Baixe Estruturas de Concreto Armado I e II e outras Notas de aula em PDF para Teoria das Estruturas, somente na Docsity! 7-1 7 ADERÊNCIA ENTRE O CONCRETO E O AÇO TIPOS DE ADERÊNCIA 7.1 A aderência entre o concreto e o aço pode ser obtida: por adesão (Figura 7.1a); por atrito (Figura 7.1b); mecanicamente (Figura 7.1c) Figura 7.1 - Tipos de aderência. A aderência mecânica, conseguida através de mossas ou saliências, é a mais eficiente de todas. A caracterização da superfície de aderência das barras de aços destinados a armaduras para concreto armado é feita pelo coeficiente de conformação superficial , através ensaio estabelecido na ABNT NBR 7477. Os valores mínimos para este coeficiente, apresentados na ABNT NBR 7480 são estabelecidos em função da categoria do aço. Para a ABNT NBR 6118, a conformação superficial é medida pelo coeficiente 1. Os valores para este coeficiente são estabelecidos em função do tipo de superfície lateral das barras. As relações entre os coeficientes e 1, apresentadas pela ABNT NBR 6118, item 8.3.2, são mostradas na Tabela 7.11. Superfície 1 Lisa (CA-25) 1,00 1,0 Entalhada (CA-60) 1,40 1,5 Nervurada (CA-50) 2,25 1,5 Tabela 7.1 - Relação entre e 1. ANCORAGEM DE BARRAS TRACIONADAS 7.2 Seja a Figura 7.2 onde é mostrada a transferência da força normal Rs atuante na barra de aço para o bloco de concreto. Esta transferência de força é possível devido ao desenvolvimento de tensões tangenciais de aderência b,x entre a armadura e o concreto. 1 A ABNT NBR 6118, item 8.3.2, define o coeficiente de conformação superficial da ABNT NBR 7480 como sendo b. As barras nervuradas são, também, referidas como de alta aderência. Figura 7.2 - Transferência de força normal. Fazendo o equilíbrio de forças atuantes no seguimento de barra dx, tem se: Equação 7.1 A solução da Equação 7.1 só é possível se for conhecida a variação de b,x ao longo de x. A solução simplificada (usada em projeto com a introdução de coeficientes de segurança adequados) consiste em adotar para b,x um valor constante, admitindo as tensões de aderência uniformemente distribuídas ao longo do trecho da barra Introduzindo os valores de b,nec e s na Equação 7.2, tem-se: Equação 7.3 INFLUÊNCIA DA POSIÇÃO DA BARRA 7.3 A qualidade da aderência varia em função da posição da barra. Barras horizontais situadas na parte superior de uma viga ou de uma laje têm qualidade de aderência inferior àquelas colocadas na parte inferior. Devido à segregação do concreto fresco, ocorre um acúmulo de água sob as barras horizontais superiores, conforme mostrado na Figura 7.4. Posteriormente, sendo esta água absorvida pelo concreto, vazios serão formados na parte inferior das barras superiores diminuindo, conseqüentemente, a qualidade da aderência. A sedimentação do cimento que ocorre antes do início da pega e a exudação do excesso de água de amassamento também contribuem para a pior qualidade de aderência do concreto situado na parte superior de uma viga ou laje ( Figura 7.4). Figura 7.4 - Qualidade da aderência - armadura horizontal superior. A ABNT NBR 6118, item 9.3.1, considera os trechos de barras em boa situação de aderência quando estiverem em uma das posições seguintes: a) com inclinação maior que 45° sobre a horizontal; b) horizontais ou com inclinação menor que 45° sobre a horizontal, desde que ( c) Figura 7.5): para elementos estruturais com h < 60 cm, localizados no máximo 30 cm acima da face inferior do elemento ou da junta de concretagem mais próxima; para elementos estruturais com h 60 cm, localizados no mínimo 30 cm abaixo da face superior do elemento ou da junta de concretagem mais próxima. Os trechos das barras em outras posições e quando do uso de formas deslizantes devem ser considerados em má situação quanto à aderência. Figura 7.5 - Situações de boa e má aderência para armaduras horizontais. Em termos gerais pode-se dizer que as armaduras negativas (armaduras horizontais superiores) de vigas e lajes com altura superior a 30 cm então em situações de má aderência. As armaduras positivas de lajes e vigas (armaduras horizontais inferiores), bem como as armaduras de pilares (armaduras verticais), de modo geral, estão em situação de boa aderência. Figura 7.6 - Armaduras em situações de boa e má aderência. RESISTÊNCIA DE ADERÊNCIA DE CÁLCULO 7.4 A ABNT NBR 6118, item 9.3.2.1, estabelece que a resistência de aderência de cálculo entre armadura e concreto na ancoragem de armaduras passivas deve ser obtida pela seguinte expressão: Equação 7.4 sendo: aderência alta ou nervuradas barras25,2 entalhadas barras40,1 lisas barras00,1 1 Na falta de ensaios para a determinação mais precisa do valor da resistência à tração do concreto característica, é permitido pela ABNT NBR 6118, item 8.2.5, o uso das seguintes expressões: Equação 7.5 Sendo fckj 7MPa, as expressões da Equação 7.5 podem também ser usadas para idades diferentes de 28 dias. Combinando a Equação 7.54 e Equação 7.5, tem-se: c 3 2ck 321ctd321bd f 0,21ff Equação 7.6 Os valores de c estão mostrados na Tabela [3.7] e para o ELU valem: isexcepciona scombinaçõe20,1 construção de ou especiais scombinaçõe20,1 normais scombinaçõe40,1 c Deve ser observado que a apresentação do comprimento de ancoragem necessário apresentado pelo item 9.4.2.5 da ABNT NBR 6118, aparentemente, difere do estabelecido pela Equação 7.7. No entanto, os dois modos de apresentação são equivalentes, como demonstrado a seguir. A Equação 7.7 decorre da Figura 7.3 onde é mostrado que: onde As representa a área da seção transversal efetiva (As,ef) da barra tracionada pela força Rsd. Desta forma, a Equação 7.7 pode ser escrita Como uma força pode ser sempre representada pelo produto de uma área por uma tensão, para a força Rsd vale: onde As,cal representa a área a ser calculada (As,cal As,ef), para que a tensão s atuante na barra tracionada pela força Rsd resulte igual a fyd. Desta forma, tem-se: ou ainda: Equação 7.9 A Equação 7.79 é, portanto, a mesma apresentada pela ABNT NBR 6118, item 9.4.2.5, a menos do fator . Desta forma, o valor de b,nec pode ser calculado por: Equação 7.10 A combinação da Equação 7.7 com a Equação 7.9, resulta em: de tal forma que, a tensão atuante na barra tracionada fica definida por: Equação 7.11 EXEMPLO 7.2 Determinar o valor do comprimento de ancoragem básico das barras de armadura positiva (armadura inferior) a ser usado em vigas de concreto armado a serem construídas com concreto classe C20 e aço CA-50. Considerar apenas barras nervuradas com diâmetros inferiores a 40 mm e combinações normais de carregamento - ELU. Solução: O valor de b é determinado pela Equação 7.8, com fbd definido pela Equação 7.6. Para 1 deverá ser usado o valor 2,25 que corresponde a barra nervurada; para 2 deverá ser usado o valor 1,0 que corresponde a situação de boa aderência, região inferior de vigas (ver Figura 7.6); para 3 deverá ser usado o valor 1,0 que corresponde a barras de diâmetro menor que 40 mm; para c deverá ser usado o valor 1,4 que corresponde a combinações normal de carregamento - ELU; e para s deverá ser usado o valor 1,15 que corresponde a combinações normal de carregamento - ELU. a) Dados: b) fbd c) b Os valores de b para CA-50, situações de boa aderência e barras com diâmetro igual ou menor que 32 mm estão mostrados na Tabela 7.3. f) Figura 7.7.c). Para as barras lisas, os ganchos devem ser semicirculares. O diâmetro interno da curvatura (D) dos ganchos das armaduras longitudinais de tração deve ser pelo menos igual ao estabelecido na Tabela 7.4. Bitola (mm) Tipo de Aço CA-25 CA-50 CA-60 <20 4 5 6 20 5 8 - Tabela 7.4 Diâmetro dos pinos de dobramento É importante observar que o uso de ganchos em barras tracionadas é bastante restrito. A necessária cobertura de concreto (3 ), no plano normal ao do gancho, praticamente, só ocorre nas extremidades de vigas que terminam em vigas, como mostrado na Figura 7.8. O gancho da armadura da viga V2, tem, dentro da viga V1, cobertura lateral de concreto maior que 3 . Para outras barras da viga V1, posicionadas fora do encontro das vigas, torna-se mais difícil a obtenção do cobrimento exigido pela ABNT NBR 6118. Figura 7.8 Ganchos em extremidade de viga BARRAS TRANSVERSAIS SOLDADAS 7.6.2 Outra maneira permitida pela ABNT NBR 6118 para a redução de comprimentos de ancoragem é através do uso de barras transversais soldadas ( Figura 7.9). Figura 7.9 Ancoragem com barras transversais soldadas De acordo com o item 9.4.2.2 da ABNT NBR 6118, a redução de comprimentos de ancoragem é através do uso de barras transversais soldadas poderá ser feita desde que: a) o diâmetro da barra soldada seja maior ou igual a 60% do diâmetro da barra ancorada ( t 0,6 ); b) a distância da barra transversal ao ponto de início da ancoragem seja maior ou igual 5 vezes o diâmetro da barra ancorada ( 5 ); c) a resistência ao cisalhamento da solda seja maior ou igual a 30% da resistência da barra ancorada (0,3 As fyd). DIAGRAMA RSD 7.7 Conforme mostrada na Figura 7.3, as armaduras necessitam, em sua parte final, de um determinado comprimento para se fixarem (ancorarem) dentro da massa de concreto. Desta forma o diagrama de tensões normais possível de ser desenvolvido em uma barra de aço destinada a armadura para concreto armado é o mostrado na Figura 7.10. Figura 7.11 (trocou-se tensão por força). Figura 7.11 - Diagrama Rsd (esforço resistente de cálculo) EXEMPLO 7.3 Determinar o diagrama de força resistente de cálculo Rsd para as armaduras negativas (tracionadas) da viga abaixo indicada. Considerar: concreto: C20; barra nervurada: CA-50; combinação normal de carregamento - ELU; s = fyd (máximo aproveitamento das barras). Solução: O valor de b deverá ser determinado para cada barra usando a Equação 7.8, com fbd definido pela Erro! Fonte de referência não encontrada.. Para 1 deverá ser usado o valor 2,25 que corresponde a barra ervurada; para 2 deverá ser usado o valor 0,7 que corresponde a situação de má aderência, região superior de vigas (ver Figura 7.6); para 3 deverá ser usado o valor 1,0 que corresponde a barras de diâmetro menor que 40 mm; para c deverá ser usado o valor 1,4 que corresponde a combinações normal de carregamento - ELU; e para s deverá ser usado o valor 1,15 que corresponde a combinações normal de carregamento - ELU. Os diagramas individuais Rsd (N1, N2 e N3) são obtidos de módulo análogo ao apresentado na Figura 7.11 usando somente valores b na horizontal e As fyd na vertical. Por se tratar de armadura negativa, os valores das forças deverão ser posicionados "para cima", contrário ao apresentado na Figura 7.11 que corresponde a armaduras positivas ("para baixo"). O diagrama final Rsd corresponde à somatória dos diagramas individuais. a) Dados - uniformização de unidades (kN e cm): b) fbd c) b d) Diagramas individuais das forças resistentes de cálculo d.1) 12,5 mm, b = 80 cm Equação 7.12 Introduzindo o valor de z na equação de MRd1, tem-se: Equação 7.13 Admitindo que yd s 6, do diagrama tensão-deformação do aço (Figura [4.5]) pode-se estabelecer: Equação 7.14 Equação 7.15 A Equação 7.13 corresponde ao momento fletor resistente de cálculo para barras ancoradas com b,nec ( s < fyd) e a Equação 7.15 corresponde ao momento fletor resistente de cálculo para barras ancoradas com b ( s = fyd). Observar, também, que a Equação 7.13 e a Equação 7.15 estão contidas na Equação [5.18] usada para a determinação de armadura longitudinal de vigas de seção retangular sem armadura de compressão. O diagrama de momento fletor resistente MRd1 de uma barra, definido pela Equação 7.13 e pela Equação 7.15, é análogo ao diagrama da Figura 7.11, com ordenada As s z d para ancoragem b,nec ( s < fyd) e ordenada As fyd z d para ancoragem b 6 Esta condição para s corresponde aos domínios 2 e 3 da Figura [5.4]. Corresponde, também, às vigas subarmadas (dúteis, se x observar os limites estabelecidos pela Equação [5.3]). ( s = fyd), como mostrado na Figura 7.13. De modo simplificado pode-se dizer que o digrama de momento fletor resistente MRd1 é obtido do diagrama Rsd multiplicando suas ordenadas pelo braço de alavanca z ( z d). Figura 7.13 - Diagrama MRd1 (momento resistente de cálculo). EXEMPLO 7.4 Determinar o diagrama de momento resistente de cálculo MRd1 para as armaduras positivas (tracionadas) da viga abaixo indicada. A viga tem 20 cm de base e 50 cm de altura útil. Considerar: concreto: C25; barra nervurada: CA-50; combinação normal de carregamento - ELU; s = fyd (máximo aproveitamento das barras). Solução: Solução: O valor de b deverá ser determinado para cada barra usando a Erro! Fonte de referência não ncontrada., com fbd definido pela Erro! Fonte de referência não encontrada.. Para 1 deverá ser usado o valor 2,25 que corresponde a barra nervurada; para 2 deverá ser usado o valor 1,0 que corresponde a situação de boa aderência, região inferior de vigas (ver Figura 7.6); para 3 deverá ser usado o valor 1,0 que corresponde a barras de diâmetro menor que 40 mm; para c deverá ser usado o valor 1,4 que corresponde a combinações normal de carregamento - ELU; e para s deverá ser usado o valor 1,15 que corresponde a combinações normal de carregamento - ELU. O diagrama MRd1 é obtido de módulo análogo ao diagrama Rsd do Erro! Fonte de referência não encontrada., com o uso da Equação 7.15 para determinação dos valores dos momentos resistentes de cálculo. Por se tratar de armadura positiva, os valores dos momentos deverão ser posicionados "para baixo", como apresentado na Figura 7.13. g) Condição de segurança A viga será segura se, em qualquer seção transversal, for verificada a condição . Além do exposto neste exemplo, outras condições para detalhamento de armadura longitudinal de vigas devem ser observadas, como as estabelecidas no item 18.3.2.3 da ABNT NBR 6118. POSIÇÃO RELATIVA ENTRE OS DIAGRAMAS MS,DESL E MRD1 7.9 VÃOS E APOIOS INTERMEDIÁRIOS DE VIGAS 7.9.1 Segundo a ABNT NBR 6118, item 18.3.2.3.1, o diagrama MRd1, nos pontos onde a tensão normal atuante nas barras é nula (pontas das barras), deve ficar afastado de 10 (diâmetro da barra que esta sendo ancorada) do diagrama MSd,desl, (diagrama de momentos fletores solicitantes, deslocado) como mostrado na Figura 7.14. Figura 7.14 Posição relativa entre os diagramas MSd,desl e MRd1. EXEMPLO 7.5 Detalhar a armadura positiva da viga abaixo representada. A viga tem 15 cm de base e 50 cm de altura. Dados: concreto: C20; barra nervurada: CA-50. Considerar: somente solicitações normais; viga de seção retangular, sem armadura de compressão e simplesmente apoiada nos pilares; pilares com 20 cm de largura; estado limite último, combinações normais, edificação tipo 2 ( g = 1,4, q = 1,4, c = 1,4 e s = 1,15); a = d; armadura transversal (estribos): 6,3 mm; cobrimento nominal: 3 cm; dimensão máxima do agregado: 12,5 mm. Obs.: peso próprio da viga incluído na carga gk. c) Armadura longitudinal d) Verificação de ah e av cm00,2av cm0,2 cm63,025,15,0d5,0 cm25,1 cm2 maxa max v OK cm0,2 cm50,125,12,1d2,1 cm25,1 cm2 maxa max h OK e) Verificação de d 4 0,124 25,13 2 0,10,225,14 0,122 25,1 4 25,13 y 22 22 cg cm56,10,1225,13 2 0,10,225,10,122 25,125,13 y 22 22 cg f) Determinação de MRd1 4 0,124 25,13 4 25,13 7868M 22 2 5,12,1Rd 4 0,124 25,13 4 0,127868M 22 2 10,1Rd Verificação do valor de z e MRd1 (Equação 7.14 e Equação 7.15) (imprecisão de tabela) A diferença dos valores de MRd1, calculados como funções de c (8 786 kNcm) e de z (8 801 kNcm), é devida à imprecisão de tabela. Para x igual a 0,349412 (valor mais exato), c corresponderia a 0,204392 e z seria igual a 0,860234. O valor de MRd1, função de c, 0,204392 x 15 x 44,812 x 1,43 resultaria igual a 8803 kNcm e o valor de MRd1, função de z, 5,25 x 43,5 x 0,860235 x 44,81 corresponderia a 8803 kNcm. Esta imprecisão de tabela será ignorada na seqüência da resolução deste Exemplo. g) Determinação dos comprimentos de ancoragem h) Diagrama MSd,desl i) Posicionamento vertical das barras em relação ao diagrama MSd,desl j) Leque de ancoragem k) Paralelismo de ancoragem n) Verificações De acordo com o item 18.3.2.4 -c da ABNT NBR 6118, pelo menos 25% da armadura positiva deve ser estendida aos apoios intermediários. Como duas barras (N3) chegam ao apoio, tem-se: OK%25%47 4 0,124 25,13 4 25,12A% 22 2 apoio,s De acordo com item 18.3.2.4.1 da ABNT NBR 6118, as armaduras positivas provenientes do meio do vão deverão estender-se, no mínimo, 10 além da face do apoio. Como a armadura N3 está posicionada 15 cm além da face interna do apoio, o item da Norma está verificado (10 corresponde a 12,5 cm). o) Diagramas MSd,desl e MRd1 BALANÇOS 7.9.2 Para os trechos de vigas em balanços, o detalhamento da ancoragem reta requer alguns cuidados especiais. Pela Figura 7.15 pode ser observado que, pelo detalhamento apresentado em 7.9.1, parte da armadura reta ancorada ficaria situada fora da viga. Figura 7.15 Vigas em balanço Embora dispositivos especiais de ancoragem possam ser usados para resolver a situação da armadura mostrada na Figura 7.15, é prática comum a dobra desta armadura para dentro da viga. Para se evitar que trechos expressivos de ancoragem se situem na vertical é conveniente adotar para b valores não superiores a 25% de b, como mostrado na Figura 7.16 ( b contado a partir da face final do balanço). Como as pontas de barras devem estar afastadas de 10 do diagrama MSd,desl e a parte dobrada não pode ser maior que d, tem-se para b: Equação 7.16 Se as desigualdades apresentadas na Erro! Fonte de referência não encontrada. não puderem ser verificadas imultaneamente, prevalece os 10 , desde que inferiores a d. Figura 7.16 Detalhe de armadura de viga em balanço O comprimento do trecho reto dobrado (trecho vertical), também, não deverá ser inferior a 10 (Figura 7.16). Para a definição do diâmetro do pino de dobramento das barras longitudinais que chegam a ponta do balanço deve ser usada a Tabela 7.6, apresentada em Erro! Fonte de referência não encontrada.. EXEMPLO 7.6 Detalhar a armadura negativa da viga abaixo representada. A viga tem 15 cm de base e 50 cm de altura. Dados: concreto: C20; e barra nervurada: CA 50. Considerar: somente solicitações normais; viga de seção retangular, sem armadura de compressão e simplesmente apoiada nos pilares; pilares com 20 cm de largura; estado limite último, combinações normais, edificação tipo 2 ( g = 1,4, q = 1,4, c = 1,4 e s = 1,15); a = d; armadura transversal (estribos): 6,3 mm; cobrimento nominal: 3 cm; e dimensão máxima do agregado: 12,5 mm. Obs.: peso próprio da viga incluído na carga gk. Solução: O valor de b é determinado de modo análogo ao do Erro! Fonte de referência não encontrada.. A determinação da armadura ecessária para resistir ao máximo momento fletor negativo é feita de modo análogo ao do Exemplo [5.2]. O posicionamento das barras é determinado de modo análogo ao mostrado na Figura 7.14. a) Diagrama MSd Verificação do valor de z e MRd1 (Equação 7.14 e Equação 7.15) g) Determinação dos comprimentos de ancoragem h) Diagrama MSd,desl i) Posicionamento vertical das barras em relação ao diagrama MSd,desl (apoio esquerdo) j) Leque de ancoragem e definição de b (apoio esquerdo) O ponto K corresponde ao ponto final de ancoragem (ponta de barra) das barras que irão cobrir o momento negativo que aparece na ponta do balanço devido ao deslocamento do diagrama MSd. O valor de b satisfaz a todas as desigualdades da Erro! Fonte de referência não encontrada., ou seja, menor ue 0,25 b (15,75 cm), menor que d (44,37 cm) e maior que 10 (10 cm). k) Diagramas MRd1 dos conjuntos de barras (apoio esquerdo) A dobra da barra N1 foi ajustada de 18 para 20 cm (15 cm correspondente a b mais 3 cm de cnom). l) Detalhamento da armadura longitudinal negativa Para detalhamento da armadura longitudinal positiva ver Exemplo 7.5. APOIOS EXTREMOS DE VIGAS 7.9.3 pode ser representada pela Figura 7.19. Figura 7.19 Ancoragem reta sem gancho O valor de b,nec é dado pela Erro! Fonte de referência não encontrada. e vale: Por outro lado, RSd da Figura 7.19 pode ser obtido da Equação 7.17 e vale: A tesão s que aparece na equação de b pode ser representada por: Introduzindo o valor de s na expressão de b,nec, tem-se: ou ainda, y d Sdef,s Sd bdef,s nec,b f V d aA Vd a f4 1 A Equação 7.18 O item 9.4.2.5 da ABNT NBR 6118, estabelece, para b,nec: cm10 10 3,0 max b nec,b Equação 7.19 Por outro lado, o item 18.3.2.4.1 da ABNT NBR 6118 define que os comprimentos de ancoragem, em apoios extremos, devem ser iguais ou superiores a r + 5,5 ou 60 mm. Como o limite de 60 mm (6 cm) é inferior a 100 mm (10 cm) e o maior diâmetro apresentado na Tabela 7.4 corresponde a 8 (raio 4 , r + 5,5 = 9,5 ), a verificação da Equação 7.19 atende, por inteiro, ao estabelecido em 18.3.2.4.1 da ABNT NBR 6118. Lembrando que: tem-se: Equação 7.20 Valores mínimos para b,nec podem, então, serem tabelados, como mostrado a seguir. b,nec c = 1,40 CA-50 (boa aderência) s = 1,15 concreto barras nervuradas 10 mm 12,5 mm 16 mm 20 mm 22 mm 25 mm 32 mm C20 13 cm 16 cm 21 cm 26 cm 29 cm 33 cm 42 cm C25 11 cm 14 cm 18 cm 23 cm 25 cm 28 cm 36 cm C30 10 cm 13 cm 16 cm 20 cm 22 cm 25 cm 32 cm C35 10 cm 13 cm 16 cm 20 cm 22 cm 25 cm 32 cm C40 10 cm 13 cm 16 cm 20 cm 22 cm 25 cm 32 cm C45 10 cm 13 cm 16 cm 20 cm 22 cm 25 cm 32 cm C50 10 cm 13 cm 16 cm 20 cm 22 cm 25 cm 32 cm Tabela 7.5 Valores mínimos de b,nec para ancoragem de apoio extremo Somando-se aos valores apresentados na Tabela 7.5, o cobrimento nominal (cnom), têm-se os valores mínimos para a dimensão do pilar (hpil). A junção da Equação 7.18 com a Equação 7.20, permite: y d Sdef,s bd y d Sd bdef,s nec,b f V d aA cm10 10 f f 43,0 Vd a f4 1 A b Equação 7.21 EXEMPLO 7.7 Detalhar a armadura positiva da viga abaixo representada. A viga tem 20 cm de base e 60 cm de altura. Dados: concreto: C25; e barra nervurada: CA-50. Considerar: somente solicitações normais; viga de seção retangular, sem armadura de compressão e simplesmente tttttttapoiada nos pilares; pilares com 20 cm de largura; estado limite último, combinações normais, edificação tipo 2 ( g = 1,4,t q = 1,4, c = 1,4 e s = 1,15); armadura transversal (estribos): 6,3 mm; cobrimento nominal: 3 cm; e dimensão máxima do agregado: 19 mm. Obs.: peso próprio da viga incluído na carga gk. Solução: O valor de b é determinado de modo análogo ao do Erro! Fonte de referência não encontrada..A eterminação da armadura necessária para resistir ao máximo momento fletor positivo é feita de modo análogo ao do Exemplo [5.1].A determinação de a é feita de modo análogo ao do Exemplo [6.7].Para a verificação da ancoragem de apoio extremo usar a Equação 7.21.O posicionamento das barras é determinado de modo análogo ao mostrado no Erro! Fonte de referência não encontrada.. a) Diagramas MSd e VSd OK OK h) Verificação de d i) Determinação de MRd1 SdM 21Rd kNcm60012kNcm3691379,144,5420126,0M Verificação do valor de z e MRd1 (Equação 7.14 e Equação 7.15) j) Determinação dos comprimentos de ancoragem k) Ancoragem de apoio extremo A Tabela 7.5 mostra que somente barras de 10 mm e 12,5 mm podem ser usadas como ancoragem de apoio extremo ( b,nec 17 cm). A escolha de barras de 12,5 mm para o máximo momento fletor positivo se mostrou correta. (mínimo de 2 barras de 12,5 chegando ao apoio 2,45 cm2) (5 barras de 12,5 mm igual a 6,14 cm2) Pelos cálculos referentes à ancoragem de apoio extremo, são necessárias 5 barras de 12,5 mm além da face do apoio da viga. Isto significa que todas as barras (5) definidas para o máximo momento fletor positivo deverão ser estendidas até os apoios. Verificações: OKcm1,14 cm10 cm5,1225,11010 cm1,14289,0 5,43 4 25,13,0 f f 4 3,0 max bd y d nec,b l) Diagrama MSd,desl m) Posicionamento vertical das barras em relação ao diagrama MSd,desl ANCORAGEM RETA COM GANCHO OU BARRA TRANSVERSAL SOLDADA 7.9.3.2 A ancoragem reta, com gancho ou barra transversal soldada, de apoio extremo de vigas de concreto armado pode ser representada pela Figura 7.20. Figura 7.20 Ancoragem reta com gancho De acordo com o item 9.4.2.5 da ABNT NBR 6118, o uso do gancho ou da barra transversal soldada, permite uma redução de 30% no comprimento de ancoragem. Se o gancho e a barra transversal soldada forem usados simultaneamente, a redução passa a ser de 50%. Desta forma a Equação 7.21 pode ser escrita como: y d Sdef,s bd y d Sd bdef,s nec,b f V d aA cm10 10 f f 4 3,0 maxVd a f4 1 A Equação 7.22 sendo: = ; = 0,7 quando houver barras transversais soldadas conforme 9.4.2.2; = 0,5 quando houver barras transversais soldadas conforme 9.4.2.2 e gancho, com cobrimento no ; Os valores mínimos para b,nec permanecem os mesmos da Equação 7.21, ou seja, os valores da Tabela 7.5 independem da existência de ganchos ou barras transversais soldadas. ARMADURA TRANSVERSAL NA ANCORAGEM 7.10 Embora as equações de ancoragem tenham sido estabelecidas em função da simplificação apresentada na Figura 7.3, onde é admitido que as tensões (forças) tangenciais são paralelas ao eixo da barra, a verdadeira distribuição de forças (tensões) na interface concreto-aço tem um aspecto mais próximo do apresentado na Figura 7.21. Nesta interface, as forças (tensões) diagonais de compressão (Rb,diag) atuantes no concreto são acompanhadas por forças (tensões) transversais de tração (Rb,traç) para o estabelecimento do equilíbrio do elemento x. Figura 7.21 - Região de ancoragem - equilíbrio de forças As forças (tensões) de tração (Rb,traç) são responsáveis pela criação de uma região microfissurada no entorno das barras de aço, conforme mostrado na Figura 7.22. Figura 7.22 - Microfissuras na região de ancoragem Nas regiões de ancoragem, microfissuradas como mostrado na Figura 7.22, podem ocorrer rupturas, como mostrado na Figura 7.23. Estas rupturas se configuram: pela separação ("split") do concreto no plano horizontal que contem as barras (Figura 7.23a); pela separação do concreto no plano horizontal que contem as barras, acompanhada de fendilhamentos em planos perpendiculares ao de ruptura (Figura 7.23b); e pela separação do concreto, em forma de cunhas ("notch") individuais (Figura 7.23c). Figura 7.23 - Tipos de ruptura em regiões de ancoragem Mostra, ainda, a Figura 7.23, que as rupturas em regiões de ancoragem são devidas, principalmente a: posição relativa entre as armaduras; e posição das barras dentro da massa de concreto. As providências a serem tomadas para evitar rupturas nas regiões de ancoragem consistem na adoção de: cobrimento adequado ( 3 ) das armaduras de tal forma que a região microfissurada fique interna ao concreto e afastada das bordas (Figura 7.24a); espaçamento adequado ( 3 ) entre as armaduras evitando ao máximo a sobreposição de regiões microfissuras (Figura 7.24b); e armaduras (estribos) que costurem os planos de ruptura ou fendilhamento (Figura 7.24c). Figura 7.24 - Providências para evitar rupturas em regiões de ancoragem ABNT NBR 6118, item 9.4.1.1: ARMADURA TRANSVERSAL PARA ANCORAGEM DE BARRAS DE DIÂMETRO 7.10.1 MENOR QUE 32 MM ABNT NBR 6118, item 9.4.2.6.1: considerando armadura transversal constituída por barras de 5 mm, tem-se: como o valor de sb deve ficar limitado a 60% da altura útil da viga ou a 30 cm, tem-se: e) Solução armadura transversal: 1 de 5 mm a cada 30 cm. ARMADURA TRANSVERSAL PARA ANCORAGEM DE BARRAS DE DIÂMETRO 7.10.2 MAIOR OU IGUAL A 32 MM ABNT NBR 6118, item 9.4.2.6.2: A colocação da armadura transversal, necessária em regiões de ancoragem, pode ser feita, como mostrado na Figura 7.26. Figura 7.26 - Armadura transversal de barras ancoradas - long 32 mm Para as barras verticais (Axwy,b), a equivalência de forças longitudinais e transversais resulta: Equação 7.25 onde: Aswy,b corresponde a área da seção transversal de uma barra vertical e sua somatória abrange todas as barras colocadas ao longo do comprimento de ancoragem b (na Figura 7.26 são mostradas apenas quatro destas barras); e As corresponde a área da seção transversal de uma das barras ancoradas e sua somatória abrange todas as barras que compõem o plano de fendilhamento X (barras 1, 2, 3 e 4 da Figura 7.26). Para as barras verticais (Axwx,b), a equivalência de forças longitudinais e transversais resulta: Equação 7.26 onde: Aswx,b corresponde a área da seção transversal de uma barra horizontal e sua somatória abrange todas as barras colocadas ao longo do comprimento de ancoragem b (na Figura 7.26 são mostradas apenas duas destas barras); e As corresponde a área da seção transversal de uma das barras ancoradas e sua somatória abrange todas as barras que compõem o plano de fendilhamento Y (barras 5 e 6 da Figura 7.26). ANCORAGEM DE BARRAS COMPRIMIDAS 7.11 Não deve haver distinção entre comprimentos de ancoragem de barras tracionadas ou comprimidas. A única exigência feita pela ABNT NBR 6118, item 9.4.2.1 é que as barras comprimidas devem ser ancoradas sem gancho em suas extremidades. Figura 7.27 Sapatas e blocos sobre estacas No caso específico de sapatas e blocos sobre estacas (Figura 7.27), onde nascem pilares, a aplicação direta da Erro! Fonte de referência não encontrada., para ancoragem de barras dentro destas estruturas, não deve ser eita. É recomendado que o limite mínimo 0,3 b seja aumentado para 0,8 b, de tal forma que: Equação 7.27 EXEMPLO 7.9 Um pilar de seção transversal 25 cm x 50 cm nasce de um bloco de fundação que tem 70 cm de altura útil e será construído com concreto classe C15. Sabendo-se que o pilar necessita 18,05 cm2 de área de armadura de aço CA-50 (barras nervuradas) para resistir às solicitações normais de compressão (ELU), determinar o número de barras de 32 mm necessárias para compor a armadura longitudinal deste pilar. Ao final dos cálculos, apresentar o diagrama Rsd da barra. Solução: A solução deste problema consiste em se determinar, para as barras do pilar, um comprimento de ancoragem igual ou inferior a 70 cm (altura útil do bloco de fundação). Os cálculos mostrarão que é impossível ancorar barras de 32 mm neste bloco. O valor de b,nec deverá ser determinado pela Equação 7.27, com fbd definido pela Erro! Fonte de referência não ncontrada.. Para 1 deverá ser usado o valor 2,25 que corresponde a barra nervurada; para 2 deverá ser usado o valor 1,0 que corresponde a situação de boa aderência ( cm68 cm10mm100 cm106,11010 cm68205,0 5,43 4 6,18,0 maxcm5612,24 05,18 205,0 5,43 4 6,1 nec,b i) Diagrama Rsd (ver Figura 7.11) BARRAS LISAS E BARRAS COM ALTERNÂNCIA DE SOLICITAÇÃO 7.12 Segundo o item 9.4.2.1 da ABNT NBR 6118, é obrigatório o uso de ganchos nas ancoragens de barras lisas tracionadas. Por outro lado, as barras que tenham alternância de solicitação, tração e compressão, não devem ser ancoradas com ganchos em suas extremidades. ANCORAGEM DE ESTRIBOS 7.13 Segundo o item 9.4.6 da ABNT NBR 6118, a ancoragem dos estribos deve necessariamente ser garantida por meio de ganchos ou barras longitudinais soldadas. Os ganchos dos estribos podem ser (Figura 7.28); a) semicirculares ou em ângulo de 45° (interno), com ponta reta de comprimento igual a 5 t, porém não inferior a 5 cm; e b) em ângulo reto, com ponta reta de comprimento maior ou igual a 10 t, porém não inferior a 7 cm (este tipo de gancho não deve ser utilizado para barras e fios lisos) Figura 7.28 Ancoragem de estribos O diâmetro interno da curvatura dos estribos (Figura 7.28) deve ser, no mínimo, igual ao indicado na Tabela 7.6. Bitola (mm) Tipo de Aço CA-25 CA-50 CA-60 t 10 3 t 3 t 3 t 10 < t <20 4 t 5 t - t 20 5 t 8 t - Tabela 7.6 Diâmetro dos pinos de dobramento para estribos SIMBOLOGIA ESPECÍFICA 7.14 SÍMBOLOS BASE 7.14.1 ah espaçamento horizontal mínimo livre entre as faces das barras longitudinais, medido no plano da seção transversal a distância correspondente a decalagem do diagrama de força no banzo tracionado av espaçamento vertical mínimo livre entre as faces das barras longitudinais, medido no plano da seção transversal bw largura da viga cnom cobrimento nominal d altura útil distância da fibra de concreto mais comprimida até o centro de gravidade da armadura tracionada dmax dimensão máxima do agregado graúdo fbd resistência de aderência de cálculo fcd resistência à compressão do concreto de cálculo fck resistência à compressão do concreto característica fckj resistência à compressão do concreto característica aos j dias fctd resistência à tração do concreto de cálculo fctk resistência à tração do concreto característica fctk,inf resistência à tração do concreto característica inferior fct,m resistência à tração do concreto média fctk,sup resistência à tração do concreto característica superior fyd resistência ao escoamento do aço da armadura transversal que atua na região de ancoragem de barras fyk resistência ao escoamento do aço característica fywd,b resistência ao escoamento do aço característica da armadura transversal de barras ancoradas gk valor característico da ação permanente h altura da viga hpil dimensão do pilar h0 menor altura de sapata b comprimento de ancoragem básico b,min comprimento de ancoragem mínimo b,nec comprimento de ancoragem necessário m número de barras n número de barras r raio interno mínimo de curvatura sb espaçamento da armadura transversal que atua na região de ancoragem de barras u perímetro x abscissa y altura do retângulo de tensões c ycg posição do centro de gravidade da seção transversal de um conjunto de barras longitudinais (tracionadas ou comprimidas) em relação à geratriz mais afastada da linha neutra, medida normalmente a esta z braço de alavanca Ac área de concreto As área da seção transversal da armadura longitudinal tracionada As,apoio área da seção transversal da armadura longitudinal tracionada no apoio As,cal área da seção transversal da armadura longitudinal calculada As,ef área da seção transversal da armadura longitudinal efetiva As,max área da seção transversal da armadura longitudinal tracionada máxima As,min área da seção transversal da armadura longitudinal tracionada mínima As,vão área da seção transversal da armadura longitudinal tracionada no vão Asw,b área da seção transversal da armadura transversal que atua na região de ancoragem de barras Aswx,b área da seção transversal da armadura transversal que atua na região de ancoragem de barras, referentes ao plano de fendilhamento y Aswy,b área da seção transversal da armadura transversal que atua na região de ancoragem de barras, referentes ao plano de fendilhamento x D diâmetro dos pinos de dobramento Gk valor característico da ação permanente Mapoio momento fletor atuante no apoio EXERCÍCIOS 7.15 EX. 7.1 Complete o quadro abaixo considerando ELU. Forneça os valores de b na forma n , sendo n um número inteiro e o diâmetro da barra a ser ancorada. Aço Concreto fbd (MPa) b(boa ader.) b(má ader.) CA-25 C20 CA-50 C25 CA-50 C30 CA-60 C35 CA-60 C40 EX. 7.2 Determinar os comprimentos das barras necessárias para resistir o momento fletor solicitante de cálculo (negativo) do apoio B da viga abaixo representada. Detalhar a armadura usando barras de 16 mm. Dados: concreto: C20; e barras nervuradas: CA-50. Considerar: somente solicitações normais; viga de seção retangular, simplesmente apoiada nos pilares; estado limite último, combinações normais, edificação tipo 2 ( g = 1,4, q = 1,4, c = 1,4 e s = 1,15); d = 60 cm; bw = 18 cm; e a = d. Escalas: vãos: 1 cm = 50 cm (1:50); e momentos: 1 cm = 20 kNm (1:20). EX. 7.3 Detalhar a armadura longitudinal da viga abaixo indicada. Dados: concreto: C20; e barra nervurada: CA-50. Considerar: somente solicitações normais; viga de seção retangular, simplesmente apoiada nos pilares; estado limite último, combinações normais, edificação tipo 2 ( g = 1,4, q = 1,4, c = 1,4 e s = 1,15); bw = 20 cm; armadura transversal (estribos): 6,3 mm; cobrimento nominal: 3 cm; e dimensão máxima do agregado: 19 mm. Obs.: peso próprio da viga desprezível. Escalas: vãos: 1 cm = 50 cm (1:50); e momentos: 1 cm = 20 kNm (1:20). EX. 7.4 Detalhar a armadura longitudinal da viga abaixo indicada. Dados: concreto: C25; e barra nervurada: CA-50. Considerar: somente solicitações normais; viga de seção retangular, simplesmente apoiada nos pilares; estado limite último, combinações normais, edificação tipo 2 ( g = 1,4, q = 1,4, c = 1,4 e s = 1,15); bw = 20 cm; armadura transversal (estribos): 6,3 mm; cobrimento nominal: 3 cm; e dimensão máxima do agregado: 19 mm. Obs.: peso próprio da viga desprezível. Escalas: vãos: 1 cm = 50 cm (1:50); e momentos: 1 cm = 20 kNm (1:20). EX. 7.5 Detalhar a armadura de flexão mais econômica (barras de menores comprimentos possíveis) para a viga abaixo indicada. Dados: concreto: C25; e barra nervurada: CA-50. Considerar: somente solicitações normais; viga de seção retangular, simplesmente apoiada nos pilares; estado limite último, combinações normais, edificação tipo 2 ( g = 1,4, q = 1,4, c = 1,4 e s = 1,15); bw = 20 cm; armadura longitudinal: 16 mm; armadura transversal (estribos): 6,3 mm; cobrimento nominal: 3 cm; e dimensão máxima do agregado: 19 mm. Obs.: as barras deverão ser detalhadas aos pares (duas por vez); o posicionamento da armadura deverá ser, obrigatoriamente, referido à face interna do pilar esquerdo (A); o carregamento é permanente (cargas atuando simultaneamente) e os valores apresentados são característicos; e peso próprio da viga desprezível. Escalas: vãos: 1 cm = 50 cm (1:50); e momentos: 1 cm = 20 kNm (1:20). EX. 7.6 Detalhar as armaduras positivas e negativas (barras de menores comprimentos possíveis) para a viga abaixo indicada. EX. 7.10 O pilar abaixo representado, cujo cálculo da armadura longitudinal de compressão resultou em uma área de aço (As,cal) igual a 14,40 cm2, deverá ser suportado por uma sapata cuja altura não poderá ultrapassar 65 cm. Observadas as regras de ancoragem reta estabelecidas pela ABNT NBR 6118, definir a menor altura possível para a sapata de tal forma que a seção transversal do pilar apresente a menor quantidade de barras (número par). Considerar: concreto: C15; barra nervurada: CA-50; altura útil da sapata: d = h 5 cm; e combinação normal de carregamento ELU. EX. 7.11 Determinar a menor largura possível para o pilar abaixo representado, de tal forma que as armaduras negativas da viga possam nele se ancorar. A armadura da viga, necessária para resistir ao momento fletor solicitante de cálculo, atuante na região próxima do pilar, resultou em 2,12 cm2, tendo sido optado pelo uso de 3 barras de 16 mm. Considerar: concreto: C20; barra nervurada: CA-50; cobrimento da armadura: 3 cm; e combinação normal de carregamento ELU. [EE início da ancoragem. | UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ

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