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CÁLCULO DE FLECHAS EM VIGAS Veja nesse e-book como calcula-las passo a passo com um exercício resolvido Eng. Marcus Nóbrega – www.engenheiroplanilheiro.com.br 1 Exemplo) Dados de entrada ■ Calcule a flecha em uma viga biapoiada com as seguintes características www.engenheiroplanilheiro.com.br 2 3m Dados de Entrada - Planilha 0,5kN/m 1,5kN/m 0,6kN/m 0,6kN/m q g3 g2 g1 Exemplo) Dados de entrada www.engenheiroplanilheiro.com.br 3 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 Exemplo) Concepção ■ O exemplo nos solicita calcular a viga em uma vigota de uma laje pré fabricada de altura total igual a 16cm, altura da capa igual a 4cm, com largura colaborante igual a 30cm e base igual a 10cm. ■ Além disso, essa viga já foi dimensionada para E.L.U e calculada para a armadura de 3,615cm² ■ O problema nos pede então para determinarmos as flechas que essa viga terá nos instantes iniciais e também ao longo do tempo www.engenheiroplanilheiro.com.br 4 Exemplo – Solução ✓ Passo 1 ■ O primeiro passo consiste em determinarmos as características geométricas no estádio I, isto é, com a seção bruta. Ag é a área da seção bruta de concreto. www.engenheiroplanilheiro.com.br 5 𝑌𝑐𝑔 = 𝑏𝑓 − 𝑏𝑤 . ℎ𝑓 2 2 + 𝑏𝑤 . ℎ² 2 𝐴𝑔 𝐼𝐼𝑔 = 𝑏𝑓−𝑏𝑤 .ℎ𝑓 3 12 + 𝑏𝑤.ℎ³ 12 + 𝑏𝑓 − 𝑏𝑤 . ℎ𝑓 . 𝑦𝑐𝑔 − ℎ𝑓 2 2 + 𝑏𝑤. ℎ. 𝑦𝑐𝑔 − ℎ 2 2 Ycg = 6,0cm IIg = 0,0000544m 4 Exemplo – Solução ✓ Passo 2 ■ Agora devemos determinar as características da seção no estádio II puro, isto é, considerando que todo concreto da região fissurada é agora desprezado. Além disso, os esforços de tração são resistidos apenas pela armadura localizada abaixo da linha neutra. Há uma relação linear entre tensão e deformação específica no concreto para todos os pontos da seção transversal – Chust (2014), p.195 www.engenheiroplanilheiro.com.br 6 𝛼𝑒 = 𝐸𝑠 𝐸𝑐𝑠 = 210.000 0,8 + 0,2. 𝑓𝑐𝑘 80 . 5600 𝑓𝑐𝑘 𝛼𝑒 = 9,865 Ecs = 21287MPa Razão Modular Exemplo - Solução ■ Para determinar a posição da linha neutra no estádio II, deve-se resolver uma equação do 2º grau. A questão é saber se a viga deverá ser calculada como retangular ou como seção T. Se a posição da linha neutra cair na alma, a viga será calculada como viga T, caso contrário, será calculada como viga retangular www.engenheiroplanilheiro.com.br 7 𝑥𝐼𝐼 = −𝑎2 + 𝑎2 2 − 4. 𝑎1. 𝑎3 2. 𝑎1 𝑎1 = 𝑏𝑤 2 𝑎2 = ℎ𝑓 . 𝑏𝑓 − 𝑏𝑤 + 𝛼𝑒 − 1 . 𝐴𝑠 ′ + 𝛼𝑒 . 𝐴𝑠 𝑎3 = −𝑑 ′. 𝛼𝑒 − 1 . 𝐴𝑠 ′ − 𝑑. 𝛼𝑒 . 𝐴𝑠 − ℎ𝑓 2 2 . (𝑏𝑓 − 𝑏𝑤) 𝑥𝐼𝐼= 4,682cm Como a capa tem 4cm e a linha neutra é maior, a viga deverá ser calculada como viga T Exemplo - Solução ✓ Passo 3 ■ Cálculo do momento de inércia para o estádio II puro www.engenheiroplanilheiro.com.br 8 𝐼𝑧,𝐼𝐼0 = 𝑏𝑓 . 𝑥𝐼𝐼³ 3 + 𝛼𝑒 . 𝐴𝑠. 𝑥𝐼𝐼 − 𝑑 2 + 𝛼𝑒 − 1 . 𝐴 ′ 𝑠. (𝑥𝐼𝐼 − 𝑑 ′)² 𝐼𝑧,𝐼𝐼0 = 𝑏𝑓 − 𝑏𝑤 . ℎ𝑓³ 12 + 𝑏𝑤. 𝑥𝐼𝐼³ 3 + 𝑏𝑓 − 𝑏𝑤 . 𝑥𝐼𝐼 − ℎ𝑓 2 2 + 𝛼𝑒 . 𝐴𝑠. 𝑥𝐼𝐼 − 𝑑 2 + 𝛼𝑒 − 1 . 𝐴 ′ 𝑠. (𝑥𝐼𝐼 − 𝑑 ′)² Viga Retangular Viga T 𝐼𝑧, 𝐼𝐼0= 0,0000361m 4 Exemplo - Solução ✓ Passo 4 ■ Cálculo das flechas para as diversas combinações www.engenheiroplanilheiro.com.br 9 𝑎 = 5. 𝑝. 𝑙4 384. 𝐸𝑐𝑠. 𝐼𝑚 𝐼𝑚 = 𝑀𝑟 𝑀𝑎𝑡 3 . 𝐼𝐼𝑔 + 1 − 𝑀𝑟 𝑀𝑎𝑡 3 . 𝐼𝑧,𝐼𝐼0 Flecha de viga biapoiada Momento de fissuração 𝑀𝑟 = 𝛼. 𝑓𝑐𝑡,𝑚. 𝐼𝑐 𝑦𝑡 α = 1,2 para seções em forma de T ou duplo T α = 1,3 para seções I ou T invertido α = 1,5 para seções retangulares 𝛼 = 1,2 𝑓𝑐𝑡𝑚 = 2210,42kN/m² 𝑴𝒓= 1,44kN.m Inércia Média de Brunson 𝑓𝑐𝑡,𝑚 = 0,3. 𝑓𝑐𝑘 2 3 . 1000 Exemplo - Solução ✓ Passo 4 ■ Cálculo das flechas para as diversas combinações www.engenheiroplanilheiro.com.br 10 𝑎 = 5. 𝑝. 𝑙4 384. 𝐸𝑐𝑠. 𝐼𝑚 𝐼𝑚 = 𝑀𝑟 𝑀𝑎𝑡 3 . 𝐼𝐼𝑔 + 1 − 𝑀𝑟 𝑀𝑎𝑡 3 . 𝐼𝑧,𝐼𝐼0 𝑝1 = 𝑔1 + 𝑔2 + 𝑔3 . 𝑏𝑓 𝑝2 = 𝑔1 + 𝑔2 + 𝑔3 + 0,3. 𝑞 . 𝑏𝑓 𝑝3 = 𝑔1 + 𝑔2 + 𝑔3 + 𝑞 . 𝑏𝑓 Combinação permanente Combinação quase permanente Combinação rara 𝒑𝟏= 2,6kN/m 𝒑𝟐= 2,78kN/m 𝒑𝟑= 3,2kN/m Exemplo - Solução ✓ Passo 4 ■ Cálculo das flechas para as diversas combinações ■ Definição dos limites estabelecidos para as flechas Cargas totais – L / 250 – NBR 6118-14 – ACEITABILIDADE SENSORIAL Carga acidental – L / 350 – NBR 6118-14 www.engenheiroplanilheiro.com.br 11 𝑎 = 5. 𝑝. 𝑙4 384. 𝐸𝑐𝑠. 𝐼𝑚 𝐼𝑚 = 𝑀𝑟 𝑀𝑎𝑡 3 . 𝐼𝐼𝑔 + 1 − 𝑀𝑟 𝑀𝑎𝑡 3 . 𝐼𝑧,𝐼𝐼0 Exemplo - Solução ✓ Passo 4 ■ Cálculo das flechas para as diversas combinações Agora que temos as cargas para cada combinação, podemos determinar a inércia de Branson pois a única variável que faltava era o Momento Atuante, que pode ser calculado pelo momento de uma viga biapoiada (pL^2/8) www.engenheiroplanilheiro.com.br 12 Ação p (kN/m) Mat = Mmáx (kN.m) Mr/Mmáx Im (m 4) p/Im a (cm) Permanente 2,6 2,93 0,493 3,83E-05 67833 0,34 Quase permanente 2,78 3,13 0,461 3,79E-05 73292 0,36 Rara 3,2 3,60 0,401 3,73E-05 85761 0,42 Portanto a flecha devido a carga acidental é dada pela subtração entre a flecha da carga total (combinação rara) e carga permanente e igual a 0,09cm Exemplo - Solução www.engenheiroplanilheiro.com.br 13 𝑝1 = 𝑔1 + 𝑔2 + 𝑔3 . 𝑏𝑓 𝑝3 = 𝑔1 + 𝑔2 + 𝑔3 + 𝑞 . 𝑏𝑓 Combinação permanente Combinação rara Flecha acidental Exemplo - Solução ✓ Passo 5 ■ Verificação da flecha acidental www.engenheiroplanilheiro.com.br 14 𝑎𝑙𝑖𝑚∞ = 𝐿 350 = 300 350 = 0,86𝑐𝑚 > 0,09𝑐𝑚 → 𝑶𝑲 Exemplo - Solução ✓ Passo 6 ■ Agora devemos determinar o fator 𝛼𝑓 para o efeito da fluência www.engenheiroplanilheiro.com.br 15 t0 = 14dias = 14 30 = 0, 𝟒𝟕meses Retirada do escoramento 𝜉 𝑡 = [0,68.0,996𝑡 . 𝑡0,32𝑠𝑒 𝑡 ≤ 70𝑚𝑒𝑠𝑒𝑠 𝑜𝑢 2] Coeficiente temporal do modelo da fluência 𝜉 𝒕𝟎 = 𝟎, 𝟓𝟑 𝜉 ∞ = 𝟐 𝛼𝑓 = Δ𝜉 1 + 50𝜌′ Fator multiplicativo da flecha imediata 𝜌′ = 𝐴𝑠′ 𝑏𝑤. 𝑑 Taxa de armadura 𝒑′ = 𝟎, 𝟎𝟎 𝛼𝑓 = 𝟏, 𝟒𝟕 Exemplo - Solução ✓ Passo 7 ■ Agora devemos determinar o efeito da fluência ■ O cálculo da flecha total no tempo infinito será a flecha devida a carga obtida pela combinação quase permanente multiplicada por (1 + αf) ■ Ou seja, no tempo infinito, essa viga se deformará em 9mm www.engenheiroplanilheiro.com.br 16 𝛼𝒕𝒐𝒕,∞ = 𝟏 + 𝜶𝒇 . 𝒂𝒑𝟐 = 𝟎, 𝟗𝟎𝒄𝒎 Exemplo - Solução ✓ Passo 7 ■ Verificação da flecha imposta pela norma ■ É necessário usar contra-flechas! “Os deslocamentos podem ser parcialmente compensados pela especificação de contraflechas; entretanto, a atuação isolada da contraflecha não pode ocasionar um desvio do plano maior que l/350” www.engenheiroplanilheiro.com.br 17 𝑎𝑙𝑖𝑚 = 0,86𝑐𝑚 < 0,9𝑐𝑚 → 𝐍Ã𝐎 𝐎𝐊 acf,max = 300 350 = 0,87cm → Adotar 0,5cm de contra − flecha - OK www.engenheiroplanilheiro.com.br 18 PLANILHA – CÁLCULO DE FLECHAS EM VIGAS BIAPOIADAS SEÇÃO RETANGULAR Veja nesse e-book como calcular as flechas desse tipo de viga Eng. Marcus Nóbrega – www.engenheiroplanilheiro.com.br 19 Exemplo) Dados de entrada ■ Calcule a flecha em uma viga biapoiada com seção retangular de (14x50), fck de 20MPa que suporta uma laje recebendo as cargas dadas na figura www.engenheiroplanilheiro.com.br 20 5m • Não sabemos a armadura longitudinal; • Para isso precisamos dimensionar a viga para o E.L.U; • Vou utilizar um software de cálculo e detalhamento de vigas que desenvolvi no meu TCC para auxiliar os cálculos;• Caso queria, calcule essa viga na mão e confira os resultados. q g3 g2 g1 3kN/m 10kN/m 1,75kN/m 2kN/m Exemplo) Concepção ■ Vamos imaginar que seja uma viga que recebe uma laje ■ Essa viga tem um vão de 5m, atuando cargas permanentes primarias, secundárias e terciárias além de carga acidental proveniente do uso e ocupação da laje que ela sustenta ■ Você irá observar que essa viga resiste para E.L.U com armadura simples. Mais adiante vamos reduzir a altura da viga e implicar armadura dupla, de modo a verificar o impacto da armadura de compressão na viga www.engenheiroplanilheiro.com.br 21 Lançamento no software – VIGAS_V1_EP Devemos obter a armadura longitudinal ... www.engenheiroplanilheiro.com.br 22 Passou com 4 barras de ½’’ - 4,91cm² www.engenheiroplanilheiro.com.br 23 Lançamento na planilha – Cálculo de flechas www.engenheiroplanilheiro.com.br 24 5m 3kN/m 10kN/m 1,75kN/m 2kN/m q g3 g2 g1 Resultados de cálculo www.engenheiroplanilheiro.com.br 25 Análise dos resultados ■ Observe que não foi necessário utilizar contra flechas para resolver o problema pois a flecha no tempo infinito foi igual à 1,99cm, inferior ao valor máximo de 2,00cm ■ Usando o máximo permitido para a contraflecha (1,43cm), ainda há um valor líquido de flecha de 0,57cm, o que é inferior ao máximo estabelecido de 2,0cm obviamente ■ Vamos fazer alguns estudos nesse exemplo variando as seguintes condições a) Fck do concreto (15MPa ; 5MPa ; 50MPa) b) Retirada do escoramento variando de 7 dias à 28 dias, de 7 em 7 dias para o fck de 20Mpa c) Vamos acrescentar armadura negativa, mesmo não precisando (pois foi necessário apenas armadura simples) e verificar o impacto na flecha (acrescentar 0,5cm² até 3cm² variando de 0,5 em 0,5cm² d) Verificar o máximo vão resistente para dada seção e armadura adotada www.engenheiroplanilheiro.com.br 26 a) Variando o fck do concreto ■ Observa-se que a deformação no tempo infinito decresce com o fck, ■ Já para a flecha acidental, o crítico é um ponto entre 25 e 30MPa ■ Porém devemos tomar cuidado, nem sempre será assim ■ Vamos aumentar o vão para 5m e verificar www.engenheiroplanilheiro.com.br 27 a) Variando o fck do concreto – 5m ■ Veja, mudou completamente o gráfico da flecha acidental ■ Porque? Você pode se perguntar pela formula: ■ Acontece que ao passo que cresce o módulo de elasticidade, a inércia média de Brunson pode decrescer devido ao fato de depender da inércia do estádio II puro www.engenheiroplanilheiro.com.br 28 𝑎 = 5. 𝑝. 𝑙4 384. 𝐸𝑐𝑠. 𝐼𝑚 𝐼𝑚 = 𝑀𝑟 𝑀𝑎𝑡 3 . 𝐼𝐼𝑔 + 1 − 𝑀𝑟 𝑀𝑎𝑡 3 . 𝐼𝑧,𝐼𝐼0 a) Variando o fck do concreto – 5m ■ O estádio II puro depende da solução de uma eq. do segundo grau para se obter a linha neutra, que também depende do fck ■ Além disso, a viga caso se aumente muito o fck, a linha neutra pode cair na mesa e portanto a viga pode ser calculada como retangular, o que pode gerar uma seção menos resistente que uma seção T e portanto gerar mais flecha acidental ■ Em conclusão, se pode falar que aumentar o fck diminui a flecha! www.engenheiroplanilheiro.com.br 29 𝐼𝑚 = 𝑀𝑟 𝑀𝑎𝑡 3 . 𝐼𝐼𝑔 + 1 − 𝑀𝑟 𝑀𝑎𝑡 3 . 𝐼𝑧,𝐼𝐼0 b) Variando a data de retirada do escoramento ■ Há um padrão ■ Quanto mais tempo de escoramento, menor a flecha no tempo infinito ■ Contudo observe que a redução não é tão grande, talvez tenha outras variáveis com maior sensibilidade! ■ Vamos continuar nossos estudos ... www.engenheiroplanilheiro.com.br 30 b) Variando a data de retirada do escoramento para 5m de vão ■ O padrão se mantém ■ Há uma rápida diminuição da flecha nos dias iniciais ■ Um ganho eficiente pode ser obtido por acrescentar mais alguns dias de escoramento na estrutura www.engenheiroplanilheiro.com.br 31 c) Acrescentando armadura negativa ■ Houveram reduções nas flechas no tempo inifinito e na acidental ■ Parece ser uma alternativa interessante em alguns casos ■ Há uma tendência linear em relação a armadura de compressão e a redução da flecha www.engenheiroplanilheiro.com.br 32 0,050 0,051 0,051 0,052 0,052 0,053 0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 F le c h a a c id e n ta l [c m ] F le c h a n o t e m p o i n fi n it o [ c m ] Armadura de compressão (cm²) Flecha no tempo infinito x Flecha acidental fck admitido Flecha no tempo infinito Flecha acidental c) Acrescentando armadura negativa – aumentando o vão para 5m ■ Não se engane com a escala da flecha acidental, a redução não é tão grande assim ■ O mesmo padrão é encontrado confirmando nossa hipótese www.engenheiroplanilheiro.com.br 33 d) Avaliando o vão máximo p/ dado fck www.engenheiroplanilheiro.com.br 34 Fck = 20MPa Fck = 30MPa Fck = 40MPa Fck = 50MPa d) Avaliando o vão máximo p/ dado fck ■ Não tem muito milagre ■ Não da pra vencer vãos gigantescos só alterando o fck ■ Uma diferença de mais ou menos uns meio metro de vão é conseguido alterando o fck de 20MPa para 50MPa ■ Evidentemente conseguimos vencer vãos maiores, mas é necessário usar contra- flechas www.engenheiroplanilheiro.com.br 35 Conclusões ■ O cálculo de flechas em vigas depende de muitas variáveis e o projetista deve entender a sensibilidade delas para tomar as melhores decisões ■ Além disso, atenção redobrada deve ser dada para o uso de contra-flechas, lembrando que não podem ocasionar desvio no pano inferior a L/350 ■ Soma-se a isso a importância da Inércia. Na verdade, quem governa o modelo de flechas em vigas é sem dúvidas a seção transversal e o vão ■ Portanto foque em aumentar as rigidezes das vigas e eventualmente, em problemas mais complexos, envolver o uso de armadura de compressão, alterar fck, usar contra flechas www.engenheiroplanilheiro.com.br 36 Faça download gratuito da planilha no site! ■ Tem alguma dúvida? ■ Quer receber mais conteúdos como esse? Cadastre-se na nossa lista de e-mails clicando aqui ■ Entre em contato diretamente comigo e-mail: marcusnobrega.engcivil@gmail.com www.engenheiroplanilheiro.com.br 37
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