharia de Estruturas (DEEs) Projeto ___________________________________________________________________________ 17 Para laje tipo C com relação (b/a) = 2,0 o valor tabelado de f1 = 0,055, ver tabela 3.10. OK! cm 1,21 250 302,5 f cm 0,21 2173,5x10 x302,59,72x10 0,055f adm3 4-4 COMPENSAÇÃO DOS MOMENTOS Na figura 5.1 estão indicados todas as reações e momentos das quatro lajes acima calculadas, sem nenhuma compensação. Como as lajes retangulares foram calculadas isoladamente, os momentos negativos nos lados contíguos de duas lajes são normalmente diferentes. Usualmente considera-se que o momento negativo final compensado é o maior entre os dois valores: a média aritmética dos dois momentos negativos das lajes isoladas ou 80% do valor máximo. Já a compensação do momento positivo de uma determinada laje só será considerada, a favor da segurança, quando provocar aumento no valor final do momento compensado. Normalmente esse acrés- cimo é dado por 30% da diferença, maior que zero, entre os negativos inicial e com- pensado. Caso essa diferença seja negativa, não se usa reduzir o momento positivo nessa direção. Figura 5.6 – Representação das reações e momentos (não compensados) Departamento de Engenharia de Estruturas (DEEs) Projeto ___________________________________________________________________________ 18 Figura 5.7 – Representação dos momentos finais compensados DIMENSIONAMENTO Para os momentos finais compensados, com seção transversal de 100x10 e d = 7,5 cm, os valores dos parâmetros K e da armadura simples (normalmente não se usa armadura dupla em lajes) estão fornecidos abaixo, tanto para aço CA 50 (fyd = 43,48 kN/cm2) quanto para o aço CA 60 (fyd = 52,17 kN/cm2). K K' 0,295 K 6099 M(kNcm) 7,51,518x100x 4M(kNcm)x1, bdf M K L22 c d CA 50 '2K1126,18'2K11 43,48 7,51,518x100x 2K'11 f bdf AA yd c s1s CA 60 '2K1121,82'2K11 52,17 7,51,518x100x 2K'11 f bdf AA yd c s1s Departamento de Engenharia de Estruturas (DEEs) Projeto ___________________________________________________________________________ 19 A armadura mínima para lajes deve ser As,min = s Ac. A taxa geométrica s = min é a mesma para as vigas (tabela 2.7, apostila Concreto I), quando se tratar de momentos negativos em geral, e apenas para momentos positivos de lajes armadas em uma direção. Para momentos positivos em lajes armadas em duas direções As,min = 0,67s Ac. Para uma relação (d/h) = (7,5 / 10) = 0,75 a tabela 2.7 indica tantopara aço CA 50 quanto para CA 60 uma taxa mínima min = 0,15%. Assim: As,min = 0,15%x100x10 = 1,5 cm2/m Para X e M (armada em uma direção) As,min = 0,67x0,15%x100x10 = 1,0 cm2/m Para M (armada em duas direções) O espaçamento máximo da armadura é o menor entre os dois valores: 2h e 20 cm, portanto smax = 20 cm. A armadura de distribuição da laje L2 deve ser maior que (1/5) As,princ.= 0,2x2,98 = 0,60 cm2 (ver tabela 5.1*), não menor que As,dist. = 0,9 cm2/m e ter espaçamento máximo de 33 cm. Dessa forma resulta em 5 c/21 cm, posição N3 da figura 5.8. Tabela 5.1 - Dimensionamento das armaduras das lajes Momento (kNcm) K As (cm2/m) bitola a cada (c/) 841 (X) 0,138 3,90 (CA 50) 8 c/12 687 (X) 0,113 3,14 (CA 50) 8 c/16 654* (M) 0,107 2,98* (CA 50) 8 c/16 561 (X) 0,092 2,53 (CA 50) 6,3 c/12 418 (X) 0,069 1,86 (CA 50) 6,3 c/16 306 (M) 0,050 1,12 (CA 60) 5 c/17 303 (M) 0,050 1,11 (CA 60) 5 c/17 291 (M) 0,048 1,07 (CA 60) 5 c/18 261 (M) 0,043 1,00* (CA 60) 5 c/19 188 (M) 0,031 1,00* (CA 60) 5 c/19 73 (M) 0,012 1,00* (CA 60) 5 c/19 Departamento de Engenharia de Estruturas (DEEs) Projeto ___________________________________________________________________________ 20 Figura 5.8 – Lajes do pavimento tipo - Armação positiva Figura 5.9 – Lajes do pavimento tipo - Armação negativa Departamento de Engenharia de Estruturas (DEEs) Projeto ___________________________________________________________________________ 21 A posição N13 é armadura negativa de borda sem continuidade, que tem valor mínimo As,min = 0,67ρminAc = 0,10%x100x10 = 1,00 cm2/m 5 mm c/19 cm). Adotou- se o comprimento reto da maior das quatro lajes (que são todas de borda) reto = 0,15x407,5 + 15 – 2,5 = 73 cm. Tabelas 5.2 - Listas de ferros das lajes e resumo das armaduras LISTA DE FERROS (LAJES DO PAVIMENTO TIPO) N Quanti- dade Com- pri- mento (cm) 1 5 39x2=78 445 2 5 24x2=48 320 3 5 2x15=30 765 4 8 38x2=76 320 5 8 2x9=18 345 6 5 25x2=50 415 7 5 16x2=32 620 8 5 32x2=64 310 9 6,3 19x2=38 170 10 8 90x2=180 220 11 6,3 27x2=54 220 12 6,3 16x1=16 115 13 5 153x2=306 85 O consumo total de aço é de 572 kg, para um volume de concreto de 15,3 m3, dando um consumo médio de Caço /m3 = 37,4 kg / m3, valor normal para lajes deste porte, com estrutura convencional. RESUMO AÇO CA 60 Comprimento (m) Peso (kg) 5 1595 245 TOTAL 245 RESUMO AÇO CA 50 Comprimento (m) Peso (kg) 6,3 202 50 8 702 277 TOTAL 327 Departamento de Engenharia de Estruturas (DEEs) Projeto ___________________________________________________________________________ 22 6 - Cálculo das vigas De acordo o item 14.6.6 da NBR 6118, sobre as aproximações permitidas no cálculo de vigas, pode ser usado o modelo clássico de viga contínua, simplesmente apoiada nos pilares, para o estudo das cargas verticais, desde que se observem al- gumas correções. Dentre elas o item ‘c’, descrito abaixo: “c) quando não for realizado o cálculo exato da influência da solidariedade dos pilares com a viga, deve ser considerado, nos apoios extremos, momento fletor igual ao mo- mento de engastamento perfeito multiplicado pelos coeficientes estabelecidos nas se- guintes relações: - na viga viginfsup infsup rrr rr - no tramo superior do pilar viginfsup sup rrr r - no tramo inferior do pilar viginfsup inf rrr r sendo: ri = (Ii / i) onde ri é a rigidez do elemento i considerado, avaliada conforme indicado na figura 14.8” (figura 6.1). Figura 6.1 – Aproximação em apoios extremos (Figura 14.8 da NBR 6118:2014) Departamento de Engenharia de Estruturas (DEEs) Projeto ___________________________________________________________________________ 23 VIGA V1 - 15/50 A viga V1 é uma viga contínua com quatro vãos, que devido a sua simetria, será calculada apenas com dois vãos com o apoio em P3 engastado, conforme figura 6.2. De acordo com as aproximações descritas acima, essa viga pode ser calculada como viga contínua (ver figura 6.2), desprezando-se a solidariedade com os apoios intermediários, desde que no apoio extremo (P1) sejam considerados os momentos parciais de engaste na viga e nos pilares (superior e inferior). CARGAS E DIAGRAMAS DE ESFORÇOS peso próprio pp = 0,15x0,50x25 ≈ 1,88 kN/m reações da alvenaria Ralv1 = 0,20x(2,95 - 0,5)x13 = 6,37 kN/m Ralv2 = 0,15x1,20x13 = 2,34 kN/m reações das lajes RL1 = 4,95 kN/m RL2 = 10,09 kN/m p1 = pp + Ralv1 + RL1 = 1,88 + 6,37 + 4,95 = 13,20 kN/m p2 = pp + Ralv1 + RL2 = 1,88 + 6,37 + 10,09 = 18,34 kN/m p3 = pp + Ralv2 + RL2 = 1,88 + 2,34 + 10,09 = 14,31 kN/m O momento de engaste no apoio P1 da viga é Meng = (p2/12) = 13,20x4,402 / 12 = 21,3 kNm. As rigidezes das vigas e dos pilares são dadas por: rvig = (vig /vig) = (15x503/12) / 440 = 355,1 cm3 e rsup = rinf = (sup,inf /sup,inf) = (20x203/12) / 295 = 45,2 cm3. Dessa forma os momentos parciais são dados por: kNm 4,3 355,145,2x2 45,2x2 21,3 rrr rr MM viginfsup infsup engvig kNm 2,2 2 4,3 355,145,2x2 45,2 21,3 rrr r MMM viginfsup infsup, enginfsup Departamento de Engenharia de Estruturas (DEEs) Projeto ___________________________________________________________________________ 24 Na figura 6.2 indicou-se, em destaque, apenas o momento na viga (Mvig = 4,3 kNm). Como os pilares, superior e inferior, têm a mesma rigidez os momentos nos mesmos são iguais e dados por: Msup = Minf = (4,3 / 2) = 2,2 kNm. Figura 6.2 – Viga V1 contínua A viga V1 foi também calculada, segundo o modelo de pórtico plano da figura 6.3, onde apenas foi acrescentado o pilar P1, com suas barras verticais correspon- dentes aos vãos superior e inferior. Na figura 6.4 repetiu-se o modelo mais simplificado de pórtico plano da figura 6.3, acrescentando-se também as barras verticais do pilar P2. Departamento de Engenharia de Estruturas (DEEs) Projeto ___________________________________________________________________________ 25 Figura 6.3 – Viga V1 contínua, com os pilares no apoio extremo Departamento de Engenharia de Estruturas (DEEs) Projeto ___________________________________________________________________________ 26 Figura 6.4 – Viga V1 inserida no modelo de pórtico plano Departamento de Engenharia de Estruturas (DEEs) Projeto ___________________________________________________________________________ 27 Pelos modelos representados nas figuras 6.2, 6.3 e 6.4 nota-se que os valores dos momentos na viga, são bem próximos. Nos modelos das figuras 6.2 e 6.3 como não foi considerada a influência dos pilares internos, pela NBR 6118, não se deve admitir momento positivo menor que o correspondente à condição de engaste perfeito dos apoios. Dessa forma no primeiro vão da viga da figura 6.2 o momento positivo deve ser no mínimo M = (13,20x4,402) / 14,22 = 18,0 kNm, maior que o obtido M = 11,1 kNm. Já considerando o modelo da figura 6.3, o momento no mesmo vão deve ser M = (13,20x4,402) / 24 = 10,6 kNm, também maior que o encontrado M = 8,0 kNm. Os valores dos momentos finais positivos, no primeiro vão, dessas duas figuras estãoindicados entre parênteses com asterisco (*). No segundo vão o valor do momento, pelo mesmo critério da NBR 6118, deve ser M = 32,9 kN, menor que os valores encontrados nos três modelos. No segundo vão portanto, o valor do momento positivo adotado é o mesmo obtido em cada modelo analisado. Salienta-se que se o modelo adotado fosse o de um pórtico plano, com todos os pilares, os momentos encontrados na análise seriam os adotados no dimensiona- mento, mesmo sendo menores que aqueles correspondentes aos momentos positivos da condição de engaste perfeito, como o apresentado na figura 6.4. Para efeito desta apostila, tanto nesta quanto nas demais vigas, o modelo ado- tado será o correspondente ao da figura 6.2. Os dimensionamentos e detalhamentos para força cortante e momentos fletores são para os valores dos diagramas do modelo de viga contínua dessa figura. Departamento de Engenharia de Estruturas (DEEs) Projeto ___________________________________________________________________________ 28 DIMENSIONAMENTO DAS ARMADURAS PARA FLEXÃO SIMPLES Seção 15/50 cm2, d = 46 cm, (d/h) = 0,90 As,min = 0,15%Ac = 1,13 cm2 X = 77,5 kNm = 7750 kNcm K K' 0,295 K 0,225 61,518x15x4 7750x1,4 bdf M K L22 c d 22 yd c s1s cm 1,13 cm 6,232x0,22511 43,48 61,518x15x4 2K'11 f bdf AA Adotar 4 16 mm (Ase = 4x2,011 = 8,04 cm2) Verificação da fissuração Considerando obra urbana (k = 0,3 mm), valor da tensão em serviço (si) da armadura tracionada calculada de forma aproximada (Tepedino) e adotando-se o me- nor valor para f =1,4 (sabe-se que esse valor em serviço é sempre maior que 1,4) tem-se para aço CA 50: 35 kf 5 w,16 2,804x10 1,4x0,3 16 107,361 W 107,361a γ Pela primeira das equações da NBR 6118 para verificação do estado limite de abertura de fissuras obtém-se, com fctm = 0,3 (fck)2/3 = 2,56 MPa = 0,26 kN/cm2: 1,0 1,4x0,26 x43,483x2,804x10 f f3a A A 3 ctmf ydw cals, se γ Como a relação acima deu 1,0 significa que a armadura calculada é igual a armadura necessária ou existente (As,cal = As,e), para garantir abertura estimada má- xima de fissura igual a k = 0,3 mm. Portanto, não será necessário verificar pela se- gunda equação da NBR 6118. A armadura adotada no cálculo à flexão atende também a fissuração (Ase = 8,04 cm2). Departamento de Engenharia de Estruturas (DEEs) Projeto ___________________________________________________________________________ 29 X = 52,5 kNm = 5250 kNcm K = 0,153 < KL = 0,295 As = As1 = 4,01 cm2 > 1,13 cm2 Adotar 2 16 mm (Ase = 4,02 cm2) Como no caso anterior (mesma bitola, abertura de fissura e coeficiente f), a fissuração também está atendida. M = 38,0 kNm = 3800 kNcm > 32,9 kNm K = 0,110 < KL = 0,295 As = As1 = 2,82 cm2 > 1,13 cm2 Adotar 3 12,5 mm (Ase = 3,68 cm2) Como a bitola adotada diminuiu (16 mm para 12,5 mm) e os outros dados per- maneceram iguais, automaticamente a fissuração está atendida. M = 18* kNm = 1800* kNcm > 11,1 kNm (*) valor adotado K = 0,052 < KL = 0,295 As = As1 = 1,29 cm2 > 1,13 cm2 Adotar 2 10 mm (Ase = 1,57 cm2) X = 4,3 kNm = 430 kNcm Momento na viga sobre o pilar extremo K = 0,012 < KL = 0,295 As = As1 = 0,30 cm2 < As,min = 1,13 cm2 Adotar 2 10 mm (Ase = 1,57 cm2) DIMENSIONAMENTO DAS ARMADURAS PARA FORÇA CORTANTE Para fck = 25 MPa a taxa mínima da armadura de cisalhamento, conforme tabela 5.1 da apostila Concreto I, é w,min = 0,103. O valor da tensão máxima convencional Departamento de Engenharia de Estruturas (DEEs) Projeto ___________________________________________________________________________ 30 de cisalhamento é wd2 = 0,434 kN/cm2, conforme tabela 5.2 da mesma apostila. O valor da tensão convencional produzida pelos mecanismos complementares ao mo- delo de treliça, utilizando o Modelo I da NBR 6118, é c0 = 0,0769 kN/cm2, conforme tabela 5.3. Segundo tabela 5.4, wd,min = 0,117 kN/cm2. Verificação do esmagamento diagonal do concreto Vmax = 61,8 kN Vmax,face = 61,8 - 0,15x18,34 = 59,05 kN OK! Concreto kN/cm 0,434 kN/cm 0,120 15x46 59,05x1,4 db V 2 wd,2 2 w maxd, maxwd, Como o concreto foi verificado para o maior valor do cortante, os demais estão automaticamente verificados. Para esses, basta apenas calcular as armaduras de ci- salhamento. Cálculo da armadura de cisalhamento V = 61,8 kN 0,103ρ 0,111 39,15 0,07690,120 100 39,15 100ρ minw, c0wd w Asw = wbw = 0,111x15 = 1,67 cm2/m Considerando estribo simples (dois ramos) (Asw/2) = 0,83 cm2/m Adotando estribo = 5mm (0,196 cm2) 5 c/23 cm (wd/wd2) = (0,120 / 0,434) = 0,28 < 0,67 smax = 0,6 d = 27 cm < 30 cm OK! V = 54,3 kN (segundo maior valor da força cortante) 2 minwd, 2 facewd, kN/cm 0,117 kN/cm 0,105 15x46 )x1,40,15x18,34-(54,3 Departamento de Engenharia de Estruturas (DEEs) Projeto ___________________________________________________________________________ 31 Asw = Asw,min =w,minbw = 0,103x15 = 1,55 cm2/m Considerando estribo simples (dois ramos) (Asw/2) = 0,77 cm2/m Adotando estribo = 5mm (0,196 cm2) 5 c/25 cm < 27 cm OK! Para as demais forças cortantes, menores que V = 54,3 kN, deve ser usada a armadura mínima. A armadura de cisalhamento em todo o vão “a” da V1 é mínima. No vão “b” apenas do lado direito a armadura calculada supera a mínima. Segundo a tabela 5.4, da apostila Concreto I, o valor da tensão convencional mínima de cisalhamento, abaixo da qual as forças de tração oriundas do cisalhamento são absorvidas com o estribo mínimo, é dada por wd,min = 0,117 kN/cm2, que resulta no valor da força cortante mínima: 57,7kN 1,4 715x46x0,11 V kN/cm 0,117 15x46 x1,4V min 2min minwd, Esse valor (Vmin = 57,7 kN) ocorre a (0,22 m) antes do eixo do pilar P3. Em toda a viga, só nesse trecho de 22 cm o estribo é maior que o mínimo. Como 22 cm é menor que [(c + d) /2] = (30 + 46) /2 = 38 cm, ponto do diagrama de V correspondente ao VRed, pode-se ter estribo mínimo em toda a viga. Conforme a NBR 6118 que permite, apenas para o cálculo da armadura de cisalhamento, reduzir a força cortante no apoio e confirmando o escrito acima, obtém- se para o pilar P3, VRed = Veixo - 0,5(c + d)p = 61,8 - 0,5x(0,30 + 0,46)x18,34 = 54,8 kN < Vmin = 57,7 kN. Isto implica que, considerando a redução permitida pela norma NBR 6118, toda a viga será armada com o estribo mínimo. Departamento de Engenharia de Estruturas (DEEs) Projeto ___________________________________________________________________________ 32 VERIFICAÇÃO DA FLECHA A flecha imediata máxima considerando o carregamento mostrado na figura 6.2 e seção plena de concreto (15/50) ocorre no segundo vão e seu valor é de 0,44 cm (valor obtido no programa FTOOL). Esse valor é bem menor que o valor admissível pela NBR 6118 que é de fadm = ( / 250) = 747,5 / 250 = 2,99 cm. A flecha inicial calculada tem seu valor reduzido quando se usa, como no caso da verificação de flechas, a carga de serviço. Por outro lado, essa flecha é ampliada quando se leva em conta a seção fissurada (diminuição da rigidez à flexão) e a parcela diferida no tempo (f fi). Mesmo assim, a flecha inicial de 0,44 cm não deve chegar ao limite permitido de 2,99 cm. Apenas para efeito de uma verificação simples será avaliada a flecha final, no tempoinfinito, levando-se em conta o efeito da deformação lenta, f = 2,46 fi = 2,46x0,44 = 1,08 cm. Considerando que a inércia da seção fissurada seja 40% da inércia da seção bruta de concreto (0,4 Ic <III < 0,6 Ic) a flecha final pode ser estimada em f = 1,08x2,5 = 2,71 cm < fadm = 2,99 cm. Nota-se que nessa avaliação simples foi considerada a flecha imediata nominal, obtida com as cargas de projeto. Na avaliação acima foi considerada uma flecha final obtida pela majoração da flecha imediata (com as cargas de projeto) pelo valor (2,46x2,5 = 6,15), que em con- dições normais é exagerado, uma vez que a flecha de serviço é menor que a imediata, fi = (fg + fq) < fserv = (fg + 2fq). Evitou-se fazer o cálculo considerando-se a rigidez efetiva (momento de inércia em todas as seções do material composto, aço-concreto) ou conforme o permitido pela NBR 6118, pela rigidez equivalente de Branson (mo- mento de inércia ponderada em cada vão), porque ainda não se tem o detalhamento definitivo da viga. Departamento de Engenharia de Estruturas (DEEs) Projeto ___________________________________________________________________________ 33 DETALHAMENTO De acordo com a equação (5.34b) da apostila Concreto I, para estribos verticais ( = 90o) a menor relação (a / d), em toda a viga, ocorre onde se tem Vmax = 61,8 kN, resultando uma tensão convencional de cisalhamento máxima wd,max = [61,8x1,4 / (15x46)] = 0,125 kN/cm2 < 2 c0 = 2x0,0769 = 0,154 kN/vm2. Quando isso ocorre, Vd,max < 2 Vc0, a relação (a / d) > 1. Portanto para esse valor da força cortante e para os demais, que são menores, a relação deve ser igual a 1, ou seja, a = d = 46 cm em toda a viga V1. Valores dos comprimentos de ancoragem e das barras Segundo a equação (6.5) da apostila Concreto I, o comprimento de ancoragem necessário é dado por minb, se s,cal bnecb, A A α , onde pela tabela 6.3 para fck = 25 MPa, o comprimento de ancoragem básico para região de boa aderência é dado por b = 37,67 O coeficiente “” vale “1” para barras ancoradas sem gancho e “0,7” para barras ancoradas com gancho. Em uma região de má aderência esse comprimento de ancoragem é dado por b,nec,Má = [(b,nec,Boa) / 0,7]. Dessa forma calculam-se os comprimentos de ancoragens dos momentos negativos (má aderência) e positivos (boa aderência). Adicionalmente o comprimento de ancoragem necessário deve ser maior que o mínimo de norma (maior dos três valores, 0,3b, 10ou 10 cm). X = 77,5 kNm (má aderência) As,cal = 6,23 cm2 As,e = 8,04 cm2 (4 16 mm) b,nec = 1,0x[(37,67x1,6) / 0,7]x(6,23 / 8,04) = 86x0,77 = 67* cm > b,min = 26* cm (b,min é o maior entre 0,3x37,67x1,6 / 0,7 = 26* cm, 10x1,6 = 16 cm ou 10 cm cm) As posições N4 e N5 da figura 6.5 tem os seguintes comprimentos: N4 = 2x(166 + a + b,nec) = 2x(166 + 46 + 67) ≈ 2x280 = 560 cm Departamento de Engenharia de Estruturas (DEEs) Projeto ___________________________________________________________________________ 34 N5 = 2x(166/2 + a + b,nec) = 2x(83 + 46 + 67) = 2x200 = 400 cm X = 52,5 kNm (má aderência) As,cal = 4,01 cm2 As,e = 4,02 cm2 (2 16 mm) b,nec = 1,0x[(37,67x1,6) / 0,7]x(4,01 / 4,03) ≈ 86* cm > b,min = 26 cm N2 = 181+ 121 + 2x(a + b,nec) = 302 + 2x(46 + 86) = 566 ≈ 565 cm (começando a 181 + 46 + 86 ≈ 310 cm do eixo do P2) M = 38,0 kNm (boa aderência) As,cal = 2,82 cm2 As,e = 3,68 cm2 (3 12,5 mm) b,nec = 1,0x(37,67x1,25) (2,82 / 3,68) = 47x0,77 ≈ 36* cm > b,min = 14 cm No segundo vão, os pontos de momento nulo do diagrama de momentos, estão a 121 cm do pilar P2 e a 166 cm do P3. A partir desses pontos, deve-se deslocar no sentido mais desfavorável (sentido dos pilares) os valores a= 46 cm e b,nec = 36 cm, resultando (46 + 36) = 82 < 121 cm. Isto significa que se as barras fossem apenas estendidas de 82 cm para cada lado, atendendo ao diagrama deslocado de momento, não entrariam nos apoios P2 e P3, o que não é permitido pela NBR 6118. Em apoios extremos e intermediários, segundo a NBR 6118, deve-se prolongar uma parte da armadura de tração do vão (As,vão), correspondente ao máximo momento positivo do tramo de modo que: As,apoio ≥ (1/4) As,vão, para apoios intermediários e As,apoio ≥ (1/3) As,vão, para apoios extremos, respeitando o mínimo de duas barras. Além disto, as barras das armaduras devem ser ancoradas a partir da face do apoio, com comprimentos iguais ou superiores ao maior dos seguintes valores: b,nec con- forme equação (6.5); (r + 5,5 ), onde r é o raio de curvatura dos ganchos, conforme tabela 6.2; ou 60 mm. Em apoios intermediários, quando não houver a possibilidade de ocorrer momento positivo, o comprimento de ancoragem sobre o apoio pode ser de 10, que é o caso dos apoios P2 e P3. Departamento de Engenharia de Estruturas (DEEs) Projeto ___________________________________________________________________________ 35 Foram adotadas 3 12,5 mm para combater M = 38 kNm do vão 2, portanto deve-se prolongar no mínimo duas dessas barras até os apoios. N8 = 717,5 + 2x(10) = 717,5 + 2x(10x1,25) = 742,5 cm, N8,adot = 750 cm N7 = 717,5 + 2x30 = 657,5 cm, N7,adot = 655 cm M = 18,0* kNm (boa aderência) As,cal = 1,29 cm2 As,e = 1,57 cm2 (2 10 mm) b,nec = 1,0x(37,67x1,0)x(1,29 / 1,57) ≈ 31* cm > b,min = 11 cm O comprimento de ancoragem acima se refere ao vão. No apoio da esquerda o comprimento necessário de ancoragem é obtido a partir da armadura de tração cal- culada no apoio, conforme equação (7.3): 2 yd apoioSd,apoio cals, cm 0,5543,5 17,1x1,4 1 f V d a A b,nec = 1,0x(37,67x1,0)x(0,55 / 1,57) ≈ 13 cm > b,min = 11 cm Isto implica que a largura de 20 cm do P1 é suficiente para ancorar, sem gan- cho, as duas bitolas de 10 mm do vão 1 no pilar P1. X = 4,3 kNm (má aderência) As,cal = 0,30 cm2 As,e = 1,57 cm2 (2 10 mm) b,nec = 1,0x[(37,67x1,0) / 0,7]x(0,30 / 1,57) ≈ 10 cm < b,min = 11 / 0,7 = 16* cm Estribo Para obra urbana (CAA II) o cobrimento mínimo para vigas e pilares é de 30 mm, quando a tolerância de execução c = 10 mm. Segundo a NBR 6118 “Quando Departamento de Engenharia de Estruturas (DEEs) Projeto ___________________________________________________________________________ 36 houver um adequado controle de qualidade e rígidos limites de tolerância da variabili- dade das medidas durante a execução pode ser adotado o valor Δc = 5 mm, mas a exigência de controle rigoroso deve ser explicitada nos desenhos de projeto. Permite- se, então, a redução dos cobrimentos nominais prescritos na tabela 7.2 em 5 mm.” Dessa forma, o cobrimento adotado no projeto para vigas e pilares é de 2,5 cm. Para estribos com ganchos fazendo ângulo de 90o o valor da parte reta do gancho vale 10, não menor que 7 cm. Portanto, o comprimento do estribo com = 5 mm é dado por: N9 = 2x[(15 - 2c) + (50 - 2c)] + 2x7 = 2x[(15 - 5) + (50 - 5)] + 14 = 124 ≈ 125 cm Figura 6.5 – Detalhamento da Viga V1 VIGA V2 - 12/50 CARGAS E DIAGRAMAS DE ESFORÇOS peso próprio pp = 0,12x0,50 x 25 = 1,50 kN/m reações da alvenaria Ralv = 0,15x(2,95 - 0,5)x13 = 4,78 kN/m reações das lajes RL1 + RL3 = 8,59 + 7,94 = 16,53 kN/m RL2 + RL4 = 16,82 + 7,18 = 24,00 kN/m Departamento de Engenharia de Estruturas (DEEs) Projeto ___________________________________________________________________________ 37 p1 = pp + RL1 + RL3 = 1,50 + 16,53 = 18,03 kN/m p2 = pp + RL1 + RL3 + Ralv = 1,50 + 16,53 + 4,78 = 22,81 kN/m p3 = pp + RL2 + RL4 + Ralv = 1,50 + 24,00 + 4,78 = 30,28 kN/mFigura 6.6 – Viga V2 contínua Momentos de engaste perfeito P6 Meng = 30,0 kNm P8 Meng = 30,28x6,052 / 12 = 92,4 kNm Departamento de Engenharia de Estruturas (DEEs) Projeto ___________________________________________________________________________ 38 Momentos nas extremidades da viga P6 rsup = rinf = (20x203/12) / 295 = 45,2 cm3 rvig = (12x503) / 437,5 = 295,7 cm3 Mvig = 30,0x[2x45,2 / (2x45,2+295,7)] = 7,0 kNm Msup = Minf = 7,0 / 2 = 3,5 kNm P8 rsup = rinf = (35x203/12) / 295 = 79,1 cm3 rvig = (12x503) / 437,5 = 295,7 cm3 Mvig = 92,4x[2x79,1 / (2x79,1+295,7)] = 32,2 kNm Msup = Minf = 32,2 / 2 = 16,1 kNm DIMENSIONAMENTO DAS ARMADURAS PARA FLEXÃO SIMPLES Seção 12/50 cm2, d = 46 cm, (d/h) = 0,90 As,min = 0,15%Ac = 0,90 cm2 X = 99,6 kNm = 9960 kNcm K = 0,362 > KL = 0,295 K’ = KL 2 yd c s1 cm 6,9319,3x0,362x0,29511 43,48 61,518x12x4 2K'11 f bdf A 2 yd c s2 cm 1,41 4/461 0,2950,362 43,48 61,518x12x4 dd'1 K'K f bdf A As = As1 + As2 = 6,93 + 1,41 = 8,34 cm2 (d´/d) = 4 / 46 = 0,087 < 0,184 = 1 A’s = As2 / = 1,41 cm2 Para As = 8,34 cm2, adotar 5 16 mm (2 na 1a, 2 na 2a e 1 na 3a camada) (Ase = 10,06 cm2) Para c = 2,5 cm, t = 5 mm o novo d’’ = (2x3,8 + 2x7,4 + 1x11,0) / 5 = 6,68 cm dreal = 50 - 6,68 ≈ 43 cm < dadot = 46 cm Kd=43 = 0,414 > KL = 0,295, As1 = 6,48 cm2, As2 = 2,36 cm2 As = 8,84 cm2 (OK!) A’s = 2,36 cm2, adotar 2 12,5 mm (Ase = 2,45 cm2) Departamento de Engenharia de Estruturas (DEEs) Projeto ___________________________________________________________________________ 39 Obs.: Para evitar armadura tracionada em três camadas pode-se ter as seguintes alternativas: Escolher 2 20 mm na 1a camada e 216 mm na 2a, resultando As,e = 10,31 cm2 e d” = 5,5 cm, d = 44,5, As = 8,58 cm2 , A’s = 1,87 cm2 (alternativa escolhida, embora 20 mm não seja uma bitola comum em vigas de edifícios desse porte). Aumentar a largura da viga para 15 cm, maior que a espessura dos tijolos das paredes internas. Para seção 15x50, d = 45 cm resulta As = 8,67 cm2 (3 16 mm na 1a e 2 16 mm na 2a camada), A’s = 0,19 cm2. Manter a mesma largura e aumentar a altura para 55 cm. Para seção 12x55, d = 50 cm resulta As = 7,79 cm2 (2 16 mm na 1a e 216 mm na 2a camada), A’s = 0,25 cm2. Verificação da fissuração 35 kf 5 w 3,505x10 1,4x0,3 20 107,361 W 107,361a γ 1a equação 1,12 1,4x0,26 x43,483x3,505x10 f f3a A A 3 ctmf ydw cals, se γ 2a equação 22,5 aw = 0,079, Acr = 12x(2,5+0,5+2+2+0,8+7,5x1,6) = 12x19,8 = 237,6 cm2, calr,ρ = 8,84 / 237,8 = 0,0372 0,70 0,0372 4x3,505x10 0,0790,079 ρ 4a 22,5a22,5a A A 32 calr, w2 ww cals, se Portanto Ase = As,cal = 8,84 cm2 (2 20 mm na 1a e 2 16 mm na 2a camada). M = 93,2 kNm = 9320 kNcm Supondo armadura em duas camadas adotar d = 44 cm Departamento de Engenharia de Estruturas (DEEs) Projeto ___________________________________________________________________________ 40 K = 0,370 > KL = 0,295 K’ = KL As1 = 6,63 cm2 As2 = 1,52 cm2 As = 8,15 cm2 (4 16 mm, Ase = 8,04 cm2) A’s = 1,52 cm2 (2 10 mm, A’se = 1,57 cm2) Como a mesa está comprimida pode-se calcular a armadura de flexão consi- derando viga de seção T. A distância entre pontos de momentos nulos do diagrama de momentos (M) pode ser obtida de forma simplificada por a = (0,75 )= 0,75x605 = 454 cm, ou alternativamente de forma direta no diagrama (figura 6.6), resultando a distância a = (605 – 109) = 496 cm, valor a ser adotado. bw = 12 cm, bf = bw + bm,esq + bm,dir, hf = 10 cm, onde: 0,10 a = 0,10 x 496 ≈ 50* cm 0,10 a = 0,10 x 496 ≈ 50* cm bm,dir ≤ bm,esq ≤ b2,dir / 2 = 279 / 2 ≈ 140 cm b2,esq / 2 = 289 / 2 ≈ 145 cm bf = 12 + 2x50 = 112 cm MRef = fc bf hf (d - hf / 2) = 1,518x112x10x(46 - 10/2) = 69701 kNcm Como o momento de referência MRef é maior que o momento solicitante de cál- culo Md = 9320x1,4 = 13048 kNcm, para efeito do cálculo da armadura de flexão, a seção pode ser considerada como uma seção retangular bf xh = 112x50. K K' 0,295 K 0,040 441,518x112x 13048 dbf M K L22 fc d 112x50 0, s2s1s A'cm 6,962x0,04011 43,5 441,518x112x AA Adotar 4 16 mm (2 camadas, armadura simples) - (Ase = 4x2,011 = 8,04 cm2) Departamento de Engenharia de Estruturas (DEEs) Projeto ___________________________________________________________________________ 41 M = 25,2 kNm = 2520 kNcm K = 0,092 < KL = 0,295 K’ = K As = As1 = 1,85 cm2 > As,min = 0,90 cm2 A’s = 0 Adotar 2 12,5 mm, armadura simples (Ase = 2x1,227 = 2,45 cm2) Mvig = 7,0 kNm = 700 kNcm K = 0,025 < KL = 0,295 K’ = K As = As1 = 0,50 cm2 < As,min = 0,9* cm2 A’s = 0 Adotar 2 8 mm, armadura simples (Ase = 2x0,503 = 1,01 cm2) Mvig = 32,2 kNm = 3220 kNcm K = 0,117 < KL = 0,295 K’ = K As = As1 = 2,40 cm2 > As,min = 0,90 cm2 A’s = 0 Adotar 2 12,5 mm, armadura simples (Ase = 2x1,227 = 2,45 cm2) DIMENSIONAMENTO DAS ARMADURAS PARA FORÇA CORTANTE Vmax = 108,1 kN Vmax,face = 108,1 - 0,125x30,28 = 104,3 kN OK! Concreto kN/cm 0,434 kN/cm 0,265 12x46 104,3x1,4 db V 2 wd,2 2 w maxd, maxwd, 0,103 0,479 39,15 0,07690,265 100 minw,w , (wd/wd2) = 0,61 smax = 27 cm Asw = wbw = 0,479x12 = 5,75 cm2/m Considerando estribo simples (dois ramos) (Asw/2) = 2,88 cm2/m Adotando estribo = 6,3mm (0,312 cm2) 6,3 c/10 cm Departamento de Engenharia de Estruturas (DEEs) Projeto ___________________________________________________________________________ 42 V = 75,1 kN Vface = 75,1 - 0,10x30,28 = 72,1 kN wd = 0,183 kN/cm2 w = 0,270 > w,min = 0,103 Asw = wbw = 0,270x12 = 3,25 cm2/m (wd/wd2) = 0,42 smax = 27 cm Considerando estribo simples (dois ramos) (Asw/2) = 1,62 cm2/m Adotando estribo = 5 mm (0,196 cm2) 5 c/12 cm V = 64,2 kN Vface = 64,2 - 0,125x18,03 = 61,9 kN wd = 0,157 kN/cm2 w = 0,205 > w,min = 0,103 Asw = wbw = 0,205x12 = 2,46 cm2/m (wd/wd2) = 0,36 smax = 27 cm Considerando estribo simples (dois ramos) (Asw/2) = 1,23 cm2/m Adotando estribo = 5 mm (0,196 cm2) 5 c/15 cm V = 17,9 kN Vface = 17,9 - 0,10x18,03 = 16,1 kN wd = 0,041 kN/cm2 < wd,min = 0,117 kN/cm2 w = w,min = 0,103 Asw = Asw,min = 0,103x12 = 1,24 cm2/m (wd/wd2) < 0,67 smax = 27 cm Considerando estribo simples (dois ramos) (Asw/2) = 0,62 cm2/m Adotando estribo = 5 mm (0,196 cm2) 5 c/27* cm A partir do valor do wd,min determina-se o valor da força cortante mínima abaixo da qual se usa estribo mínimo: 46,1kN 1,4 712x46x0,11 Vmin . Marcando-se esse valor no diagrama de V (figura 6.6), divide-se o mesmo em trechos onde se usa o Departamento de Engenharia de Estruturas (DEEs) Projeto ___________________________________________________________________________ 43 estribo mínimo e nos demais trechos, os estribos já calculados. Dessa forma a distri- buição dos estribos em toda a viga fica: Vão “a” 1o trecho (de P6 a 1,00 m antes de P7) 5 c/25 cm 2o trecho (1,00 m à esquerda de P7) 5 c/15 cm Vão “b” 1o trecho (2,05 m à direita de P7) 6,3 c/10 cm 2o trecho (do 1o trecho a 0,96m de P8) 5 c/25 cm 3o trecho(0,96 m à esquerda de P7) 5 c/10 cm VERIFICAÇÃO DA FLECHA A flecha máxima considerando o carregamento (nominal) mostrado na figura 6.6 e seção plena de concreto (12/50) ocorre no segundo vão e seu valor é de 1,11 cm (valor obtido no programa FTOOL). Esse valor será corrigido para levar em conta cargas de serviço, seção fissurada e a parcela diferida no tempo devida a deformação lenta. Como a viga foi analisada apenas com a hipótese de carga total, sem separá- la em parcela permanente (g) e acidental (q), considerou-se que a parcela permanente da carga seja 80% da carga total e que a parcela acidental seja 20%. Assim a flecha inicial e o momento em serviço devem ser: fi,serv = fg,serv + 2 fq,serv = 0,8x1,11 + 0,3x(0,2x1,11) = 0,95 cm Mserv = Mg,serv + 2 Mq,serv = 0,8x93,2 + 0,3x(0,2x93,2) = 80,2 kNm Para seção retangular e concreto do grupo I, o momento de fissuração é dado, em kNcm, por: Mr = 0,0075 b h2 (fck)2/3 = 0,0075x12x502x(25)2/3 = 1924 kNcm = 19,2 kNm. Como esse valor é menor que o momento de serviço Mserv = 80,2 kNm, a flecha Departamento de Engenharia de Estruturas (DEEs) Projeto ___________________________________________________________________________ 44 da viga no segundo vão deve ser avaliada considerando-se a seção fissurada, ou seja, Estádio II. No trecho de momento positivo, onde ocorre a flecha máxima do segundo vão, a armadura de flexão calculada é de (4 16 mm = As = 8,04 cm2, tração), com d = 44 cm. A armadura de compressão A’s = 0. Como no detalhamento deve ser prolongado os 2 12,5 mm, calculados para Mvig = 32,2 kNm, a armadura de compressão existente será A’s = 2,45 cm2, com d’≈ 4 cm. Com esses dados calcula-se o momento de inércia da seção fissurada III. n = Es / Ec = 21000 / 2173,5 = 9,66 n’ = n - 1 = 8,66 Ic = 12x503 / 12 = 125000 cm4 A = (nAs + n’A’s) / b = (9,66x8,04 + 8,66x2,45) / 12 = 8,24 B = 2(dnAs + d’n’A’s) / b = 2x(44x9,66x8,04 + 4x8,66x2,45) / 12 = 583,70 xII = - A + (A2 + B)1/2 = - 8,24 + (8,242 + 583,70)1/2 = 17,29 cm III = bx3/3 + nAs(d-xII)2 + n’A’s(xII-d’)2 = 79831 cm4 A rigidez equivalente de Branson leva em conta trechos com rigidez da seção bruta (Estádio I) e trechos com rigidez da seção fissurada (Estádio II). O valor da rigi- dez equivalente de Branson, com (Mr / Mserv) = (19,2 / 80,2) = 0,239, é dado por: EIeq = Ecs[0,2393Ic + (1 – 0,2393)III = Ecs(0,0137x125000 + 0,986x79831) = Ecs(80448) Quando a relação (Mr / Mserv) ≤ 0,5, o momento de inércia da rigidez equivalente de Branson fica praticamente igual ao da seção fissurada, como visto na equação acima. A flecha final corrigida, no tempo infinito, pode ser dada por: f = 2,46 fi (Ic/Ieq) = 2,46x0,95x(125000/80448) = 3,63 cm > fadm = 605/250 = 2,42 cm Departamento de Engenharia de Estruturas (DEEs) Projeto ___________________________________________________________________________ 45 Aplicando-se uma contra-flecha cf = (3,63 – 2,42) = 1,21 cm < cfmax = (605 / 350) = 1,73 cm, a flecha passa a ser verificada. A solução para dispensar a contra-flecha seria aumentar a altura da seção transversal da viga, mesmo que apenas no segundo vão. No entanto, na região que ocorre a flecha máxima a viga funciona como viga de seção T, e assim foi calculada, aumentando substancialmente a rigidez à flexão, quando comparado com a seção retangular, como foi avaliada até então a flecha. A verificação da flecha considerando-se viga de seção T, com bw = 12 cm, bf = 112 cm, hf = 10 cm, h = 50 cm e d = 44 cm, deve ser precedida do cálculo do momento de fissuração, t cct r y Iαf M , com = 1,2 para seção T, onde Ic é o momento de inércia da seção bruta (T) de concreto, yt é a distância do centro de gravidade da seção à fibra mais tracionada e fct = fctm = 0,26 kN/cm2 é a resistência à tração direta do con- creto, no estado limite de deformação excessiva. Para os dados acima: ycg = yt = (112x10x45+12x40x20) / (112x10+12x40) = 37,5 cm (do fundo da nervura) Ic = [112x103/12+112x10x(12,5-5)2] + [12x403/12+12x40x(37,5-20)2] = 283333 cm4 kNm 23,6 kNcm 2357 37,5 833331,2x0,26x2 y Iαf M t cct r Como Mserv = 80,2 kNm > Mr = 23,6 kNm Estádio II (Mr / Mserv)3 = 0,0255 Para seção T, BAAx 2II , com: 91,57x10121128,66x2,459,66x8,04 12 1 hbbA'n'nA b 1 A fwfss w Departamento de Engenharia de Estruturas (DEEs) Projeto ___________________________________________________________________________ 46 22f wf ss w x10 2 12112 54x8,66x2,40444x9,66x8, 12 2 h 2 bb A'n'd'dnA b 2 B B = 1417 cm 7,44141791,5791,57x 2II 2IIs2IIs3fIIwf3IIfII d'xA'n'xdnAhxbbxb 3 1 I 2233II 4)7,448,66x2,45(7,44)-449,66x8,04(107,4412112112x7,44 3 1 I III = 119997 cm4 EIeq = Ecs(0,0255x283333 + 0,975x119997 = Ecs(124164) kNcm2 A flecha final corrigida, no tempo infinito, considerando seção T, pode ser dada por: f = 2,46 fi (Ic/Ieq) = 2,46x0,95x(125000/124164)= 2,35 cm < fadm = 605/250 = 2,42 cm A flecha então, está verificada. DETALHAMENTO Para a força cortante máxima da V2, Vmax = 108,1 kN, a tensão convencional de cisalhamento máxima wd,max = [108,1x1,4 / (12x44)] = 0,287 kN/cm2 > 2 c0 = 2x0,0769 = 0,154 kN/vm2. Nesse caso conforme a equação (5.34b) da apostila Con- creto I, para estribos verticais ( = 90o) a relação (a / d) vale: Departamento de Engenharia de Estruturas (DEEs) Projeto ___________________________________________________________________________ 47 0.68 2870 0769012 1 12 1 VV2 V d a maxwd, c0cmaxSd, maxSd, V = 75,1 kN, wd = 0,199 kN/cm2, (a / d) = 0,81 V = 64,2 kN, wd = 0,170 kN/cm2, (a / d) = 0,91 V = 17,9 kN, wd < 2c0 = 0,154 kN/cm2, (a / d) = 1,00 Valores dos comprimentos de ancoragem X = 99,6 kNm (má aderência) As,cal = 8,58 cm2 As,e = 10,31 cm2 (2 20 mm + 2 16 mm ) b,nec,20 = 1,0x[(37,67x2,0) / 0,7]x(8,58 / 10,31) ≈ 90* cm > b,min = 32 cm b,nec,16 = 1,0x[(37,67x1,6) / 0,7]x(8,58 / 10,31) ≈ 72* cm > b,min = 26 cm Ao detalhar as duas barras de 20 mm da primeira camada, para X = 99,6 kNm, nota-se que elas têm início a (240 + 40 + 90) = 370 cm antes do eixo do pilar P7, ou a (437,5 – 370) = 67,5 cm do eixo do pilar P6. Como elas estão bem próximas do P6, recomenda-se que as mesmas sejam estendidas até este pilar, evitando-se as barras porta-estribo nesse trecho (ver posição N1 da figura 6.7). N1 = 7,5 + 437,5 + 109 + a + b,nec = 554 + 30 + 90 = 674 ≈ 675 cm N2 = (240/2 + a + b,nec) + (109/2 + a + b,nec) = (120 + 40 + 72) + (54,5 + 30 + 72) = 232 + 156,5 ≈ 235* + 155 = 390 cm (*) Início da posição N2 antes do P7 M = 93,2 kNm (boa aderência) As,cal = 6,96 cm2 As,e = 8,04 cm2 (4 16 mm) b,nec = 1,0x(37,67x1,6)x(6,96 / 8,04) ≈ 52* cm > b,min = 18 cm Departamento de Engenharia de Estruturas (DEEs) Projeto ___________________________________________________________________________ 48 Apoio P8 2 yd apoioSd,P8 cals, cm 1,96 43,5 75,1x1,4 0,81 f V d a A , levando-se 2 16 mm até P8 b,nec,c/ gancho = 1,0x(37,67x1,6)x(1,96 / 4,02) ≈ 29* cm > b,min = 18 cm (> 20 cm) b,nec,s/ gancho = 0,7x(37,67x1,6)x(1,96 / 4,02) ≈ 20* cm > b,min = 18 cm Apoio P7 (direita) 109 - a - b,nec = 109 - 30 - 52 = 27 cm > (25 / 2) = 12,5 cmAs duas barras de 16mm (N6 da figura 6.7) da primeira camada devem entrar no mínimo 10 = 10x1,6 = 16 cm no pilar P7. N7 = 10 + 582,5 + (20 - 2,5 - 3) + 1,5+ 8 = (16 + 582,5 + 13) + 8 + 13 = 611,5 + 8 + 13 ≈ 612 + 8 + 15 = 635 cm M = 25,2 kNm (boa aderência) As,cal = 1,85 cm2 As,e = 2,45 cm2 (2 12,5 mm) b,nec = 1,0x(37,67x1,25)x(1,85 / 2,45) ≈ 36* cm > b,min = 14 cm 2 yd apoioSd,P6 cals, cm 0,58 43,5 17,9x1,4 1,0 f V d a A , levando-se 2 12,5 mm até P9 b,nec = 1,0x(37,67x1,25)x(0,58 / 2,45) ≈ 11 cm < b,min = 14* cm (< 20 cm) Apoio P7 (esquerda) 240 - a - b,nec = 240 - 40 - 36 = 164 cm > (25 / 2) = 12,5 cm As duas barras de 12,5 mm (N4 da figura 6.7) devem entrar no mínimo 10 = 10x1,25 = 12,5 cm no pilar P7. N5 = (20 - 2,5) + 415 + 10 = 17,5 + 415 + 12,5 = 445 cm Departamento de Engenharia de Estruturas (DEEs) Projeto ___________________________________________________________________________ 49 Figura 6.7 – Detalhamento da Viga V2 VIGA V4 - 15/50 A viga V4 é uma viga isostática sobre dois apoios, descarregando nas vigas V7 e V8. O esquema estrutural com as cargas, assim como os diagra- mas de força cortante e de momento fletor, estão apresentados à esquerda da figura 6.8. peso próprio pp = 0,15x0,50x25 ≈ 1,88 kN/m reação da alvenaria Ralv = 0,20x(2,95 - 0,5)x13 = 6,37 kN/m reação da laje RL4 = 4,16 kN/m (Rg = 2,91 – Rq = 1,25) carga total p = (1,88 + 6,37 + 2,91) + 1,25 = g + q = 11,16 + 1,25 = 12,41 kN/m R = p/ 2 = 12,41x6,10 / 2 = 37,9 kN M = p2 / 8 = 12,41x6,102 / 8 = 57,7 kNm Seção 15/50 cm2, d = 46 cm, (d/h) = 0,90 As,min = 0,15%Ac = 1,13 cm2 M = 57,7 kNm = 5770 kNcm K = 0,168 < KL = 0,295 As = As1 = 4,45 cm2 A’s = 0 Adotar 4 12,5 mm (Ase = 4x1,227 = 4,91 cm2) Departamento de Engenharia de Estruturas (DEEs) Projeto ___________________________________________________________________________ 50 Vmax,face = 37,9 – 12,41x(0,15 / 2) = 37,0 kN wd,max = 37,0x1,4 / (15x46) = 0,0751 kN/cm2 < c0 = 0,0769 kN/cm2 a = d = 46 cm, Asw = Asw,min = 0,103x15 = 1,55 cm2/m, (wd/wd2) < 0,67, smax = 27 cm Considerando estribo simples (dois ramos) (Asw/2) = 0,77 cm2/m Adotando estribo = 5 mm (0,196 cm2) 5 c/ 25 cm 2 yd apoioSd,apoio cals, cm 1,2243,5 37,9x1,4 1,0 f V d a A levando-se 2 12,5 mm até os apoios b,nec,s/ gancho = 1,0x(37,67x1,25)x(1,22 / 2,45) ≈ 23* cm > b,min = 14 cm (> 15 cm) b,nec,c/ gancho = 0,7xb,nec,s/ gancho = 0,7x23 = 16 cm > 15 cm Por simplicidade e a favor da segurança as duas barras de 12,5 mm da primeira camada, posição N3 da figura 6.8, vão ser levadas até aos extremos da viga onde serão dobradas, com ponta reta maior que a mínima necessária, conforme figura 6.8. Mr = 0,0075 b h2 (fck)2/3 = 0,0075x15x502x(25)2/3 = 2405 kNcm = 24,1 kNm Ma = Mserv = pserv2 / 8 = (11,16 + 0,3x1,25)x6,102 / 8 = 11,54 x6,102 / 8 = 53,65 kNm Ma > Mr, Estádio II, As = 4,91 cm2, A’s = 0,39 cm2, n = 9,66, n’ = 8,66 XII = 14,05 cm III = 62626 cm4 Ic = 156250 cm4 (Mr / Ma)3 = 0,091 Ecs = 2173,5 kN/cm2 EIeq = 2173,5x71146 = 1,55x108 kNcm2 8 4 i 1,55x10384x x610 100 11,545x 2,462,46ff = 3,30 cm > fadm = 610 / 250 = 2,44 cm Aplicando, por exemplo, uma contra-flecha cf = 1 cm < cfmax = (610 / 350) = 1,74 cm a flecha final fica igual a 2,3 cm < 2,44 cm, OK! Departamento de Engenharia de Estruturas (DEEs) Projeto ___________________________________________________________________________ 51 Como a mesa está comprimida essa viga pode funcionar como viga de seção L, em que bf = (15 + 0,10x610) = 76 cm, As.L = 4,11 cm2 (4 12,5mm = 4,91 cm2), A’s = 0, XII = 7,33 cm, III = 81328 cm4, Ic = 295892 cm4, Ieq = 100853 cm4, EIeq = 2,19x108 kNcm2 8 4 i 2,19x10384x x610 100 11,545x 2,462,46ff = 2,34 cm < fadm = 610 / 250 = 2,44 cm Obs.: Esse exemplo mostra que como viga de seção retangular, a flecha só é aceitá- vel aplicando-se uma contra-flecha. Usando-se o recurso possível da viga de seção T ou L, a flecha é aceitável mesmo sem aplicar a contra-flecha. Figura 6.8 – Diagramas e Detalhamento da Viga V4 VIGA V5 - 15/50 A viga V5 é uma viga sobre dois apoios, descarregando nos pilares P12 e P13. O esquema estrutural com as cargas assim como os diagramas de força cortante e de momento fletor estão apresentados à esquerda da figura 6.9. peso próprio pp = 0,15x0,50x25 ≈ 1,88 kN/m reação da alvenaria Ralv = 0,20x(2,95 - 0,5)x13 = 6,37 kN/m Departamento de Engenharia de Estruturas (DEEs) Projeto ___________________________________________________________________________ 52 reação da laje RL3 = 4,59 kN/m carga total p = 1,88 + 6,37 + 4,59 = 12,84 kN/m R = p/ 2 = 12,84x4,30 / 2 = 27,6 kN M = p2 / 8 = 12,84x4,302 / 8 = 29,7 kNm Seção 15/50 cm2, d = 46 cm, (d/h) = 0,90 As,min = 0,15%Ac = 1,13 cm2 Meng = p2 / 12 = 12,84x4,302 / 12 = 19,8 kNm rsup = rinf = (20x203 / 12) / 295 = 45,2 rvig = (15x503 / 12) / 430 = 363,4 Mvig = 19,8x(2x45,2) / (363,4 + 2x45,2) = 3,9 kNm, Msup = Minf = 3,9 / 2 = 2,0 kNm M = 29,7 kNm = 2970 kNcm K = 0,086 < KL = 0,295 As = As1 = 2,18 cm2 A’s = 0 Adotar 2 12,5 mm (Ase = 2x1,227 = 2,45 cm2) VSd,max = 27,6x1,4 = 38,6 kN < Vc0 = 0,0769x15x46 = 53,1 kN a = d = 46 cm wd,max = (27,6x1,4) / (15x46) = 0,0560 kN/cm2 < wd,min = 0,117 kN/cm2 Asw = Asw,min = 0,103x15 = 1,55 cm2/m (wd/wd2) < 0,67 smax = 27 cm Considerando estribo simples (dois ramos) (Asw/2) = 0,77 cm2/m Adotando estribo = 5 mm (0,196 cm2) 5 c/ 25 cm 2 yd apoioSd,apoio cals, cm 0,8943,5 27,6x1,4 1,0 f V d a A , levando-se 2 12,5 mm até os apoios b,nec = 1,0x(37,67x1,25)x(0,89 / 2,45) ≈ 17* cm > b,min = 14 cm (não precisa dobrar) Departamento de Engenharia de Estruturas (DEEs) Projeto ___________________________________________________________________________ 53 Mvig = 3,9 kNm = 390 kNcm K = 0,011 < KL = 0,295 As = As1 = 0,28 cm2 < As,min = 1,13* cm2, A’s = 0 Adotar 2 8 mm (Ase = 2x0,503 = 1,01 cm2 ≈ 1,13 cm2) Figura 6.9 – Diagramas e Detalhamento da Viga V5 VIGA V6 - 15/50 peso próprio pp = 0,15x0,50x25 ≈ 1,88 kN/m reação da alvenaria Ralv = 0,20x(2,95 - 0,5)x13 = 6,37 kN/m reação das lajes RL1 = 3,85 kN/m RL3 = 4,38 kN/m cargas totais p1 = 1,88 + 6,37 + (RL3 = 4,38) = 12,63 kN/m p2 = 1,88 + 6,37 + (RL1 = 3,85 = 12,10 kN/m X = 20,8 kNm = 2080 kNcm K = 0,060 < KL = 0,295 As = As1 = 1,50 cm2 > As,min = 1,13 cm2, A’s = 0 Adotar 2 10 mm (Ase = 2x0,785 = 1,57 cm2) b,nec = 1,0x[(37,67x1,0) / 0,7]x(1,50 / 1,57) ≈ 51* cm > b,min = 16 cm Departamento de Engenharia de Estruturas (DEEs) Projeto ___________________________________________________________________________ 54 M = 16,1 kNm = 1610 kNcm K = 0,047 < KL = 0,295 As = As1 = 1,15 cm2 > As,min = 1,13 cm2 Adotar 2 10 mm (Ase = 2x0,785 = 1,57 cm2) b,nec = 1,0x(37,67x1,0)x(1,15 / 1,57) ≈ 28* cm > b,min = 11 cm M = 8,4* kNm = 840* kNcm K = 0,024 < KL = 0,295 As = As1 = 0,60 cm2 < As,min = 1,13 cm2 Adotar 2 10 mm (Ase = 2x0,785 = 1,57 cm2) b,nec = 1,0x(37,67x1,0)x(0,60 / 1,57) ≈ 14* cm > b,min = 11 cm VSd,max = 30,5x1,4 = 42,7 kN < Vc0 = 0,0769x15x46 = 53,1 kNa = d = 46 cm wd,max = (30,5x1,4) / (15x46) = 0,0619 kN/cm2 < wd,min = 0,117 kN/cm2 Asw = Asw,min = 0,103x15 = 1,55 cm2/m (wd/wd2) < 0,67 smax = 27 cm Considerando estribo simples (dois ramos) (Asw/2) = 0,77 cm2/m Adotando estribo = 5 mm (0,196 cm2) 5 c/25 cm 2 yd apoioSd,P12 cals, cm 0,65 43,5 20,1x1,4 1,0 f V d a A , levando-se 2 10 mm até os apoios b,nec = 1,0x(37,67x1,0)x(0,65 / 1,57) ≈ 16* cm > b,min = 11 cm 2 yd apoioSd,P1 cals, cm 0,40 43,5 12,4x1,4 1,0 f V d a A , levando-se 2 10 mm até os apoios b,nec = 1,0x(37,67x1,0)x(0,40 / 1,57) ≈ 10 cm < b,min = 11* cm Departamento de Engenharia de Estruturas (DEEs) Projeto ___________________________________________________________________________ 55 Figura 6.10 – Diagramas da Viga V6 Figura 6.11 – Detalhamento da Viga V6 Departamento de Engenharia de Estruturas (DEEs) Projeto ___________________________________________________________________________ 56 VIGA V7 - a-15/50 e 12/50, b-12/50 peso próprio pp = 0,15x0,50x25 ≈ 1,88 kN/m pp = 0,12x0,50x25 = 1,50 kN/m reação da alvenaria Ralv = 0,20x(2,95 - 0,5)x13 = 6,37 kN/m Ralv = 0,15x(2,95 - 0,5)x13 = 4,78 kN/m reação das lajes RL1 = 6,68 kN/m RL1+L2 = 6,68 kN/m RL2 = 0 RL3 = 7,58 kN/m RL3+L4 = 12,37 kN/m RL4 = 4,79 kN/m cargas totais p1 = pp+Alv.+RL3 = 1,88 + 6,37 + 7,58 = 15,83 kN/m p2 = pp+Alv.+ RL3+L4 = 1,50 + 4,78 + 12,37 = 18,65 kN/m p3 = pp+Alv.+ RL1+L2 = 1,50 + 4,78 + 6,68 = 12,96 kN/m p4 = pp+ RL1+L2 = 1,50 + 6,68 = 8,18 kN/m Figura 6.12 – Diagramas da viga V7 Departamento de Engenharia de Estruturas (DEEs) Projeto ___________________________________________________________________________ 57 X = 39,3 kNm = 3930 kNcm 12/50, d = 46 cm As,min = 0,9 cm2 K = 0,143 < KL = 0,295 As = As1 = 2,98 cm2 A’s = 0 Adotar 2 16 mm (Ase = 2x2,011 = 4,02 cm2) b,nec = 1,0 x [(37,67x1,6) / 0,7]x(2,98 / 4,02) ≈ 64* cm > b,min = 26 cm M = 48,8 kNm = 4880 kNcm 12/50, d = 46 cm As,min = 0,9 cm2 K = 0,177 < KL = 0,295 As = As1 = 3,79 cm2 A’s = 0 Adotar 2 16 mm (Ase = 2x2,011 = 4,02 cm2) b,nec = 1,0x(37,67x1,6)x(3,79 / 4,02) ≈ 57* cm > b,min = 18 cm M = 4,4* kNm = 440* kNcm 12/50, d = 46 cm As,min = 0,9 cm2 K = 0,016 < KL = 0,295 As = As1 = 0,31 cm2 < As,min = 0,90 cm2 Adotar 2 10 mm (Ase = 2x0,785 = 1,57 cm2) b,nec = 1,0x(37,67x1,0)x(0,31 / 1,57) ≈ 8 cm < b,min = 11* cm Pilar P13 (20 / 20) rup = rinf = 45,2 rvig = (15x503 / 12) / 419 = 372,9 Meng = 51,8 kNm Mvig = [90,4 / (90,4 + 372,9)]x51,8 = 10,1 kNm (As,min=1,13 cm2) Msup = Minf = 10,1 / 2 = 5,1 kNm Pilar P2 (30 / 20) rup = rinf = 67,8 rvig = (12x503 / 12) / 296 = 422,3 Meng = 7,9 kNm Mvig = [135,6 / (135,6 + 422,3)]x7,9 = 1,9 kNm (As,min= 0,90 cm2) Msup = Minf = 1,9 / 2 = 1,0 kNm Vmax = 57,3 kN Vmax,face = 57,3 - 0,20x18,53 = 53,6 kN wd,max = [(53,6x1,4) / (12x46)] = 0,136 kN/cm2 < wd2 = 0,434 kN/cm2 OK! Departamento de Engenharia de Estruturas (DEEs) Projeto ___________________________________________________________________________ 58 Asw = w bw = [100 (0,136 - 0,0769) / 39.15]x12 = 0,151x12 = 1,81 cm2/m (wd/wd2) < 0,67 smax = 27 cm Considerando estribo simples (dois ramos) (Asw/2) = 0,90 cm2/m Adotando estribo = 5 mm (0,196 cm2) 5 c/ 21 cm V = 55,8 kN Vface = 55,8 - 0,10x15,83 = 54,2 kN (15x50), d = 46 cm wd = (54,2x1,4) / (15 x 46) = 0,110 kN/cm2 < wd,min = 0,117 kN/cm2 Asw = Asw,min = w,min bw = 1,76 cm2/m (wd/wd2) < 0,67 smax = 27 cm Considerando estribo simples (dois ramos) (Asw/2) = 0,88 cm2/m Adotando estribo = 5 mm (0,196 cm2) 5 c/ 22 cm Apoio P13 V = 55,8 kN wd = 55,8x1,4 / 14x46 = 0,142 < 2c0 = 0,154 kN/cm2 (a/d) = 1 2 yd apoioSd,P13 cals, cm 1,80 43,5 55,8x1,4 1,0 f V d a A , levando-se 2 16 mm até P13 b,nec = 1,0x(37,67x1,6)x(1,80 / 4,02) ≈ 27* cm > b,min = 18 cm (> 20 cm) b,nec,c/ gancho = 0,7b,nec,s/ gancho = 0,7x27 = 19 cm Apoio P7 V = 57,8 kN wd = 57,3x1,4 / 12x46 = 0,145 < 2c0 = 0,154 kN/cm2 (a/d) = 1 Portanto em toda a viga a relação (a/d) = 1. No vão “a”, o diagrama de momentos se anula a 78 cm do eixo do P7 (ver figura 6.12). Para o momento M = 48,8 kNm, conforme já calculado, b,nec = 57 cm e a relação (a/d) = 1 para V = 57,3 kN. Portanto os 2 16 mm adotados (N4 da figura 6.13), para Departamento de Engenharia de Estruturas (DEEs) Projeto ___________________________________________________________________________ 59 combater M = 48,8 kNm, devem entrar no P7 o valor mínimo dado por: b,nec + a - (78 – 40/2) = 57 + 46 - 58 = 45 cm (a partir da sua face esquerda). No outro apoio desse vão “a” (pilar P13), como as barras N4 só podem entrar dentro dele no máximo (20 – 2,5) = 17,5 cm, com ancoragem reta, deve-se usar ancoragem com gancho (90o), com comprimento de ancoragem b,nec = 19 cm. As barras N4 da figura 6.13 ficam com o comprimento: N4 = (12 + 8 + 15)* + 389 + 45 = 469 ≈ 470 cm (*) os valores 12, 8, 15 são os mesmos mostrados anteriormente (N6 da figura 6.7) no esquema de dobramento das barras de 16 mm. Figura 6.13 – Detalhamento da viga V7 Armadura de suspensão Conforme o item 18.3.6 da NBR 6118 “Nas proximidades de cargas concentra- das transmitidas à viga por outras vigas ou elementos discretos que nela se apoiem ao longo ou em parte de sua altura, ou fiquem nela pendurados, deve ser colocada armadura de suspensão.” Departamento de Engenharia de Estruturas (DEEs) Projeto ___________________________________________________________________________ 60 A reação concentrada da viga V4 (RV4 = 37,9 kN) na viga V7 se dá ao longo da altura das mesmas. Neste caso a armadura de suspensão As,susp = RV4,d / fyd = 37,9x1,4 / 43,5 = 1,22 cm2. A distribuição dessa armadura deve acontecer tanto na viga suporte (V7) quanto na viga apoiada (V4). Pelo menos 70% da armadura de suspensão deve ser colocada na viga suporte, em um trecho de comprimento pelo menos igual à altura (h) dessa viga, centrado no eixo da viga apoiada. Dessa forma em um trecho de comprimento h = 50 cm, centrado no ponto de aplicação da reação da V4, deve ser acrescentado [0,7xAs,susp] = 0,85 cm2 à armadura de cisalhamento calculada para este ponto. Para uma força cortante V = 39,7 kN (di- agrama de V na figura 6.12), wd = (39,7x1,4) / (15x46) = 0,081 kN/cm2, seção 15 / 50 cm2 (antes da carga), a armadura de cisalhamento vale Asw,cal = wbw = [100(0,081 - 0,0769) / 39,15]x15 = 0,009x15 = 0,14 cm2/m (armadura por metro de comprimento da viga). Portanto no trecho de comprimento 50 cm, centrado no eixo da carga concen- trada, deve ter uma armadura total (por metro de viga) dada por: As,total = 2x(0,7xAs,susp) + Asw,cal = 2x0,85 + 0,14 = 1,84 cm2/m Considerando estribo simples com bitola de 5 mm, fica (As,total / 2) = 0,92 cm2/m, que implica em 5 c/ 21 cm, espaçamento menor que o encontrado para VP13 = 55,8 kN (c/ 25 cm). Como o trecho entre P13 e a carga concentrada é pequeno justifica-se adotar neste trecho o estribo 5 c/ 21 cm (que atende simultaneamente os estribos para o cisalhamento e a armadura de suspensão). A parte da armadura de suspensão que vai para a viga apoiada V4 (30%) vale As,susp = 0,3x1,22 = 0,37 cm2, distribuída em um trecho de comprimento igual a metade da altura de V4, a partir do eixo da V7.
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