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Pilares 01, Notas de estudo de Engenharia Civil

pilares curtos

Tipologia: Notas de estudo

2014

Compartilhado em 09/06/2014

johnny-olliveira-9
johnny-olliveira-9 🇧🇷

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bg1
1
PILARES
Volume 3
2
1- INTRODUÇÃO
F
d
le
2
F
d
M
1d
M
1d
e
1
=M
1d
/F
d
e
2
F
d
F
d
=
d
M1
= momento fletor
de primeira ordem
22 eFM dd
=
= momento fletor
de segunda ordem
ddd MMM 21 +
=
= momento total
Dimensionar para
d
M
e
dd FN
=
(Problema de flexo-compressão)
pf3
pf4
pf5
pf8
pf9
pfa
pfd
pfe
pff
pf12
pf13
pf14
pf15
pf16
pf17
pf18
pf19
pf1a
pf1b
pf1c
pf1d
pf1e
pf1f
pf20
pf21
pf22
pf23
pf24
pf25
pf26
pf27
pf28

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1

PILARES

Volume 3

1- INTRODUÇÃO

F (^) d

l

e (^2)

F (^) d

M (^) 1d

M1d

e 2 e 1 =M1d/F (^) d

F (^) d

F (^) d

M 1 d = momento fletor

de primeira ordem

M 2 d = Fde 2 = momento fletor

de segunda ordem

M d = M 1 d + M 2 d = momento total

Dimensionar para M d e N d = Fd

(Problema de flexo-compressão)

3

Simplificações das normas de projeto

  • Nos pilares curtos ( λ ≤ λ 1 ): pode-se desprezar M (^) 2 d
  • Nos pilares moderadamente esbeltos ( λ 1 <λ≤ 90 ): pode-se

calcular M 2 d por algum processo simplificado

  • Nos pilares esbeltos ( λ > 90 ) : exige-se o cálculo rigoroso de

M 2 d (através de métodos numéricos iterativos e incrementais;

exemplo: software JM PILAR 2009).

  • Nos pilares intermediários e pilares de extremidade:

dimensionamento à flexo-compressão normal.

  • Nos pilares de canto: dimensionamento à flexo-compressão

oblíqua.

Para os pilares curtos e moderadamente esbeltos: calculamos

M 2 d por processo aproximado e dimensionamentos a seção à

flexo-compressão.

2- DIMENSIONAMENTO À FLEXO-COMPRESSÃO

NORMAL

h/

h/

h

LN

x c

N (^) d e

Md

c

N (^) d

ƒ O problema

7

Tabelas para dimensionamento de seções retangulares

(Apêndice 1)

Com δ = d ′ h e a disposição das barras ⇒ identificar a tabela

σ cd = 0 , 85 f cd ;

ck cd

f

f = ;

yk yd

f

f = ;

cd

d

bh

N

σ

cd

d

bh

M

σ

Ler a taxa mecânica de armadura ω.

Calcular a área total da armadura

yd

cd

As bh f

σ

As tabelas são restritas aos concretos do Grupo I (concretos com f (^) ck ≤ 50 MPa).

Exemplo:

4

4

40

20cm

e

Nk

c

Aço CA-50: f (^) yk = 500 MPa.

N (^) k = 410 kN; e = 25 cm;

f (^) ck = (^20) MPa;

(Seção com duas camadas de armadura)

cd =^ ck = ≅

f f MPa (^) ⇒ f (^) cd = 1 , 4 kN/cm 2

σ cd = 0 , 85 fcd = 12 MPa ⇒ σ cd = 1 , 2 kN/cm 2

yk yd

f f kN/cm 2

9

N (^) d = 1 , 4 Nk = 1 , 4 x 410 ⇒ Nd = 574 kN M (^) d = Nde = 574 x 25 ⇒ Md = 14350 kNcm

bh x x

N

cd

d

μ = bh 2 σ = x 2 x ⇒μ=

M

cd

d

h

d

Tabela A1.2: Interpolando ω = 0 , 71.

0 , 71 x 20 x 40 x f

A bh yd

cd s = =

ω ⇒ As = 15 , 7 cm 2

Se μ = 0,37:

ω = anterior + diferença x 0,

Regra prática

Interpolação linear

13

3- DIAGRAMAS DE INTERAÇÃO NA FLEXO-

COMPRESSÃO NORMAL

  • Em vez de tabelas de dimensionamento, podem-se empregar gráficos denominados diagramas de interação.
  • Para elaborar um diagrama, utiliza-se o mesmo processo iterativo.

Fórmulas aproximadas para flexo-compressão normal

Fórmulas apresentadas por Montoya: válidas para seções retangulares com duas camadas de armadura.

ν ≤ 1 ⇒μ= ( 0 , 5 −δ) βω+ 0 , 468 ν( 1 −ν) (1) ν > 1 ⇒μ= ( 0 , 5 −δ) β( ω+ 1 −ν) (2)

Valores de β

ν 0 0,5^ 0,6^ 0,7^ 0,8^ 0.9^ ≥ 1,

Resolvendo o exemplo anterior com a fórmula:

De (1):

( ) ( )

yd

cd As bh f

ω cm^2

f (^) ck ≤ 50 MPa

15

4- A FLEXO-COMPRESSÃO OBLÍQUA

L N

x

x (^) o

y N (^) d

α

O problema fica mais complicado, pois a inclinação da linha neutra passa a ser incógnita.

Empregando o diagrama retangular, devemos trabalhar com

σ cd = 0 , 80 f cd.

σ (^) cd = α cf cd , se a largura não diminuir

σ (^) cd = 0 , 9 α cf cd , se a largura diminuir

Temos os dois casos Adotar ⇓ σ (^) cd = 0 , 95 α cf cd

Se f (^) ck ≤ 50 MPa, obtém-se σ (^) cd = 0 , 80 fcd.

y

x

ex

ey

Nd

xsi

ysi

Esforço normal: Nd

Momentos fletores: M (^) xd = Nde x e M (^) yd = Nde y

A cc = área comprimida com

a tensão σ cd

σ sdi = tensão de cálculo na

barra (^) i A si = área da barra i

19

Exemplo:

20cm

40 x

y 4

4 Concreto:^ f^ ck =^20 MPa Aço CA-50 ( f (^) yk = 50 kN/cm 2 ) Dados:

Nk = 800 kN ;

M (^) xk = 2000 kNcm M (^) yk = 4000 kNcm

cd =^ ck

f f MPa;

σ cd = 0 , 80 fcd = 11 , 2 MPa; σ cd = 1 , 12 kN/cm 2.

yk yd

f f kN/cm 2 ; h (^) x = 20 cm; h (^) y = 40 cm.

Ac = hxhy = 20 x 40 ⇒ Ac = 800 cm 2

N (^) d = 1 , 4 Nk = 1 , 4 x 800 ⇒ Nd = 1120 kN M (^) xd = 1 , 4 Mxk = 1 , 4 x 2000 ⇒ Mxd = 2800 kNcm M (^) yd = 1 , 4 Myk = 1 , 4 x 4000 ⇒ Myd = 5600 kNcm

A x

N

c cd

d

= = ⇒ xc x cd

xd x (^) A h x x

M

= = ⇒ yc y cd

yd y A h x x

M

21

Tabela A2.2: Interpolando ⇓

Para ν = 1 , 2 : ω= 0 , 85

Para ν = 1 , 4 : ω= 1 , 02

Interpolando novamente para ν = 1 , 25 : ω = 0 , 89.

= = ⇒ s = yd

c cd s A

x x f

A

A

cm 2.

5- ESTRUTURAS INDESLOCÁVEIS

  • Subestrutura de contraventamento
    • Função principal: resistir às ações horizontais (vento).
    • Também recebe cargas verticais.
    • Deve garantir a indeslocabilidade horizontal do edifício.
    • Os seus pilares são denominados de pilares de contraventamento.
  • Subestrutura contraventada
    • Função principal: resistir às cargas verticais.
    • Os seus pilares são denominados de pilares contraventados.
    • Esses pilares podem ser calculados como se fossem apoiados no nível das lajes de piso.

25

A rigidez equivalente também pode ser determinada considerando uma carga horizontal p^ , uniformemente distribuída.

U

ph EI (^) eq tot 8

4 = (^) (modelo de carga uniforme)

PROCEDIMENTO RECOMENDADO

A) Parâmetros de instabilidade para contraventamento feito por paredes estruturais e/ou pilares-parede

α = ≤ α lim

cs c

V tot (^) E I

F

h (estrutura indeslocável) (6.2.6)

E cs = módulo secante do concreto, I (^) c = momento de inércia da seção de concreto simples.

O coeficiente (^) α (^) lim é função do número de andares (^) n do edifício e do estado de fissuração do elemento de contraventamento.

  • para elementos não fissurados:

n

α lim = 0 , 67 1 − (6.2.7)

  • para elementos fissurados:

n

α lim = 0 , 47 1 − (6.2.8)

  • Determinam-se as tensões de tração no concreto, para as cargas horizontais e as cargas verticais de cálculo que atuam no elemento estrutural (problema de flexão composta da Resistência dos Materiais).

27

  • Comparam-se as tensões de tração máximas em cada andar com a

resistência à tração característica inferior do concreto, f (^) ctk ,inf, para

saber o estado de fissuração do elemento de contraventamento.

  • Pode-se fazer uma interpolação linear entre os valores dados nas equações (6.2.7) e (6.2.8), com base no tamanho do trecho do pilar- parede que se encontra fissurado.

B) Parâmetros de instabilidade para contraventamento feito por pórticos

  • Determina-se a rigidez equivalente EI (^) eq dos pórticos com o

modelo de carga uniforme.

  • Na análise dos pórticos para cálculo do deslocamento horizontal

U , considera-se a rigidez EI = 0 , 70 Ecs Ic , para os pilares, e EI = 0 , 35 Ecs I c , para as vigas.

α = ≤ α lim eq

V

tot EI

F

h (estrutura indeslocável) (6.2.9)

lim =^0 ,^661 − ≤ n

C) Parâmetros de instabilidade para contraventamento feito pela associação de pórticos com paredes e/ou pilares-parede

  • A rigidez equivalente da associação é obtida como para os pórticos.
  • A princípio, considera-se (^) EI = 0 , 70 Ecs Ic para uma parede ou pilar-parede. Porém, se ficar comprovado que esse elemento está fissurado para as cargas de cálculo, deve-se repetir a análise do conjunto considerando (^) EI = 0 , 35 Ecs Ic para o mesmo.

31

Exemplo 1:

Verificar se o pilar-parede da fig. 6.2.2 é suficiente para garantir a indeslocabilidade de um edifício de 8 andares, cuja altura total desde a fundação é igual a 25 m. A soma de t odas as cargas verticais de

serviço é igual a 25.000 kN e o concreto possui f (^) ck = 20 MPa.

x (^) c

y (^) c

y

x

0,15 0,50^ 2,70m^ 0,50^ 0,

0,

1,

0,

c

Fig. 6.2.2 - Pilar-parede de contraventamento

xc = 2 m ; yc = 0 , 63 m. (coordenadas do centróide)

I x = 3 , 02 m^4 (em torno de y ) ; I y = 0 , 54 m^4 (em torno de x )

13 ⎟^ ≅ ⎠

E = x ⎛^ + cs MPa

E 25760 x 103 cs =^ kN/m

2

Substituindo n = 8 nas equações (6.2.7) e (6.2.8), obtém-se:

  • pilar-parede não fissurado: α (^) lim = 0 , 64 ;
  • pilar-parede fissurado: α (^) lim = 0 , 45.

33

x x

α x

O pilar-parede sozinho é suficiente para garantir a indeslocabilidade nesta direção, independentemente do seu estado de fissuração.

x x

α y

O pilar-parede sozinho não é suficiente para garantir a

indeslocabilidade na direção y , mesmo que ele se encontre não

fissurado.

Exemplo 2: Determinar a rigidez equivalente do pórtico

1

2

15

5 m 5 m

4 m

4 m

4 m

Vigas: 20cm x 60cm

Pilares: 20cm x 50cm

f (^) ck = 25 MPa

Pilares: EI = 0 , 70 Ecs Ic ; Vigas: EI = 0 , 35 Ecs Ic

Ecs = 27200 MPa

htot = 60 m

37

7- PROCESSO SIMPLIFICADO PARA

CONSIDERAÇÃO DOS EFEITOS DE SEGUNDA

ORDEM

M (^) 1d =F (^) d e 1

F (^) d

M (^) 1d

F (^) d

l

ec e 2 e (^1)

F (^) d

F (^) d

(Válido para λ ≤ 90 )

Excentricidade de segunda ordem:

( ) h

l e o^0 ,^5

2 2

c cd

d o (^) A f

F

A c = área da seção de concreto; h = altura na direção considerada

Excentricidade de fluência:

∞ 1 e k^1

k P F

F ec e e

ϕ

, se λ> 50

e = base do logaritmo neperiano;

ϕ ∞= coeficiente final de fluência;

Carga de Euler: (^2)

2

e

cs c e l

E I

P

Pode desprezar a fluência se λ≤ 50

Esforços para dimensionamento:

N (^) d = F d e M (^) d = Fd ( e 1 + e 2 + ec ).

39

8- EXCENTRICIDADE ACIDENTAL E

EXCENTRICIDADE MÍNIMA

Excentricidade acidental Excentricidade mínima

e a

l e =

(leva em conta as imperfeições do eixo do pilar)

e 1 (^) , min = 1 , 5 + 0 , 03 h , cm

(cobre os erros de avaliação do momento inicial)

Excentricidade de primeira ordem : e (^) 1 = ei + ea ; F

M

e (^) i = i

9- SITUAÇÕES DE PROJETO DOS PILARES

canto extremidade

intermediário

Pilar intermediário : podemos desprezar os momentos iniciais transmitidos pelas vigas; situação de projeto: compressão centrada.

Pilar de extremidade : considerar os momentos iniciais; situação de projeto: flexo-compressão normal.

Pilar de canto : considerar os momentos iniciais nas duas direções; situação de projeto: flexo-compressão oblíqua.