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Concreto Armado Solicitações Normais Introdução Prof. M.Sc. Elker Lucas Garroni 8.2.10.1 - Diagrama tensão deformação do concreto 3,5% ε 2,0% ε :C50 até classes de concreto para 0cu 0c2 = = ( ) ( ) 100/f9035% 2,6% ε 50-f0,085% 2,0% ε :C90 até C55 de classes de concreto para 4 ck0 0cu 0,53 ck00c2 −+= += ( ) 4ck ck ck n c2 c cdc /100f-9023,4 1,4 n :50MPa f para 2 n :50MPa f para ε ε -1-1f0,85 σ += = = Diagrama Tensão x Deformação Aço tipo A ss fyd A B eyd e10%o Região A ss = Es . es Região B ss = fyd Diagrama Tensão x Deformação Aço tipo B ss fyd 0,7.fyd eydeypd 10%o e A B C Região A ss = Es . es Região C ss = fyd Região B 2 s 0,7 f σ . 45 1 E σ ε yd s s s −+= −+ −+−= 0,49ε45.0,7 E 22,5.f E 22,5.f 0,7..f ε ε σ s s yd s yd yd s s s 2 Região B Fases Do Concreto Fases do Concreto Fases do Concreto Flexão Simples Caracterização da Seção As’ As bw d h d’ d’’ ec es x Md Linha Neutra Grandezas Fundamentais Seção Transversal ◼ bw - Largura da seção transversal; ◼ h - Altura da seção transversal; ◼ d’ - Distância do C.G. da armadura tracionada ao bordo mais próximo deste; ◼ d’’ - Distância do C.G. da armadura comprimida ao bordo mais próximo deste; ◼ x- Distância do bordo comprimido à linha neutra da seção transversal; Grandezas Fundamentais Concreto: ◼ fck - Tensão de compressão no concreto; ◼ fcd - Tensão de compressão no concreto de cálculo - (fcd = fck/gc); ◼ ec - Deformação no concreto; Aço:- ◼ fyk - Tensão Característica no Aço (tração ou compressão); ◼ fyd - Tensão de cálculo no aço - (fyd = fyk/gs); ◼ As - Área de aço tracionada; ◼ As’ - Área de aço comprimida; ◼ es - Deformação no aço; Cálculo no Estado Limite Último Solicitações Normais A NBR 6118:2014 estabelece que as seções de peças de Concreto Armado, submetidas à Solicitações Normais podem alcançar o Estado Limite Último por ruptura da Zona Comprimida do CONCRETO ou por Deformação Plástica da ARMADURA tracionada; Hipóteses de Cálculo - Solicitações Normais Despreza-se qualquer contribuição do Concreto Tracionado; Até a ruptura, as seções Planas permanecem Planas; Hipóteses de Cálculo - Solicitações Normais • A distribuição das tensões no concreto se faz de acordo com o diagrama parábola-retângulo, definido em 8.2.10.1, com tensão de pico igual a c.fcd, com fcd definido em 12.3.3. Esse diagrama pode ser substituído pelo retângulo de profundidade y = .x, onde o valor do parâmetro pode ser tomado igual a: ( ) MPa; 50,0 f para 400 50 - f -0,8λ ou MPa; 50,0 f para 0,8λ ck ck ck = = ( ) = = 200 50-f -1,00,85 α :C90 até C50 de acima classes de concretos Para 0,85 α :C50 até classes de concretos Para ck c c Diagramas de Deformação e Tensão no Concreto h ecu x c.fcd y = .x c.fcd ec2 ( ) MPa; 50,0 f para 400 50 - f -0,8λ ou MPa; 50,0 f para 0,8λ ck ck ck = = ( ) = = 200 50-f -1,00,85 α :C90 até C50 de acima classes de concretos Para 0,85 α :C50 até classes de concretos Para ck c c Concreto Armado Estado Limite Último (de ruína) d 10%o h As’ As d’’ Alongamento Encurtamento d’ ec Deformação Plástica Excessiva Aço 0 <= es <= 10%o Reta a:- Tração Uniforme d 10%o h As’ As d’’ Alongamento Encurtamento d’ a ec Domínio 1:- Tração não uniforme, sem Compressão d 10%o h a 1 As’ As d’’ Alongamento Encurtamento d’ ec Domínio 2:- Flexão Simples ou Composta, sem ruptura à Compressão (ec < 3,5%o), e com o máximo de Alongamento permitido para a Armadura de Tração. d 10%o h a 1 As’ As d’’ 2 Alongamento Encurtamento d’ ec Ruptura Concreto 0 <= e <= ec Domínio 3:- Flexão Simples (Seção Subarmada), com Ruptura à Compressão do Concreto e com Escoamento do Aço. (es >= eyd) d 10%o h a 1 As’ As d’’ 2 3 Alongamento Encurtamento d’ eyd ec Domínio 4:- Flexão Simples (Seção Superarmada), com ruptura à Compressão do Concreto e Aço Tracionado sem Escoamento (es < eyd) d 10%o h a 1 As’ As d’’ 2 3 4 Alongamento Encurtamento d’ eyd ec Domínio 4A:- Flexão Composta, com armaduras comprimidas d 10%o h a 1 As’ As d’’ 2 3 4 4a Alongamento Encurtamento d’ eyd ec Domínio 5:- Compressão não uniforme, sem tração d 10%o h a 1 As’ As d’’ 2 3 4 4a 5 3/7h A Alongamento Encurtamento d’ eyd ec2 ec Reta b:- Compressão Uniforme d 10%o h a 1 As’ As d’’ 2 3 4 4a 5 3/7h b A eyd ec2 Alongamento Encurtamento d’ ec Considerações: 1 - O Encurtamento de Ruptura do Concreto nas seções não inteiramente comprimidas é de ec (domínios 3, 4 e 4A). Nas seções inteiramente comprimidas (domínio 5), o encurtamento da borda mais comprimida, na ocasião da ruptura, será menor que ec , mantendo-se inalterada e igual a ec 2 a deformação a 3/7 da altura total da seção, a partir da borda mais comprimida; Considerações: 2 - O alongamento máximo permitido ao longo da armadura de tração é de 10%o (domínios 1 e 2), a fim de previnir deformação plástica excessiva; Considerações: 3 - A distribuição das tensões do concreto na seção se faz de acordo com o diagrama parábola-retângulo, baseado na hipótese do item 8.2.4 da NBR 6118:2014. Permite-se a substituição desse diagrama pelo retângulo de altura .x, com a seguinte tensão: ◼ c.fcd = c.fck/gc - no caso da largura da seção medida paralelamente à linha neutra não diminuir a partir desta para a borda mais comprimida; ◼ 0,9.c.fcd = 0,9.c.fck/ gc - no caso contrário Considerações Finais: O coeficiente c que aparece minorando a tensão fcd, tem como causa: ◼ a) Levar em conta o efeito da diminuição da resistência do Concreto quando solicitado por cargas de longa duração (Efeito RUSCH); ◼ Levar em conta a diminuição da resistência do Concreto em consequência da evaporação mais rápida da água que aflora na parte superior do elemento estrutural quando do processo de hidratação do cimento. Propriedades Mecânicas dos Aços Aço fyk(MPa) fyd(MPa) eyd (%) Kx3-4=x/d CA-25 250 217 0,104 0,7709 CA-32 320 278 0,132 0,7254 CA-40 400 348 0,166 0,6788 CA-40-B 400 348 0,366 0,4891 CA-50 500 435 0,207 0,6283 CA-50-B 500 435 0,407 0,4623 CA-60 600 552 0,248 0,5900 CA-60-B 600 552 0,448 0,4384 Dimensionamento da armadura longitudinal em vigas sob flexão normal: ESTRUTURAS EM CONCRETO ARMADO =→=→= cctscctsh F F 0 F - F 0 F =→= zF M M M ccdd z F M tsd = ( ) xbf F wcdccc = 2 x - d z = ( ) 2 x -dxbf zF M wcdcccd == Resolvendo a equação obtém-se x, o qual define a posição da linha neutra e o valor de z Conhecida a tensão no aço fyd, obtêm-se: ydz d s fdk M A = ( ) 2 x -dxbf zF M wcdcccd == 2 x - d z = Dimensionamento da armadura longitudinal em vigas sob flexão normal: ESTRUTURAS EM CONCRETO ARMADO VISTA LATERAL FRONTAL VISTA es M A d s s -3,5%00 c 0,85fc cd DEFORMAÇÕES POSSÍVEIS F F s c z y=0,8x x y=0,8x As 2 3 00 10% c s bw dh yd zF M ccd = yd d s fz M A = ( ) x0,8bf85,0F wcdcc = x0,4 - d z = ( ) ( ) ( )x0,4-dx0,68fb x0,4-dx0,8bf0,85 zf M cdwwcdccd === ( ) cdw2d fbx0,272-dx0,68 M = Dimens. da armad. Long. em vigas sob flexão normal – Concreto C50: Armadura Simples ESTRUTURAS EM CONCRETO ARMADO Dividindo ambos os membros da equação anterior por: bw.d 2.fcd , tem-se: ( ) −= = 2 2 cd 2 w cdw 2 cd 2 w d d x 272,0 d x 0,68 fdb fbx0,272-dx0,68 fdb M 2 xxMd k272,0k0,68 k −= d x 0,4-1 d x0,4-d d z = = :em resulta d,k z como e, fz M A z yd d s = = ydz d s fdk M A = ESTRUTURAS EM CONCRETO ARMADO Tabela 3.1 Valores para cálculode armadura longitudinal de seções retangulares. KMD KX KZ ec es KMD KX KZ ec es 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 ESTRUTURAS EM CONCRETO ARMADO • sc c scc d xdx e+e e =→ e+e = e (3.10) sc c scc εε ε d x εε d ε x + =→ + = ( )2xxcdw d cdwMd d k0,272-0,68.kfb M d .f.bk M d = = .f.bk M d cdwMd d mín máx = ESTRUTURAS EM CONCRETO ARMADO Dimens. da armad. Long. em vigas sob flexão normal – Concreto C50: Armadura Simples As = + fdk M ydlimz, limd, fd'-d M yd d,2 ESTRUTURAS EM CONCRETO ARMADO cd 2 wlimMd,limd, fdbk M = = = = = →= 0s 0c limz, limMd, limx, 4,278% ε 3,500% ε 0,820 k 0,251 k 0,45 k Dimens. da armad. Long. em vigas sob flexão normal – Concreto C50: Armadura Dupla Considerando fck ≤50,0 MPa → kx,lim = 0,45 limd,dd,2 M-M M = Variáveis adimensionais: d x k ε ε ε k x sc c x = + = d z k k 2 λ - 1 k zxz = = 2 x 2 cxc Md k 2 - k k = Caso de armadura simples – (As’ = 0; As = As 1) z Z M fA D Z xλbfα D d1Rd1 ydsd1d1 wcdcd1 = == = Dimen. da armad. Long. em vigas - flexão normal–Concreto > C50: ESTRUTURAS EM CONCRETO ARMADO Dimensionamento com o fator kMd zxcMd cd 2 w d Md zxwcdcRd1 wcdcRd1 kkλα k :então , fdb M k dk.dkλbfα M zxλbfα M = = = = Determinação da armadura: ydz d s fdk M A = ESTRUTURAS EM CONCRETO ARMADO Dimen. da armad. Long. em vigas - flexão normal–Concreto > C50: Os valores de kMd relacionados a kx e kz são dados na tabela a seguir: Avaliação dos parâmetros kx e kz analiticamente: xlim c Md x k k2 -1-1 k = d z k k 2 λ - 1 k zxz = = ESTRUTURAS EM CONCRETO ARMADO Dimen. da armad. Long. em vigas - flexão normal–Concreto > C50: ESTRUTURAS EM CONCRETO ARMADO Dimen. da armad. Long. em vigas - flexão normal–Concreto > C50: Caso de armadura dupla – (As’ > 0; As = As 1+ As 2) yds2d2d2 yd's'd2 Rd2Rd1Sd fA D Z .fA D M M M == = += Determinam-se As’ e As 2, a partir de MRd2; yd Rd2 s2 f)'d'-(d M A = Acréscimo na armadura inferior: yd' Rd2 s' f)'d'-(d M A = Armadura superior: fyd’ ➔ tensão no aço correspondente ao nível de deformação específica es’ usualmente, fyd’ = fyd; Dimens. da armad. Long. em vigas sob flexão normal ESTRUTURAS EM CONCRETO ARMADO NBR 6118:2014 17.3.5.2 Valores-limites para armaduras longit. de vigas 17.3.5.2.1 Armadura de tração Tabela 17.3 – Taxas mínimas de armadura de flexão para vigas ESTRUTURAS EM CONCRETO ARMADO Exemplo numérico Determinar a altura H e a Armadura Longitudinal (As) para a seção mais solicitada da Viga com as características abaixo: ESTRUTURAS EM CONCRETO ARMADO As d h d’ bw=20 cm Md Considerar: Concreto C30 Aço CA 50 CAA II a) ec=3,5%0, es=10%0 b)Kx limite Exemplo numérico Determinar a Armadura Longitudinal (As) para a seção mais solicitada da Viga com as características abaixo: ESTRUTURAS EM CONCRETO ARMADO As d H=70 cm d’ bw=25 cm Md Considerar: Concreto C25 Aço CA 50 CAA II Mk= 200 kN.m d’=5,0 cm Exemplo numérico Determinar o momento máximo (Mk) e a Armadura Longitudinal (As) para a Viga com as características abaixo: ESTRUTURAS EM CONCRETO ARMADO As d H=25 cm d’ bw=15 cm Md Considerar: Concreto C20 Aço CA 50 CAA I d’=5,0 cm Exemplo numérico Calcular e detalhar a Armadura para a seção da viga com as características abaixo: ESTRUTURAS EM CONCRETO ARMADO As d H d’ bw=20 cm Md Considerar: Concreto C25 Aço CA 50 CAA I d’=5,0 cm Exemplo numérico ESTRUTURAS EM CONCRETO ARMADO Exemplo numérico Calcular e detalhar a Armadura para a seção da viga com as características abaixo: ESTRUTURAS EM CONCRETO ARMADO As d H=65 cm d’ bw=12 cm Md Considerar: Concreto C20 Aço CA 50 CAA I Mk= 160 kN.m d’=5,0 cm Brita 01 Exemplo numérico Calcular e detalhar a armadura para a seção da viga abaixo: ESTRUTURAS EM CONCRETO ARMADO Considerar: Concreto C60 Aço CA 50 CAA II Brita 1 Arm. Transv.=6,3mm Ações g1=peso viga g2=revestimento piso natural q=5,0kN/m² L=20 metros
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