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UNVERSIDADE PAULISTA – UNIP Engenharia Civil 10° semestre ISRAEL DE SOUZA LENADRO APS – Atividades Práticas Supervisionadas Cálculo Estrutural de uma Laje, uma Viga e um Pilar de Concreto Armado Ribeirão Preto – SP 2020 ISRAEL DE SOUZA LENDRO RA: C09EEC-5 TURMA:TT0T18 APS – Atividades Práticas Supervisionadas Cálculo Estrutural de uma Laje, uma Viga e um Pilar de Concreto Armado Esse trabalho técnico apresentado como requisito parcial para obtenção de aprovação na disciplina 584x Atividade Pratica Supervisionada, 7° semestre, do curso de engenharia civil na universidade paulista de Ribeirão Preto. Orientador: Prof. Mestre Fernando Brant Ribeirão Preto – SP 2020 RESUMO Este trabalho apresenta o pré-dimensionamento estrutural de uma residência de pequeno porte, isso é um fator primordial para que possa ser calculado todas as etapas do projeto, através deste é possível saber o peso próprio da estrutura. Este cálculo é dividido em três etapas: lajes, vigas e pilares, o conhecimento das dimensões permite determinar os vãos equivalentes e as rigidezes, necessários no cálculo das ligações entre os elementos. Será utilizada a norma NBR 6118/3 (NORMA BRASILEIRA 6118 PROJETOS DE ESTRUTURAS DE CONCRETO) e NBR-6120: (CARGAS PARA O CÁLCULO DE ESTRUTURAS DE EDIFICAÇÕES), que regulamenta todo tipo de construções feitas com concreto. Falarei sobre os materiais, concreto e aço, seus conceitos e suas propriedades principais, como eles trabalham quando são solicitados e quais as condições limites de tensão e deformação de cada um. Além disso, quais são os tipos de ações que podem atuar em uma estrutura e como o grau de agressividade do ambiente pode influenciar no dimensionamento. Primeiramente será mostrado a criação do concreto armado e a importância dessa junção dos materiais para formação das estruturas. A função do aço junto com o concreto e o funcionamento conjunto desses dois matérias com exemplos e imagens, vamos aprender a analisar uma planta de estruturas, considerando todas as partes da construção, analisando parte por parte e por fim todas em conjunto, como de fato serão construídas. Palavras-chave: Dimensionamento, estrutura, construção, concreto armado. ABSTRACT This work presents the structural pre-dimensioning of a small residence, this is a key factor so that all stages of the project can be calculated, through this it is possible to know the structure's own weight. This calculation is divided into three stages: slabs, beams and columns, the knowledge of the dimensions allows to determine the equivalent spans and stiffnesses, necessary in the calculation of the connections between the elements. The standard NBR 6118/3 (BRAZILIAN STANDARD 6118 CONCRETE STRUCTURES PROJECTS) and NBR-6120 will be used: (LOADS FOR THE CALCULATION OF BUILDING STRUCTURES), which regulates all types of constructions made with concrete. I will talk about the materials, concrete and steel, their concepts and their main properties, how they work when they are requested and what are the limit conditions of stress and deformation of each one. In addition, what are the types of actions that can act on a structure and how the degree of aggressiveness of the environment can influence the dimensioning. Firstly, the creation of reinforced concrete and the importance of this combination of materials for the formation of structures will be shown. The function of steel together with concrete and the joint functioning of these two materials with examples and images, we will learn to analyze a plan of structures, considering all parts of the construction, analyzing part by part and finally all together, as in fact will be built. Keywords: Dimensioning, structure, construction, reinforced concrete. SUMÁRIO 1. INTRODUÇÃO ..................................................................................................... 7 2. JUSTIFICATIVA ................................................................................................... 7 3. OBJETIVO ............................................................................................................ 8 4. DESENVOLVIMENTO .......................................................................................... 8 4.1. CONCRETO ARMADO ......................................................................................... 8 4.2. ESTRUTURA DE CONCRETO ARMADO .................................................................. 9 4.3. RESISTENCIA DO CONCRETO ............................................................................ 12 4.4. TRANSFORMAÇÃO DO CONCRETO ..................................................................... 13 4.5. AÇO USADO NO CONCRETO ARMADO ................................................................ 14 4.6. AÇO PARA CONCRETO ARMADO ........................................................................ 15 4.7. LAJES ............................................................................................................ 16 4.8. VIGAS ............................................................................................................ 22 4.9. PILARES ......................................................................................................... 25 5. O PROJETO ....................................................................................................... 28 5.1. MATERIAIS E PROPRIEDADES MECÂNICAS DO CONCRETO .................................. 28 Concreto ............................................................................................................. 28 Aço...................................................................................................................... 29 5.2. VIDA ÚTIL ....................................................................................................... 29 5.3. CRITÉRIOS DE SEGURANÇA ............................................................................. 33 5.4. CONCEPÇÃO ESTRUTURAL .............................................................................. 34 5.5. ONDE COLOCAR OS PILARES? .......................................................................... 34 5.6. ONDE COLOCAR AS VIGAS? .............................................................................. 35 5.7. PROJETO ARQUITETURA .................................................................................. 35 5.8. PRÉ DIMENSIONAMENTO ................................................................................. 37 Exemplo Viga bi-apoiada (viga simples): ............................................................ 37 Exemplo Vigas em balanço: ............................................................................... 37 Exemplo Vigas contínuas: .................................................................................. 37 Base da viga: ...................................................................................................... 38 Lajes ................................................................................................................... 38 Pilar..................................................................................................................... 39 Dimensões mínimas ........................................................................................... 40 Força normal ....................................................................................................... 40 5.9. PRÉ DIMENSIONAMENTO DO PROJETO .............................................................. 41 vigas ................................................................................................................... 41 Lajes ...................................................................................................................42 Pilares ................................................................................................................. 43 Forma ................................................................................................................. 44 Noções Básicas – Distribuição de Cargas .......................................................... 44 Carga permanente: Alvenaria (se tiver) .............................................................. 45 Carga Acidentais ................................................................................................ 45 6. DIMENSIONAMENTO ........................................................................................ 47 6.1. CALCULO CARREGAMENTO SOBRE AS LAJES – PAV TÉRREO ........................... 48 6.2. DEFINIÇÃO DOS TIPOS DE LAJES – PAV TÉRREO ............................................ 48 6.3. DISTRIBUIÇÃO DAS CARGAS NAS VIGAS – PAV TÉRREO ................................... 48 6.4. CARREGAMENTO ALVENARIA ........................................................................... 49 6.5. ESQUEMA ESTÁTICO DAS VIGAS ....................................................................... 50 6.6. CALCULO ESCADA ........................................................................................... 50 6.7. TEORIA DE FLEXÃO ......................................................................................... 51 Tensão = Força/área .......................................................................................... 52 Concreto ............................................................................................................. 52 Aço...................................................................................................................... 52 6.8. CISALHAMENTO .............................................................................................. 53 6.9. CALCULO LAJE TRELIÇADA .............................................................................. 53 Flexão ................................................................................................................. 54 Verificação a Força Cortante .............................................................................. 54 6.10. CARREGAMENTO SOBRE AS LAJES – PAV COBERTURA ................................. 55 6.11. DEFINIÇÃO DOS TIPOS DE LAJES – PAV COBERTURA .................................... 55 6.12. DISTRIBUIÇÃO DAS CARGAS NAS VIGAS – PAV COBERTURA ........................... 56 6.13. BEIRAL........................................................................................................... 57 6.14. CARREGAMENTO ALVENARIA ........................................................................... 57 6.15. VIGA 106 FLEXÃO ........................................................................................... 59 Dimensionamento a Flexão Mk = + 50,6 kNm .................................................... 59 6.16. VIGAS ............................................................................................................ 60 Dimensionamento a flexão Mk = + 46,4 kNm ..................................................... 62 As mínimo ........................................................................................................... 63 Cisalhamento ...................................................................................................... 64 Verificação da diagonal comprimida ................................................................... 64 Verificação do elemento tracionado (determinação da área de aço do estribo) . 64 Cálculo da armadura mínima para o Cisalhamento ............................................ 65 6.17. PILAR CANTO ................................................................................................. 65 Necessidade de estribos suplementares ............................................................ 66 Detalhamento Final ............................................................................................. 66 Armadura mínima ............................................................................................... 67 Armadura máxima .............................................................................................. 67 7. CONCLUSÃO ..................................................................................................... 68 8. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS .................................................................. 69 7 1. INTRODUÇÃO As edificações, sejam para fins residenciais, comerciais ou industriais, necessitam de uma estrutura ou um conjunto de estruturas que lhes sirvam de suporte, propiciando estabilidade, segurança e condições de utilização satisfatórias aos fins a que se destinam. Dentre os vários sistemas estruturais possíveis, o mais comum e de maior aplicação no Brasil, em edificações residenciais e comerciais, é o que utiliza o concreto armado moldado “in loco” O concreto armado permite moldar vigas, pilares e lajes, de tal maneira que formem um pórtico resistente espacial. Para a formação desse pórtico, cada elemento deve estar convenientemente ligado a outro pelo concreto e por sua armação. Dentre essas ligações, destacam-se as entre vigas e pilares, por unirem os elementos que recebem as cargas dos pavimentos aos que irão conduzi-las até as fundações. Estas ligações são de grande importância para que a estrutura funcione como pórtico espacial. Sabe-se que as ligações entre as vigas e os pilares não são pontuais, como geralmente consideradas nas simplificações de cálculo, mas sim regiões de interação, limitadas por suas seções no cruzamento de seus eixos. Torna-se necessário então pesquisar e analisar os esforços solicitantes de dimensionamento envolvidos nessas regiões, a fim de esclarecer o tema. Nas construções de Concreto Armado, sejam elas de pequeno ou de grande porte, três elementos estruturais são os mais comuns: as lajes, as vigas e os pilares. Há diversos outros elementos, que podem não ocorrer em todas as construções, são: blocos e sapatas de fundação, estacas, tubulões, consolos, vigas-parede, tirantes, etc. Este trabalho visa pré-dimensionar as estruturas de um a residência de pequeno porte, através de fórmulas analíticas e/ou empíricas. No cálculo, devem-se considerar alguns aspectos, como material, vão, dimensionamento, carregamento, entre outros fatores. 2. JUSTIFICATIVA Atualmente o ramo de construção civil está sofrendo constantes modificações devido às novas tecnologias que são desenvolvidas para a área. Diversos softwares foram desenvolvidos com o passar dos anos, com o intuito de agilizar os cálculos necessários para o projeto e a construção. Com isso é fundamental dominar todas as etapas de cálculos manualmente, compreender o que significa cada sigla, cada informação que devemos inserir no software e principalmente entender o que deve 8 ser feito com as informações que o mesmo nos proporciona no fim do cálculo. Ao começar uma construção é de grande importância compreender todas as etapas do projeto, se organizar da melhor maneira e fazer uso de todos os recursos possíveis para que a construção seja correta, segura e entregue dentro do prazo estipulado. Constata-se então que o memorial de cálculo é a parte mais importante entre todos os documentos necessários, pois erro neste acarretam o erro no orçamento todo e na execução da obra toda, podendo até fazer com que a mesma não atenda as exigências do projeto e venha ao chão. 3. OBJETIVO Saber analisar uma planta de estruturas, considerando todas as partes da construção, analisando parte por parte e por fim todas em conjunto, como de fato serão construídas. Compreender como o memorial de cálculo é realizado, quais as normas necessárias para a execução correta de uma construção dentro dos parâmetros legais do país, onde a mesma se localiza e qual sua importânciapara a formação de Engenheiros Civis. 4. DESENVOLVIMENTO 4.1. Concreto armado Material essencial para construção de vigas, pilares e lajes, o concreto armado, é o material composto, obtido pela associação do concreto com barras de aço, convenientemente colocadas em seu interior. Em virtude da baixa resistência à tração do concreto (aproximadamente 10% da resistência à compressão), as barras de aço cumprem a função de absorver os esforços de tração na estrutura. As barras de aço também servem para aumentar a capacidade de carga das peças comprimidas. O funcionamento conjunto desses dois matérias só é possível graças à aderência. Devido à aderência, as deformações das barras de aços são praticamente iguais às deformações do concreto que as envolve. Em virtude de sua baixa resistência à tração, o concreto fissura na zona tracionada do elemento estrutural. Desse momento em diante, os esforços de tração passam ser absorvidos pela armadura. Isso impede a ruína brusca da estrutura, o que ocorreria, por exemplo, em uma viga de concreto simples. Além de absorver os esforços de compressão, o concreto protege a armaduras contra a corrosão. Apesar da fissuração, quase sempre inevitável em uma estrutura 9 de concreto armado, a durabilidade das armaduras não fica prejudicada, desde que as aberturas das fissuras sejam limitadas. Um cobrimento mínimo de concreto, depende da agressividade do meio, também é necessário para garantir a durabilidade. O coeficiente de dilatação térmica do concreto e do aço são aproximadamente iguais. Desta forma, quando uma estrutura de concreto armado for submetida a moderadas variações de temperatura, as tensões internas entre o aço e o concreto serão pequenas. O concreto armado tem inúmeras vantagens sobre os materiais estruturais, como: economia; facilidade de execução em diversos tipos de formas; resistência ao fogo; aos agentes atmosféricos e aos degaste mecânico; praticamente não querer manutenção ou conservação; permite facilmente a construção de estruturas hiperestáticas. 4.2. Estrutura de concreto armado concreto armado teve como precursor a argamassa reforçada com aço, como seus inventores não eram ligados à execução de edificações, os primeiros usos então, foram em estruturas de barcos e vasos de plantas, em 1855 e 1861, por Joseph Talbot e Joseph Monier. Só algum tempo depois que o material foi usado em vigas, pelo inglês Wilkson. Antigamente usava-se a pedra como principal material de construção. Ela era muito útil em templos, moradias e pontes, por exemplo. Quando usada como pilares era muito durável e resistente a compressão. Já quando usada como viga, sofrendo esforços de tração podia ser facilmente rompida dependendo a carga externa. Pode-se pegar como exemplo uma ponte, a parte de cima da viga tende a comprimir e aparte de baixo a tracionar, como na Figura 1 e 2. Se ela for pequena os esforços também serão e então a pedra aguentará. Mas se ela precisa ser muito grande, sofrerá muito mais esforços, então se usava um recurso que fazia com que cada pedra sofresse só compressão, foi o incremento de arcos. Sua curva natural tem a capacidade de dissipar a força para fora reduzindo muito os efeitos de tração sobre a parte de baixo do arco. Os precursores dessa técnica eram os romanos. 10 Imagem 1- compressão e tração, vão pequeno e grande Fonte: BOTELLO, 1998 Vejamos, agora a situação em cada caso correspondente às ilustrações acima. ➢ Pequeno vão. No meio da viga, surgem esforços internos em cima de compressão e embaixo, de tração. Como o vão é pequeno, os esforços são pequenos e a pedra resiste. ➢ Grande vão. Para os vãos maiores, os esforços de compressão e os de tração crescem. A pedra resiste bem aos de compressão e mal aos de tração. Se aumentar o vão, a pedra rompe por tração. Os romanos foram mestres na arte de construir pontes de pedra em arco. Se não podiam usar vigas para vencer vãos maiores, usavam ao máximo um estratagema, o uso de arcos onde cada peça de pedra era estudada para só trabalhar em compressão, como se vê na ilustração a seguir. Imagem 2 – Arcos em vãos maiores de pedra Fonte: BOTELLO, 1998 11 As pedras devido a forma da ponte em arco, estão sendo comprimidas, e aí elas resistem bem. Para vencer os grandes vãos, os antigos eram obrigados a usar múltiplos arcos. O concreto também sofre essa limitação, ou seja, é mais resistente à compressão que à tração. Em números, a tração representa 10% da compressão. Eis que houve a ideia de misturar um material resistente à compressão na parte comprimida com outro resistente à tração na parte tracionada, o concreto com o aço, respectivamente (o aço resiste bem à tração). Assim, temos a ideia da viga de concreto armado. Imagem 3 – Sessão transversal da viga Fonte: BOTELLO, 1998 Diz-se então que concreto armado é uma mistura de concreto, aço e a forte ligação entre eles que é chamada de aderência. Essa aderência se dá pelo atrito entre os materiais e o efeito colante do cimento. O concreto é uma mistura de materiais que fazem volume, chamados agregados e materiais colantes, chamados aglomerantes. Os agregados são a areia e a pedra, o aglomerante é o cimento, que com a presença da água, produz o efeito de cola. Outros elementos podem ser adicionados para alterar algumas características do concreto, por exemplo, a sílica ativa, um material extremamente fino, podendo ser comparado com as partículas na fumaça do cigarro e que aumenta até oito vezes a resistência do concreto, diminui os vazios e deixa o material mais 12 impermeável e durável. Esse tipo de concreto é conhecido pela sigla CAD, significa Concreto de Alto Desempenho. Infelizmente a resistência aumentada significa redução de ductibilidade, propriedade essa que é de muita importância nos materiais estruturais. Os materiais dúcteis deformam antes de romper, denunciando problemas na estrutura. 4.3. Resistencia do concreto A resistência do concreto é dada pela proporção de água adicionada ao cimento. Concreto com pouca água é mais resistente e apresenta menos vazios, porém é de difícil manuseio. Já o concreto com mais água é de fácil manuseio, mas de resistência reduzida. A resistência por sua vez, é medida em ensaios de compressão com corpos de prova, eles são cilindros com 15cm de diâmetro e 30cm de altura, padronizados. A operação consiste em aplicar a carga paralela à geratriz do cilindro. Os corpos de prova usados são de 28 dias. A unidade de medida da resistência é em mega Pascal (mPa). A resistência do concreto mais usado nas edificações é de 20 mPa. Com resistências a partir de 50 mPa, o concreto pode ser considerado CAD. A resistência à tração também pode ser medida pelos ensaios com corpos de prova, a carga é então aplicada perpendicularmente à geratriz do cilindro. Esse procedimento de medir tração no concreto foi criado por um brasileiro, o Eng. Lobo Carneiro Imagem 4 – Corpo de prova formas laboratoriais. Ensaio compressão e tração diametral. Fonte: Google imagens, 2020 13 4.4. Transformação do concreto O concreto apresenta algumas transformações que podem não ocorrer por aplicação de cargas externas, elas podem ser: Retração, Dilatação Térmica e Deformação. A retração é a diminuição do volume do concreto ocorrido durante o processo de endurecimento, chamado de cura, é causado pela rápida perda de água, então se recomenda manter o concreto úmido durante o processo e mais três dias após. Imagem 5 – Retração do concreto Fonte: Google imagens, 2020 Dilatação térmica também ocorre em muitos outros materiais, e faz aumentar o volume do concreto com o aumento de temperatura, e diminuir com a diminuição. Existe então juntas de dilatação que permitem a livre movimentação de estrutura, o recomendado pela norma brasileira é junta de dilatação a cada 30m. Imagem 6 – Dilatação térmica na Av. Iguaçu, Água Verde/PR Fonte: https://www.tribunapr.com.br 14 Deformação ocorre em todo concreto logo que submetido a um carregamento, isso se chama deformação imediata. Sem o acréscimo de carga ao longo do tempo ele continua a se deformar, isso se chama deformação lenta, a mesma é devido aos vazios no concreto que vem da mistura da água e cimento, por isso deve-se tomar cuidado com a quantidade aplicada. Imagem 7 – Curvar das variações das deformações com o tempo Fonte: Google imagens, 2020 4.5. Aço usado no concreto armado O aço usado para o concreto armado deve ser de grande ductibilidade, ele se apresenta em forma cilíndrica, podendo ter de 2mm a 40mm de diâmetro. A resistência dessas barras é medida em ensaios de tração. Nesse ensaio o corpo de prova é submetido a um esforço que tende a alongá-lo ou esticá-lo até a ruptura. Os esforços ou cargas são mensurados na própria máquina, e normalmente o ensaio ocorre até a ruptura do material 15 Imagem 8 – Tipos de aço e ensaio com corpo de prova Fonte: Google imagens, 2020 4.6. Aço para concreto armado De acordo com a norma NBR-7480, as armaduras para concreto armado podem ser classificadas em barras e fios. As barras possuem diâmetro mínimo de 6,3mm sendo obtidas por laminação a quente. O número relativo ao fio ou à barra (isto é, a bitola) corresponde ao diâmetro nominal da seção transversal, em milímetros. A massa linear da barra ou do fio em (kg/m) é obtida pelo produto da área da seção nominal (em m²) pela massa especifica do aço, igual a 7850 kg/m. A forma do diagrama tensão-deformação dos aços, obtido em um ensaio de tração simples, é influenciada pelo processo de fabricação. As barras, obtidas exclusivamente por laminação a quente, apresentam um patamar de escoamento no diagrama tensão deformação. A forma do diagrama tensão-deformação dos aços, obtido em um ensaio de tração simples, é influenciada pelo processo de fabricação. As barras, obtidas exclusivamente por laminação a quente, apresentam um patamar de escoamento no diagrama tensão deformação. Na tabela 1. Apresentam-se os valores de (d’) calculados através da equação: 𝑑′ = 𝑐 + ∅ Tabela 1 - Parâmetro (d’) para lajes maciças (cm) Classe de agressividade ∅ = 𝟓𝒎𝒎 ∅ = 𝟏𝟎𝒎𝒎 𝐼 2,5 3,0 16 𝐼𝐼 3,00 3,5 𝐼𝐼𝐼 4,00 4,5 𝐼𝑉 5,00 5,5 Admite-se a classe I de agressividade ambiental, neste caso, pode-se considerar d’ = 4cm, para as vigas e os pilares, ficando a favor da segurança para seções armadas com barra de diâmetro menor 20 mm (sempre que armadura puder ser disposta em uma única camada).Para as lajes maciças dos edifícios pode-se adotar d’= 2,5 cm, pois, em geral empregam-se barras de pequeno diâmetro. Do mesmo modo, em muitos exemplos numéricos admite-se um concreto com fck = 20MPa, que é a resistência mínima exigida para a classe I. Em alguns exemplos, são feitas variações no valor de fck para mostrar a influência dessa propriedade do concreto nos resultados do dimensionamento. É importante salientar que um concreto de maior resistência garante uma maior durabilidade da estrutura. Além disso, o emprego de um concreto de maior resistência pode resultar em economia da estrutura como um todo, mesmo que haja um aumento de custo do concreto. Isto ocorre com os pilares, especialmente nos edifícios altos. Por outro lado, o projetista deve levar em conta as condições de desenvolvimento tecnológico da região onde a estrutura será executada. De nada adianta elaborar um projeto com base em um concreto de alta resistência, para uma obra de pequeno porte, que será executada em uma localidade onde não há adequadas condições de produção e controle da qualidade do concreto. Ao contrário, tal procedimento pode resultar em um verdadeiro desastre. Em todo caso, deve-se estar atento para o fato de que os parâmetros adotados nos exemplos numéricos não servem como regra geral. Eles devem ser definidos para cada situação particular, considerando todos os fatores envolvidos. 4.7. Lajes São elementos estruturais planos onde as dimensões em duas direções prevalecem sobre uma terceira. Normalmente se apresentam na posição horizontal, e são elas que recebem as cargas que agirão sobre a estrutura. As lajes podem ser tetos e pisos (CESEC). Como a laje é uma superfície, logo, a carga que atua sobre esta se distribui uniformemente sobre ela. As forças permanentes que atuam nas lajes 17 são seu próprio peso e o peso dos revestimentos. Também há as cargas ocasionais que devem ser levadas em consideração nos cálculos para projetar as lajes. Como umas das forças em que está sujeita é o seu próprio peso, deve se calcular o peso do volume de concreto armado por metro quadrado de laje. Para isso se deve conhecer a massa especifica do concreto armado e a altura da laje. Como se leva em conta o metro quadrado de laje multiplica-se apenas a dimensão altura pela massa especifica do concreto armado utilizado, já as cargas acidentais podem ser conhecidas pela NBR 2160. Cargas provenientes das lajes: Antes da se calcular as cargas provenientes das lajes sobre as vigas, é necessário conhecer as dimensões da laje, já que estas influenciam na forma em que as cargas se distribuem sobre a viga. A relação entre o vão das lajes determina se elas serão armadas em cruz ou apenas em uma única direção, assim quando um dos vãos da laje for muito superior ao outro a laje será armada em uma única direção, quando essa diferença não for tão expressiva ela será armada em cruz. Na pratica vale a regra; Caso o vão maior seja maior do que o dobro do vão menor a laje será armada em uma única direção e devido à rigidez do vão menor as cargas que atuam no vão menor podem ser desprezadas, no entanto, se o vão maior for menor ou igual do que o dobro do vão menor a laje será armada nas duas direções (cruz) e os esforços sobre as vigas serão significativos nos dois vãos. Imagem 9 - Relação entre os vãos da laje Fonte: NDCURSOS, 2019 Cargas provenientes de lajes armadas numa única direção: Neste caso a distribuição das cargas nas vigas que a suportam acontecem apenas nas vigas que sustentam o vão maior e as vigas do vão menor g+ não receberam outras cargas 18 senão a de seu próprio peso, cargas de vigas que se a poiam umas nas outras e as cargas das alvenarias, já que as cargas da laje não iram interagir com elas. Para efeito de cálculo para se determinar a carga vinda da laje na viga por metro linear se utiliza uma faixa de um metro de largura da laje na direção do vão menor e multiplica-se pela metade comprimento do vão menor, pois as cargas serão divididas em duas vigas. Estas cargas se distribuem em todas as vigas que sustentam a laje, para uma forma geral de lajes retangulares. As cargas se distribuem de maneira diferente entre as vigas de cada vão, os vãos maiores recebem um valor equivalente a área de um trapézio de carga enquanto o vão menor recebe um valor igual a área do triângulo, como se pode ver na figura abaixo. Essas relações foram descobertas observando as linhas de rupturas das lajes, que são as mesmas que delimitam os trapézios e os triângulos. Cargas provenientes das alvenarias: Da mesma forma como as lajes as alvenarias (paredes e seus revestimentos), também depositam suas cargas sobre as vigas. Como já foi visto anteriormente é interessante para efeito de cálculo estrutural considerar a carga depositada na viga por metro linear. Para determinar o peso das alvenarias é importante calcular o peso do volume de 1 metro de largura de alvenaria ao longo do comprimento da viga. Porém para isso é necessário determinar antes o peso do metro cúbico a alvenaria utilizada. Embora as alvenarias mudem de edificação para edificação abaixo são apresentadas as massas especificas das alvenarias mais utilizadas. Lava-se emconsideração que os blocos e tijolos são revestidos (parede com acabamento). Imagem 10 – Carga da laje sobre a viga Fonte: NDCURSOS, 2019 19 Imagem 11 – Carga da laje sobre a viga Fonte: NDCURSOS, 2019 Como cargas permanentes atuando nas lajes tem-se o seu peso próprio, revestimentos e alvenaria se tiver. • Peso especifico de 1m² de laje maciça: 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑝𝑟𝑜𝑝𝑟𝑖𝑜 𝑑𝑎 𝑙𝑎𝑗𝑒 = 𝛾 . ℎ Onde: (𝛾) = concreto (h) = espessura da laje • Peso do revestimento: Varia de acordo com o material e espessura do contrapiso, geralmente usa-se 100kgf/m². • Peso de cargas ocasionais: É definido pela norma brasileira e depende do tipo de uso das edificações como residenciais, comerciais ou institucionais. Imagem 12 – Armação negativa e positiva laje maciça Fonte: Google imagem, 2020 20 Imagem 13 – Armação negativa e positiva laje maciça Fonte: Google imagem, 2020 Imagem 14 – Laje sendo preparada para concretagem Fonte: Google imagem, 2020 21 Imagem 15 – Concretagem de laje maciça Fonte: Google imagem, 2020 No caso de lajes pré-moldadas e painéis, o peso próprio pode ser obtido nos catálogos dos fabricantes. Imagem 16 – lajes pré-moldadas / catalogo fabricantes Fonte: NDCURSOS, 2019 O peso do revestimento executado sobre a laje varia um pouco em função da espessura do contra piso e do tipo de piso, se cerâmico, de madeira ou outro. Para os casos mais comuns pode-se considerar, o peso do revestimento como sendo de 1 KN/m2. 22 Imagem 17 – Carga permanente: Revestimento Fonte: NDCURSOS, 2019 Então, para calcular todo o peso sobre a laje soma-se: Imagem 18 – Carga total sobre a laje Fonte: NDCURSOS, 2019 4.8. Vigas As vigas são os elementos da estrutura que recebem as reações das lajes, e eventualmente de outras vigas, e as transmitem para os pilares. São elementos geralmente horizontais, sujeitos a cargas transversais ao seu eixo longitudinal, trabalhando essencialmente à flexão. As vigas numa estrutura de concreto armado podem ser revestidas ou aparentes. Para edifícios residenciais e comerciais, com frequência opta-se por esconder a estrutura, ou seja, o revestimento cobre as vigas e pilares. Há alguns anos atrás, era comum projetar vigas em quase todas as posições de paredes, o que levava a um grande consumo de fôrmas. Atualmente, dado ao custo das fôrmas e à agilidade construtiva, é comum se considerar paredes descarregando seu peso próprio 23 diretamente sobre lajes, o que conduz a estruturas menos recortadas, lajes maiores e menos vigas. As vigas não precisam descarregar diretamente sobre pilares, podendo existir apoio de viga sobre viga. A viga de maior altura, sendo a de menor vão, tem rigidez muito superior àquela de menor altura, de modo que a menor se apoia na maior, denominada viga principal. A viga é um elemento estrutural que se caracteriza por transmitir cargas verticais ao longo de um vão através de um eixo horizontal. Dessa forma, o vão sobre a viga é totalmente livre e aproveitável, o que não ocorre no cabo e no arco, cujos eixos são curvos e limitam parte do espaço sobre eles. Graças a essa virtude, a viga é o sistema estrutural mais usado. Imagem 19 – Armação viga de concreto armado Fonte: Google imagem, 2020 24 Imagem 20 – Vigas de concreto armado Fonte: Google imagens, 2020 Imagem 21 – Vigas de concreto armado com peso de alvenaria Fonte: Google imagem, 2020 25 Imagem 22 – Viga antes da concretagem Fonte: Google imagem, 2020 4.9. Pilares Pilares são “elementos lineares de eixo reto, usualmente dispostos na vertical, em que as forças normais de compressão são preponderantes” (NBR 6118/2003). São destinados a transmitir as ações às fundações, embora possam também transmitir para outros elementos de apoio. As ações são provenientes geralmente das vigas, bem como de lajes também. Desta forma, é considerado o elemento estrutural de maior importância dentro do sistema de estruturas. (Imagem 23) Imagem 23 – Pilar Fonte: Google imagem, 2020 A princípio, seria interessante colocar pilares em todos os cruzamentos de vigas, o que faria com que as cargas percorressem o caminho mais curto entre o ponto 26 de aplicação e a fundação. Entretanto, uma estrutura pode se tornar ante econômica e, até mesmo, restritiva sob o ponto de vista funcional, caso sejam projetados pilares muito próximos uns dos outros. Os pilares devem se localizar em pontos que não interfiram no conjunto arquitetônico e não comprometam a circulação de halls, salas, pilotis, garagens, etc. Os pilares são os elementos estruturais de maior importância nas estruturas, tanto do ponto de vista da capacidade resistente dos edifícios quanto no aspecto de segurança. Além da transmissão das cargas verticais para os elementos de fundação, os pilares podem fazer parte do sistema de contraventamento responsável por garantir a estabilidade global dos edifícios às ações verticais e horizontais. As Imagem 23 a imagem 26 mostram pilares em construções. Imagem 23 – Materiais na formação de um pilar Fonte: Google imagem, 2020 27 Imagem 24 – Pilar pronto para ser concretado Fonte: Google imagem, 2020 Imagem 25 – Pilar concretado aguardando secagem Fonte: Google imagem, 2020 28 Imagem 26 – Pilar de concreto armado Fonte: Google imagem, 2020 5. O PROJETO O Projeto apresentado neste trabalho foi desenvolvido durante o curso feito pelo o autor do trabalho com os professores Igor Dias e Salvador Noboa. No trabalho irei apresentar todo processo de cálculo para a desenvolvimento de um projeto para estruturas de pequeno porte, com dimensionamentos de lajes vigas e pilares. 5.1. Materiais e Propriedades Mecânicas do Concreto Com base na norma (NBR 6118/2014), pode-se admitir as seguintes propriedades para o concreto: Concreto Resistência característica à tração inferior: Resistência característica à tração média: 29 Resistência característica à tração superior: Módulo de deformação longitudinal secante: Aço Utilização dos aços estruturais normativos CA50 (fyk = 500 Mpa) e CA60 (fyk = 600 Mpa) 5.2. Vida útil Período em que a estrutura atende os seus objetivos estéticos e de segurança, sem exigir elevados custos de manutenção ou reparos. A durabilidade está ligada aos seguintes fatores: 1) Classe de agressividade ambiental: Analise do quão agressivo é o ambiente, de modo a causar danos na estrutura; São essas 4 classes de agressividade que irão determinar: qual a classe de concreto a ser utilizada, a relação água-cimento adotada, o cobrimento nominal. 30 2) Condições de Concretagem: Projeto tal que possibilita que o concreto preencha todos os espaços, evitando a formação de nichos e segregações. Espaçamento entre as barras, espaçamentos livres mínimos entre as faces das barras de aço longitudinais. 31 Onde: (𝑎ℎ,𝑚í𝑛) = espaçamento livre horizontal mínimo entre as faces de duas barras da mesma camada; (𝑎𝑣,𝑚í𝑛) = espaçamento livre vertical mínimo entre as faces de duas barras de camadas adjacentes; (𝑑𝑚á𝑥,𝑎𝑔𝑟𝑒) = dimensão máxima característica do agregado graúdo utilizado no concreto; (∅𝑙𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑𝑖𝑛𝑎𝑙.) = diâmetro da barra, do feixe ou da luva. projeto tal que possibilita que o concreto preencha todos os espaços, evitando a formação de nichos e segregações. 32 3) Qualidade do Concreto e Cobrimento: Qual a qualidade do concreto (a/c) considerando a agressividade do ambiente e qual a camada de concreto que envolve as barras; Qualidade do concreto relação água/cimento (a/c): Excesso de agua { porosidade ⤓⤓ diminuição da resistência A durabilidade pode ser garantida com o uso de concretos mais impermeáveis,com baixa relação água-cimento. cobrimento → camada de concreto que envolve as barras (camada de proteção); Nas obras correntes, Δc ≥ 10mm Δc = tolerância 33 Quando houver um controle rigoroso da qualidade da execução, pode ser adotado Δc = 5mm. Mas a exigência desse controle rigoroso deve ser explicitada nos desenhos de projeto Δc = 5mm { Controle rigoroso Adotar fck de uma classe acima exemplo: Adotou-se CAA = I para essa classe concreto ≥ C20 cobrimento da viga = 25 mm caso utilize-se o concreto de uma classe acima (II moderada C25) pode-se utilizar Δc = 5mm, isso é, cobrimento final de 20 mm 5.3. Critérios de Segurança A segurança nas estruturas deve ser garantida pelo método dos Estados Limites. Os Estados Limites Últimos se aplicam às condições que podem levar à ruína da estrutura e os Estados Limites de Serviço se referem ao desempenho da estrutura em utilização. ELU: ruptura por flexão, por força cortante, por punção, etc. ELS: fissuração, deformação, vibração, etc. Os valores estimados das ações e das resistências, bem como o modelo estrutural adotado, podem conter imprecisões. As normas brasileiras fornecem 34 coeficientes de segurança, denominados coeficientes de ponderação, para minimizar os eventuais erros de avaliação. ➢ Os esforços solicitantes devem ser multiplicados – por um coef. de majoração. ➢ Os esforços resistências, devem ser divididos – por um coef. de minoração. Onde: S = é o esforço solicitante calculado a partir das forças atuantes estimadas R = é o respectivo esforço resistente determinado em função da resistência do material e das dimensões do perfil de aço. 5.4. Concepção Estrutural A concepção estrutural corresponde a “idealização” da estrutura. Uma concepção adequada é fundamental para garantir que o sistema estrutural apresente desempenho e capacidade resistente quando solicitado, bem como atenda critérios de durabilidade. O projeto arquitetônico serve como base para a idealização da estrutura. Esta não deve apresentar interferências com os demais sistemas, como: instalações elétricas, hidro sanitárias, de drenagem e etc. 5.5. Onde colocar os pilares? Nos cantos, no encontro de alvenarias, preferencialmente embutidas nas paredes; sugere-se que os pilares estejam alinhados, formando pórticos com as vigas que os unem; usualmente adota-se distancias entre pilares de 4 a 6 metros. Tais recomendações são apresentadas visto que grandes distancias entre pilares geram alturas significativas de vigas, podendo estas, apresentar interferências com as esquadrias. Já pequenas distancias podem implicar em interferências entre as fundações. Recomendações Gerais: 35 ➢ Largura compatíveis com a alvenaria (preferencialmente); ➢ Posicionados os pilares de um pavimento, verificar se há interferências com outros pavimentos; ➢ Na impossibilidade de compatibilização, vigas de transição (estruturas mais complexas). 5.6. Onde colocar as vigas? ➢ Largura das vigas compatíveis com a alvenaria (preferencialmente); ➢ Comumente são colocadas vigas para suportar cargas provenientes da alvenaria; ➢ A altura das vigas normalmente é limitada às dimensões das esquadrias (portas, janelas); ➢ Dimensões mais econômicas de vigas são para vãos de laje entre: 4 a 6 metros; ➢ Procura-se padronizar a altura das vigas para duas a três dimensões (cimbramento); ➢ Busca-se compatibilizar as larguras de vigas e pilares com as alvenarias. 5.7. Projeto Arquitetura Pavimento térreo 36 Pavimento superior Corte 37 5.8. Pré Dimensionamento Exemplo Viga bi-apoiada (viga simples): ℎ 𝑣𝑖𝑔𝑎 = 𝑙 10 = 800 10 = 𝟖𝟎 𝒄𝒎 O pré dimensionamento para a altura da viga acima é de 80 cm Exemplo Vigas em balanço: ℎ 𝑣𝑖𝑔𝑎 = 𝑙 5 = 300 5 = 𝟔𝟎 𝒄𝒎 O pré dimensionamento para a altura da viga em balanço acima é de 60 cm Exemplo Vigas contínuas: ℎ 𝑣𝑖𝑔𝑎 = 𝑙 12 = 500 12 = 𝟒𝟏,𝟔 𝒄𝒎 Para o valor de 𝚤 adota-se o maior vão da viga contínua. Assim sendo, o pré dimensionamento para a altura da viga contínua acima é de 45 cm. 38 Base da viga: A base (b) depende da alvenaria, isso é, da dimensão do tijolo ou bloco cerâmico 14 ou 19 cm usualmente utilizado. Imagem 27 – Tamanhos e tipos de tijolos Fonte: NDCURSOS, 2019 Lajes Para o pré dimensionamento das lajes. O único elemento a ser dimensionado é a espessura ou altura da laje (ℎ𝑙𝑎𝑗𝑒 ). Para as lajes maciças o pré-dimensionamento é: Conforme as imagens 13 ao 15 mostrado acima, nas lajes maciças devem ser respeitados os seguintes limites mínimos para a espessura: a) 7 cm para cobertura não em balanço; b) 8 cm para lajes de piso não em balanço; c) 10 cm para lajes em balanço; d) 10 cm para lajes que suportem veículos de peso total menor ou igual a 30 kN; e) 12 cm para lajes que suportem veículos de peso total maior que 30 kN; Para lajes nervuradas pré moldadas, consultar o fabricante da laje nervuradas pré moldadas para o pré-dimensionamento conforme a tabela mostrada acima na 39 imagem 16. As lajes tem sempre dois vãos, utilizar o menor vão que chamamos de Lx e comparamos com a tabela ao lado na coluna “vão” conforme mostradas acima nas imagens 10 e 11. Nesse caso o projeto apresentado foi dimensionado e calculado com lajes pré- moldadas utilizando a tabela de fornecedores, será mostrado no decorrer do trabalho. Pilar Como determinar a área de influência do P1? Exemplo: 𝐴𝑖𝑛𝑓. = (3+2,5)𝑥3 = 16,5𝑚2 É necessário que adotemos um valor que represente a carga total por m2 de laje, levando-se em conta todos os carregamentos permanentes e variáveis. 𝒄𝒂𝒓𝒈𝒂𝒔 𝒂𝒄𝒊𝒅𝒆𝒏𝒕𝒂𝒊𝒔 { 𝑃𝑒𝑠𝑠𝑜𝑎𝑠 𝑚𝑜𝑏𝑖𝑙𝑖𝑎𝑟𝑖𝑜 𝑣𝑒𝑖𝑐𝑢𝑙𝑜𝑠 𝑣𝑒𝑛𝑡𝑜 𝒄𝒂𝒓𝒈𝒂𝒔 𝒑𝒆𝒓𝒎𝒂𝒏𝒆𝒏𝒕𝒆𝒔 { 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑝𝑟𝑜𝑝𝑟𝑖𝑜 𝑅𝑒𝑣𝑒𝑠𝑡𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑃𝑎𝑟𝑒𝑑𝑒𝑠 Norma NBR6120 – “Cargas para o cálculo de estruturas de edificações” Para edifícios de pequena altura com fins residenciais e de escritório pode-se estimar a carga total de 10 kN/m2 (para cada laje). Edifícios com outros fins de utilização podem ter cargas superiores e edifícios onde a ação do vento é significativa, a carga por m2 deve ser majorada. É importante salientar que a carga estimada serve apenas para o pré- dimensionamento da seção transversal dos pilares. O dimensionamento final deve ser obrigatoriamente feito com os esforços solicitantes reais, calculados em função das reações das vigas e lajes sobre os pilares e com atuação das forças do vento etc. Tipos de pilar 40 • Pilar intermediário (central) • Pilar de canto • Pilar da extremidade Pilar – pré dimensionamento da seção 𝐴 𝑝𝑖𝑙𝑎𝑟 = 𝑁𝑝𝑖𝑙𝑎𝑟 𝑓𝑐𝑘 1 𝑎 1,8 𝐾𝑁 𝑐𝑚2⁄ Concreto C20 (fck = 20 Mpa) fck = 2 kN/cm2 fck = 200 kgf/cm2 Onde: Ac = área da seção transversal do pilar (cm2) Nd = força normal de cálculo (kN) fck = resistência característica do concreto (kN/cm2) Dimensões mínimas Área mínima da seção ≥ 360 cm2 Permite-se dimensões menores: entre 14 e 19 cm → majoração adicional dos esforços por ϒn Força normal Força Normal de Cálculo (kN): 𝑁𝑝𝑖𝑙𝑎𝑟 = 𝛾𝑛.𝛾𝑓.𝑁𝑘 𝑁𝑘 = 𝐴𝑖𝑛𝑓.10.𝑁°𝑝𝑎𝑣𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜𝑠 Onde: 𝑁𝑝𝑖𝑙𝑎𝑟 = força normal de cálculo (kN) 41 𝑁𝑘 = força normal característica (kN) 𝛾𝑛 = coeficiente de majoração adicional dos esforços 𝛾𝑓 = coeficiente de majoração dos esforços = 1,4 𝐴𝑖𝑛𝑓. = área de influência 10 = 10 kN/m2 5.9. Pré dimensionamento do Projeto Após conceber a estrutura, isso é, colocação de pilares, vigas e laje, vamos pré dimensiona-los, determinar uma seção para iniciarmos o nosso dimensionamento. Começaremos pré dimensionando as vigas, depois lajes e pilares vigas Viga V101 = V104(viga contínua) 42 ℎ 𝑣𝑖𝑔𝑎 = 𝑙 12 = 409 12 = 𝟑𝟒 𝒄𝒎 (𝒂𝒅𝒐𝒕𝒂𝒓𝒆𝒎𝒐𝒔 𝒉= 𝟑𝟓𝒄𝒎) Viga continua ficou com as medidas (hxb) = 35x14 Viga V102 = V103 (viga bi apoiada) ℎ 𝑣𝑖𝑔𝑎 = 𝑙 10 = 409 10 = 𝟒𝟎,𝟗 𝒄𝒎 (𝒂𝒅𝒐𝒕𝒂𝒓𝒆𝒎𝒐𝒔 𝒉 = 𝟒𝟓𝒄𝒎) Viga bi apoiada ficou com as medidas (hxb) = 45x14 Viga V105 = V108 (viga contínua) ℎ 𝑣𝑖𝑔𝑎 = 𝑙 12 = 297 12 = 𝟐𝟒,𝟕𝟓 𝒄𝒎 (𝒂𝒅𝒐𝒕𝒂𝒓𝒆𝒎𝒐𝒔 𝒉 = 𝟑𝟓𝒄𝒎) Manter todas as vigas externas com as mesmas dimensões Viga continua ficou com as medidas (hxb) = 35x14 Viga V106 = V107 (viga contínua) ℎ 𝑣𝑖𝑔𝑎 = 𝑙 12 = 417 12 = 𝟑𝟒,𝟕𝟓 𝒄𝒎 (𝒂𝒅𝒐𝒕𝒂𝒓𝒆𝒎𝒐𝒔 𝒉 = 𝟒𝟓𝒄𝒎) Adotaremos 45 porque essas vigas V106 e V107 recebem a V103 que tem dimensões de 14/45 Viga continua ficou com as medidas (hxb) = 45x14 Lajes (Laje nervurada pré moldada) Nas Laje nervurada pré moldada os trilhos são colocados no menor sentido da laje (𝑙𝑥) Laje L101 (𝑙𝑥) = menor vão= 163+7+7 = 177 cm = 1,77 m 43 Laje L102 e L104 (𝑙𝑥) = menor vão= 377 cm = 3,77 m Laje L103 (𝑙𝑥) = menor vão= 226+7+7 = 240 cm = 2,40 m ➢ Adotaremos laje com altura de 12 cm conforme o catalogo do fabricante (imagem 16) Pilares P5 (pilar com maior área de Influência) ✓ Metade entre P5 e P2, carregamento vai metade para cada lado ✓ Metade entre P5 e P10, carregamento vai metade para cada lado ✓ Metade entre P5 e P7, carregamento vai metade para cada lado ✓ Metade entre P5 e P6, carregamento vai metade para cada lado 1) Área de Influência do P1 𝐴𝑖𝑛𝑓. = 2,97 x 3,93 = 𝟏𝟏,𝟔𝟕 𝒎𝟐 2) Força Normal Característica 𝑁𝑘 = 𝐴𝑖𝑛𝑓 .10. 𝑁°𝑝𝑎𝑣𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜𝑠 𝑁𝑘 = 11,67 .10 .2 = 𝟐𝟑𝟑,𝟒 𝐊𝐍 3) Força Normal de Cálculo 𝑁𝑝𝑖𝑙𝑎𝑟 = 𝛾𝑛.𝛾𝑓.𝑁𝑘 𝑁𝑝𝑖𝑙𝑎𝑟 = 1,25 .1,4 .233,4 = 𝟒𝟎𝟖,𝟒𝟓 𝐤𝐍 4) Pré dimensionamento da Área 𝐴 𝑝𝑖𝑙𝑎𝑟 = 𝑁𝑝𝑖𝑙𝑎𝑟 𝑓𝑐𝑘 𝐴 𝑝𝑖𝑙𝑎𝑟 = 408,45 1,0 = 𝟒𝟎𝟖 𝒄𝒎 𝟐 5) Pré dimensionamento da seção Área mínima da seção ≥ 360 𝑐𝑚2 𝐴𝑝𝑖𝑙𝑎𝑟 = Área de um retângulo = b x h 408 = 14 𝑥 ℎ 44 ℎ = 408 14 = 𝟐𝟗, 𝟏𝟒 𝒄𝒎 Adotaremos seção 14x30 para todos os pilares pois pre dimensionamos para o pilar com maior área de influência. Forma Após o pré dimensionamento, acrescentamos a nossa FORMA as dimensões que encontramos. Acrescentamos também os eixos e os cortes rebatidos. Para a FORMA da Cobertura vamos manter as mesmas dimensões que encontramos para o pav. Térreo. Pois os vão das vigas são os mesmos e para o pre dimensionamento do pilar já foi considerado dois pavimentos. Noções Básicas – Distribuição de Cargas Como cargas permanentes atuando nas lajes tem-se o seu peso próprio, revestimentos e Alvenaria se tiver. No caso de lajes pré-moldadas e painéis, o peso próprio pode ser obtido nos catálogos dos fabricantes, conforme imagens 16 e 17 mostradas acima. NBR 6120 45 Carga permanente: Alvenaria (se tiver) 𝐴𝑙𝑒𝑛𝑎𝑟𝑖𝑎 𝑠𝑜𝑏𝑟𝑒 𝑎 𝑙𝑒𝑗𝑒 = 𝛾𝑎𝑙𝑣𝑒𝑛𝑎𝑟𝑖𝑎 . 𝑏 . ℎ . 𝑙 𝑙𝑥 . 𝑙𝑦 Carga Acidentais Este peso é definido pela Norma Brasileira. Depende do tipo de uso da edificação, se residencial, comercial ou institucional, entre outros. Seguem-se alguns valores prescritos pela NBR 6120 - Cargas para o cálculo de estruturas de edificações (set/2019): 46 47 Portanto CARGA TOTAL sobre a laje é apresentado na formula acima pela imagem 18. Cargas que atuam nas vigas: • Peso próprio • Cargas das lajes • Cargas de alvenarias 6. DIMENSIONAMENTO Carregamentos NBR 6120 1) Alvenaria: 1,9 kN/m2 (tabela 2) 2) Piso: 1,4 kN/m2 (para 7cm) (tabela 4) 3) Peso Próprio da Laje: 1,82 kN/m2 (tabela fornecedor, imagem 16) 4) Carga Acidental (laje piso): 1,5 kN/m2 (tabela 10 – Edifícios Residenciais) 5) Telhado: 0,85 kN/m2 (tabela 6) 48 6.1. Calculo carregamento sobre as Lajes – PAV TÉRREO 𝑞𝑙𝑎𝑗𝑒 𝐿103 = 1,82 + 1,4 + 1,5 = 𝟒,𝟕𝟐 𝑲𝑵 𝒎𝟐⁄ (𝑙𝑎𝑗𝑒 103 𝑠𝑒𝑚 𝑎𝑙𝑣𝑒𝑛𝑎𝑟𝑖𝑎) 𝑞 𝑙𝑎𝑗𝑒 𝐿101 = 1,82 + 1,4 + 1,5 + ( 1,9 .1,63 .2,78 1,77 .4,09 ) = 𝟓,𝟗𝟏 𝑲𝑵 𝒎 𝟐⁄ (𝑙𝑎𝑗𝑒 101 𝑐𝑜𝑚 𝑎𝑙𝑣𝑒𝑛𝑎𝑟𝑖𝑎) 𝑞 𝑙𝑎𝑗𝑒 𝐿102 𝑒 𝐿104 = 1,82 + 1,4 + 1,5 + ( 1,9 .3,63 .2,78 3,77 .5,94 ) = 𝟓,𝟓𝟖 𝑲𝑵 𝒎𝟐⁄ (𝑙𝑎𝑗𝑒 102 𝑒 𝑙104 𝑐𝑜𝑚 𝑎𝑙𝑣𝑒𝑛𝑎𝑟𝑖𝑎) 6.2. Definição dos Tipos de Lajes – PAV TÉRREO Medidas em cm Laje L101 𝐿101 = ( 𝑙𝑦 𝑙𝑥 ) = 409 177 = 𝟐, 𝟑𝟏 > 𝟐 (𝐴𝑟𝑚𝑎𝑑𝑎 𝑒𝑚 𝑢𝑚𝑎 𝑑𝑖𝑟𝑒çã𝑜) Laje L102=104 𝐿𝑎𝑗𝑒102 𝑒 104 = ( 𝑙𝑦 𝑙𝑥 ) = 594 377 = 𝟏, 𝟓𝟕 < 𝟐 (𝐴𝑟𝑚𝑎𝑑𝑎 𝑒𝑚 𝑑𝑢𝑎𝑠 𝑑𝑖𝑟𝑒çõ𝑒𝑠) Laje L103 𝐿103 = ( 𝑙𝑦 𝑙𝑥 ) = 409 240 = 𝟏, 𝟕𝟎 < 𝟐 (𝐴𝑟𝑚𝑎𝑑𝑎 𝑒𝑚 𝑑𝑢𝑎𝑠 𝑑𝑖𝑟𝑒çõ𝑒𝑠) 6.3. Distribuição das cargas nas vigas – PAV TÉRREO Medidas em metros Laje L101 𝑃𝑎𝑟𝑐𝑟𝑒𝑡𝑎𝑛𝑔𝑢𝑙𝑜 = 𝑞 𝑙𝑎𝑗𝑒 . ( 𝑙𝑥 2 ) = 5,91 . 1,63 2 = 𝟒,𝟖𝟏 𝑲𝑵 𝒎⁄ 49 Laje L102=104 𝑃𝑎𝑟𝑐𝑡𝑟𝑖𝑎𝑛𝑔𝑢𝑙𝑜 = 𝑞 𝑙𝑎𝑗𝑒 . ( 𝑙𝑥 4 ) = 5,58 . 3,77 4 = 𝟓,𝟐𝟓 𝑲𝑵 𝒎⁄ 𝑃𝑎𝑟𝑐𝑡𝑟𝑎𝑝é𝑧𝑖𝑜 = 𝑞 𝑙𝑎𝑗𝑒 . ( 𝑙𝑥 4 ) . (2− 𝑙𝑥 𝑙𝑦 ) = 5,58 . 3,77 4 . (2 − 3,77 5,94 ) = 𝟕,𝟏𝟖 𝑲𝑵 𝒎⁄ Laje L103 𝑃𝑎𝑟𝑐𝑟𝑒𝑡𝑎𝑛𝑔𝑢𝑙𝑜 = 𝑞 𝑙𝑎𝑗𝑒 . ( 𝑙𝑥 2 ) = 4,72 . 2,40 2 = 𝟓,𝟔𝟔 𝑲𝑵 𝒎⁄ 6.4. Carregamento Alvenaria 𝐴𝑙𝑣𝑒𝑛𝑎𝑟𝑖𝑎 = 𝛾𝑎𝑙𝑣𝑒𝑛𝑎𝑟𝑖𝑎 . 𝑏 . ℎ𝑎𝑙𝑣𝑒𝑛𝑎𝑟𝑖𝑎 𝐴𝑙𝑣𝑒𝑛𝑎𝑟𝑖𝑎 = 1,9 . 2,90 = 𝟓, 𝟓𝟏 𝑲𝑵 𝒎⁄ (𝑡𝑎𝑏𝑒𝑙𝑎 2) 50 6.5. Esquema estático das vigas 6.6. Calculo escada ➢ Laje da escada espessura de 12 cm ➢ Os degraus equivalem a uma laje com uma espessura média de 9 cm 𝐸𝑠𝑝𝑒𝑠𝑠𝑢𝑟𝑎 𝑑𝑎 𝑒𝑠𝑐𝑎𝑑𝑎 = 9 + 12 = 21 𝑐𝑚 = 𝟎, 𝟐𝟏 𝒎 𝑞𝑙𝑎𝑗𝑒 𝑒𝑠𝑐𝑎𝑑𝑎 = 25 .0,21 + 1,00 + 2,5 = 𝟖,𝟕𝟓 𝑲𝑵 𝒎𝟐⁄ 𝑃𝑎𝑟𝑐𝑒𝑠𝑐𝑎𝑑𝑎 = 𝑞 𝑙𝑎𝑗𝑒 . ( 𝑣ã𝑜 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑒 𝑎𝑝𝑜𝑖𝑜 2 ) = 8,75 . 4,09 2 = 𝟏𝟕,𝟖𝟗 𝑲𝑵 𝒎⁄ Escada apoia na V106 e na viga intermediária, isso é, a distribuição de carga será metade para cada lado. 51 6.7. Teoria de Flexão As vigas quando carregadas por uma ou mais força, deformam-se de maneira que suas seções, antes paralela, giram umas em relação às outras, de forma que se afastam em uma das faces e se aproximam em outra. As seções giram em relação aos eixos horizontais que passam pelo seu centro de gravidade. Imagem 28 – Comportamento da viga na Flexão Fonte: NDCURSOS, 2019 Imagem 29 – Corte da seção Fonte: NDCURSOS, 2019 52 Onde: d = altura útil 𝐴𝑠 = área de aço 𝑀𝑑 = momento de cálculo 𝑅𝑐 = Força Resultante do Concreto Z = braço de alavanca 𝜎𝑐𝑑 = Tensão do Concreto X = Tensão do Concreto Tensão = Força/área 𝜎 = 𝐹 𝐴 → 𝐹 = 𝜎. 𝐴 Concreto 𝑅𝑐 = 0,85. 𝑓𝑐𝑑 . 0,8 𝑋 𝑓 𝑐𝑑 = 𝑓𝑐𝑘 1,4 d = h − 2 c m 𝑋 = 1,25𝑑 . (1 − √1 − 𝑀𝑑 0,425 . 𝑏𝑤 . 𝑑2 . 𝑓𝑐𝑑 ) 𝑥 = 𝑝𝑜𝑠𝑖çã𝑜 𝑑𝑎 𝑙𝑖𝑛ℎ𝑎 𝑛𝑒𝑢𝑡𝑟𝑎 Aço 𝑅𝑠 = 𝑓𝑦𝑑 . 𝐴𝑠 𝐴 𝑠 = 𝑀𝑑 (𝑑 − 0,4𝑥) . 𝑓𝑦𝑑 𝐴𝑠 = á𝑟𝑒𝑎 𝑑𝑜 𝑎ç𝑜 53 6.8. Cisalhamento 𝑣𝑆𝐷 ≤ 𝑣𝑟𝑑1 𝑉𝑠𝑑 = Força cortante de cálculo 𝑉𝑟𝑑1 = Força cortante máxima 𝑉𝑟𝑑1= [𝜏𝑟𝑑 . 𝑘 . (1,2 + 40 . 𝜌1)] . 𝑏𝑤 . 𝑑 𝜏𝑟𝑑 = 0,25 . 𝑓𝑐𝑡𝑑 𝑓 𝑐𝑡𝑑 = 𝑓𝑐𝑡𝑘,𝑖𝑛𝑓 𝛾𝑐 𝑓 𝑐𝑡𝑘,inf = 0,21 . 𝑓𝑐𝑘 2 3⁄ 𝜌 1 = 𝐴𝑠1 𝑏𝑤 . 𝑑 Onde: 𝜏𝑟𝑑 = tensão resistente de cálculo do concreto à força cortante 𝐴𝑠1 = área da armadura de tração 𝑘 = coeficiente que tem os seguintes valores: • para elementos onde 50 % da armadura inferior não chega até o apoio: k = |1|; • para os demais casos: k = |1,6 – d| não menor que |1|, com d em metros; 6.9. Calculo Laje Treliçada 54 𝑞𝑙𝑎𝑗𝑒 𝐿102 = 𝟓,𝟓𝟖 𝑲𝑵 𝒎𝟐⁄ Para cada vigota =5,58 𝐾𝑁 𝑚2⁄ x intereixo Para cada vigota = 5,58 𝐾𝑁 𝑚2⁄ x 0,42 = 2,34 𝑲𝑵 𝒎⁄ 𝑀 = 1,4 . 𝑝 . 𝑙2 8 = 1,4 . 2,34 . 3,772 8 = 𝟓, 𝟖𝟐 𝑲𝑵 𝒎⁄ 𝑉𝑠𝑑 = 1,4 . 𝑝 . 𝑙 2 = 1,4 . 2,34 . 3,77 2 = 𝟔, 𝟏𝟕 𝑲𝑵 𝒎⁄ Flexão 𝑓 𝑐𝑑 = 𝑓𝑐𝑘 1,4 → 25 14 = 17,9 𝑚𝑝𝑎 = 𝟏,𝟕𝟗 𝑲𝑵 𝒄𝒎 𝟐⁄ d = h − 2 cm → 12 − 2 = 𝟏𝟎 𝐜𝐦 para laje treliçada 𝑋 = 1,25 .10 . (1 − √1 − 5,82 . 100 0,425 . 042 . 102 . 1,79 ) 𝑋 = 𝟏, 𝟏𝟗 𝒄𝒎 𝑋 𝑑 = 1,19 10 = 𝟎, 𝟏𝟏𝟗 < 0,45 → 𝑜𝑘! 𝐴𝑟𝑚𝑎𝑑𝑢𝑟𝑎 𝑠𝑖𝑚𝑝𝑙𝑒𝑠! 𝐴 𝑠 = 5,82 . 100 (10 − 0,4 . 1,19) . 60 1,15 = 𝟏,𝟏𝟕 𝒄𝒎𝟐 → 3 ∅ 8𝑚𝑚 Verificação a Força Cortante 𝑓𝑐𝑡𝑘,inf = 0,21 . 252 3⁄ =𝟏,𝟕𝟗 𝑴𝑷𝒂 𝑓 𝑐𝑡𝑑 = 1,79 1,4 =1,28 𝑀𝑃𝑎 → 𝟎,𝟏𝟑 𝑲𝑵 𝒄𝒎 𝟐⁄ 55 𝜏𝑟𝑑 = 0,25 . 0,13 = 𝟎,𝟎𝟑𝟐𝟓 𝜌 1 = 1,50 9 . 10 =𝟎,𝟎𝟏𝟕 (𝑛ã𝑜 𝑚𝑎𝑖𝑜𝑟 𝑞𝑢𝑒 0,02) 𝑘 = 1,6 − 0,1 = 𝟏, 𝟓 𝑉𝑟𝑑1= [0,325 . 1,5 . (1,2 .40 . 0,017)] . 9 . 10 𝑉𝑟𝑑1 = 𝟖,𝟐𝟓 𝑲𝑵 > 6,17 𝐾𝑁 𝑝𝑜𝑟𝑡𝑎𝑛𝑡𝑜 𝑜𝑘! 6.10. Carregamento sobre as Lajes – PAV COBERTURA 𝑞𝑙𝑎𝑗𝑒 𝐿201 = 𝑃𝑃 + 𝑟𝑒𝑣𝑒𝑠𝑡𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 + 𝑡𝑒𝑙ℎ𝑎𝑑𝑜 + 𝐶𝐴 + 𝐶𝑎𝑖𝑥𝑎 𝐷´ á𝑔𝑢𝑎 CA = laje de cobertura com acesso as pessoas = 1,0 Caixa D´água = 2000 L = 20 KN 𝑞 𝑙𝑎𝑗𝑒 𝐿201 = 1,82 + 1,0 + 0,85 + 1,0 20 1,63 . 3,95 = 𝟕,𝟕𝟖 𝑲𝑵 𝒎 𝟐⁄ 𝑞𝑙𝑎𝑗𝑒 𝐿202=𝐿203=𝐿204 = 𝑃𝑃 + 𝑟𝑒𝑣𝑒𝑠𝑡𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 + 𝑡𝑒𝑙ℎ𝑎𝑑𝑜 + 𝐶𝐴 CA = laje de cobertura sem acesso as pessoas = 0,5 𝑞𝑙𝑎𝑗𝑒 𝐿202=𝐿203=𝐿204= 1,82 + 0,5 + 0,85 + 0,5 = 𝟑,𝟔𝟕 𝑲𝑵 𝒎𝟐⁄ 𝑞𝑏𝑒𝑖𝑟𝑎𝑙 = 𝑃𝑃 + 𝑟𝑒𝑣𝑒𝑠𝑡𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 + 𝑡𝑒𝑙ℎ𝑎𝑑𝑜 + 𝐶𝐴+ 𝑎𝑙𝑣𝑒𝑛𝑎𝑟𝑖𝑎 Altura da parede – platibanda = 1,25 Complemento de alvenaria = 12,97x0,6 Tabela 2 (alvenaria) = 0,9 𝑞 𝑏𝑒𝑖𝑟𝑎𝑙 = 1,82 + 0,5 + 0,85 + 0,5 + 1,9 . 1,25 . 12,97 0,6 . 12,87 = 𝟕,𝟔𝟑 𝑲𝑵 𝒎 𝟐⁄ 6.11. Definição dos Tipos de Lajes – PAV COBERTURA Medidas em cm Laje L201 56 𝐿101 = ( 𝑙𝑦 𝑙𝑥 ) = 409 177 = 𝟐, 𝟑𝟏 > 𝟐 (𝐴𝑟𝑚𝑎𝑑𝑎 𝑒𝑚 𝑢𝑚𝑎 𝑑𝑖𝑟𝑒çã𝑜) Laje L202=L204 𝐿𝑎𝑗𝑒102 𝑒 104 = ( 𝑙𝑦 𝑙𝑥 ) = 594 377 = 𝟏, 𝟓𝟕 < 𝟐 (𝐴𝑟𝑚𝑎𝑑𝑎 𝑒𝑚 𝑑𝑢𝑎𝑠 𝑑𝑖𝑟𝑒çõ𝑒𝑠) Laje L203 𝐿103 = ( 𝑙𝑦 𝑙𝑥 ) = 417 409 = 𝟏, 𝟎𝟏 < 𝟐 (𝐴𝑟𝑚𝑎𝑑𝑎 𝑒𝑚 𝑑𝑢𝑎𝑠 𝑑𝑖𝑟𝑒çõ𝑒𝑠) OBS: beiral sempre armado em uma direção 6.12. Distribuição das cargas nas vigas – PAV COBERTURA Medidas em metros Laje L201 𝑃𝑎𝑟𝑐𝑟𝑒𝑡𝑎𝑛𝑔𝑢𝑙𝑜 = 𝑞 𝑙𝑎𝑗𝑒 . ( 𝑙𝑥 2 ) = 7,78 . 1,17 2 = 𝟔,𝟖𝟖 𝑲𝑵 𝒎⁄ Laje L202=L204 𝑃𝑎𝑟𝑐𝑡𝑟𝑖𝑎𝑛𝑔𝑢𝑙𝑜 = 𝑞 𝑙𝑎𝑗𝑒 . ( 𝑙𝑥 4 ) = 3,67 . 3,77 4 = 𝟑,𝟒𝟔 𝑲𝑵 𝒎⁄ 𝑃𝑎𝑟𝑐𝑡𝑟𝑎𝑝é𝑧𝑖𝑜 = 𝑞 𝑙𝑎𝑗𝑒 . ( 𝑙𝑥 4 ) . (2− 𝑙𝑥 𝑙𝑦 ) = 3,67 . 3,77 4 . (2 − 3,77 5,94 ) = 𝟒,𝟕𝟐 𝑲𝑵 𝒎⁄ Laje L203 𝑃𝑎𝑟𝑐𝑡𝑟𝑖𝑎𝑛𝑔𝑢𝑙𝑜 = 𝑞 𝑙𝑎𝑗𝑒 . ( 𝑙𝑥 4 ) = 3,67 . 4,09 4 = 𝟑,𝟕𝟓 𝑲𝑵 𝒎⁄ 𝑃𝑎𝑟𝑐𝑡𝑟𝑎𝑝é𝑧𝑖𝑜 = 𝑞 𝑙𝑎𝑗𝑒 . ( 𝑙𝑥 4 ) . (2− 𝑙𝑥 𝑙𝑦 ) = 3,67 . 4,09 4 . (2 − 4,09 4,17 ) = 𝟑,𝟖𝟐 𝑲𝑵 𝒎⁄ 57 6.13. Beiral 𝑃𝑎𝑟𝑐𝑏𝑒𝑖𝑟𝑎𝑙 = 𝑞𝑙𝑎𝑗𝑒 . 𝑙𝑥 𝑝𝑎𝑟𝑐𝑏𝑒𝑖𝑟𝑎𝑙 = 7,63 . 0,60 = 𝟒,𝟓𝟖 𝑲𝑵 𝒎⁄ 6.14. Carregamento Alvenaria (Complemento sobre a viga V201 – altura considerada 0,75m) 𝐴𝑙𝑣𝑒𝑛𝑎𝑟𝑖𝑎 = 𝛾𝑎𝑙𝑣𝑒𝑛𝑎𝑟𝑖𝑎 . 𝑏 . ℎ𝑎𝑙𝑣𝑒𝑛𝑎𝑟𝑖𝑎 𝐴𝑙𝑣𝑒𝑛𝑎𝑟𝑖𝑎 = 1,9 . 0,75 = 𝟏, 𝟒𝟐 𝑲𝑵 𝒎⁄ 58 (Alvenaria de h = 2,00 m) 𝐴𝑙𝑣𝑒𝑛𝑎𝑟𝑖𝑎 = 𝛾𝑎𝑙𝑣𝑒𝑛𝑎𝑟𝑖𝑎 . 𝑏 . ℎ𝑎𝑙𝑣𝑒𝑛𝑎𝑟𝑖𝑎 𝐴𝑙𝑣𝑒𝑛𝑎𝑟𝑖𝑎 = 1,9 . 2,00 = 𝟑, 𝟖𝟎 𝑲𝑵 𝒎⁄ 59 6.15. Viga 106 flexão Dados do projeto: Concreto: C25 = 25 Mpa = 2,5 kN/cm2 Aço: CA-50 = 50 kN/cm2 Dimensionamento a Flexão Mk = + 50,6 kNm 𝑀𝑑 = 1,4 . 𝑀𝑘 . 100 𝑀𝑑 = 1,4 . 50,6 . 100 = 𝟕𝟎𝟖𝟒 𝑲𝑵 𝒄𝒎⁄ 𝑓 𝑐𝑑 = 𝑓𝑐𝑘 1,4 → 𝑓 𝑐𝑑 = 25 1,4 = 𝟏,𝟕𝟖𝟓 𝑲𝑵 𝒄𝒎𝟐⁄ d = h − 5 cm → d = 45 − 5 cm = 𝟒𝟎𝐜𝐦 𝑋 = 1,25𝑑 . (1 − √1 − 𝑀𝑑 0,425 . 𝑏𝑤 . 𝑑2 . 𝑓𝑐𝑑 ) 𝑋 = 1,25 . 40 . (1 − √1 − 7084 0,425 . 14 . 402 . 1,785 ) 𝑋 = 𝟏𝟏, 𝟖𝟏 𝒄𝒎 𝑓 𝑦𝑑 = 𝑓𝑦𝑘 1,15 → 50 1,15 = 𝟒𝟑,𝟒𝟕 𝑲𝑵 𝒄𝒎 𝟐⁄ 60 𝐴 𝑠 = 𝑀𝑑 (𝑑 − 0,4𝑥) . 𝑓𝑦𝑑 𝐴 𝑠 = 7084 (40 − 0,4 . 11,81) . 43,47 = 𝟒,𝟔𝟏 𝒄𝒎𝟐 → 4 ∅ 12,5 𝑚𝑚 6.16. Vigas Afim de evitar a ruptura frágil da seção ao se formar a primeira fissura deve-se sempre estar presente uma armadura tracionada com área igual ou superior a um valor mínima. A área mínima de armadura tracionada deve ser determinada a partir do carregamento que gera o momento iminente de ser atingida a tensão de ruptura a tração na borda tracionada. A armadura mínima de tração, em elementos estruturais armados ou protendidos deve ser determinada pelo dimensionamento da seção a um momento fletor mínimo dado pela expressão a seguir, respeitada a taxa mínima absoluta de 0,15%: Armadura Mínima de Tração: 𝐴𝑠𝑚𝑖𝑛 = 𝜌𝑚𝑖𝑚 . 𝐴𝑐 Armação de Cisalhamento – Estribos: 𝑉𝑠𝑑 ≤ 𝑉𝑟𝑑2 𝑉𝑠𝑑 ≤ 𝑉𝑟𝑑3 = 𝑉𝑐 + 𝑉𝑠𝑤 𝑽𝒔𝒅 = é a força cortante solicitante de cálculo na seção. 𝑽𝒓𝒅𝟐 = é a força cortante resistente de cálculo, relativa à ruína das diagonais comprimidas de concreto. 𝑽𝒓𝒅𝟑 = é a força cortante resistente de cálculo, relativa à ruína por tração diagonal. 𝑽𝒄 = é a parcela de força cortante absolvida por mecanismos complementares ao de treliça. 𝑽𝒔𝒘 = é a parcela resistida pela armadura transversal. Verificação da diagonal comprimida do concreto: 𝑉𝑠𝑑 ≤ 𝑉𝑟𝑑2 61 𝑉𝑟𝑑2 = 0,27 . 𝛼𝑣2 . 𝑓𝑐𝑑 . 𝑏𝑤 . 𝑑 𝛼 𝑣2 = (1− 𝑓𝑐𝑘 250) 𝑓 𝑐𝑑 = 𝑓𝑐𝑘 𝛾𝑐 𝜶𝒗𝟐 = é um fator de redução (adimensional) em razão das tensões não serem uniformes. Verificação do elemento tracionado cálculo da Armadura Transversal: 𝑉𝑠𝑑 = 𝑉𝑟𝑑3 𝑉𝑠𝑑 = 𝑉𝑐 + 𝑉𝑠𝑤 𝑉𝑠𝑤 = 𝑉𝑠𝑑 − 𝑉𝑐 𝐴𝑠𝑤 𝑠 = 𝑉𝑠𝑑 − 𝑉𝑐 0,9 . 𝑑 . 𝑓𝑦𝑤𝑑 (𝑎𝑑𝑜𝑡𝑎𝑟𝑒𝑚𝑜𝑠 𝑜 𝑨𝒔𝒘 𝑒 𝑒𝑛𝑐𝑜𝑛𝑡𝑟𝑎𝑟𝑒𝑚𝑜𝑠 𝑜 𝑒𝑠𝑝𝑎ç𝑎𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑠) 𝑉𝑐 = 0,6 . 𝑓𝑐𝑡𝑑 . 𝑏𝑤 . 𝑑 𝑉𝑠𝑤 = 𝐴𝑠𝑤 𝑠 . 0,9 . 𝑑 . 𝑓𝑦𝑤𝑑 𝑓 𝑐𝑡𝑘,inf = 0,21 . 𝑓𝑐𝑘 2 3⁄ 𝑓 𝑐𝑡𝑑 = 𝑓𝑐𝑡𝑘,𝑖𝑛𝑓 𝛾𝑐 Armadura mínima de Cisalhamento: 𝜌𝑠𝑤 𝑚𝑖𝑛 = 0,2 . 𝑓𝑐𝑡𝑚 𝑓𝑦𝑤𝑘 𝑓 ctm = 0,3 . 𝑓𝑐𝑘 2 3⁄ 𝑓𝑦𝑤𝑘 = 500 𝑀𝑃𝑎 62 𝜌𝑠𝑤 𝑚𝑖𝑛 = 𝐴𝑠𝑤 𝑚𝑖𝑛 𝐴𝑐 𝑓𝑦𝑤𝑑 = tensão na armadura transversal, limitada ao valor fyd, não maior que 435 Mpa = 43,5 KN/cm2 Com a armadura mínima calcula-se o espaçamento mínimo: 𝜌𝑠𝑤 𝑚𝑖𝑛 = 𝐴𝑠𝑤 𝑚𝑖𝑛 𝑏. 𝑠 → 𝑆𝑚𝑖𝑛 = 𝐴𝑠𝑤 𝑚𝑖𝑛 𝑏. 𝜌𝑠𝑤 𝑚𝑖𝑛 Dimensionamento a flexão Mk = + 46,4 kNm 𝑀𝑑 = 1,4 . 𝑀𝑘 . 100 𝑀𝑑 = 1,4 . 46,4 . 100 = 𝟔𝟒𝟗𝟔 𝑲𝑵 𝒄𝒎⁄ 𝑓 𝑐𝑑 = 𝑓𝑐𝑘 1,4 → 𝑓 𝑐𝑑 = 25 1,4 = 𝟏,𝟕𝟖𝟓 𝑲𝑵 𝒄𝒎𝟐⁄ d = h − 5 cm → d = 45 − 5 cm = 𝟒𝟎𝐜𝐦 𝑋 = 1,25𝑑 . (1 − √1 − 𝑀𝑑 0,425 . 𝑏𝑤 . 𝑑2 . 𝑓𝑐𝑑 ) 63 𝑋 = 1,25 . 40 . (1 − √1 − 6496 0,425 . 14 . 402 . 1,785 ) 𝑋 = 𝟏𝟎, 𝟕𝟎 𝒄𝒎 𝑓 𝑦𝑑 = 𝑓𝑦𝑘 1,15 → 50 1,15 = 𝟒𝟑,𝟒𝟕 𝑲𝑵 𝒄𝒎𝟐⁄ 𝐴 𝑠 = 𝑀𝑑 (𝑑 − 0,4𝑥) . 𝑓𝑦𝑑 𝐴 𝑠 = 6496 (40 − 0,4 . 10,70) . 43,47 = 𝟒,𝟏𝟖 𝒄𝒎𝟐 → 4 ∅ 12,5 𝑚𝑚 As mínimo Tabela 17.3 – Taxas mínimas de armaduras de flexão para vigas 𝐴𝑠𝑚𝑖𝑛 = 𝜌𝑚𝑖𝑚 . 𝐴𝑐 𝐴𝑠 𝑚𝑖𝑛 = 0,15 100 . 14 . 45 = 𝟎,𝟗𝟒𝟓 𝒄𝒎 𝟐 < 𝐴𝑠 𝑐𝑎𝑙𝑐𝑢𝑙𝑎𝑑𝑜 (𝐴𝑠=4,18 𝑐𝑚2) 64 Cisalhamento Dimensionamento ao Cisalhamento Vk = 53,4 kN 𝑉𝑠𝑑 = 1,4 . 𝑉𝑘 𝑉𝑠𝑑 = 1,4 . 53,4 = 𝟕𝟒, 𝟕𝟔 𝒌𝑵 Verificação da diagonal comprimida 𝛼 𝑣2 = (1− 𝑓𝑐𝑘 250 ) → 𝛼 𝑣2 = (1− 25 𝑀𝑃𝑎250 ) = 𝟎, 𝟗𝟎 𝑓 𝑐𝑑 = 𝑓𝑐𝑘 1,4 → 𝑓 𝑐𝑑 = 25 1,4 = 17,85 𝑀𝑝𝑎 = 𝟏,𝟕𝟖𝟓 𝑲𝑵 𝒄𝒎𝟐⁄ 𝑉𝑟𝑑2 = 0,27 . 𝛼𝑣2 . 𝑓𝑐𝑑 . 𝑏𝑤 . 𝑑 𝑉𝑟𝑑2 = 0,27 . 0,90 . 1,785 . 14 . 40 = 242,90 kN 𝑽𝒔𝒅 = 𝟕𝟒, 𝟕𝟔 𝒌𝑵 < 𝑽𝒓𝒅𝟐 = 𝟐𝟒𝟐, 𝟗𝟎 𝒌𝑵 ∴ 𝒐𝒌! Verificação do elemento tracionado (determinação da área de aço do estribo) 𝑉𝑠𝑑 ≤ 𝑉𝑟𝑑3 = 𝑉𝑐 + 𝑉𝑠𝑤 𝑉𝑐 = 0,6 . 𝑓𝑐𝑡𝑑 . 𝑏𝑤 . 𝑑 𝑓 𝑐𝑡𝑘,inf = 0,21 . 𝑓𝑐𝑘 2 3⁄ → 𝑓𝑐𝑡𝑘,inf = 0,21 . 252 3⁄ =𝟏,𝟕𝟗 𝑴𝑷𝒂 𝑓 𝑐𝑡𝑑 = 𝑓𝑐𝑡𝑘,𝑖𝑛𝑓 𝛾𝑐 → 𝑓 𝑐𝑡𝑑 = 1,79 1,4 = 1,28 𝑀𝑃𝑎 = 𝟎,𝟏𝟐𝟖 𝒌𝑵 𝒄𝒎𝟐 𝑉𝑐 = 0,6 . 0,128 . 14 . 40 = 𝟒𝟑 𝒌𝑵 Condição mais econômica: 𝑉𝑠𝑑 = 𝑉𝑟𝑑3 𝑉𝑠𝑑 = 𝑉𝑐 + 𝑉𝑠𝑤 𝑉𝑠𝑤 = 𝑉𝑠𝑑 − 𝑉𝑐 65 𝐴𝑠𝑤 𝑠 = 𝑉𝑠𝑑 − 𝑉𝑐 0,9 . 𝑑 . 𝑓𝑦𝑤𝑑 → 𝐴𝑠𝑤 𝑠 = 74,76−43 0,9 . 40 . 43,5 = 0,02809 𝒄𝒎𝟐 𝒄𝒎 𝐴𝑠𝑤 𝑠 = 0,0209 . 100 = 𝟐, 𝟎𝟐𝟖 𝒄𝒎𝟐 𝒎 Para escolher a área da bitola do estribo é adequado escolher entre as bitolas de 5 a 8 mm (obras residenciais em geral). Adotaremos Ø 6,3 mm que tem a área de 0,31 cm2, lembrando que o estribo tem dois tramos essa área será multiplicada por dois, esse valor será o nosso 𝑨𝒔𝒘 𝐴𝑠𝑤 = 2 . 0,31 = 𝟎, 𝟔𝟐 𝒄𝒎 𝟐 0,62 𝑠 = 2,028 𝑐𝑚2 𝑚 → 0,62 2,028 = 𝑠 → 0,305 𝑚 = 𝑠 → ∴ 𝒔 = 𝟑𝟎 𝒄𝒎 Cálculo da armadura mínima para o Cisalhamento 𝑓 ctm = 0,3 . 𝑓𝑐𝑘 2 3⁄ → 𝑓 ctm = 0,3 . 252 3⁄ = 𝟐,𝟓𝟔𝟒 𝑴𝑷𝒂 𝑓𝑦𝑤𝑘 = 𝟓𝟎𝟎 𝑴𝑷𝒂 𝜌𝑠𝑤 𝑚𝑖𝑛 = 0,2 . 𝑓𝑐𝑡𝑚 𝑓𝑦𝑤𝑘 → 𝜌𝑠𝑤 𝑚𝑖𝑛 = 0,2 . 2,564 500 = 𝟎, 𝟎𝟎𝟏𝟎𝟐 𝜌𝑠𝑤 𝑚𝑖𝑛 = 𝐴𝑠𝑤 𝑚𝑖𝑛 𝐴𝑐 → 0,00102 = 𝐴𝑠𝑤 𝑚𝑖𝑛 𝑠 . 𝑏𝑤 → 0,00102 = 𝐴𝑠𝑤 𝑚𝑖𝑛 𝑠 . 14 → 𝐴𝑠𝑤 𝑚𝑖𝑛 𝑠 = 0,00102 . 14 → 𝐴𝑠𝑤 𝑚𝑖𝑛 𝑠 = 0,01428 𝑐𝑚2 𝑐𝑚 𝐴𝑠𝑤 𝑚𝑖𝑛 𝑠 = 0,01428 𝑐𝑚2 𝑐𝑚 . 100 → 𝐴𝑠𝑤 𝑚𝑖𝑛 𝑠 = 𝟏, 𝟒𝟐 𝒄𝒎𝟐 𝒎 Obs: A área mínima 1,42 𝑐𝑚2 𝑚⁄ é MENOR que a dimensionada 2,03 𝑐𝑚2 𝑚⁄ adotaremos a ÁREA dimensionada. 6.17. Pilar Canto 𝐴𝑠 = 𝜔 . 𝐴𝑐 . 𝑓𝑐𝑑 𝑓𝑦𝑑 → 𝐴𝑠 = 0,91 . 1000 . 2,0 1,4 50 1,15 = 𝟐𝟗, 𝟗𝟎 𝒄𝒎𝟐 66 b = menor dimensão da seção transversal do pilar = 20 cm Necessidade de estribos suplementares 20 . ∅𝑡 = 20 . 0,63 = 𝟏𝟐, 𝟔 𝒄𝒎 Detalhamento Final 67 Armadura mínima 𝐴𝑠𝑚𝑖𝑛 = 0,15 . 𝑁𝑑 𝑓𝑦𝑑 ≥ 0,004 . 𝐴𝑐 Onde: 𝑁𝑑 = força normal de cálculo; 𝑓𝑦𝑑 = resistência de cálculo de início de escoamento do aço; 𝐴𝑐 = área da seção transversal do pilar. 𝐴𝑠,𝑚𝑖𝑛 = 0,15 . 1148 50 15 = 𝟑, 𝟗𝟔 𝒄𝒎𝟐 0,004 . 𝐴𝑐 = 0,004 . 20 . 50 = 𝟒 𝒄𝒎 𝟐 𝑃𝑜𝑟𝑡𝑎𝑛𝑡𝑜 𝐴𝑠,𝑚𝑖𝑛 = 𝟒 𝒄𝒎 𝟐 𝑃𝑟𝑜𝑗𝑒𝑡𝑜: 𝐴𝑠 = 𝟐𝟗, 𝟗𝟎 𝒄𝒎 𝟐 ↓ 𝑂𝐾! Armadura máxima 𝐴𝑠,𝑚𝑎𝑥 = 0,8 . 𝐴𝑐 A máxima armadura permitida em pilares deve considerar inclusive a sobreposição de armadura existente em regiões de emenda. 𝐴𝑠,𝑚𝑎𝑥 = 0,8 . 20 . 50 = 𝟖𝟎 𝒄𝒎 𝟐 ↓ 𝑃𝑟𝑜𝑗𝑒𝑡𝑜: 𝐴𝑠 = 𝟐𝟗, 𝟗𝟎 𝒄𝒎 𝟐 𝑁𝑎 𝑒𝑚𝑒𝑛𝑑𝑎: 𝐴𝑠 = 2 . 29,90 = 𝟓𝟗, 𝟖𝟎 𝒄𝒎 𝟐 ↓ 𝑂𝐾! 68 7. CONCLUSÃO Neste trabalho foram apresentados os elementos básicos de um projeto estrutural, as forças atuantes sobre eles, assim como os materiais estruturais mais coerentes com cada finalidade de projeto. O "esqueleto” de uma obra representa uma fase muito importante para as demais que a seguem, pois, um erro de compatibilização estrutural poderá resultar numa construção doentia ou imprópria para os fins previstos. De acordo com os cálculos realizados e a utilização do software Ftool 2004 e Pcalc 1.4 para modelagem da viga. Um Correto pré-dimensionamento dos elementos estruturais é imprescindível para facilitar o posterior cálculo do dimensionamento. Conclui-se este projeto de forma satisfatória e com um grande aprendizado no que diz respeito a dimensionamento estrutural, este projeto foi muito importante também ao aperfeiçoamento das técnicas de cálculo de dimensionamento de lajes, vigas e pilares devido as revisões dos conceitos relevantes e úteis na vida profissional de um engenheiro civil. 69 8. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS Arquitetura de ferro, Historico. google. Arquitetura de ferro, Historico. [Online] 20 de setembro de 2020. http://www.arquiteturadeferro.blogspot.com. BOTELHO, Manoel H. C. 1998. Concreto Armado Eu Te Amo. 2ª Edição. São Paulo : Edgard Blucher, 1998. CESEC, Centro de Estudos de Engenharia Civil. Google. Desenpenho Estrutural de Concreto Armado. [Online] 20 de setembro de 2020. http://www.cesec.ufpr.br. DIAS, Ygor e NOBOA, Salvador. Google. ND Cursos. [Online] 10 de Dezembro de 2019. http://www.NDcursos.com.br. EBANATAW, Patologias e Outros Problemas. Goolge. Ebanataw, Patologias e Outros Problemas. [Online] 19 de setembro de 2020. http://ebanataw.com.br. FEC, Faculdade de Engenharia Civil. Vetor Ativo. Google. FEC, Faculdade de Engenharia Civil. Vetor Ativo. [Online] 19 de setembro de 2020. http://www.fec.unicamp.br. GERDAU, Produção do Aço. Google. GERDAU, Produção do Aço. [Online] 18 de setembro de 2020. http://www.gerdau.com/produtos. MUBE, Museu Brasileiro da Escultura. Google. MUBE, Museu Brasileiro da Escultura. [Online] 18 de Setembro de 2020. http://www.macamp.com.br. REBELLO, Y. C. P. 2000. A Concepção Estrutural e a Arquitetuta. São Paulo : Zigurate, 2000. —. 2008. Bases Para Projetos Estruturais. 2ª Edição. São Paulo : Zigurate, 2008. UFSM, Univercidade Federal de Santa Maria, Patologias. Google. UFSM, Univercidade Federal de Santa Maria, Patologias . [Online] 17 de Setembro de 2020. http://www.ufsm.br. VIDEO LIVRARIA, Estrututas. Google. VIDEO LIVRARIA, Estrututas. [Online] 16 de setembro de 2020. http://www.videolivraria.com.br.
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