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PUBLICAÇÕES TÉCNICAS IBRACON
Comentários Técnicos e Exemplos de Aplicação da
NB-1
NBR 6118:2003 Projeto de estruturas de concreto –
Procedimento
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LOGOTIPO DOS PATROCINADORES E DAS
EMPRESAS SÓCIAS DO IBRACON
3
IBRACON
Instituto Brasileiro do Concreto
Fundado em 23 de junho de 1972
Lema: “Ciência e Tecnologia para o Desenvolvimento
do Concreto e da Construção Civil”
Comentários Técnicos e Exemplos de Aplicação da NB-1
NBR 6118:2003 Projeto de estruturas de concreto – Procedimento
ISBN:
Autores: Fernando Rebouças Stucchi, Alio Ernesto Kimura, Antonio Bugan, Antonio Carlos Laranjeiras, Antranig
Muradian, Arthur L. Pitta, Augusto Vasconcelos, Claudinei Pinheiro Machado, Daniel Domingues Loriggio, Eduardo
Thomaz, Eugênio Cauduro, Fernando Fernandes Fontes, Francisco Graziano, Inês Laranjeira da Silva Battagin,
João Bosco, João Carlos Della Bella, Joaquim Mota, José Augusto da Silva Gante, José Celso da Cunha, José Luiz
Melges, José Martins Laginha, José Zamarion Ferreira Diniz, Lauro Modesto dos Santos, Leonardo de Araújo dos
Santos, Libânio Miranda Pinheiro, Lídia Shehata, Luiz Aurélio Fortes da Silva, Luís Cholfe, Marcelo Waimberg,
Marcio A. Ramalho, Marcio R. S. Correa, Mario Franco, Mauro Vasconcelos Real, Nelson Covas, Nílvea Bugno
Zamboni, Paulo Roberto do Lago Helene, Ricardo Gaspar, Ricardo Leopoldo e Silva França, Roberto Buchaim, Ruy
Nobhiro Oyamada, Sérgio Cifú, Sergio Hampshire, Sérgio Mangini, Sergio Stolovas, Túlio Nogueira Bittencourt,
Waldemar dos Santos Jr., Wanda Vaz.
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Comentários Técnicos e Exemplos de Aplicação da NB-1 NBR 6118:2003 Projeto de estruturas de concreto –
Procedimento – São Paulo: IBRACON, 2006
268 páginas 21cm x 29,7cm
ISBN
Concreto armado; Exemplos; Normalização;
Comentários Técnicos e Exemplos de Aplicação da NB-1 NBR 6118:2003 Projeto de estruturas de concreto –
Procedimento
Direitos autorais do IBRACON
Editora: IBRACON
Rua Julieta do Espírito Santo Pinheiro, 68 – Jardim Olímpia
São Paulo – SP – Brasil.
05542-120
Impressão:
5
Fundado em 1972
Missão do Ibracon
Divulgar a tecnologia do concreto e desenvolver o seu mercado, articulando seus agentes, em benefício
dos consumidores e da sociedade em geral, em harmonia com o meio ambiente.
Diretoria
Biênio 2005/2007
Diretor Presidente
Paulo Roberto do Lago Helene
Assessores da Presidência
Alexandre Baumgart
Augusto Carlos de Vasconcelos
Jorge Batlouni Neto
Martin Eugênio Sola
Ruy Ohtake
Diretor 1º Vice Presidente
Claudio Sbrighi Neto
Diretor 2º Vice Presidente
Eduardo Serrano
Diretor 3º Vice Presidente
Mário William Esper
Diretor 1º Secretário
Antônio Domingues de Figueiredo
Diretor 2º Secretário
Sonia Regina Freitas
Diretor 1º Tesoureiro
Luiz Prado Vieira Júnior
Diretor 2º Tesoureiro
Laércio Amâncio de Lima
Diretor de Eventos
Luiz Rodolfo Araújo de Moraes Rêgo
Diretor de Marketing
Wagner Roberto Lopes
Diretor Técnico
Rubens Machado Bittencourt
Diretor de Relações Institucionais
Paulo Fernando Araújo da Silva
Diretor de Publicações e Divulgação Técnica
Ana Elisabete Paganelli Guimarães de Avila Jacintho
Diretor de Pesquisa e Desenvolvimento
Túlio Nogueira Bittencourt
Diretor de Cursos
Juan Fernando Matias Martín
Diretor de Informática
Julio Timerman
Conselho Diretor
Conselheiros Titulares Individuais
Augusto Carlos de Vasconcelos
Denise Carpena C. Dal Molin
Túlio Nogueira Bittencourt
Geraldo Cechella Isaia
Cláudio Sbrighi Neto
Rubens Machado Bittencourt
Antônio Carlos Reis Laranjeiras
Vladimir Antônio Paulon
Luiz Prado Vieira Junior
Ênio José Pazini Figueiredo
Conselheiros Titulares Coletivos e Mantenedores
ABCP – Associação Brasileira de Cimento Portland
IPT – Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado
de São Paulo
FURNAS Centrais Elétricas S/A
Escola Politécnica da Universidade de São Paulo –
PCC/USP
DEGUSSA
Escola Politécnica da Universidade de São Paulo –
PEF/USP
Companhia Siderúrgica BELGO MINEIRA S/A
Universidade Federal do Rio Grande do Sul - UFRGS
Escola de Engenharia de São Carlos – EESC – USP
ABESC – Associação Brasileira de Serviços de
Concretagem
GERDAU S/A ? (não está no site)
Conselheiros Permanentes
Paulo Roberto do Lago Helene
Eduardo Antonio Serrano
Selmo Chapira Kuperman
José Zamarion Ferreira Diniz
Ronaldo Tartuce
Simão Priszkulnik
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Prefácio
O Instituto Brasileiro de Concreto – IBRACON tem como uma de suas principais atividades,
elaborar e divulgar trabalhos técnicos que induzam à melhor prática do uso do concreto.
Com esse enfoque, diversos tipos de documentos são preparados pelos Comitês Técnicos do
IBRACON, dentre os quais encontram-se as Práticas Recomendadas, que consistem em
documentos didáticos, apresentando soluções tecnicamente corretas para o uso do concreto.
Uma Prática Recomendada IBRACON pode ser abrangente ou específica, em função de seu
objetivo e, como neste caso, pode ser elaborada no intuito de esclarecer procedimentos
relativos à aplicação de uma Norma Técnica.
Esta publicação foi elaborada pelo CT-301 – Concreto Estrutural, que tem por objetivo avaliar
continuamente o estado de avanço tecnológico do concreto estrutural, estimulando a pesquisa
em seus campos de aplicação, além de estudar problemas específicos e inovações ocorridas
nesses campos e elaborar recomendações sobre projeto e execução de obras em concreto
estrutural.
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Índice Página
Prefácio 2
Introdução 5
Histórico 6
Princípios básicos da nova NB-1 (NBR6118:2003) 8
Tópicos novos da Norma 9
Primeira Parte - Comentários Técnicos (Segunda Edição) 10
C 1 Objetivo 11
C 2 Documentos complementares 11
C 3 Definições 11
C 4 Simbologia 12
C 5 Requisitos gerais da qualidade da estrutura e avaliação da conformidade do projeto 12
C 6 Diretrizes para durabilidade das estruturas de concreto 17
C 7 Critérios de projeto visando a durabilidade 22
C 8 Propriedades dos materiais 29
C 9 Comportamento conjunto dos materiais 33
C 10 Segurança e estados limites 36
C 11 Ações 37
C 12 Resistências 48
C 13 Limites para dimensões, deslocamentos e abertura de fissuras 48
C 14 Análise estrutural 49
C 15 Instabilidade e efeitos de segunda ordem 55
C 16 Princípios gerais dimensionamento, verificação e detalhamento 56
C 17 Dimensionamento e verificação de elementos lineares 57
C 18 Detalhamento de elementos lineares 62
C 19 Dimensionamento e verificação de lajes 65
C 20 Detalhamento de lajes 73
C 21 Regiões especiais 77
C 22 Elementos especiais 79
C 23 Ações dinâmicas e fadiga 83
C 24 Concreto simples 84
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C 25 Interfaces do projeto com a construção, utilização e manutenção 87
Bibliografia citada nos Comentários Técnicos 88
Segunda Parte – Exemplos de Aplicação (Primeira Edição) 90
Análise estrutural de edifício comercial incluindo cálculo das solicitações nos pilares e
vigas do eixo 1 (exemplo de aplicação dos conceitos das seções 5, 6 e 11) 91
Vigas de edifícios - Análise linear com redistribuição e análise plástica (exemplos de
aplicação dos conceitos da seção 14) 119
Análise Elástica com redistribuição limitada de solicitações (exemplos de aplicação dos
conceitos da seção 14) 133
Rigidez e rotação plástica de peças fletidas (exemplos de aplicação dos conceitos da
seção 14) 140
Pilares (exemplos de aplicação dos conceitos da seção 15) 155
Verificação de vigas sujeitas à força cortante (exemplos de aplicação dos conceitos da
seção 17) 197Estados limites de serviço em vigas de concreto armado (exemplos de aplicação dos
conceitos da seção 17) 210
Lajes (exemplos de aplicação dos conceitos da seção 19) 218
Punção em lajes lisas (exemplos de aplicação dos conceitos da seção 19) 235
5
Introdução
Esta Prática Recomendada IBRACON foi elaborada com a finalidade de complementar e
esclarecer alguns aspectos dos procedimentos estabelecidos de maneira muito concisa na
NBR 6118:2003.
Optou-se por esta iniciativa, tendo em vista ser esta Norma um documento de uso obrigatório
(Norma técnica) que regulamenta de forma clara, mas muito ampla, os requisitos que devem
necessariamente ser cumpridos no Projeto de Estruturas de Concreto e, seguindo os preceitos
normativos, facilitar a correta compreensão desses procedimentos e detalhar a análise de
exemplos de aplicação que facilitem a elaboração desses Projetos.
O escopo da nova Norma, que é ao mesmo tempo conservador e arrojado, contempla o
concreto estrutural de classe de resistência até C50 em seu mais amplo espectro de
aplicações, incorporando as mais modernas tendências e conceitos mundiais relativos a
Projeto de Estruturas aos avanços já obtidos pelo País por sua tradição em construções de
concreto.
No intuito de aliar os necessários esclarecimentos e informações sobre as questões tratadas na
NBR 6118:2003 a uma apresentação didática, esta Prática Recomendada IBRACON aborda o
Projeto Estrutural a partir de uma análise específica de alguns requisitos, finalizando com uma
visão global da concepção estrutural de um edifício. Este trabalho é composto de duas partes:
Ø Comentários Técnicos (primeira parte)
Ø Exemplos de Aplicação (segunda parte)
Cumpre esclarecer que os Comentários Técnicos foram publicados em primeira edição no
documento a seguir referenciado, tendo sido atualizados nesta nova versão:
INSTITUTO BRASILEIRO DO CONCRETO. Prática Recomendada IBRACON –
Comentários Técnicos NBR 6118:2003.São Paulo, junho de 2003, 67p.
Os capítulos desta publicação mantêm correspondência com as seções identificadas pelo
mesmo número na Norma, porém, quando se trata de comentários, a numeração dos capítulos
e itens desta publicação é precedida pela letra “C”, para facilitar a identificação de referências
no texto a itens da Norma ou dos Comentários. Quando em um capítulo desta Prática
Recomendada IBRACON, a numeração dos itens não for seqüencial, significa que não há
comentários específicos a respeito dos itens faltantes. No caso dos exemplos de aplicação, faz-
se uma referência à principal seção da norma tratada no exemplo, antes de iniciar sua
apresentação.
As tabelas e figuras desta Prática Recomendada IBRACON não guardam nenhuma correlação
direta com as tabelas e figuras da NB-1, mesmo que apresentem a mesma numeração.
Apenas para facilitar a compreensão, pequenos trechos de itens da Norma foram reproduzidos
na parte relativa aos Comentários e encontram-se destacados em itálico e recuados com
relação ao alinhamento do texto corrente desta Prática Recomendada IBRACON.
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Histórico
Uma breve retrospectiva na história do desenvolvimento brasileiro mostra a influência da
construção de estruturas de concreto e aponta para a publicação das primeiras normas
técnicas no Brasil.
Efetivamente já nas décadas de 20 e 30, o Brasil experimentou expressivo crescimento na área
da construção civil, com a implantação das primeiras fábricas de cimento no País, a criação da
Associação Brasileira de Cimento Portland (ABCP, em 1936) e a criação da Associação
Brasileira do Concreto (ABC, em 1930), reunindo profissionais do meio técnico nacional, que
por influência da imigração européia dominavam técnicas de construção em concreto armado
consideradas avançadas para a época.
O interesse em conhecer e controlar a qualidade dos cimentos nacionais, de custo muito
inferior ao importado, aliado à cultura já disseminada no meio técnico nacional na arte de
construir, levou à realização de Reuniões dos Laboratórios Nacionais de Ensaio de Materiais,
com o objetivo de tratar do estabelecimento de normas brasileiras para ensaios de materiais de
construção. Todas as reuniões realizadas foram acompanhadas pela revista CONCRETO
(publicada pela ABC), que detalhava as fases de preparativos e as conclusões de cada
reunião. Esses eventos tiveram grande importância no fortalecimento da engenharia nacional,
reunindo expressivo grupo de profissionais ligados à construção: construtores, projetistas,
professores, pesquisadores, representantes de órgãos públicos.
A primeira Reunião dos Laboratórios Nacionais de Ensaios de Materiais foi realizada no Rio de
Janeiro, em 1937, organizada pelo Instituto Nacional de Tecnologia (INT), envolvendo diversos
laboratórios do País e contando já com a participação ativa da Associação Brasileira de
Cimento Portland e do Instituto de Pesquisas Tecnológicas. Na ocasião foram aprovadas as
especificações e os métodos de ensaio para cimento Portland, cuja proposta fora apresentada
pelo Engo. Ary Torres. Esses documentos foram oficializados por decreto do então Presidente
Getúlio Vargas, tornando obrigatório seu uso em obras da iniciativa pública e posteriormente
foram publicados como normas técnicas (EB-1 e MB-1) pela ABNT.
Dando seqüência a esse trabalho, duas propostas inicialmente conflitantes deram origem à
primeira norma brasileira de cálculo e execução de obras de concreto armado. O texto proposto
pela ABC, então dirigida pelo Engo. José Furtado Simas, e a norma elaborada pelo Engo.
Telêmaco Van Langendonck, para a ABCP, foram amplamente discutidos e divulgados,
recebendo sugestões de renomados engenheiros. Na terceira Reunião dos Laboratórios
Nacionais de Ensaios de Materiais foi aprovado o texto resultante da fusão dessas duas
iniciativas, documento que recebeu a sigla NB-1, estabelecendo o início de atividades da
Associação Brasileira de Normas Técnicas, em 1940.
A revista CONCRETO publicou um número especial dedicado à norma, onde fez um enorme
elogio ao trabalho realizado pela comissão (REVISTA CONCRETO, n. 33, edição especial,
1940):
“ Detenham-se os leitores de CONCRETO em leitura minuciosa da Norma que acaba de ser
aprovada e concluirão que estão de parabéns os técnicos brasileiros pela elaboração de tão
valioso trabalho.
A atual Norma Brasileira pode figurar entre as mais perfeitas do mundo inteiro e acompanha
os resultados das mais modernas experiências realizadas sobre concreto armado.
(...) Não se trata, assim, de uma tradução de regulamentos de outros países e sim de uma
norma brasileira, elaborada por brasileiros. Fazemos questão de insistir neste ponto porque
constitui um passo na realização da principal campanha de CONCRETO, iniciada desde seu
7
lançamento e que é a valorização de nossos empreendimentos em relação ao concreto
armado.”
Conforme resumiu o Engo. Lobo Carneiro, a NB-1:1940, embora ainda baseada no chamado
“estádio II”, isto é, nas teorias elásticas e nos conceitos de tensão admissível, já incluía o
cálculo na ruptura, no “estádio III”, para peças solicitadas à compressão axial e o admitia com
restrições como alternativa para peças fletidas. O chamado “estádio III” já era nessa época
objeto de debate entre os especialistas brasileiros e também de pesquisas em outros países,
embora não figurasse em nenhuma norma oficial estrangeira. Ao acompanhar a evolução das
normas estruturais brasileiras para concreto verifica-se que estas sistematicamente se
anteciparam, de modo pioneiro, às normas de outros países, com a inclusão dos mais recentes
avanços da tecnologia do concreto armado.
Esse aspecto pioneiro das normas estruturais brasileiras se acentuou ainda mais com a visão
da NB-1;1960, que além de adotar definitivamente como método principal o “cálculo de
ruptura”, introduziu antes do CEB o conceito de “ resistência característica”, resultante da
aplicação de critérios estatísticos aos ensaios de controle dequalidade de concreto. A partir de
1960 tornou-se mais ativa a participação brasileira nos trabalhos do CEB e da RILEM. Em
conseqüência dessa interação, a NB-1:1978 é inteiramente coerente com as Recomendações
Internacionais do CEB da mesma época.
Nunca, no entanto, modificações tão abrangentes e significativas foram realizadas como nesta
revisão de 2003, que tornou a Norma restrita ao Projeto de Estruturas de Concreto, permitindo
a utilização integral de recursos de software de forma a permitir uma análise global do
comportamento da estrutura, e referenciando outros documentos para a execução das
estruturas. A nova versão da NB-1 exigiu mudanças expressivas em outros documentos
normativos, de maneira a atender aos requisitos impostos, principalmente quanto aos aspectos
relativos à durabilidade das estruturas.
Tendo sido registrada em 1980 pelo INMETRO como NBR 6118, todas as referências à Norma
passaram a respeitar essa nova denominação. Porém, por seu caráter pioneiro e sua
importância para o meio técnico nacional, continuou a ser conhecida popularmente entre
aqueles que a utilizam no dia-a-dia por NB-1, denominação que se decidiu utilizar nesta Prática
Recomendada IBRACON.
8
Princípios básicos da nova NB-1 (NBR6118:2003)
Manteve-se a filosofia das anteriores NBR 6118:1978 Projeto e execução de obras de concreto
armado - Procedimento e NBR 7197:1989 Projeto de estruturas de concreto protendido –
Procedimento, de modo que, à NB-1, cabe definir os critérios gerais que regem o projeto das
estruturas de concreto, sejam elas: edifícios, pontes, obras hidráulicas, portos ou aeroportos ou
outros. Assim, ela deve ser complementada por outras normas que fixem critérios para
estruturas específicas. Resolveu-se, também, separar as prescrições sobre execução, daí
resultando a nova norma NBR 14931:2003 Execução de estruturas de concreto –
Procedimento.
Procurou-se privilegiar a visão da estrutura como um todo, dando ênfase a todas as etapas do
projeto, da definição dos requisitos da qualidade, às ações, à análise estrutural, ao
dimensionamento e ao detalhamento.
Respeitou-se a experiência brasileira acumulada, sem no entanto desprezar as novas
contribuições e a tendência à internacionalização das normas, da qual o Eurocode 2 é exemplo
patente.
Pelo seu escopo mais abrangente, concreto simples a protendido, esta Norma tende a ser mais
complexa. Dentro deste panorama foi importante propor-se soluções simples e pragmáticas
onde possível, para dar mais ênfase a pontos antes relegados a um segundo plano, como a
durabilidade, a análise estrutural, e o detalhamento de regiões de descontinuidade.
Os procedimentos mais complexos, que não poderiam ser estabelecidos em norma por serem
específicos, encontram-se detalhados neste caderno de Práticas Recomendadas e serão
objeto de trabalhos ainda em desenvolvimento pelo IBRACON, com exemplos práticos de
aplicação da NB-1.
Na nova Norma manteve-se quando possível as hipóteses básicas e os procedimentos atuais
(caso das solicitações normais), de maneira a introduzir modificações só e onde realmente elas
se fizeram necessárias, caso por exemplo do dimensionamento e verificação à punção.
Para a ordenação dos capítulos adotou-se uma seqüência que procura acompanhar o
processo de projeto, de modo que definem-se os materiais e os requisitos da qualidade,
concebem-se as estruturas e seus métodos construtivos, definem-se as ações a considerar,
suas combinações, para em seguida entrar na análise estrutural e no dimensionamento e
detalhamento.
Observe-se ainda que para cada tipo de elemento estrutural reuniram-se todos os critérios de
dimensionamento (estados limites últimos e de serviço) segundo o tipo de solicitação, seguidos
de regras de detalhamento, antes de passar para o próximo elemento estrutural típico.
A NB-1 sinaliza como serão aplicados procedimentos mais complexos, pois nos próximos anos
deverá ocorrer um desenvolvimento acelerado de software, que certamente começará a tratar
de análises não lineares, uso corrente de elementos finitos, projeto de elementos especiais
tais, como consolos, vigas-parede, sapatas, e outros.
9
Tópicos novos da Norma
Dentro da filosofia adotada, e também por exigência de modernidade, constam da nova NB-1
uma série de tópicos antes não abrangidos, entre eles podem ser citados:
a) garantia da qualidade: explicitou-se quais são os requisitos de qualidade e como obtê-
los;
b) durabilidade: todas as normas mais recentes tratam com grande ênfase desta questão; o
estado atual de nossas estruturas, quanto à durabilidade atesta o quanto é necessário
um enfoque mais incisivo desta questão;
c) limites para dimensões, deslocamentos e abertura de fissuras: procurou-se concentrar
neste tópico todos os limites necessários, quer por razões construtivas, quer por limite
de validade das teorias, quer por compatibilidade de funcionamento com outros
elementos;
d) análise estrutural: a NBR 6118:1978 tratava esta parte de maneira restrita, chamando-a
de “esforços solicitantes”. O estágio atual de conhecimento exige uma distinção mais
clara entre as várias formas possíveis de análise estrutural, assim como um alerta sobre
o campo de validade e condições especiais para aplicação de cada uma delas;
e) instabilidade e efeitos de segunda ordem: a NBR 6118:1978 tratava apenas dos efeitos
locais de segunda ordem, no presente texto procura-se classificar com maior precisão os
fenômenos envolvidos, assim como procedimentos adequados a cada situação;
f) regiões e elementos especiais: seguindo também a tendência das normas mais atuais,
procurou-se sinalizar princípios para o dimensionamento e detalhamento das regiões de
descontinuidade (Regiões Especiais) e também de elementos especiais como consolos,
vigas-parede, sapatas e blocos de fundação.
10
Primeira Parte
Comentários Técnicos da
NB-1
NBR 6118:2003 Projeto de estruturas de concreto –
Procedimento
(Segunda Edição)
11
C 1 Objetivo
A nova NB-1 fixa as condições básicas exigíveis para o projeto de estruturas de concreto
simples, armado e protendido, excluídas aquelas em que se empregam concreto leve, pesado
ou outros especiais, estabelecendo os requisitos gerais a serem atendidos pelo projeto como
um todo, bem como os requisitos específicos relativos a cada uma de suas etapas. Em
algumas dessas etapas devem ser atendidos requisitos que não se encontram estabelecidos
nessa Norma, devendo ser procurados nas referências normativas (seção 2 da Norma) ou em
práticas recomendadas. Essas etapas podem ser resumidas em:
a) conhecimento do problema e definição dos requisitos gerais a serem atendidos;
b) escolha dos materiais a serem utilizados e dos correspondentes requisitos de
durabilidade;
c) definição das ações a considerar;
d) concepção da solução a ser adotada;
e) análise estrutural ;
f) verificação ou dimensionamento da estrutura;
g) detalhamento das peças estruturais;
h) produção dos documentos;
i) controle de qualidade do produto final;
j) assistência técnica à obra.
Esta Prática Recomendada IBRACON contém comentários técnicos e exemplos de aplicação
relativos a conceitos e requisitos estabelecidos na NB-1, de forma a esclarecer e facilitar sua
aplicação.
Em alguns casos, o cumprimento de um requisito de norma pode ser verificado de diversas
maneiras. Um dos objetivos desta Prática recomendada IBRACON é exemplificar essa
condição.
C 2 Documentos complementares
Para possibilitar o entendimento e a aplicação das orientações contidas nesta Prática
Recomendada IBRACON é necessário dispor do texto completo da nova NB-1:
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 6118:2003 - Projeto de
estruturas de concreto - Procedimento. Rio de Janeiro. Primeira edição de março de 2003.
Versão corrigida com errata de 31.03.2004 incorporada, 170p.
Outros documentos,relacionados no Anexo desta publicação, podem facilitar o entendimento e
a aplicação do conteúdo desta Prática Recomendada IBRACON. Como as normas técnicas
estão em constante atualização, deve-se atentar para o uso das edições mais recentes.
C 3 Definições
Para os efeitos desta Prática Recomendada IBRACON aplicam-se as definições constantes da
NB-1 e de suas referências normativas.
C 4 Simbologia
Nesta seção da NB-1 encontram-se os símbolos de aplicação geral e no primeiro item de cada
seção da Norma, quando necessário, estão definidos os símbolos específicos ao tema tratado
na seção.
Os símbolos usados nesta Prática Recomendada IBRACON são os mesmos estabelecidos na
NB-1.
12
C 5 Requisitos gerais da qualidade da estrutura e avaliação da conformidade do projeto
A responsabilidade pela vida útil da estrutura é dividida entre todos os envolvidos no processo,
sendo evidenciada na NB-1 a figura do contratante, que participa das decisões em conjunto
com o profissional responsável pelo projeto estrutural como a seguir se destaca (cumpre
ressaltar que essas condições devem constar de contrato entre as partes):
a) em 5.1.1, definindo requisitos adicionais, quando existirem, que devam ser atendidos pela
estrutura de concreto, além dos previstos na Norma:
b) em 5.1.2.3, definindo, no início dos trabalhos de elaboração do projeto, quais as influências
ambientais previstas que possam alterar a durabilidade da estrutura:
c) em 5.2.1, tomando conhecimento e aceitando a qualidade da solução adotada no projeto
estrutural de forma a considerar as condições arquitetônicas, funcionais, construtivas,
estruturais e de integração com os demais projetos (elétrico, hidráulico, ar condicionado,
entre outros):
d) em 5.2.2, tomando conhecimento e aceitando todas as condições impostas pela Norma ao
projeto estrutural:
e) em 5.3, requerendo e contratando a avaliação da conformidade do projeto:
f) em 25.4, contratando um profissional habilitado para preparar o manual de utilização,
inspeção e manutenção da estrutura:
C 5.1 Requisitos da qualidade da estrutura
C 5.1.1 Condições gerais
As estruturas de concreto, durante sua construção e ao longo de toda a vida útil que lhe for
prevista, devem comportar-se adequadamente, com nível apropriado de qualidade:
a) quanto a todas influências ambientais e ações que produzam efeitos significativos na
construção;
b) em circunstâncias excepcionais, não apresentar ruptura frágil, ou falso alarme, ou ainda
danos desproporcionais às causas de origem.
C 5.1.2 Classificação dos requisitos da qualidade da estrutura
Na NB-1, os requisitos da qualidade de uma estrutura de concreto são classificados em três
grupos distintos:
a) capacidade resistente;
b) desempenho em serviço;
c) durabilidade.
Simplificadamente, as exigências do grupo (a) acima citado são identificadas como
correspondentes à segurança à ruptura, as exigências do grupo (b) referem-se a danos como:
fissuração excessiva, deformações inconvenientes e vibrações indesejáveis, e as exigências
do grupo (c) têm como referência a conservação da estrutura, sem necessidade de reparos de
alto custo, ao longo de sua vida útil.
13
Para tipos especiais de estruturas, devem ser fixadas outras condições particulares, como por
exemplo, a exigência de resistência ao fogo, à explosão, ao impacto ou mesmo aos sismos, ou
ainda exigências relativas à estanqueidade, ao isolamento térmico ou acústico. Exigências
suplementares podem também ser fixadas, como por exemplo, as referentes ao impacto
ambiental e aos aspectos estéticos e econômicos.
O atendimento aos requisitos da qualidade impostos às estruturas de concreto exige:
a) a adoção de hipóteses, soluções e procedimentos apropriados, que estão disciplinados
na NB-1 e em outras normas complementares e especiais;
b) a adoção de medidas para a Garantia da Qualidade.
As medidas de Garantia da Qualidade, ao contrário, estão ainda pouco normalizadas em
âmbito internacional e nacional. Os itens 5.2 e 5.3 da NB-1 e os correspondentes comentários
desta Prática Recomendada IBRACON (C 5.2 e C 5.3), propõem medidas elementares para
garantia e controle da qualidade dos projetos estruturais.
A confiabilidade e a segurança das estruturas pressupõem a possibilidade de se manter
elevado o nível de garantia da qualidade através de todas as fases de projeto, construção e
uso, caracterizado como segue:
a) o projeto deve ser realizado por pessoal experimentado e com apropriada qualificação,
e ser submetido ao controle interno de qualidade. Sendo desejável uma verificação por
pessoal independente, selecionado por sua competência e experiência;
b) os materiais e componentes da construção devem ser produzidos, ensaiados e utilizados
conforme disciplinado em suas respectivas normas, procedimentos e recomendações;
c) a construção deve ser executada por pessoal experiente e com qualificação apropriada,
e ser submetida a um controle interno da qualidade;
d) a estrutura deve ser utilizada, durante a vida útil que lhe é prevista, conforme
estabelecido no projeto e sob manutenção adequada.
As ações aqui descritas fazem parte de um Sistema de Gestão da Qualidade.
C 5.2 Requisitos da Qualidade do Projeto
Cerca de metade dos defeitos verificados nas construções tem sua origem na fase de projeto,
conforme demonstram algumas estatísticas publicadas. É pois justificável que se dispendam
maiores esforços para melhoria da qualidade dos mesmos.
Uma das formas encontradas para conseguir esta melhoria é através da implantação de um
Sistema de Garantia da Qualidade dos Projetos.
A Garantia da Qualidade visa, através de ações planejadas e sistemáticas, garantir um nível de
segurança em que o projeto satisfaça, de fato, aos requisitos da qualidade que forem fixados
por condições arquitetônicas, construtivas, estruturais, funcionais, estéticas, de integração com
os demais projetos e outras pertinentes. A Garantia da Qualidade compreende todas as
medidas para atender a qualidade pré-definida e, em particular, para evitar ou identificar erros.
A boa qualidade de um projeto estrutural é o resultado de um trabalho integrado e associado
de todos
que nele estão envolvidos - pessoal de projeto e pessoal de controle de qualidade, todos
profissionais
14
competentes, honestos e de boa vontade. Portanto, a responsabilidade por se atingir esta boa
qualidade é um compromisso e um objetivo a serem assumidos por todo o grupo e por cada
participante, em particular.
O Controle da Qualidade do projeto integra-se à Garantia da Qualidade, e refere-se,
genericamente, às técnicas operacionais e atividades empregadas para verificar e demonstrar
o atendimento aos requisitos da qualidade.
Os requisitos da qualidade de um projeto estrutural referem-se a dois aspectos distintos da
qualidade, a saber: a Qualidade da Solução Adotada e a Qualidade da Descrição da Solução.
C 5.2.1 Qualidade da Solução Adotada
Conforme estabelece a NB-1, a solução estrutural adotada em projeto deve atender aos
requisitos de qualidade estabelecidos nas normas técnicas, relativos à capacidade resistente,
ao desempenho em serviço e à durabilidade da estrutura.
A qualidade da solução adotada deve ainda considerar as condições arquitetônicas, funcionais,
construtivas, estruturais, de integração com os demais projetos (elétrico, hidráulico, ar
condicionado, etc.) e econômicas.
C 5.2.2 Condições impostas ao projeto
As condições impostas ao projeto são de várias naturezas e referem-se às condições
relacionadas a seguir:
a) as condições arquitetônicas impostas ao projeto estrutural são obviamente as constantes
do projeto arquitetônico. No caso de inexistir o projeto arquitetônico - como é geralmente
o caso das pontes, por exemplo - estas condições referem-se àquelas que devam reger
tais projetos, como condições estéticas, de implantação, de drenagem, de
impermeabilizaçãoe outras que forem igualmente aplicáveis;
b) as condições funcionais referem-se às finalidades e ao uso previsto para a estrutura, e
implicam a compatibilização das ações a adotar; dos vãos e gabaritos; da rigidez e da
deformabilidade das peças; da estanqueidade; do isolamento térmico e acústico; das
juntas de movimento, etc;
c) as condições construtivas implicam na compatibilização do projeto estrutural com os
métodos, procedimentos e etapas construtivas previstas;
d) as condições estruturais referem-se basicamente à adequação das soluções estruturais
adotadas em serviço e na ruptura, caracterizada pela escolha apropriada dos materiais –
concreto armado, concreto protendido, aço, pré-moldados, características dos próprios
materiais; pelo sistema estrutural escolhido para resistir às ações verticais e às ações
horizontais; pelo tipo de fundação. Adicionalmente devem ser satisfeitas outras
exigências em função do tipo da estrutura;
e) as condições de integração com os demais projetos (elétrico, hidráulico, ar condicionado,
etc.) referem-se às necessidades de prever rebaixos, furos, shafts ou dispor as peças
estruturais de modo a viabilizar e compatibilizar a coexistência da estrutura com os
demais sistemas;
f) as condições econômicas referem-se à necessidade de otimizar os custos de construção
associados aos de manutenção da estrutura em uso, e de compatibilizar esses custos
com os prazos desejados.
15
As exigências técnicas de segurança e de durabilidade são as geralmente descritas nas
normas específicas e atualizadas de projeto, e referem-se à necessidade da estrutura, com
grau apropriado de confiabilidade, de:
a) resistir a todas as ações e outras influências ambientais passíveis de ocorrer durante
sua fase construtiva;
b) comportar-se adequadamente sob as condições previstas de uso, durante determinado
tempo de existência (vida útil).
Esta qualidade fica caracterizada por segurança adequada contra riscos de ruptura; de
instabilidade (perda de equilíbrio estático); de vibrações excessivas; de deformações
inconvenientes e danosas à própria estrutura ou a outros elementos da construção; de
fissuração excessiva com vistas à estética, estanqueidade e proteção da armadura.
Esta confiabilidade deve ser complementada pelo atendimento às exigências que protejam e
preservem a estrutura contra sua deterioração prematura, como por exemplo, as referentes a
cobrimento das armaduras, drenagem, especificações de materiais adequados e de medidas
adequadas à agressividade ambiente.
A segurança e a durabilidade dependem ambas da qualidade dos detalhes das armaduras
(emendas, dobramentos, ancoragens, nós de pórtico, furos, etc.), com vistas a evitar rupturas
localizadas e a favorecer boas condições de adensamento do concreto.
C 5.2.3 Documentação da solução adotada
O produto final do projeto estrutural é constituído por desenhos, especificações e critérios de
projeto. As especificações e critérios de projeto podem constar dos próprios desenhos ou
constituir documento separado.
No entanto, a documentação da solução adotada ou a qualidade da descrição da solução, para
possibilitar a aplicação de critérios de conformidade, deve constituir-se, como mínimo, dos
documentos de Referência da Qualidade a seguir relacionados:
a) projeto arquitetônico;
b) projetos dos outros sistemas : drenagem, elétrico, hidráulico, ar condicionado, mecânico,
etc.;
c) relatórios e perfis de sondagem;
d) normas técnicas;
e) pareceres ou diretrizes técnicas escritas especificamente para a obra e que sejam
hierarquicamente superiores ao projeto estrutural;
f) informações do mesmo projeto, constante de desenhos já examinados e em vigor.
A solução estrutural adotada deve estar descrita nos desenhos e nas especificações, de modo
a permitir a completa e perfeita execução da estrutura. Isto implica exigir que os desenhos e as
especificações contenham informações completas, claras, corretas, consistentes entre si e
consistentes com as exigências.
Uma forma conveniente de obter a Qualidade do Projeto está em verificar as informações mais
relevantes do projeto pelo menos com relação à sua ordem de grandeza, por procedimento
independente e preferencialmente simples, orientado pela experiência e pelo bom senso, e
tendo em mente que, na elaboração e no controle de um projeto, não se pode perder uma
visão geral entre os resultados obtidos e os supostamente esperados.
16
A utilização de listas auxiliares de verificações (check-lists), elaboradas pelo próprio Controle
da Qualidade para cada projeto, favorecem o melhor desempenho nas verificações, pois
ajudam a responder às indagações que decorrem das exigências de qualidade definidas.
Chama-se entretanto a atenção de que as melhores listas têm sempre caráter e formato
personalizados, de quem as elabora. Além disto, por não serem completas, não são rotinas
que dispensem o esforço mental de análise consciente e competente do projeto.
C 5.3 Avaliação da conformidade do projeto
Com o objetivo de garantir a qualidade do projeto e reduzir as chances de encontrar erros nas
verificações de controle da qualidade, ou na execução e operação da obra, medidas
preventivas devem ser tomadas desde o início dos trabalhos. Essas medidas devem englobar
a discussão e aprovação das decisões tomadas, a distribuição dessas e outras informações
pelos elementos pertinentes da equipe e a programação coerente das atividades, respeitando
as regras lógicas de precedência.
De acordo com a NB-1, o Controle da Qualidade consiste, basicamente, em verificar se o
projeto estrutural, conforme definido nos seus respectivos desenhos, especificações e critérios
de projeto, atende às exigências de qualidade que lhe foram prefixadas (5.2). Para isto, as
informações dos desenhos e das especificações devem ser analisadas, comparativamente,
com os Documentos de Referência da Qualidade, previamente identificados e classificados.
O Controle da Qualidade deve avaliar, paralelamente, se as informações dos desenhos e
especificações são:
a) completas;
b) claras;
c) em escalas apropriadas;
d) consistentes (entre si);
e) corretas.
As informações serão completas, claras, em escalas apropriadas e consistentes com relação:
a) à identificação do documento;
b) às necessidades da administração e planejamento da obra;
c) às exigências peculiares dos serviços relativos ao sistema de fôrmas (fôrmas e
escoramento), concretagem, armação, etc.
As informações serão corretas se compatíveis com as ações, esforços e materiais adotados.
Em outras palavras, esta atividade indica a necessidade de verificar se os resultados
consubstanciados nos desenhos e especificações são compatíveis com as hipóteses de
projeto. O relatório do Controle da Qualidade identificará as informações e aspectos do projeto
considerados em não-conformidade com as exigências de qualidades prefixadas e os
Documentos de Referência da Qualidade, respectivos.
Para atender Ao que estabelece a NB-1, os serviços de Controle da Qualidade de Projeto
devem ser executados antes da fase de construção, e, de preferência, simultaneamente com a
fase de projeto, como condição essencial para que seus resultados se tornem efetivos e
conseqüentes.
17
C 6 Diretrizes para durabilidade das estruturas de concreto
C 6.1 Exigências de durabilidade
Projetar para durabilidade implica em desacelerar o processo de deterioração das partes
críticas da estrutura. Isto implica, normalmente, em uma estratégia de múltiplos estágios, os
quais podem basear-se freqüentemente, em barreiras sucessivas que se opõem à
deterioração.
O conceito de vida útil conduz a um tratamento integralizado das seguintes fases:
- planejamento;
- projeto;
- construção;
- utilização ou operação; e
- manutenção.
Em conseqüência dessa integração, estão envolvidos na questão da durabilidade todos
aqueles que participam de alguma das fases anteriormentemencionadas, assim, cada um
deles têm uma parcela de responsabilidade, conforme já explicitado em C 5.
Não é intenção da Norma, entretanto, impor obrigações legais a terceiros, mas, apenas,
esclarecer o contexto geral de trabalho em que está inserido o projetista.
C 6.2 Vida útil de projeto
A vida útil de projeto pode também ser entendida como o período de tempo durante o qual a
estrutura é capaz de desempenhar bem as funções para as quais foi projetada. Pode-se
distinguir pelo menos três situações e suas correspondentes vidas úteis, apresentadas na
figura C 6.1, que contempla o fenômeno da corrosão de armaduras por ser o mais freqüente, o
mais importante e mais conhecido cientificamente, mas que como modelo conceitual aplica-se
a todos os mecanismos de deterioração.
Figura C 6.1 - Conceituação de vida útil das estruturas de concreto tomando-se por
referência o fenômeno de corrosão das armaduras
A partir da figura C 6.1 podem ser definidas as seguintes vidas úteis1), 2) :
a) período de tempo que vai até a despassivação da armadura, normalmente denominado de
período de iniciação. A esse período de tempo pode-se associar a chamada vida útil de
projeto, que normalmente corresponde ao período de tempo necessário para que a frente
18
de carbonatação ou a frente de cloretos atinja a armadura. O fato da região carbonatada ou
de um certo nível de cloretos atingir a armadura e teoricamente despassivá-la, não significa
que necessariamente a partir desse momento haverá corrosão importante, embora
usualmente isso ocorra. Esse período de tempo, no entanto, é o período que se recomenda
seja ser adotado no projeto da estrutura, a favor da segurança;
b) período de tempo que vai até o momento em que aparecem manchas na superfície do
concreto, ou ocorrem fissuras no concreto de cobrimento, ou ainda quando há o
destacamento do concreto de cobrimento. A esse período de tempo associa-se a chamada
vida útil de serviço ou de utilização. É muito variável de caso a caso, pois em certos locais é
inadmissível que uma estrutura de concreto apresente manchas de corrosão ou fissuras.
Em outros casos somente o inicio da queda de pedaços de concreto, colocando em risco a
integridade de pessoas e bens, pode definir o momento a partir do qual deve-se considerar
terminada a vida útil de serviço.
c) período de tempo que vai até a ruptura ou colapso parcial ou total da estrutura. A esse
período de tempo associa-se a chamada vida útil última ou total. Corresponde ao período
de tempo no qual há uma redução significativa da seção resistente da armadura ou uma
perda importante da aderência armadura / concreto, acarretando o colapso parcial ou total
da estrutura.
d) nessa modelagem foi introduzido ainda o conceito de vida útil residual, que corresponde ao
período de tempo em que a estrutura ainda será capaz de desempenhar suas funções,
contado neste caso a partir da data, qualquer, de uma vistoria. Essa vistoria e
correspondente diagnóstico pode ser efetuado a qualquer instante da vida em uso da
estrutura. O prazo final, neste caso, tanto pode ser o limite de projeto, o limite das
condições de serviço, quanto o limite de ruptura, dando origem a três “vidas úteis
residuais”; uma mais curta contada até a despassivação da armadura, outra até o
aparecimento de manchas, fissuras ou destacamento do concreto e outra longa, contada
até a perda significativa da capacidade resistente do componente estrutural ou seu eventual
colapso.
É importante salientar que os custos de intervenção na estrutura para atingir um certo nível de
durabilidade e proteção, crescem exponencialmente quanto mais tarde for essa intervenção. A
evolução desse custo pode ser assimilado ao de uma progressão geométrica de razão 5,
conhecida por lei dos 5 ou regra de Sitter, representada na figura C 6.2 3).
Figura C 6.2 - Representação da evolução dos custos em função da fase da vida da
estrutura em que a intervenção é feita
O significado dessa “lei” pode ser assim exposto4), segundo a intervenção seja na:
19
a) fase de projeto: toda medida tomada a nível de projeto com o objetivo de aumentar a
proteção e a durabilidade da estrutura, como por exemplo, aumentar o cobrimento da
armadura, reduzir a relação água/cimento do concreto ou aumentar fck, especificar adição
de sílica ativa, tratamentos protetores de superfície e outras tantas, implica num custo que
pode ser associado ao número 1 (um);
b) fase de execução: toda medida extra-projeto, tomada durante a fase de execução
propriamente dita, implica num custo 5 (cinco) vezes superior ao custo que acarretaria
tomar uma medida equivalente na fase de projeto, para obter-se o mesmo nível final de
durabilidade ou vida útil da estrutura. Um exemplo típico é a decisão em obra de reduzir a
relação água/cimento para aumentar a durabilidade. A mesma medida tomada na fase de
projeto permitiria o redimensionamento automático da estrutura considerando um novo
concreto de resistência à compressão mais elevada, de maior módulo de deformação e de
menor fluência. Esses predicados permitiriam reduzir as dimensões dos componentes
estruturais, reduzir as fôrmas e o volume de concreto, reduzir o peso próprio e reduzir as
taxas de armadura. Essas medidas tomadas na execução, apesar de eficazes e oportunas
do ponto de vista da vida útil, não mais podem propiciar economia e otimização da
estrutura;
c) fase de manutenção preventiva: as operações isoladas de manutenção do tipo: pinturas
freqüentes, limpezas de fachada sem beirais e sem proteções, impermeabilizações de
coberturas e reservatórios mal projetados, e outras, necessárias a assegurar as boas
condições da estrutura durante o período da sua vida útil, podem custar até 25 vezes mais
que medidas corretas tomadas na fase de projeto estrutural ou arquitetônico. Por outro lado
podem ser cinco vezes mais econômicas que aguardar a estrutura apresentar problemas
patológicos evidentes que requeiram uma manutenção corretiva;
d) fase de manutenção corretiva: corresponde aos trabalhos de diagnóstico, reparo, reforço
e proteção das estruturas que já perderam sua vida útil de projeto e apresentam
manifestações patológicas evidentes. A estas atividades pode-se associar um custo 125
vezes superior ao custo das medidas que poderiam e deveriam ter sido tomadas na fase de
projeto e que implicariam num mesmo nível de durabilidade que se estime dessa obra após
essa intervenção corretiva.
C 6.2.2 A vida útil da estrutura depende tanto do desempenho dos elementos e componentes
estruturais propriamente ditos quanto dos demais componentes e partes da obra. Os demais
elementos e componentes incorporados à estrutura, tais como drenos, juntas, aparelhos de
apoio, instalações, pingadeiras, rufos, chapins, impermeabilizações, revestimentos e outros,
possuem geralmente vida útil mais curta que a do concreto, o que exige previsões adequadas
para suas substituições e manutenções, uma vez que ali estão para proteger a estrutura de
concreto.
C 6.2.3 Recomenda-se que todos os envolvidos nos processos de projeto, construção e
manutenção estabeleçam de forma conjunta e coerente a extensão da vida útil desejável para
a estrutura, tendo como referência um patamar mínimo de 50 anos e, a partir da análise das
condições de exposição, escolham detalhes que objetivem assegurar a vida útil prevista e
defina medidas mínimas de inspeção, monitoramento e manutenção preventiva. Em obras de
caráter provisório, transitório ou efêmero é tecnicamente recomendável adotar-se vida útil de
projeto de pelo menos um ano. Para as pontes e outras obras de caráter permanente, podem
ser adotados períodos de 50, 75 ou até mais de 100 anos5).
20
C 6.3 Mecanismos de envelhecimento e deterioração
C 6.3.1 Mecanismos preponderantes de deterioração relativos ao concreto
a) lixiviação: por ação de águas puras, carbônicas agressivas e ácidas que dissolvem e
carreiam os compostos hidratadosda pasta de cimento. A sintomatologia básica é uma
superfície arenosa ou com agregados expostos sem a pasta superficial, eflorescências de
carbonato, elevada retenção de fuligem e risco de desenvolvimento de fungos, com
conseqüente redução do pH do extrato aquoso dos poros superficiais;
b) expansão: por ação de águas e solos que contenham ou estejam contaminados com
sulfatos, dando origem a reações expansivas e deletérias com a pasta de cimento hidratado.
A sintomatologia básica é uma superfície com fissuras aleatórias, esfoliação e redução
significativa da dureza e da resistência superficial do concreto, com conseqüente redução do
pH do extrato aquoso dos poros superficiais. Do ponto de vista do concreto, os sulfatos
presentes na água do mar, nas águas servidas, nas águas industriais e nos solos úmidos e
gessíferos, podem acarretar reações deletérias de expansão com formação de compostos
expansivos do tipo etringita e gesso secundário6). O teor de sulfato em um concreto depende
do consumo de cimento e do teor de gesso primário no referido cimento. Assim, por
exemplo, um concreto de massa específica 2 300 kg/m3, com 350 kg de cimento por metro
cúbico, preparado com um cimento que contenha no máximo 3% de gesso, deve ter um teor
máximo total de sulfatos de 0,46% sobre a massa de concreto. Se as quantidades
encontradas forem superiores, significa que houve contaminação proveniente do exterior7);
c) expansão: por ação das reações entre os álcalis do cimento e certos agregados reativos.
Dentre os agregados reativos pode-se destacar a opala, a calcedônia, as sílicas amorfas,
certos calcários, que para conduzir a reações significativamente deletérias requerem estar
em presença de elevada umidade. A sintomatologia básica é uma expansão geral da massa
de concreto com fissuras superficiais e profundas;
d) reações deletérias superficiais: de certos agregados decorrentes de transformações de
produtos ferruginosos presentes na sua constituição mineralógica. Destaca-se como
exemplo os problemas oriundos com agregados que contêm pirita que pode acarretar
manchas, cavidades e protuberância na superfície dos concretos.
C 6.3.2 Mecanismos preponderantes de deterioração relativos à armadura
a) despassivação por carbonatação, ou seja, por ação do gás carbônico da atmosfera que
penetra por difusão e reage com os hidróxidos alcalinos da solução dos poros do concreto
reduzindo o pH dessa solução. A despassivação deletéria só ocorre de maneira significativa
em ambientes de umidade relativa abaixo de 98% e acima de 65%, ou em ambientes
sujeitos a ciclos de molhagem e secagem, possibilitando a instalação da corrosão. O
fenômeno não é perceptível a olho nu, não reduz a resistência do concreto e até aumenta
sua dureza superficial. A identificação da frente ou profundidade de carbonatação requer
ensaios específicos. Ao atingir a armadura, dependendo das condições de umidade
ambiente pode promover séria corrosão com aparecimento de manchas, fissuras,
destacamentos de pedaços de concreto e até perda da seção resistente e da aderência,
promovendo o colapso da estrutura ou suas partes.
b) despassivação por elevado teor de íon cloro (cloreto), ou seja, por penetração do
cloreto através de processos de difusão, de impregnação ou de absorção capilar de águas
contendo teores de cloreto, que ao superarem um certo limite em relação à concentração de
hidroxilas na solução dos poros do concreto, despassivam a superfície do aço e instalam a
corrosão. Eventualmente, esses teores elevados de cloreto podem ter sido introduzidos,
inadvertidamente, durante o amassamento do concreto, geralmente através do excesso de
aditivos aceleradores de endurecimento. O fenômeno não é perceptível a olho nu, não reduz
21
a resistência do concreto nem altera seu aspecto superficial. A identificação da frente ou da
profundidade de penetração de certo teor crítico de cloreto requer ensaios específicos. Ao
atingir a armadura pode promover séria corrosão com aparecimento de manchas, fissuras,
destacamentos de pedaços de concreto e até perda da seção resistente e da aderência,
promovendo o colapso da estrutura ou de suas partes.
C 6.4 Agressividade do ambiente
Uma classificação mais rigorosa do que a apresentada na NB-1, com base na concentração
efetiva de certas substâncias agressivas no ambiente que envolve a estrutura ou suas partes
pode também ser utilizada em casos especiais, recomendando-se os limites orientativos
constantes da norma CETESB L 1.0078). No caso de agressividade ao concreto, avaliada
através de determinações específicas de teores de substâncias agressivas, podem ser
adotados os valores referenciais9) apresentados na tabela C 6.1.
Tabela C 6.1 - Classificação da agressividade do ambiente visando a durabilidade do
concreto
Classe de
agressividad
e
pH
CO2
agressivo
mg/l
Amônia
NH4+
mg/l
Magnésia
Mg2+
mg/l
Sulfato
SO42-
mg/l
Sólidos
dissolvido
s
mg/l
I > 5,9 < 20 < 100 < 150 < 400 > 150
II 5,9 – 5,0 20 – 30 100 – 150 150 – 250 400 – 700 150 – 50
III 5,0 – 4,5 30 – 100 150 – 250 250 – 500 700 – 1500 < 50
IV < 4,5 > 100 > 250 > 500 > 1500 < 50
NOTAS:
1) No caso de solos a análise deve ser feita no extrato aquoso do solo.
2) Água em movimento, temperatura acima de 30ºC, ou solo agressivo muito permeável
conduz a um aumento de um grau na classe de agressividade.
3) Ação física superficial tal como abrasão e cavitação aumentam a velocidade de ataque
químico.
22
C 7 Critérios de projeto visando a durabilidade
C 7.1 Generalidades
Para evitar envelhecimento prematuro e satisfazer as exigências de durabilidade devem ser
observados os seguintes critérios do conjunto de projetos relativos à obra:
a) prever drenagem eficiente;
b) evitar formas arquitetônicas e estruturais inadequadas;
c) garantir concreto de qualidade apropriada, particularmente nas regiões superficiais dos
elementos estruturais;
d) garantir cobrimentos de concreto apropriados para proteção às armaduras;
e) detalhar adequadamente as armaduras;
f) controlar a fissuração das peças;
g) prever espessuras de sacrifício ou revestimento protetores em regiões sob condições de
exposição ambiental muito agressivas;
h) definir um plano de inspeção e manutenção preventiva
C 7.2 Drenagem
A água poluída e impregnada no concreto mantendo-o úmido é a condição mais favorável à
deterioração precoce da estrutura.
Devem ser criadas boas condições de drenagem evitando acúmulo sobre a estrutura e
encaminhando-a para tubulações de drenagem adequadas, como estabelece a NB-1.
C 7.4 Qualidade do concreto de cobrimento
A qualidade potencial do concreto depende preponderantemente da relação água/cimento e do
grau de hidratação. São esses os dois principais parâmetros que regem as propriedades de
absorção capilar de água, de permeabilidade por gradiente de pressão de água ou de gases,
de difusividade de água ou de gases, de migração de íons, assim como todas as propriedades
mecânicas tais como, módulo de elasticidade, resistência à compressão, à tração, fluência,
relaxação, abrasão, e outras. Assim, a NB-1 estabelece:
7.4.2 Ensaios comprobatórios de desempenho da durabilidade da estrutura frente ao tipo
e nível de agressividade previsto em projeto devem estabelecer os parâmetros mínimos a
serem atendidos. Na falta destes e devido à existência de uma forte correspondência
entre a relação água/cimento, a resistência à compressão do concreto e sua durabilidade,
permite-se adotar os requisitos mínimos expressos na tabela 7.1.
Tabela 7.1 - Correspondência entre classe de agressividade e qualidade do concreto
Classe de agressividade (tabela 6.1) Concreto Tipo
I II III IV
CA ≤ 0,65 ≤ 0,60 ≤ 0,55 ≤ 0,45 Relação água/cimento em
massa CP ≤ 0,60 ≤ 0,55 ≤ 0,50 ≤ 0,45
CA ≥ C20 ≥ C25 ≥ C30 ≥ C40 Classe de concreto
(NBR 8953) CP ≥ C25 ≥ C30 ≥ C35 ≥ C40
NOTAS:
1) O concreto empregado na execução das estruturas deve cumprircom os requisitos
estabelecidos na NBR 12655.
2) CA corresponde a componentes e elementos estruturais de concreto armado.
3) CP corresponde a componentes e elementos estruturais de concreto protendido.
23
É importante acrescentar nesta segunda edição desses comentários, que a recente revisão da
NBR12655:2009 “Concreto de cimento Portland – preparo, controle e recebimento –
Procedimento” acrescentou a essa tabela uma linha adicional relativa ao consumo mínimo de
cimento como elemento adicional importante para melhorar a confiança em se obter um
concreto com a durabilidade esperada. De fato, esse era um procedimento muito usado e
testado em tempos passados, como elemento importante em ambientes agressivos, como
ambiente marinho,por exemplo, mas que não havia sido contemplado na NB1 por falta de
consenso e por se julgar que ficaria melhor na norma de preparo de concreto.. A
NBR12655:2006 estabelece para as classes de agressividade I, II, III e IV, o consumo mínimo
de 260, 280, 320, 360 kg de cimento por metro cúbico de concreto, seja ele armado ou
protendido.
7.4.3 Os requisitos das tabelas 7.1 e 7.2 são válidos para concretos executados com
cimento Portland que atenda, conforme seu tipo e classe, às especificações das NBR
5732, NBR 5733, NBR 5735, NBR 5736, NBR 5737, NBR 11578, NBR 12989 ou NBR
13116, com consumos mínimos de cimento por metro cúbico de concreto de acordo com
a NBR 12655.
É importante ressaltar que a NBR 12655 não contempla o uso de adições não normalizadas no
concreto
7.4.4 Não é permitido o uso de aditivos contendo cloreto na sua composição em
estruturas de concreto armado ou protendido.
7.4.3 Os requisitos das tabelas 7.1 e 7.2 são válidos para concretos executados com
cimento Portland que atenda, conforme seu tipo e classe, às especificações das NBR
5732, NBR 5733, NBR 5735, NBR 5736, NBR 5737, NBR 11578, NBR 12989 ou NBR
13116, com consumos mínimos de cimento por metro cúbico de concreto de acordo com
a NBR 12655.
7.4.4 Não é permitido o uso de aditivos contendo cloreto na sua composição em
estruturas de concreto armado ou protendido.
A qualidade efetiva do concreto na obra deve ser assegurada por corretos procedimentos de
mistura, transporte, lançamento, adensamento, cura e desmoldagem. Embora um concreto de
resistência mais alta, seja, em princípio e sob certas circunstâncias, potencialmente mais
durável do que um concreto de resistência mais baixa (de mesmos materiais)10), 11), a
resistência à compressão não é, por si só, uma medida suficiente da durabilidade do concreto,
pois esta depende das camadas superficiais do concreto da estrutura. Nessas camadas, a
moldagem, o adensamento, a cura e a desmoldagem têm efeito muito importante nas
propriedades de difusividade, permeabilidade e absorção capilar de água e gases. Apesar
disso decidiu-se fazer referência às classes de concreto (ver NBR 8953) por ser esta a
propriedade mais consagrada nos projetos estruturais.
Convém dar preferência a certos tipos de cimento Portland mais adequados a resistir à
agressividade ambiental, em função da natureza dessa agressividade. Do ponto de vista da
maior resistência à lixiviação e para minimizar o risco de reações álcali-agregado são
preferíveis os cimentos com adições tipo CP III e CP IV; para reduzir a taxa de carbonatação
são preferíveis os cimentos tipo CP I e CP V e para reduzir a penetração de cloretos são
preferíveis os cimentos com adições tipo CP III e CP IV. A tabela C 7.1 dá uma idéia de como
varia a resistência do concreto com a mudança do tipo de cimento.
24
Tabela C 7.1 – Resultados, em MPa, obtidos em ensaios realizados para determinação de
resistência à compressão aos 28 dias de concretos, em função da relação a/c, para
vários tipos de cimento
Relação a/c Tipo de
cimento 0,65 0,60 0,55 0,50 0,45
CP I - 32 28 32 37 41 47
CP II - 32 24 28 31 35 39
CP II - 40 28 32 36 41 46
CP III - 32 23 27 31 36 41
CP III - 40 27 32 37 42 49
CP IV - 32 24 28 32 36 41
CP V -
ARI/RS 30 33 38 42 46
CP V - ARI 33 38 42 47 53
Notas:
1) Agregados de origem granítica.
2) Diâmetro máximo dos agregados de 25 mm.
3) Abatimento entre 50 mm e 70 mm.
4) Concretos com aditivo plastificante normal, ou seja, aqueles que não possuem ação
superplastificante ou superfluidificante.
5) Não foi estabelecida a correlação em função do consumo de cimento por metro cúbico de
concreto, cuja influência é expressiva, de acordo com a literatura técnica.
A proteção das armaduras é fator preponderante na NB-1, destacando-se:
7.4.5 A proteção das armaduras ativas externas deve ser garantida pela bainha,
completada por graute, calda de cimento Portland sem adições, ou graxa especialmente
formulada para esse fim.
7.4.6 Atenção especial deve ser dedicada à proteção contra a corrosão das ancoragens
das armaduras ativas.
O ideal para proteção durável contra a corrosão das ancoragens das armaduras ativas parece
ser o emprego de grautes de base cimento modificado com polímeros.
7.4.7 Para o cobrimento deve ser observado o prescrito em 7.4.7.1 a 7.4.7.7.
7.4.7.1 Para atender aos requisitos estabelecidos nesta Norma, o cobrimento mínimo da
armadura é o menor valor que deve ser respeitado ao longo de todo o elemento
considerado e que se constitui num critério de aceitação.
7.4.7.2 Para garantir o cobrimento mínimo (cmin) o projeto e a execução devem considerar
o cobrimento nominal (cnom), que é o cobrimento mínimo acrescido da tolerância de
execução (∆c). Assim, as dimensões das armaduras e os espaçadores devem respeitar
os cobrimentos nominais, estabelecidos na tabela 7.2, para ∆c = 10 mm.
7.4.7.3 Nas obras correntes o valor de ∆c deve ser maior ou igual a 10 mm.
7.4.7.4 Quando houver um adequado controle de qualidade e rígidos limites de tolerância
da variabilidade das medidas durante a execução pode ser adotado o valor ∆c = 5 mm,
mas a exigência de controle rigoroso deve ser explicitada nos desenhos de projeto.
Permite-se, então, a redução dos cobrimentos nominais prescritos na tabela 7.2 em 5
mm.
25
7.4.7.5 Os cobrimentos nominais e mínimos estão sempre referidos à superfície da
armadura externa, em geral à face externa do estribo. O cobrimento nominal de uma
determinada barra deve sempre ser:
a) cnom ≥ φ barra;
b) cnom ≥ φ feixe = φn = φ n ;
c) cnom ≥ 0,5 φ bainha.
7.4.7.6 A dimensão máxima característica do agregado graúdo utilizado no concreto não
pode superar em 20% a espessura nominal do cobrimento, ou seja:
dmáx ≤ 1,2 cnom
Tabela 7.2 - Correspondência entre classe de agressividade ambiental e cobrimento
nominal para ∆c = 10mm
Classe de agressividade
ambiental (tabela 6.1)
I II III IV3) Tipo de estrutura
Componente ou
elemento
Cobrimento nominal
mm
Laje2) 20 25 35 45 Concreto armado
Viga/Pilar 25 30 40 50
Concreto protendido1) Todos 30 35 45 55
1) Cobrimento nominal da armadura passiva que envolve a bainha ou os fios, cabos e
cordoalhas, sempre superior ao especificado para o elemento de concreto armado, devido
aos riscos de corrosão fragilizante sob tensão.
2) Para a face superior de lajes e vigas que serão revestidas com argamassa de contrapiso,
com revestimentos finais secos tipo carpete e madeira, com argamassa de revestimento e
acabamento tais como pisos de elevado desempenho, pisos cerâmicos, pisos asfálticos e
outros tantos, as exigências desta tabela podem ser substituídas por 7.4.7.5 respeitado um
cobrimento nominal ≥ 15 mm.
3) Nas faces inferiores de lajes e vigas de reservatórios, estações de tratamento de água e
esgoto, condutos de esgoto, canaletas de efluentes e outras obras em ambientes química
e intensamente agressivos, a armadura deve ter cobrimento nominal ≥ 45 mm.
A qualidade efetiva do concreto superficial de cobrimento e proteção à armadura depende da
adequabilidade da fôrma, do aditivo desmoldante e, preponderantemente da cura dessas
superfícies. Em especial devem ser curadas as superfíciesexpostas precocemente, devido à
desmoldagem, tais como fundos de lajes, laterais e fundos de vigas e faces de pilares e
paredes. Uma diretriz geral, encontrada na literatura técnica, diz que a durabilidade da
estrutura de concreto é determinada por quatro fatores identificados como regra dos 4C:
- composição ou traço do concreto;
- compactação ou adensamento efetivo do concreto na estrutura;
- cura efetiva do concreto na estrutura;
- cobrimento ou espessura do concreto de cobrimento das armaduras.
Portanto a vida útil desejada para a estrutura pode ser alcançada através de uma combinação
adequada e inteligente desses fatores, ou seja, ao empregar um concreto de melhor qualidade
é possível reduzir o cobrimento mantendo a mesma vida útil de projeto, e vice-versa. Admitindo
que o adensamento e a cura serão e deverão ser bem executados em quaisquer
circunstâncias, fica um certo grau de liberdade entre a escolha da resistência (qualidade) do
concreto e a espessura do cobrimento. Essa ainda não é a postura do CEB12), que não
aconselha uma redução dos cobrimentos mínimos. Esse conceito pode ser exemplificado na
26
figura C 7.1 onde está apresentado um ábaco correspondente a uma estrutura sujeita a um
ambiente agressivo no qual predomina a ação do gás carbônico, ou seja um fenômeno
preponderante de carbonatação13). Como se pode observar qualitativamente (não tomar
valores numéricos deste ábaco para projeto), uma mesma vida útil pode ser alcançada por
diferentes pares cobrimentos / resistência de concreto.
O ábaco indicado na figura C 7.1, é apenas conceitual e qualitativo, correlacionando vida útil de
projeto com espessura de cobrimento das armaduras e com a qualidade do concreto (C10 a
C50), em função do ambiente (neste caso zona urbana e industrial).
Figura C 7.1 – Correlações conceituais e qualitativas da carbonatação em faces externas
dos componentes estruturais de concreto expostos à intempérie
O mesmo raciocínio pode ser aplicado para uma situação considerada de extrema
agressividade, ou seja, para a zona de respingos de maré, conforme apresentada na figura
C 7.2.
O ábaco indicado na figura C 7.2, também apenas conceitual e qualitativo, correlacionando
vida útil de projeto com espessura de cobrimento das armaduras e com a qualidade do
concreto (C 10 a C 50), em função do ambiente (neste caso zona de respingos de maré). Como
se pode constatar em condições de extrema agressividade, sempre qualitativamente, somente
os concretos de 45 MPa e 50 MPa com cobrimentos mínimos de 9 cm e 5 cm respectivamente,
poderiam alcançar 50 anos de vida útil de projeto.
27
Figura C 7.2 – Correlações conceituais da difusão de cloretos em faces externas de
componentes estruturais de concreto expostos à zona de respingos de maré
Esta nova visão da questão da durabilidade, expressa neste comentário aponta para uma
mudança radical na forma de exigir requisitos de projeto. Atualmente, uma vez classificada a
agressividade do ambiente o passo seguinte é escolher a qualidade do concreto e atender a
uma certa espessura de cobrimento. Desse atendimento aos dois requisitos espera-se alcançar
uma certa vida útil de projeto. Dentro da nova conceituação, após a classificação da
agressividade do ambiente, o passo a tomar deve ser o de escolher uma vida útil de projeto e,
a partir dela, com liberdade, combinar inteligentemente o cobrimento de concreto das
armaduras com a qualidade (resistência) desse concreto.
C 7.5 Detalhamento das armaduras
O congestionamento das barras dificulta a moldagem, propicia a segregação dos componentes
do concreto e impede um bom adensamento, ao dificultar a entrada do vibrador,
comprometendo a compacidade final do concreto endurecido14).
C 7.6 Controle da fissuração
A abertura máxima característica wk das fissuras, desde que não exceda valores da ordem de
0,3 mm a 0,4 mm, em elementos e componentes estruturais submetidos e projetados em
conformidade com as demais exigências desta Norma (ver tabela 13.3), não têm importância
significativa na evolução da corrosão das armaduras passivas15), 16), 17), 18), 19), 20).
Assim, uma diferenciação mais detalhada entre aberturas limite de fissuras transversais à
armadura principal não é necessária nas estruturas correntes de concreto armado.
É de interesse, no entanto, fixar aberturas limite de fissuras mais restritas, no caso destas
afetarem a funcionalidade da estrutura, como é o caso, por exemplo, da estanqueidade de
reservatórios, assim como nos casos em que possam vir a causar desconforto psicológico nos
usuários.
28
Nos componentes e elementos estruturais sob classes de agressividade muito forte (IV), a
limitação de abertura de fissuras em valores menores que 0,3 mm não se constitui medida
suficiente para prevenir a deterioração da estrutura.
A penetração de agentes agressivos ao concreto até atingir a armadura, se dá por outros
mecanismos que não exclusivamente através de fissuras.
C 7.7 Medidas especiais
Em princípio podem ser utilizadas as seguintes medidas protetoras especiais21):
a) proteção das superfícies de concreto aparente com hidrofugantes (base silicone), com
vernizes de base acrílico puro, com vernizes de base poliuretano alifático ou com sistemas
duplos, renovados periodicamente a cada 3 a 5 anos;
b) proteção das superfícies de concreto não aparente com chapisco, emboço, reboco e
pintura ou revestimentos de pastilha, de cerâmica, de base asfalto, ou revestimentos
reforçados com fibras de vidro ou de poliéster, de mantas de náilon, e similares, mantidos e
renovados periodicamente;
c) proteção da superfície da armadura com revestimentos de zinco tipo galvanizados.
Cuidados especiais devem ser tomados no manuseio das barras para não comprometer a
proteção superficial;
d) proteção direta da superfície da armadura com revestimentos de base epóxi. Cuidados
especiais devem ser tomados no manuseio das barras para não comprometer a proteção
superficial;
e) proteção da armadura contra a corrosão através de proteção catódica por corrente
impressa, mantida periódica e sistematicamente.
Na tradição brasileira tem sido aceito considerar que um revestimento da superfície da
estrutura de concreto com chapisco, emboço e reboco de argamassa de cimento:cal:areia, com
acabamento de pintura renovada periodicamente ou outro acabamento, tais como pastilha,
cerâmica, e outros, desde que submetidos a uma manutenção periódica, atuaria como uma
barreira extra e protetora da armadura contra a corrosão. Com esse raciocínio era permitido
reduzir a espessura de cobrimento de 5 mm. Ao lado de obras com resultado positivo há uma
série de outras catastróficas principalmente quando isso foi considerado motivo para relaxar a
qualidade da execução e sempre que as cerâmicas, pastilhas, fachadas e pisos foram lavados
com ácido muriático (ácido clorídrico comercial), que é altamente agressivo às armaduras.
Portanto, em concordância com as demais normas internacionais sobre o assunto, apesar de
viável em casos específicos, não se recomenda reduzir automaticamente os cobrimentos
mínimos ou a qualidade do concreto de cobrimento.
29
C 8 Propriedades dos materiais
C 8.2.1 Classes
Esta Norma se aplica a concretos compreendidos nas classes de resistência do grupo I,
indicadas na NBR 8953, ou seja, até C50.
A classe C20, ou superior, se aplica a concreto com armadura passiva e a classe C25, ou
superior, a concreto com armadura ativa. A classe C15 pode ser usada apenas em fundações,
conforme NBR 6122, e em obras provisórias.
O valor de 15 MPa pode ser eventualmente utilizado em obras de pequeno porte (até 4
pavimentos, com vãos inferiores a 4 m e sem lajes lisas ou cogumelo).
C 8.2.6 Resistência no estado multiaxial de tensões
A expressão foi desenvolvida para o estado duplo, aplicando-se ao caso multiaxial com grande
margem de segurança.
σ1 ≥ - fctk
σ3 ≤ fck + 4 σ1
Em casosespeciais, literatura específica pode ser usada para se obter valores mais realistas.
Para consideração da tensão intermediária, o critério de ruptura indicado pelo MC90 CEB-FIP
pode ser utilizado.
C 8.2.8 Módulo de elasticidade
A rigor o módulo de elasticidade inicial Eci está ligado ao valor médio da resistência à
compressão do concreto, fcm.
Como fcm não é conhecido na fase de projeto, apenas fck; Eci será calculado em função de fck.
Na verdade, na verificação de elementos estruturais ou seções transversais, o valor da efetiva
resistência do concreto pode ser da ordem de fck, daí ser prudente usar as expressões
constantes de 8.2.8 em função de fck:
O módulo de elasticidade ou módulo de deformação tangente inicial, deve ser obtido
segundo ensaio descrito na NBR 8522 . Quando não forem feitos ensaios e não existirem
dados mais precisos sobre o concreto usado na idade de 28 d, pode-se estimar o valor
do módulo de elasticidade usando a expressão :
Eci = 5600 fck1/2
onde:
Eci e fck são dados em megapascal.
O módulo de elasticidade numa idade j ≥ 7 d pode também ser avaliado através dessa
expressão, substituindo-se fck por fckj.
Quando for o caso, é esse o módulo de elasticidade a ser especificado em projeto e
controlado na obra.
30
O módulo de elasticidade secante a ser utilizado nas análises elásticas de projeto,
especialmente para determinação de esforços solicitantes e verificação de estados limites
de serviço, deve ser calculado pela expressão :
Ecs = 0,85 Eci
Na avaliação do comportamento de um elemento estrutural ou seção transversal pode
ser adotado um módulo de elasticidade único, à tração e à compressão, igual ao módulo
de elasticidade secante (Ecs).
Na avaliação do comportamento global da estrutura e para o cálculo das perdas de
protensão, pode ser utilizado em projeto o módulo de deformação tangente inicial (Eci).
A redução de 15% de Eci para Ecs, é importante porque em regiões localizadas as tensões
podem ser da ordem de 40% a 50% de fck, até mais, reduzindo o valor efetivo de Ecs.
Na avaliação do comportamento global da estrutura, permite-se adotar o módulo Eci por três
razões principais:
- para a estrutura toda é adequado avaliar a rigidez a partir de fcm;
- existem significativas regiões da estrutura onde as tensões são baixas, abaixo de 30% de
fck;
- nessas análises uma parte das ações é usualmente dinâmica de curta duração, como o
vento por exemplo, para as quais o concreto tem uma resposta mais rígida.
Muitas são as variáveis que podem interferir no resultado do módulo de elasticidade do
concreto. Dentre elas, pode-se citar:
- diferentes resistências à compressão do concreto;
- diferentes consistências do concreto fresco;
- diferentes volumes de pasta por metro cúbico de concreto;
- diferentes estados de umidade dos corpos-de-prova no momento do ensaio;
- diferentes velocidades de aplicação da carga ou da deformação;
- diferentes diâmetros nominais do agregado graúdo;
- diferentes dimensões dos corpos-de-prova;
- diferentes temperaturas de ensaio;
- diferentes naturezas do agregado graúdo;
- diferentes idades.
Por isso é muito difícil estabelecer um modelo único que forneça o módulo a partir da
resistência à compressão, que é apenas uma das variáveis em jogo. Para exemplificar
apresenta-se a seguir uma proposta de faixas possíveis de variação do módulo de elasticidade
inicial.
Eci = a1 . a2 . 5600 . fck
onde:
a1 e a2 podem ser obtidos nas tabelas 8.1 e 8.2.
31
Tabela C 8.1 - Proposta de índices de correção do módulo de elasticidade do concreto
em função da natureza do agregado
Natureza do agregado graúdo a1
Basalto, diabásio e calcário sedimentar denso 1,1 a 1,2
Granito e gnaisse 1,0
Calcário metamórfico, e metasedimento 0,9
Arenito 0,7
Tabela C 8.2 - Proposta de índices de correção do módulo de elasticidade do concreto
em função de sua consistência
Consistência do concreto fresco1) a2
fluida 0,9
plástica 1,0
seca 1,1
1) Consistência obtida pela NBR NM 67 sem o uso de aditivos, especialmente
superplastificantes.
C 8.2.10 Diagramas tensão deformação
Para análises não-lineares é importante a utilização de diagramas tensão-deformação mais
realistas, (ver figura C 8.1) como o dado pelo MC 90 CEB-FIP. É importante que o valor do
módulo de elasticidade secante para 0,4 fck coincida com o de 8.2.8.
Figura C 8.1 – Diagrama tensão –deformação mais realistas
C 8.3.9 Soldabilidade
Para que um aço seja considerado soldável, sua composição deve obedecer aos limites
estabelecidos na NBR 8965.
A emenda de aço soldada deve ser ensaiada à tração segundo a NBR 8548. A carga de
ruptura mínima, medida na barra soldada, deve satisfazer ao especificado na NBR 7480
e o alongamento sob carga deve ser tal que não comprometa a dutilidade da armadura.
O alongamento total plástico medido na barra soldada deve atender a um mínimo de 2%.
32
Informações sobre execução de solda podem ser obtidas na NBR 14931 – Execução de
estruturas de concreto – Procedimento.
C 8.4.1 Classificação
Os valores de resistência característica à tração, diâmetro e área dos fios das
cordoalhas, bem como a classificação quanto à relaxação, a serem adotados em projeto,
são os nominais indicados na NBR 7482 e na NBR 7483, respectivamente.
Para barras não existe norma de especificação.
C 8.4.8 Relaxação
A relaxação de fios e cordoalhas, após 1 000 h a 20ºC (Ψ1000) e para tensões variando de
0,5 fptk a 0,8 fptk, obtida em ensaios descritos na NBR 7484, não deve ultrapassar os valores
dados nas NBR 7482 e NBR 7483, respectivamente. Para efeito de projeto, os valores de
Ψ1000 da tabela 8.3 podem ser adotados.
Para barras não existe norma de especificação.
33
C 9 Comportamento conjunto dos materiais
C 9.2.2 Níveis de protensão
Os níveis de protensão estão relacionados com os níveis de intensidade da força de
protensão que, por sua vez, são função da proporção de armadura ativa utilizada em
relação à passiva (ver 3.1.4 e tabela 13.3).
Em regiões localizadas como nos trechos junto às extremidades das peças com aderência
inicial (armadura pré-tracionada, 3.1.7) a existência de tração em parte da seção transversal
não caracteriza o nível de protensão.
Esses esforços de tração podem ser resistidos apenas por armadura passiva, respeitadas as
exigências referentes aos estados limites para as peças de concreto armado.
Em casos de peças pré-fabricadas de acordo com a NBR 9062, pelo processo de extrusão ou
do tipo fôrma deslizante com fios aderentes, a resistência à tração do concreto pode ser
considerada desde que comprovada experimentalmente a segurança global do trecho.
C 9.3 Verificação da aderência
Para verificação do fendilhamento ver também: CEB-CM90 Bull 151/CEB - Bond Action and
Bond Behaviour of Reinforcement Construções de Concreto - Leonhardt - Vol. 3.
C 9.4 Ancoragem das armaduras
C 9.4.1 Condições gerais
Todas as barras das armaduras devem ser ancoradas de forma que os esforços a que
estejam submetidas sejam integralmente transmitidos ao concreto, seja por meio de
aderência ou de dispositivos mecânicos ou combinação de ambos.
A NB-1 entende que uma ancoragem deve garantir, com a segurança prevista nessa Norma:
a) a integridade do concreto na região da ancoragem;
b) a resistência e rigidez da barra aos esforços para os quais foi calculada no trecho em que
está integralmente ancorada. Ponto A da figura C 9.1;
c) a resistência das barras remanescentes, no trecho em que a barra ancorada foi
suprimida. Ponto B figura C 9.1;
d) ao longo do comprimento de ancoragem a resistência da barra ancorada pode ser
considerada linearmente variável conforme mostra a figura C 9.1.
Figura C 9.1 - Variação da resistência de cálculo de um conjunto de três barras, quando
uma delas é cortada (a barra 3, no ponto B)
34
C 9.4.2.5 Comprimento de ancoragemnecessário
O comprimento de ancoragem necessário pode ser calculado por:
min,
,
,
, A
A
b
efs
calcs
b1necb lll ≥α=
onde:
α1 = 1,0 para barras sem gancho;
α1 = 0,7 para barras tracionadas com gancho cobrimento no plano normal ao do
gancho ≥ 3 φ;
bl é calculado conforme 9.4.2.4;
min,bl é o maior valor entre 0,3 bl , 10 φ e 100 mm.
Permite-se, em casos especiais, considerar outros fatores redutores do comprimento
de ancoragem necessário.
A NB-1 permite, em casos especiais, considerar outros fatores redutores do comprimento de
ancoragem, além do que estabelece na seção 9. Esses valores podem ser obtidos na tabela C
9.1, através de coeficientes α i, definidos a seguir:
min,b
ef,s
calc,s
b.5.4.3.21nec,b A
A
. lll ≥ααααα=
onde:
α 1 considera a eficiência do gancho;
α 2 considera a eficiência de barras transversais soldadas;
α 3 considera a eficiência de um bom cobrimento;
α 4 considera a eficiência da armadura transversal não soldada, conforme a posição relativa à
armadura ancorada. Ver coeficiente k na tabela C 9.2;
α 5 considera a eficiência de pressão transversal à ancoragem.
Observar que:
1) barras retas com cobrimento superior a φ permitem redução;
2) o cobrimento cd considerado deve respeitar as condições estabelecidas na tabela C 9.2;
3) ganchos com cobrimento lateral superior a 3φ também permitem redução. Nesse caso
α 1 e α 3 se sobrepõem;
4) no caso do gancho o cobrimento deve ser medido no plano normal ao gancho
(cobrimento lateral);
5) no caso de ancoragem de barras comprimidas só as reduções α 2 e α 5 são permitidas.
35
Tabela C 9.1 – Coeficientes para os fatores redutores do comprimento de ancoragem
Armadura
Fator Tipo de ancoragem
de Tração de compressão
Barras retas, sem
gancho α1 = 1 α1 = 1 α 1
Forma das barras Barras retas, com
gancho ou laços
α1 = 0,7 p/ cd > 3φ
α1 = 1 p/ cd ≤ 3φ
α1 = 1
α 2
Barras transversais
soldadas
Qualquer α2 = 0,7 α2 = 0,7
Barras retas, sem
gancho
α3 = 1 – 0,15(cd - φ)/φ
0,7 ≤ α3 ≤ 1
α3 = 1 α 3
Cobrimento das
armaduras Barras retas, com
gancho ou laços
α3 = 1 – 0,15(cd -
3φ)/φ
0,7 ≤ α3 ≤ 1
α3 = 1
α 4
Barras transversais não
soldadas
Qualquer α4 = 1 - kλ
0,7 ≤ α4 ≤ 1
α4 = 1
α 5
Pressão transversal p
MPa
Qualquer
α5 = 1 – 0,04p
0,7 ≤ α5 ≤ 1
α5 = 1
Tabela C 9.2 - Valores de cd, k e λ
C 9.4.2.6.2 Armadura transversal na ancoragem – barras com φ ≥ 32 mm
Deve ser verificada a armadura em duas direções transversais ao conjunto de barras
ancoradas. Essas armaduras transversais devem suportar os esforços de
36
fendilhamento segundo os planos críticos, respeitando espaçamento máximo de 5 φ
(onde φ é o diâmetro da barra ancorada).
As duas direções transversais citadas na NB-1 podem ser consideradas como indica a figura C
9.2.
Figura C 9.2 - Armadura transversal em zona de ancoragem de barras com φ ≥ 32mm
C 10 Segurança e estados limites
Como os critérios de segurança adotados na NB-1 baseiam-se no que estabelece a NBR 8681
e como essas Normas foram revisadas em conjunto, tendo sido publicadas em março/2003 e
devendo vigorar após doze meses de sua publicação (a partir de 31/março/2004), atenta-se
para a necessidade de utilizar a edição de 2003 de ambas.
C 10.3 Estados limites últimos
De forma a contemplar a norma recém publicada de estruturas de concreto em situação de
incêndio é necessária a consideração do estado limite último de esgotamento da capacidade
resistente da estrutura, no seu todo ou em parte, em situação de incêndio, conforme a NBR
15200, o que na NBR 6118:2003 está contemplado de forma genérica em 10.3-f), cuja redação
original está a seguir transcrita:
f) outros estados limites últimos que eventualmente possam ocorrer em casos especiais.
37
C 11 Ações
C 11.2 Ações a considerar
Ações são definidas como causas que provocam esforços ou deformações nas estruturas. As
forças são chamadas de ações diretas e as deformações impostas de ações indiretas.
C 11.3.2.3 Empuxos permanentes
Consideram-se como permanentes os empuxos de terra e outros materiais granulosos
quando forem admitidos não removíveis.
Como representativos devem ser considerados os valores característicos Fk.sup ou Fk.inf
conforme a NBR 8681.
No cálculo de Fk,inf, são considerados os valores otimistas dos parâmetros de resistência do
terreno, correspondentes, em princípio, ao quantil 95% da distribuição de probabilidade desses
parâmetros.
No cálculo de Fk.sup, são considerados os valores pessimistas daqueles parâmetros,
correspondentes, em princípio, ao quantil 5%.
C 11.3.3.1 Retração do concreto
Nos casos correntes das obras de concreto armado, em função da restrição à retração do
concreto, imposta pela armadura, satisfazendo o mínimo especificado nesta Norma, o
valor de εcs (t∞, t0) pode ser adotado igual a -15 x 10-5. Esse valor admite elementos
estruturais de espessura equivalente, entre 10cm e 100cm sujeitos a umidade ambiente
não inferior a 75%.
Nos elementos estruturais permanentemente submetidos a diferentes condições de
umidade em faces opostas, admite-se variação linear da retração ao longo da espessura
do elemento estrutural, entre os dois valores correspondentes a cada uma das faces.
Nos elementos estruturais de concreto armado com taxas geométricas de armadura
longitudinal inferiores a 0,5% ou 0,1%, o valor característico da retração deve ser alterado,
respectivamente, para -20x10-5 ou -25 x 10-5.
Para valores de umidade significativamente inferiores a 75% esses valores devem ser revistos.
C 11.3.3.2 Fluência do concreto
As deformações decorrentes da fluência do concreto podem ser calculadas conforme
indicado no anexo A.
Nos casos em que a tensão σc(t0) não varia significativamente, permite-se que essas
deformações sejam calculadas simplificadamente pela expressão:
( )
ϕ+σ=ε ∞∞ )28(
),(
)(
1.),(
ci
0
0ci
0c0 E
tt
tE
tttc
onde:
εc (t∞,t0) é a deformação específica total do concreto entre os instantes t0 e t∞;
σc (t0) é a tensão no concreto devida ao carregamento aplicado em t0;
ϕ(t∞, t0) é o limite para o qual tende o coeficiente de fluência provocado por carregamento
aplicado em t0.
38
O valor de ϕ(t∞, t0) pode ser calculado por interpolação da tabela 8.1. Essa tabela fornece
o valor característico superior de ϕ(t∞, t0) em algumas situações usuais (ver seção 8).
O valor característico inferior de ϕ(t∞,t0) é considerado nulo.
Quando Eci(t0) e Eci(28) são próximos, o que ocorre para t0 entre 10 dias e 100 dias, Eci(28)
pode ser substituído por Eci(t0).
A expressão simplificada apresentada é aplicável às obras em que as tensões no concreto que
provocam fluência σc(t0), variam pouco ao longo do tempo e não ultrapassam 0,4 fck. Esse é o
caso da maioria das obras de concreto armado ou protendido.
Quando porém, em função de fases construtivas ou de protensão muito dispersas no tempo,
essa tensão σc(t0) varia significativamente, recomenda-se o uso da expressão geral contida no
Anexo A da NB-1 (Efeito do tempo no concreto estrutural).
No caso particular das obras de concreto armado, o cálculo dos deslocamentos, provocados
por flexão e majorados por fluência do concreto, pode ser feito pelo processo aproximado
descrito na seção 15 da Norma.
C 11.3.3.3 Deslocamentos de apoio
O deslocamento de cada apoio deve ser avaliado em função das características físicas
do correspondente material de fundação. Como representativos desses deslocamentos
devem ser considerados os valores característicos superiores, δksup, calculados com
avaliação pessimista da rigidez do material de fundação, correspondente, em princípio,
ao quantil 5% da respectiva distribuição de probabilidade.
Os valores característicos inferiores podem ser considerados nulos.
O conjunto desses deslocamentos constitui-se numa única ação, admitindo-se que todos
eles sejam majorados pelo mesmo coeficientede ponderação.
De acordo com a NB-1, os deslocamentos de apoio só devem ser considerados quando
gerarem esforços significativos em relação ao conjunto das outras ações, isto é, quando a
estrutura for hiperestática e muito rígida. Nesse caso se diz que a estrutura é sensível a
recalques.
Alternativamente ao que estabelece a Norma, os deslocamentos de apoio podem ser avaliados
em modelos que levem em conta a interação solo-estrutura.
Nesse caso devem ser consideradas duas situações de cálculo, uma com avaliação otimista da
rigidez do terreno de fundação e outra com avaliação pessimista da mesma.
Quando o material de fundação é adensável, o adensamento só deve ser considerado na
avaliação pessimista da rigidez do material.
C 11.3.3.4 Imperfeições geométricas
De forma genérica, as construções de concreto são geometricamente imperfeitas. No caso das
estruturas reticuladas, por exemplo, existem imperfeições na posição e na forma dos eixos dos
elementos estruturais, na forma e dimensões da seção transversal, na distribuição da
armadura, entre outras.
Muitas dessas imperfeições podem ser cobertas apenas pelos coeficientes de ponderação,
mas, as imperfeições do eixo das peças, não. Elas devem ser explicitamente consideradas
39
porque têm efeitos significativos sobre a estabilidade da construção. Esses efeitos decorrem
não só das solicitações diretamente atuantes, mas também da fluência e da sensibilidade a
imperfeições das estruturas de concreto. Dessa forma a NB-1 estabelece que:
Na verificação do estado limite último das estruturas reticuladas, devem ser
consideradas as imperfeições geométricas do eixo dos elementos estruturais da
estrutura descarregada. Essas imperfeições podem ser divididas em dois grupos:
imperfeições globais e imperfeições locais.
Essas imperfeições geométricas podem ser substituídas por conjuntos de cargas externas auto
equilibradas equivalentes, como mostra a figura C 11.1. A distribuição de H0 pelos n pilares
depende da distribuição das reações de apoio verticais.
Figura C 11.1 - Cargas externas equivalentes a imperfeições geométricas
40
Os momentos Mp1, Mp2, Mv correspondem à distribuição, para os dois lances de pilar e a viga,
do momento total no nó Nlθ1 decorrente do desaprumo.
C 11.3.3.5 Protensão
A ação da protensão deve ser considerada em todas as estruturas protendidas, incluindo,
além dos elementos protendidos propriamente ditos, aqueles que sofrem a ação indireta
da protensão, isto é, de esforços hiperestáticos de protensão.
O valor da força de protensão deve ser calculado considerando a força inicial e as perdas
de protensão conforme estabelecido em 9.6.3.
Os esforços solicitantes gerados pela ação dessa protensão podem ser calculados
diretamente a partir da excentricidade do cabo na seção transversal do elemento
estrutural e da força de protensão ou através de um conjunto de cargas externas
equivalentes, ou ainda através da introdução de deformações impostas correspondentes
ao pré-alongamento das armaduras.
Os esforços solicitantes gerados pela ação da protensão podem ser calculados diretamente a
partir da excentricidade do cabo na seção transversal da peça e da força de protensão ou
através de um conjunto de cargas externas equivalentes, ou ainda através da introdução de
deformações impostas correspondentes ao pré-alongamento das armaduras.
Esse conjunto de cargas externas equivalentes pode ser calculado com precisão considerando
a força de protensão variável ao longo do cabo através das forças longitudinais de atrito e das
forças transversais de curvatura dos cabos (ver figura C 11.2).
Esse conjunto é auto-equilibrado e é formado de duas partes, uma aplicada ao concreto da
peça e outra ao cabo de protensão da mesma. Quando se considera a peça completa,
concreto mais cabo, nenhum carregamento deve a ela ser aplicado, as cargas equivalentes se
auto-equilibram.
41
Figura C 11.2 - Cargas externas equivalentes à protensão
É em geral aceitável considerar uma solução simplificada que admite a força normal de
protensão constante e igual ao seu valor médio ao longo do vão.
As forças longitudinais são por conseqüência desprezadas. Já as transversais ao cabo são
admitidas transversais ao eixo do elemento protendido, constantes e dadas pela seguinte
expressão:
ll
α
==
Ptg2aP8
p
2t
Sempre que a força normal de protensão for significativamente variável (caso de cabos longos
ou de grande curvatura) ou o cabo não for parabólico (caso de cabos com inflexão) essa
aproximação deve ser aplicada por partes.
Cada parte deve corresponder a um trecho de cabo parabólico, com força aproximadamente
constante.
42
C 11.4.1.4 Ações variáveis durante a construção
As estruturas em que todas as fases construtivas não tenham sua segurança garantida
pela verificação da obra pronta devem ter, incluídas no projeto, as verificações das fases
construtivas mais significativas e sua influência na fase final.
A verificação de cada uma dessas fases deve ser feita considerando a parte da estrutura
já executada e as estruturas provisórias auxiliares com os respectivos pesos próprios.
Além disso devem ser consideradas as cargas acidentais de execução.
Entre essas cargas destacam-se: o peso próprio da parte da estrutura que está sendo
executada nessa fase, o peso de equipamentos, de depósitos provisórios, de pessoal, etc.
Desenhos de processos construtivos, úteis de uma maneira geral, são especialmente
necessários nesses casos e devem descrever com clareza essas fases construtivas mais
significativas, indicando inclusive as condicionantes impostas pelo projeto à execução.
Deve ser levado em conta o disposto na NBR 12655, no que diz respeito às atribuições do
responsável pelo projeto estrutural.
C 11.4.2.2 Variações não uniformes de temperatura
Nos elementos estruturais em que a temperatura possa ter distribuição significativamente
diferente da uniforme, devem ser considerados os efeitos dessa distribuição. Na falta de
dados mais precisos, pode ser admitida uma variação linear entre os valores de
temperatura adotados, desde que a variação de temperatura considerada entre uma face
e outra da estrutura não seja inferior a 5ºC.
Esse é o caso de recipientes de fluidos aquecidos ou resfriados onde a falta de uniformidade
depende da temperatura do fluido e do eventual isolamento térmico; é o caso também de lajes
de cobertura de caixas d'água, de edifícios com instalação de ar condicionado ou das pontes
ou passarelas.
C 11.8 Combinações de ações
C 11.8.2.4 Combinações últimas usuais
Considerando a tabela 11.3 da NB-1 são dados os exemplos de aplicação a seguir.
43
Tabela 11.3 – Combinações últimas
Combinações
últimas (ELU)
Descrição Cálculo das solicitações
Esgotamento da
capacidade resistente
para elementos
estruturais de concreto
armado 1)
Fd = γgFgk + γεgFεgk + γq (Fq1k + Σ ψojFqjk) + γεq ψoε
Fqk
Esgotamento da
capacidade resistente
para elementos
estruturais de concreto
protendido
Deve ser considerada, quando necessário, a
força de protensão como carregamento externo
com os valores Pkmáx e Pkmin para a força
desfavorável e favorável, respectivamente,
conforme definido na seção 9
Normais
Perda do equilíbrio
como corpo rígido
S (Fsd) ≥ S (Fnd)
Fsd = γgs Gsk + Rd
Fnd = γgn Gnk + γq Qnk - γqs Qs,min, onde: Qnk = Q1k
+ Σ ψoj Qjk
Especiais ou
de construção
2)
Fd = γg Fgk + γεg Fεgk + γq (Fq1k + Σ ψoj Fqjk) + γεq ψoε Fεqk
Excepcionais
2) Fd = γg Fgk + γεg Fεgk + Fq1exc + γq Σ ψoj Fqjk + γεq ψoε Fεqk
Onde:
Fd é o valor de cálculo das ações para combinação última
Fgk representa as ações permanentes diretas
Fεk representa as ações indiretas permanentes como a retração Fεgk e variáveis como a
temperatura Fεqk
Fqk representa as ações variáveis diretas das quais Fq1k é escolhida principal
γg, γεg, γq, γεq – ver tabela 11.1
ψoj,ψoε - ver tabela 11.2
Fsd representa as ações estabilizantes
Fnd representa as ações não estabilizantes
Gsk é o valor característico da ação permanente estabilizante
Rd é o esforço resistente considerado como estabilizante, quando houver
Gnk é o valor característico da ação permanente instabilizante
∑
=
ψ+=
m
2j
jkojk1nk QQQ
Qnk é o valor característico das ações variáveis instabilizantes
Q1k é o valor característico da ação variável instabilizante considerada como principal
ψoj Qjq são as demais ações variáveis instabilizantes, consideradas com seu valor
reduzido
Qs,min é o valor característico mínimo da ação variável estabilizante que acompanha
obrigatoriamente uma ação variável instabilizante
1) No caso geral, devem ser consideradas inclusive combinações onde o efeito favorável
das cargas permanentes seja reduzido pela consideração de γg = 1,0. No caso de
estruturas usuais de edifícios essas combinações que consideram γg reduzido (1,0) não
precisam ser consideradas.
2) Quando Fg1k ou Fg1exc atuarem em tempo muito pequeno ou tiverem probabilidade de
ocorrência muito baixa ψ0j pode ser substituído por ψ2j.
44
Exemplos de definição das combinações últimas
Exemplo 1: Estruturas usuais de edifícios residenciais e comerciais
Deve ser aplicada a fórmula estabelecida para combinações últimas normais de esgotamento
da capacidade resistente de elementos estruturais de concreto armado (ver tabela 11.3).
Nota – Não se aplica a indústrias, depósitos e congêneres.
Devem ser verificadas pelo menos as duas combinações seguintes:
Fd = 1,4Fgk + 1,2Fεgk + 1,4(Fq1k + ψ0Fq2k) + 1,2x0,6Fεgk
onde:
Fgk representa as cargas permanentes;
Fεgk representa os efeitos da retração;
Fε qk representa os efeitos da temperatura.
O coeficiente de majoração das ações permanentes γg pode ser reduzido para 1,3 no caso de
ações permanentes de pequena variabilidade. Ver NBR 8681:2003.
Combinação 1:
Fq1k representa os efeitos do vento;
Fq2k representa a carga acidental, com ψ0 = 0,5.
Combinação 2:
Fq1k representa a carga acidental;
Fq2k representa os efeitos do vento, com ψ0 = 0,6.
Nos edifícios com nós pouco deslocáveis ou fixos, isto é, em que os efeitos de 2ª ordem sejam
desprezíveis, ou quando γz ≤ 1,1. Nesses casos permite-se substituir essas 2 combinações por
apenas uma dada por:
Fd = 1,4Fgk + 1,2Fεgk + 1,4(Fqk + 0,8Fwk) + 1,2x0,6Fεgk
onde:
Fqk representa a carga acidental;
Fwk representa os efeitos do vento.
Observar ainda que:
1) Os efeitos das ações Fg e Fq devem levar em conta as imperfeições geométricas (ver
11.3.3.4) quando este for maior que o vento. Nesse caso Fwk = 0.
2) Os efeitos de Fq nos pilares e fundações podem levar em conta que a probabilidade de
todos os andares estarem completamente carregados ao mesmo tempo é desprezível.
45
Isso pode ser feito como indica a NBR 6120 e reproduzido na tabela C 11.1.
Tabela C 11.1 - Redução de cargas acidentais em edifícios residenciais e comerciais,
para obtenção das forças normais nos pilares
Numeração dos pisos a partir da
cobertura
Redução percentual das cargas acidentais
1o., 2o, 3o. 0
4o. 20%
5o. 40%
6o. em diante 60%
Notar que a redução da tabela C 11.1 se sobrepõe a ψ0 quando Fq não é ação principal.
Para cálculo das fundações deve ser considerado o valor característico equivalente dessas
combinações dado por: Feq = Fd/1,4.
Exemplo 2: Bibliotecas, arquivos, oficinas, estacionamentos
Deve ser aplicada a fórmula estabelecida para combinações últimas normais de esgotamento
da capacidade resistente de elementos estruturais de concreto armado (ver tabela 11.3).
Pelo menos duas combinações devem ser verificadas:
Fd = 1,4Fgk + 1,2Fεgk + 1,4(Fq1k + 0,8Fq2k) + 1,2x0,6Fεgk
onde:
Fgk representa as cargas permanentes;
Fq1k representa os efeitos do vento;
Fq2k representa a carga acidental;
Fεqk representa os efeitos da temperatura.
Fd = 1,4Fgk + 1,2Fεgk + 1,4(Fq1k + 0,6Fq2k) + 1,2x0,6Fεgk
onde:
Fq1k e Fq2k passam a representar a carga acidental e os efeitos do vento, respectivamente
Exemplo 3: Elementos estruturais de concreto protendido em edifícios, com cabos nas
zonas comprimidas e tracionadas
Deve ser aplicada a fórmula estabelecida para combinações últimas normais de esgotamento
da capacidade resistente de elementos estruturais de concreto protendido (ver tabela 11.3).
Fd = 1,4Fgk + 1,2Fεgk + 1,4Fqk + 1,2Pkmáx + 0,9 Pkmín + 1,2x0,6Fεgk
onde:
46
Pkmáx representa a contribuição de cabo resultante em zona comprimida para verificação da
resistência à compressão;
Pkmín representa a contribuição do cabo para verificação da resistência à força cortante ou da
resistência à flexão, se o cabo está na zona tracionada.
Exemplo 4: Muros de arrimo
Devem ser aplicadas as fórmulas estabelecidas para perda do equilíbrio como corpo rígido (ver
tabela 11.3).
S(1,0Gsk) ≥ S(1,4Gnk + 1,4Qnk - 1,0Qs,minδ)
onde:
δ representa o efeito, sobre as solicitações, da deslocabilidade do muro;
Gsk representa a ação permanente estabilizante – peso do muro e do solo;
Gnk representa a ação permanente instabilizante – empuxo do peso do solo;
Qnk representa a ação variável instabilizante – empuxo das sobrecargas;
Qs,min representa a ação variável estabilizante – resultante das sobrecargas;
Devem ser considerados os valores característicos superiores dos empuxos Gnk e Qnk.
Exemplo 5: Flutuação de estruturas submersas
Devem ser aplicadas as fórmulas estabelecidas para perda do equilíbrio como corpo rígido (ver
tabela 11.3).
S(1,0Gsk) ≥ S(1,2Qnk)
onde:
Gsk representa o peso próprio da estrutura e do solo envolvido;
Qnk representa o Empuxo de Arquimedes, calculado com o nível d'água característico superior,
para a estrutura e o solo envolvido.
Observação: Dependendo da precisão com que se conheçam os pesos envolvidos e o nível
d’água, o coeficiente de ponderação 1,2 pode ser alterado.
47
C 11.8.3.2 Combinações de serviço usuais
Considerando a tabela 11.4 da NB-1 são dados os exemplos de aplicação a seguir para
estruturas usuais de edifícios residenciais
Tabela 11.4 – Combinações de serviço
Combinações
de serviço
(ELS)
Descrição Cálculo das solicitações
Combinações
quase
permanentes
de serviço
(CQP)
Nas combinações quase permanentes de
serviço, todas as ações variáveis são
consideradas com seus valores quase
permanentes ψ2 Fqk
Fd, ser = Σ Fgi,k + Σ ψ2j Fqj,k
Combinações
freqüentes de
serviço (CF)
Nas combinações freqüentes de serviço, a
ação variável principal Fq1 é tomada com seu
valor freqüente ψ1 Fq1k e todas as demais
ações variáveis são tomadas com seus
valores quase permanentes ψ2 Fqk
Fd,ser = Σ Fgik + ψ1 Fq1k + Σ ψ
2j Fqjk
Combinações
raras de
serviço (CR)
Nas combinações raras de serviço, a ação
variável principal Fq1 é tomada com seu valor
característico Fq1k e todas as demais ações
são tomadas com seus valores freqüentes Ψ1
Fqk
Fd,ser = Σ Fgik + Fq1k + Σ ψ1j
Fqjk
Onde:
Fd,ser é o valor de cálculo das ações para combinações de serviço
Fq1k é o valor característico das ações variáveis principais diretas
ψ1 é o fator de redução de combinação freqüente para ELS
ψ2 é o fator de redução de combinação quase permanente para ELS
48
Exemplos de aplicação das combinações de serviço
Exemplo 6: Verificação de deslocamentos excessivos.
Deve ser aplicada a fórmula estabelecida para combinações quase permanentes de serviço
(CQP) (ver tabela 11.4).
Fd,ser = Fgk + 0,3Fqk + Fpk,inf
Nos casos em que os deslocamentos excessivos da estrutura possam efetivamente provocar
danos nos elementos de acabamento, deve-se considerar a combinação freqüente (CF) na
verificação correspondente.
Assim, para ação predominante da carga acidental, esta combinação freqüente é dada pela
expressão:
Fd,ser = Fgk + 0,4Fqk + Fpk,inf
E, paraação predominante do vento:
Fd,ser = Fgk + 0,3Fwk + 0,3Fqk + Fpk,inf
Nos edifícios com nós pouco deslocáveis (fixos), isto é, onde os efeitos de 2º ordem sejam
desprezíveis, ou quando γz ≤ 1,1, permite-se substituir essas duas combinações por apenas
uma dada pela expressão:
Fd,ser = Fgk + 0,4Fwk + 0,3Fqk + Fpk,inf
Exemplo 7: Verificação da abertura das fissuras para peças de concreto armado
Deve ser aplicada a fórmula estabelecida para combinações freqüentes (CF) (ver tabela 11.4).
Fd,ser = Fgk + 0,4Fqk + Fpk,inf
Exemplo 8: Verificação da formação de fissuras para protensão nível 3 (completa)
Deve ser aplicada a fórmula estabelecida para combinações raras (CR) (ver tabela 11.4).
Fd,ser = Fgk + Fqk + Fpk,inf
onde:
Fgk representa as cargas permanentes;
Fqk representa a carga acidental;
Fwk representa a carga de vento;
Fpkinf representa a carga de protensão.
49
C 12 Resistências
C 12.4.1 Coeficiente de ponderação das resistências no estado limite último (ELU)
Admite-se, no caso de testemunhos extraídos da estrutura, dividir o valor de γc por 1,1.
Ao admitir a minoração do valor de γc, dividindo-o por 1,1 no caso de testemunhos extraídos da
estrutura, a NB-1 possibilita a correção do valor obtido no ensaio de determinação da
resistência à compressão dos testemunhos, que pelo procedimento de extração são passíveis
de apresentarem valores menores que os do concreto da estrutura.
C 13 Limites para dimensões, deslocamentos e abertura de fissuras
C 13.4.2 Limites para fissuração e proteção das armaduras quanto à durabilidade
Aplica-se o disposto em C 7.6.
50
C 14 Análise estrutural
C 14.3 Hipóteses básicas
C 14.3.1 Condições de equilíbrio
As condições de equilíbrio devem ser necessariamente respeitadas.
As equações de equilíbrio podem ser estabelecidas com base na geometria indeformada
da estrutura (teoria de primeira ordem), exceto nos casos em que os deslocamentos
alterem de maneira significativa os esforços internos (teoria de segunda ordem, ver seção
15).
A análise de esforços em pilares e outros elementos estruturais predominantemente
comprimidos deve também obedecer às recomendações da seção 15.
C 14.3.3 Carregamento monotômico
Admite-se carregamento monotônico até o estado limite considerado, nas estruturas
usuais, desde que a resposta a ciclos de carga e descarga, em serviço, não solicite o
concreto a tensões de compressão acima de 0,5 fck.
O comportamento não linear decorrente da fissuração do concreto tracionado não compromete
essa hipótese.
C 14.5 Tipos de análise estrutural
C 14.5.2 Análise linear
Mesmo quando for admitida análise linear, o cálculo da flecha de elementos lineares, deve
levar em conta os efeitos da fissuração e da fluência.
C 14.5.5 Análise não-linear
C 14.5.5.1 Introdução
Análises não-lineares podem ser utilizadas tanto para estados limites últimos como para
estados limites de serviço, desde que sejam satisfeitas condições de equilíbrio e
compatibilidade.
Deslocamentos, deformações, esforços internos e tensões na estrutura devem ser calculados
com base em valores médios das propriedades dos materiais (Ecm, fctm, etc.).
Entretanto, devem ser adotados valores de cálculo para essas propriedades nas regiões
críticas onde a resistência última precise ser calculada de acordo com os itens apropriados
apresentados na NB-1.
Quando há predominância de carregamentos estáticos, os efeitos de aplicação de
carregamentos prévios podem, geralmente, ser ignorados, assumindo-se crescimento
monotônico da intensidade das ações presentes.
Antes da realização da análise não-linear é necessário fazer uma estimativa preliminar de
disposição e quantidade de armaduras, que influenciam no seu desenvolvimento.
51
Isto pode ser feito mediante emprego de modelos simplificados, normalmente lineares.
Após a realização da análise não-linear deve-se verificar a proximidade entre as armaduras
encontradas e as armaduras previamente estimadas. Caso haja diferença significativa, adotam-
se os últimos resultados obtidos como estimativa preliminar e reinicia-se o processo até sua
convergência.
É importante ressaltar que toda a geometria da estrutura bem como todas suas armaduras
precisam ser conhecidas para que a análise não linear possa ser efetuada, pois a resposta real
da estrutura depende de como ela foi armada.
C 14.5.5.2 Elementos lineares submetidos à flexão simples ou composta
C 14.5.5.2.1 Procedimento refinado
Elementos lineares podem ser analisados por métodos numéricos que admitem:
a) um diagrama momento-curvatura de cálculo;
b) na média, que as seções planas permaneçam planas.
A curvatura de flexão pode ser determinada, de maneira aproximada, por:
(1/r)m = (εsm - εc)/d
onde :
(1/r)m é a curvatura média na seção analisada;
εsm é a deformação média na armadura tracionada, levando-se em conta a resistência do
concreto tracionado entre fissuras (tension stiffening);
εc é a deformação na fibra mais comprimida, calculada desprezando-se a resistência do
concreto tracionado entre fissuras.
As relações tensão-deformação a serem adotadas para o concreto e o aço são as
apresentadas na seção correspondente da NB-1.
A contribuição do concreto tracionado entre fissuras pode ser estimada pela expressão a
seguir:
εsm = εsmr + σs/Es[1-β1β2(σsr/σs)2]
onde:
εsm é a deformação média na armadura tracionada, levando-se em conta a resistência do
concreto tracionado entre fissuras (tension stiffening);
εsmr é a deformação na armadura tracionada, calculada para a seção não fissurada, e
correspondente à carga que provoca o início da fissuração;
σs é a tensão normal na armadura de tração, calculada para a seção fissurada, sob a carga
atuante;
52
σsr é a tensão normal na armadura de tração, calculada para a seção fissurada, correspondente
à carga que provoca o início da fissuração;
β1 é o coeficiente de conformação superficial do aço (β1=1 para barras com mossas e β1=0,5
para barras lisas);
β2 é um coeficiente que leva em conta a duração e a natureza do carregamento (β2=1 para
carregamentos de curta duração e β2=0,5 para carregamentos de longa duração ou com
repetição freqüente).
A expressão anterior é válida entre a carga de fissuração, sob a qual a máxima tensão de
tração no concreto atinge o valor fctm, e a carga para a qual a armadura começa a escoar (ver
figura C 14.1).
Figura C 14.1 - Validade da equação de εsm (R-Y')
Além do ponto Y' da figura C 14.1, em que a armadura atinge o valor de cálculo da tensão de
escoamento, a seção transversal pode ser admitida como uma rótula plástica submetida a um
momento fletor constante, independente da curvatura ou da rotação até atingir a máxima
rotação plástica permitida, apresentada em 14.6.5 da NB-1.
Esta aproximação é razoável desde que o acréscimo de momento além do ponto Y' seja
desprezível, o que ocorre normalmente nos casos práticos.
C 14.5.5.2.2 Procedimento simplificado
Ao se fazer o cálculo da rotação de rótulas plásticas por integração de curvaturas entre rótulas,
é, em geral, suficiente utilizar-se um diagrama momento-curvatura linear simplificado.
53
Este diagrama pode ser definido por uma linha reta da origem até o ponto de coordenadas
[(1/r)m, Myk] onde Myk é o momento que produz a tensão normal fyk na armadura tracionada,
calculado para a seção fissurada e (1/r)m é a curvatura correspondente a Myk e calculada com a
consideração da resistência do concreto tracionado entre fissuras. O valor de (1/r)m pode ser
determinado de maneira aproximada por :
(1/r)m = (1/r)r εsym / εsy
onde:
(1/r)r é a curvatura calculada para a seção fissurada;
εsy é o alongamento específico da armadura no escoamento (εsy = fyk / Es );
εsym é o alongamento específico da armadura para (σs = fyk ∼ fym), considerando-se a resistência
do concreto tracionado entre fissuras.
O valor limite da rotação plástica, dado pelo diagrama de 14.6.5 deveser considerado para o
momento Myd, correspondendo, na rótula considerada, à armadura atingindo a tensão fyd.
C 14.5.5.2.3 Elementos lineares com protensão
Em uma análise não-linear os esforços internos e a resistência dos elementos lineares com
protensão devem ser determinados levando-se em conta o comportamento não-linear do
concreto, das armaduras ativas e das armaduras passivas.
Como o comportamento no estado limite último é relativamente pouco influenciado pelos
efeitos da protensão, a análise estrutural pode ser realizada utilizando-se γp = 1.
C 14.5.5.3 Elementos de placa fletidos
Em geral os procedimentos descritos para os elementos lineares se aplicam em uma análise
não-linear de elementos de placa.
Quando são utilizados métodos numéricos, tais como diferenças finitas, elementos finitos, e
outros, a fissuração pode ser considerada difusa ou concentrada em elementos ortotrópicos.
O diagrama momento-curvatura pode ser determinado como no caso dos elementos lineares.
Para o tratamento bidimensional do elemento de placa, a partir de um único diagrama
momento curvatura unidimensional, pode-se trabalhar com o momento efetivo Mef e com a
curvatura efetiva (1/r)ef, dados, em sistema cartesiano ortogonal xy, por:
Mef = [(Mx)2 + (My)2 - MxMy + (Mxy)2]1/2
(1/r)ef = [(1/rx)2 + (1/ry)2 - (1/rx)(1/ry) + (1/rxy)2]1/2
C 14.5.5.4 Elementos de chapa
Métodos de análise não-linear podem ser utilizados para verificação de estados limites últimos
e de utilização, baseados em relações constitutivas apropriadas ao estado limite considerado.
A contribuição do concreto tracionado entre fissuras deve ser levada em conta.
54
A estimativa preliminar de disposição e quantidade de armaduras pode ser feita mediante
emprego do modelo biela-tirante, apresentado no item 14.8.1.
C 14.5.6 Análise através de modelos físicos
Na análise através de modelos físicos, o comportamento estrutural é determinado a partir
de ensaios realizados com modelos físicos de concreto, considerando os critérios de
semelhança mecânica.
A metodologia empregada nos experimentos deve assegurar a possibilidade de obter a
correta interpretação dos resultados.
Neste caso, a interpretação dos resultados deve ser justificada por modelo teórico do
equilíbrio nas seções críticas e análise estatística dos resultados.
Se for possível uma avaliação adequada da variabilidade dos resultados, pode-se adotar
as margens de segurança prescritas nesta Norma, conforme as seções 11 e 12. Caso
contrário, quando só for possível avaliar o valor médio dos resultados, deve ser ampliada
a margem de segurança referida nesta Norma, cobrindo a favor da segurança as
variabilidades avaliadas por outros meios.
Obrigatoriamente devem ser obtidos resultados para todos os estados limites últimos e
de serviço a serem empregados na análise da estrutura.
Todas as ações, condições e possíveis influências que possam ocorrer durante a vida da
estrutura devem ser convenientemente reproduzidas nos ensaios.
Esse tipo de análise é apropriado quando os modelos de cálculo são insuficientes ou
estão fora do escopo desta Norma.
Para o caso de provas de carga, devem ser atendidas as prescrições da seção 25.
Para análises através de modelos físicos recomenda-se ainda a consulta ao CEB-FIP MC 90.
A simulação das condições de trabalho da estrutura nos ensaios deve ser a mais completa
possível.
As limitações físicas, práticas e de tempo podem ser superadas via modelos teóricos
pertinentes e previstos nas normas vigentes.
A título de exemplo, esse é o caso da consideração dos efeitos diferidos numa peça
protendida, quando através de modelos teóricos são extrapolados os resultados obtidos nos
ensaios, que consideram, portanto, apenas uma parte desses efeitos.
C 14.6 Estruturas de elementos lineares
C 14.6.2.4 Vãos efetivos de vigas
O vão efetivo pode ser calculado por:
210ef aa ++= ll
com a1 igual ao menor valor entre (t1/2 e 0,3h) e a2 igual ao menor valor entre (t2/2 e
0,3h), conforme figura 14.5.
55
A consideração do vão efetivo, menor que o vão entre eixos de apoio, só se aplica ao cálculo
da viga em si.
A análise dos pilares e do equilíbrio do conjunto deve considerar que as cargas sejam
transportadas até o eixo dos apoios.
C 14.6.4.3 Limites para redistribuição de momentos e condições de dutilidade
A capacidade de rotação dos elementos estruturais é função da posição da linha neutra
no ELU. Quanto menor for x/d, tanto maior será essa capacidade.
Para melhorar a dutilidade das estruturas nas regiões de apoio das vigas ou de ligações
com outros elementos estruturais, mesmo quando não forem feitas redistribuições de
esforços solicitantes, a posição da linha neutra no ELU deve obedecer aos seguintes
limites:
a) x/d ≤ 0,50 para concretos com fck ≤ 35 MPa; ou
b) x/d ≤ 0,40 para concretos com fck > 35 MPa.
Esses limites podem ser alterados se forem utilizados detalhes especiais de armaduras,
como por exemplo os que produzem confinamento nessas regiões.
Devido ao comportamento não linear do concreto estrutural, os esforços obtidos em análise
linear não são os reais e portanto mesmo quando se utilizam esses esforços para o
dimensionamento deve-se garantir uma dutilidade mínima que pode ser caracterizada pela
condição (x/d)máx.
C 14.6.7 Estruturas usuais de edifícios - Aproximações permitidas
C 14.6.7.2 Grelhas e pórticos espaciais
De maneira aproximada, nas grelhas e nos pórticos espaciais, pode-se reduzir a rigidez à
torção das vigas por fissuração utilizando-se 15% da rigidez elástica, exceto para os
elementos estruturais com protensão limitada ou completa (níveis 2 ou 3).
Perfis abertos de parede fina podem ser modelados considerando o disposto em 17.5.
Em peças curtas torcidas, a torção pode não ser desprezível, mesmo que se reduza sua rigidez
por efeito da fissuração.
C 14.7.7 Lajes nervuradas
Nas lajes nervuradas, atuando numa só direção, é importante que existam nervuras
transversais convenientemente distribuídas nos seguintes casos:
− existência de cargas concentradas;
− necessidade de suavização da variação das flechas ao longo da direção transversal às
nervuras principais;
− necessidade de minimização dos danos na interface entre elementos de concreto e inertes
decorrentes de variações volumétricas diversas.
56
C 14.7.8 Lajes lisas e cogumelo
Devem ser cuidadosamente estudadas as ligações das lajes com os pilares, com
especial atenção aos casos em que não haja simetria de forma ou de carregamento da
laje em relação ao apoio.
Obrigatoriamente devem ser considerados os momentos de ligação entre laje e pilares
extremos.
A punção deve ser verificada de acordo com 19.5.
No cálculo elástico aproximado por pórticos múltiplos, especial atenção deve ser dada à
redução da rigidez com que os pilares restringem a rotação da laje nos apoios, função da sua
pequena largura em relação à largura da faixa da laje. Uma sugestão pode ser o critério do ACI
318.
57
C 15 Instabilidade e efeitos de segunda ordem
C 15.4 Definições e classificação das estruturas
C 15.4.3 Contraventamento
Por conveniência de análise, é possível identificar, dentro da estrutura, subestruturas
que, devido à sua grande rigidez a ações horizontais, resistem à maior parte dos esforços
decorrentes dessas ações. Essas subestruturas são chamadas subestruturas de
contraventamento.
Os elementos que não participam da subestrutura de contraventamento são chamados
elementos contraventados.
As sub-estruturas de contraventamento podem ser de nós fixos ou de nós moveis, de
acordo com as definições de 15.4.2.
As caixas de elevadores e escadas, bem como os pilares-parede de concreto armado,
constituem exemplos de sub-estruturas de contraventamento.
Por outro lado, mesmo elementos de pequena rigidez podem, em seu conjunto, contribuir de
maneira significativa na rigidez a ações horizontais, devendo então ser incluídos na sub-
estrutura de contraventamento.C 15.5 Dispensa da consideração dos esforços globais de 2a ordem
C 15.5.2 Parâmetro de instabilidade
Uma estrutura reticulada simétrica pode ser considerada como sendo de nós fixos se seu
parâmetro de instabilidade α for menor que o valor α1, conforme a expressão:
)/( ccsktot IENH=α
onde:
α1 = 0,2+ 0,1n se: n ≤ 3
α1 = 0,6 se: n ≥ 4
onde:
n é o número de níveis de barras horizontais (andares) acima da fundação ou de um nível
pouco deslocável do subsolo;
Htot é a altura total da estrutura, medida a partir do topo da fundação ou de um nível
pouco deslocável do subsolo;
Nk é a somatória de todas as cargas verticais atuantes na estrutura (a partir do nível
considerado para o cálculo de Htot), com seu valor característico;
EcsIc representa a somatória dos valores de rigidez de todos os pilares na direção
considerada. No caso de estruturas de pórticos, de treliças ou mistas, ou com pilares de
rigidez variável ao longo da altura, pode ser considerado o valor da expressão EcsIc de
um pilar equivalente de seção constante.
O valor limite α1 = 0,6 prescrito para n ≥ 4 é, em geral, aplicável às estruturas usuais de
edifícios. Pode ser adotado para associações de pilares-parede e para pórticos
58
associados a pilares-parede. Pode ser aumentado para α1 = 0,7 no caso de
contraventamento constituído exclusivamente por pilares-parede e deve ser reduzido
para α1 = 0,5 quando só houver pórticos.
Ao utilizar modelos com pórticos espaciais contendo todos os elementos da estrutura,
automaticamente os elementos e pórticos de menor rigidez absorvem menor parcela das
ações horizontais.
O parâmetro de instabilidade não se aplica a estruturas significativamente assimétricas, ou que
apresentem deslocamentos horizontais apreciáveis sob ação das cargas verticais.
A utilização do parâmetro γz em estruturas com menos de quatro pavimentos não é
recomendada devido à possibilidade de se terem casos reais com valores de rigidez menores
que os recomendados . Neste caso sugere-se a utilização do parâmetro α para avaliação do
efeito de 2a ordem global.
C 15.7 Análise de estruturas de nós móveis
C 15.7.2 Análise não-linear com 2ª ordem
Uma solução aproximada para a determinação dos esforços globais de 2a ordem consiste
na avaliação dos esforços finais (1a ordem + 2a ordem) a partir da majoração adicional
dos esforços horizontais da combinação de carregamento considerada por 0,95γz. Esse
processo só é válido para γz ≤ 1,3.
A análise não-linear com 2ª ordem deve considerar a não-linearidade geométrica da estrutura
e, através de modificações apropriadas da matriz de rigidez da estrutura, a não-linearidade
física do material (ver 15.3).
Em estruturas de edifícios, permite-se, para a consideração da não-linearidade geométrica, o
emprego do processo P - ∆ (também conhecido como N - a), tomando-se, para levar em conta
a não-linearidade física, os valores estabelecidos em C 15.7.3.
C 15.7.3 Consideração aproximada da não linearidade física
Para a análise dos esforços globais de 2a ordem, em estruturas reticuladas com no
mínimo quatro andares, pode ser considerada a não-linearidade física de maneira
aproximada, tomando-se como rigidez dos elementos estruturais os valores seguintes:
- lajes: (EI)sec= 0,3EciIc
- vigas: (EI)sec= 0,4EciIc para As’ ≠ As e
(EI)sec = 0,5 EciIc para As’ = As
- pilares: (EI)sec=0,8EciIc
Quando a estrutura de contraventamento for composta exclusivamente por vigas e pilares
e γz for menor que 1,3, permite-se calcular a rigidez das vigas e pilares por:
(EI)sec = 0,7 EciIc
Os valores de rigidez adotados nesta subseção são aproximados e não podem ser
usados para avaliar esforços locais de 2a ordem, mesmo com uma discretização maior da
modelagem.
59
Os valores acima só podem ser utilizados em estruturas não muito esbeltas (γz menor que 1,3).
Nas estruturas mais esbeltas deve-se obrigatoriamente utilizar as curvas momento-normal-
curvatura, como dado em 15.3.1.
C 16 Princípios gerais dimensionamento, verificação e detalhamento
Esta seção da NB-1 esclarece quanto à aplicação prática dos conceitos estabelecidos até a
seção 15 nas etapas de dimensionamento, verificação e detalhamento, definidas a partir da
seção 17 da Norma.
60
C 17 Dimensionamento e verificação de elementos lineares
C 17.2 Elementos lineares sujeitos a solicitações normais - Estado limite último
C 17.2.2 Hipótese básicas
e) a distribuição de tensões no concreto se faz de acordo com o diagrama parábola-
retângulo, definido em 8.2.10, com tensão de pico igual a 0,85 fcd, com fcd definido em
12.3.3. Esse diagrama pode ser substituído pelo retângulo de altura 0,8 x (onde x é a
profundidade da linha neutra), com a seguinte tensão:
− 0,85 fcd no caso da largura da seção, medida paralelamente à linha neutra, não
diminuir a partir desta para a borda comprimida;
− 0,80 fcd no caso contrário.
As diferenças de resultados obtidos com esses dois diagramas são pequenas e
aceitáveis, sem necessidade de coeficiente de correção adicional.
O coeficiente 0,85 que reduz a resistência de cálculo do concreto fcd, leva em conta a
superposição de três fatores, cuja ordem de grandeza é dada a seguir:
− perda de resistência sob carga mantida (efeito Rüsch), da ordem de 0,72;
− ganho de resistência com o tempo entre 28 dias e o final de vida da estrutura (para
cimento tipo CP I), da ordem de 1,23;
− coeficiente que corrige a influência da forma do corpo-de-prova padrão 15 cm x 30 cm
com relação à resistência na estrutura, da ordem de 0,96.
Esse coeficiente, que está explícito neste item está também implícito em todos os outros
valores de σRcd e τRd constantes da NB-1.
C 17.2.3 Dutilidade em vigas
Nas vigas, principalmente nas zonas de apoio, ou quando feita redistribuição de esforços,
é importante garantir boas condições de dutilidade, sendo adotada, se necessário,
armadura de compressão que garanta a posição adequada da linha neutra (x),
respeitando-se os limites de 14.6.4.3.
A introdução da armadura de compressão para garantir o atendimento de valores
menores da posição da linha neutra (x), que estejam nos domínios 2 ou 3, não conduz a
elementos estruturais com ruptura frágil (usualmente chamados de superarmados). A
ruptura frágil está associada a posições da linha neutra no domínio 4, com ou sem
armadura de compressão.
A introdução de armadura de compressão para garantir o atendimento de posições de linha
neutra (x) menores, não conduz a peças super armadas (com ruptura frágil).
A ruptura frágil está associada às posições de linha neutra no domínio 4, com ou sem
armaduras de compressão, ver C 14.6.4.3.
61
C 17.2.4.2 Protensão
Na verificação do ELU devem ser considerados, além do efeito de outras ações, apenas
os esforços solicitantes hiperestáticos de protensão. Os isostáticos de protensão não
devem ser incluídos.
Como aqui se considera o elemento estrutural de concreto com o cabo de protensão, os
esforços isostáticos de protensão se auto equilibram e desaparecem.
C 17.3 Elementos lineares sujeitos a solicitações normais - Estados limites de serviço
C 17.3.2 Estado limite de deformação
A verificação dos valores limites estabelecidos na tabela 13.2 para a deformação da
estrutura, mais propriamente rotações e deslocamentos em elementos estruturais
lineares, analisados isoladamente e submetidos à combinação de ações conforme seção
11, deve ser realizada através de modelos que considerem a rigidez efetiva das seções
do elemento estrutural, ou seja, levem em consideração a presença da armadura, a
existência de fissuras no concreto ao longo dessa armadura e as deformações diferidas
no tempo.
A deformação real da estrutura depende também do processo construtivo, assim como
das propriedades dos materiais (principalmente do módulo de elasticidade e da
resistência à tração) no momento de sua efetiva solicitação.Em face da grande
variabilidade dos parâmetros citados, existe uma grande variabilidade das deformações
reais. Não se pode esperar, portanto, grande precisão nas previsões de deslocamentos
dadas pelos processos analíticos a seguir prescritos.
Na avaliação das flechas é importante levar em conta sua dependência com relação às
condições e do processo construtivo e às propriedades dos materiais no momento da sua
efetiva solicitação.
C 17.3.2.1 Avaliação aproximada da flecha em vigas
O modelo de comportamento da estrutura pode admitir o concreto e o aço como materiais
de comportamento elástico e linear, de modo que as seções ao longo do elemento
estrutural possam ter as deformações específicas determinadas no estádio I, desde que
os esforços não superem aqueles que dão início à fissuração, e no estádio II, em caso
contrário.
Deve ser utilizado no cálculo o valor do módulo de elasticidade secante Ecs definido na
seção 8, sendo obrigatória a consideração do efeito da fluência.
Para vãos de vigas contínuas, quando for necessária maior precisão, pode-se adotar, para a
rigidez equivalente, o valor ponderado com o critério estabelecido na figura C 17.1.
62
( ) ( ) ( )[ ]22,eqvv,eq11,eqeq aaa1)( .E .E .EE IIII ++= l
onde:
(EI)eq,1 é o produto de inércia equivalente no trecho 1;
(EI)eq,v é o produto de inércia equivalente no trecho de momentos positivos;
(EI)eq,2 é o produto de inércia equivalente no trecho 2.
Figura C 17.1 – Vigas contínuas
Em cada trecho o produto de inércia equivalente deve ser calculada com EI II considerando as
armaduras existentes e com Ma igual a M1, Mv e M2 respectivamente.
Pode-se adotar a1/l e a2/l aproximadamente iguais a 0,15.
O valor de ρ’ para cálculo da flecha diferida pode ser ponderado no vão de maneira análoga ao
cálculo de (EI)eq.
C 17.3.3.3 Controle da fissuração sem a verificação da abertura de fissuras
A tabela a seguir transcrita é uma aproximação entre o que determina a NBR 6118:2003 e o que
estabelece o Eurocode 2 em sua última edição. Algumas alterações, tornando menos restritivos
alguns dos valores de espaçamentos de barras de alta aderência em função de seu diâmetro são
coerentes com a prática nacional e serão objeto de modificação na norma brasileira em sua
próxima revisão.
Tabela 17.2 – Valores máximos de diâmetro e espaçamento, com barras de alta aderência
Valores Máximos
Tensão na barra
Concreto sem armaduras ativas Concreto com armaduras ativas
σs
MPa
φmax
mm
smax
cm
φmax
mm
smax
cm
160 32 30 25 20
200 25 25 16 15
240 20 20 12.5 10
280 16 15 8 5
320 12.5 10 6 -
360 10 5 - -
400 8 - - -
63
C 17.3.5 Armaduras longitudinais máximas e mínimas
C 17.3.5.1 Princípios básicos
A ruptura frágil das seções transversais, quando da formação da primeira fissura, deve
ser evitada considerando-se, para o cálculo das armaduras, um momento mínimo dado
pelo valor correspondente ao que produziria a ruptura da seção de concreto simples,
supondo que a resistência à tração do concreto seja dada por fctk,sup., devendo também
obedecer às condições relativas ao controle da abertura de fissuras dadas em 17.3.3.
Existem situações onde os esforços decorrentes de deformações impostas, ou diferidas no
tempo, induzem esforços onde a armadura prevista em 17.3.5.1 pode ser insuficiente para
controlar a fissuração.
C 17.4 Elementos lineares sujeitos à força cortante - Estado Limite Último
C 17.4.1 Hipóteses básicas
C 17.4.1.1 Considerações gerais
A armadura destinada a resistir aos esforços de tração transversal deve ser adequadamente
ancorada, de forma a garantir essa resistência e proporcionar apoio eficiente às diagonais de
concreto comprimidas, na ligação com a armadura longitudinal.
17.4.1.1.5 O ângulo de inclinação α das armaduras transversais em relação ao eixo
longitudinal do elemento estrutural deve estar situado no intervalo 45° ≤ α ≤ 90°.
C 17.4.1.1.5 No caso da utilização de armadura transversal inclinada deve-se atentar para a
possibilidade da inversão do sentido da força cortante.
C 17.4.1.2 Condições relativas aos esforços solicitantes
As vigas de altura variável, usualmente, têm eixo não horizontal e são armadas com estribos
verticais, não perpendiculares ao eixo. Nesses casos, mesmo que se tenha calculado os
esforços considerando o eixo real, sugere-se verificar o cisalhamento para forças verticais
atuantes em seções verticais, paralelas aos estribos. As expressões desta seção da NB-1
valem para este caso.
Quando se desejar considerar as seções transversais reais as expressões desta seção só
valem se os estribos forem normais ao eixo. Esse é o caso usual dos arcos.
C 17.5 Elementos lineares sujeitos à torção - Estado limite último
C 17.5.1.1 Generalidades
As condições fixadas por esta Norma pressupõem um modelo resistente constituído por
treliça espacial, definida a partir de um elemento estrutural de seção vazada equivalente
ao elemento estrutural a dimensionar.
As diagonais de compressão dessa treliça, formada por elementos de concreto, têm
inclinação que pode ser arbitrada pelo projeto no intervalo 30° ≤ θ ≤ 45°.
A armadura destinada a resistir aos esforços de tração transversal deve ser adequadamente
ancorada, de forma a garantir essa resistência e proporcionar apoio eficiente às diagonais de
concreto comprimidas, na ligação com a armadura longitudinal.
64
Ancoragem adequada também deve ser dada à armadura longitudinal de torção nas
extremidades do elemento estrutural, de forma a garantir o apoio das diagonais de concreto.
C 17.5.1.4 Geometria da seção resistente
C 17.5.1.4.1 Seções poligonais convexas cheias
A seção vazada equivalente se define a partir da seção cheia com espessura da parede
equivalente he dada por:
u
A
h ≤e
he ≥ 2 c1
onde:
A é a área da seção cheia;
u é o perímetro da seção cheia;
c1 é a distância entre o eixo da barra longitudinal do canto e a face lateral do elemento
estrutural.
Caso A/u resulte menor que 2c1, isso significa que a seção não é adequada para a torção. A
solução ideal é alterar a forma. Se isso não for possível, sugere-se adotar he = A/u e a
superfície média da seção celular equivalente Ae definida pelos eixos das armaduras de canto
(respeitado o cobrimento exigido nos estribos).
C 17.7.2 Torção e força cortante
17.7.2.3 A armadura transversal pode ser calculada pela soma das armaduras calculadas
separadamente para VSd e TSd.
A soma das armaduras necessárias deve respeitar a armadura transversal mínima conforme
definido nos itens 17.4.1.1 e 17.5.1.2. Esses dois itens reproduzem a mesma equação que
define a armadura transversal mínima.
65
C 18 Detalhamento de elementos lineares
O detalhamento de elementos lineares, escopo da seção 18 da NB-1, é complementado
sobretudo pelas prescrições da seção 9, relativa ao comportamento conjunto dos materiais,
mas também pelas seções 6 e 7 nos aspectos ligados à durabilidade e pela seção 13 no que
se refere aos limites para as dimensões das peças.
C 18.2 Disposições gerais relativas às armaduras
Estabelece as disposições de caráter geral, aplicáveis aos diversos tipos de elementos
estruturais. Os itens subseqüentes tratam das disposições particulares a elementos estruturais
lineares solicitados preponderantemente a flexão, simples ou composta, combinada ou não
com torção — tratados na Norma como vigas, e elementos estruturais solicitados
preponderantemente a compressão — tratados como pilares e pilares parede.
C 18.2.1 Arranjo das armaduras
O arranjo das armaduras deve atender não só à sua função estrutural como também às
condições adequadas de execução, particularmente com relação ao lançamento e ao
adensamento do concreto.
Os espaços devem ser projetados para a introdução do vibrador e de modo a impedir a
segregação dos agregados e a ocorrência de vazios no interior do elemento estrutural.
No estudo do arranjodas armaduras sugere-se considerar as informações do livro “Técnicas de
armar estruturas de concreto”; Fusco, P., B., Editora Pini, 1996.
C 18.2.2 Barras curvadas
Quando houver possibilidade de fissuração do concreto no plano da barra dobrada,
ocasionada por tensões de tração normais a esse plano, deve ser colocada armadura
transversal ou aumentado o diâmetro da curvatura da barra.
Esse é em geral o caso, quando o cobrimento normal ao plano da curva é pequeno, menor que
7φ.
C 18.3 Vigas
C 18.3.2 Armadura longitudinal
C 18.3.2.2 Distribuição transversal
O espaçamento mínimo livre entre as faces das barras longitudinais, medido no plano da
seção transversal, deve ser igual ou superior ao maior dos seguintes valores:
a) na direção horizontal (ah):
− 20 mm;
− diâmetro da barra, do feixe ou da luva;
− 1,2 vezes o diâmetro máximo do agregado.
b) na direção vertical (av):
− 20 mm;
− diâmetro da barra, do feixe ou da luva;
− 0,5 vez o diâmetro máximo do agregado.
66
Para feixes de barras deve-se considerar o diâmetro do feixe: nφ=φn .
Esses valores se aplicam também às regiões de emendas por traspasse das barras.
Em qualquer caso deve ser observado o disposto em 18.2.1.
Conforme 18.2.1. o arranjo de armaduras na seção transversal deve permitir a introdução do
vibrador e uma eficiente vibração de todo o concreto.
Para garantir esse objetivo sugere-se considerar para cada posição de vibração um raio de
ação de 30cm e a possibilidade do vibrador penetrar até a 1ª camada se existirem mais de
duas camadas de armadura. Além disso a abertura deixada para cada posição de vibração
deve ter largura igual ou maior que (φvibr + 2)cm (ver figura C 18.1).
Figura C 18.1 - Arranjo transversal da armadura
C 18.3.2.4.1 Ancoragem da armadura de tração no apoio
Nos casos em que o cobrimento do gancho, medido nominalmente ao seu plano, for pelo
menos 70 mm, a desconsideração do lb,nec conforme 9.4.2.5 só é aceitável para ações
variáveis de pouca variação no tempo, de forma que o valor máximo não ocorra com
freqüência.
Por conseqüência, esse critério não deve ser aplicado às pontes, sejam rodoviárias, sejam
ferroviárias ou sejam ainda as pontes rolantes.
C.18.4 Pilares
C.18.4.3 Armaduras transversais
A armadura transversal de pilares, constituída por estribos e, quando for o caso, por
grampos suplementares, deve ser colocada em toda a altura do pilar, sendo obrigatória
sua colocação na região de cruzamento com vigas e lajes.
Essa armadura deve ser calculada para:
a) garantir o posicionamento e impedir a flambagem das barras longitudinais;
67
b) garantir a costura das emendas de barras longitudinais;
c) resistir aos esforços de tração decorrentes de:
- mudanças de direção dos esforços;
- efeitos de bloco parcialmente carregado (ver seção 21);
- força cortante (nas seções em que Vd>Vco) e de momentos torsores aplicados (ver
seção 17);
d) para confinar o concreto e obter uma peça mais resistente ou dútil.
A armadura transversal (estribos) deve ser obrigatoriamente colocada na região comum ao
pilar e à viga.
C 18.6 Cabos de protensão
C 18.6.2 Arranjo transversal
C 18.6.2.1 Bainhas
C 18.6.2.1.3 Protensão externa
As bainhas podem ser de material plástico resistente às intempéries e com proteção
adequada da armadura.
A proteção da armadura no caso da protensão externa corresponde no mínimo a bainhas
individualizadas. Em casos especiais, onde a agressividade do meio e a responsabilidade da
peça, exigirem uma maior proteção, pode ser necessária bainha abrangendo todo o cabo,
constituído do conjunto de cordoalhas individualmente embainhadas.
68
C 19 Dimensionamento e verificação de lajes
C 19.3 Dimensionamento e verificação de lajes - Estados limites de serviço
C 19.3.1 Estado limite de deformação
Devem ser usados os critérios dados em 17.3.2, considerando a possibilidade de
fissuração (estádio II).
Em lajes esbeltas é possível existirem regiões fissuradas (estadio II) e portanto o cálculo das
deformações deve levar em conta esse fato.
C 19.4.1 Lajes sem armadura para força cortante
A equação que fornece VRd1, a seguir transcrita, consiste em um critério bom e especialmente
indicado para lajes vazadas protendidas e lajes alveolares.
VRd1 = [τRd k (1,2 +40ρ1) + 0,15 σcp] bw d
No entanto, para lajes maciças de concreto armado sob elevadas cargas, recomenda-se a
seguinte formulação, que corresponde ao critério estabelecido pela antiga NBR 7197:1989
“Projeto de estruturas de concreto protendido – Procedimento” que foi utilizado nos últimos 15
anos, com pequeno ajuste no sentido da segurança. Esse critério corresponde também à
formulação do item 11.2.1 da “Prática Recomendada IBRACON para Estruturas de Edifícios de
Nível 1 – Estruturas de Pequeno Porte”:
a) Caso de Flexão Simples
Pode-se prescindir da armadura transversal para resistir aos esforços de tração oriundos da
força cortante quando a tensão convencional de cisalhamento
Rd1 db
V
τ≤
w
Sd
em que:
VSd é a força cortante de cálculo, considerados os efeitos decorrentes da variação de altura doa
peça;
τRd1 = q3 ck -6,1) ( ?50 + 1( α d) f l ≤ 1,0 MPa
com:
αq = coeficiente que depende do tipo e da natureza de carregamento, como segue:
αq = 0,097 para cargas lineares paralelas ao apoio, admitindo-se a redução, na proporção
a/3d, da parcela de força cortante decorrente de cargas diretas cujo afastamento a do eixo do
apoio seja inferior ao triplo da altura útil d;
αq = 0,14 / (1 – 3d/L) para cargas distribuídas, podendo-se adotar αq = 0,17 quando d ≤
L/20, sendo L o menor vão teórico das lajes apoiadas ou o dobro do comprimento teórico do
balanço;
69
(1,6 - d) ≥ 1, sendo d a altura útil da peça expressa em metros;
(1 + 50 ρl) ≤ 2, em que ρl é a taxa geométrica de armadura longitudinal aderente a uma
distância 2d da face do apoio, considerando-se as barras do vão efetivamente ancoradas no
apoio.
b) Lajes submetidas à flexo-tração
Aplicam-se os limites anteriores calculados com (1,6 - d) = 1, não se levando em conta a
influência de espessura da peça.
c) Lajes submetidas à flexo-compressão
Aplicam-se os limites da alínea a), majorados pelo fator:
2 1
d,máx
o ≤+
M
M
onde Mo e Md,máx são determinados conforme 11.1.3 .
C 19.5 Dimensionamento de lajes à punção
Punção é o estado limite último determinado por cisalhamento no entorno de forças
concentradas.
A punção é diferente do estado limite último determinado por cisalhamento em seções planas
solicitadas à força cortante (ver item 19.4).
C 19.5.1 Modelo de cálculo
O modelo de cálculo corresponde à verificação do cisalhamento em duas ou mais
superfícies críticas definidas no entorno de forças concentradas.
Na primeira superfície crítica (contorno C), do pilar ou da carga concentrada, deve ser
verificada indiretamente a tensão de compressão diagonal do concreto, através da tensão
de cisalhamento.
Na segunda superfície crítica (contorno C’) afastada 2d do pilar ou carga concentrada,
deve ser verificada a capacidade da ligação à punção, associada à resistência à tração
diagonal. Essa verificação também se faz através de uma tensão de cisalhamento, no
contorno C’.
Caso haja necessidade, a ligação deve ser reforçada por armadura transversal.
A terceira superfície crítica (contorno C”) apenas deve ser verificada quando for
necessário colocar armadura transversal.
Na verificação da compressão diagonal foi adotado o mesmo limite de vigas, o que fica a favor
da segurança, uma vez que se despreza o estado múltiplo de compressão no local.
Na verificação da tração diagonal, adota-se modelo empírico que corresponde a limitar a
tensão convencional de cisalhamento num perímetro C’. Esse perímetro é definido a 2d da face
do pilar porque a fissura que determina o ELU é inclinada de 1:222) (ver figura C 19.1).
70
Figura C 19.1- Ruptura por punção
C 19.5 Dimensionamento de lajes à punção
C 19.5.2 Definição da tensão solicitante nas superfícies críticas C e C´
C 19.5.2.2 Pilar interno, com efeito de momento
Para o caso da força aplicada apresentar excentricidade segundo duas direções, pode-se
adotar:
dW
MK
dW
MK
ud
F
p
Sd
p
SdSd
Sd
2
22
1
11 ++=τ
No caso geral, como solução alternativa a favor da segurança, é possível fazer a verificação:
τSd(FSd, MSd) ≤ τRd1
com τSd calculado elasticamente, usando, por exemplo, o Método dos Elementos Finitos.
No caso geral, é conveniente que a malha de elementos finitos seja definida de forma coerente
com os perímetros críticos a estudar.
C 19.5.2.3 Pilares de borda
a) quando não agir momento no plano paralelo à borda livre:
d W
M K
du
F
1p
1Sd1
*
Sd
Sd +=τ
b) quando agir momento no plano paralelo à borda livre:
d W
M K
d W
M K
du
F
2p
2Sd2
1p
1Sd1Sd
Sd *
++=τ
As expressões para a determinação de WP1, WP2 e MSd*, referentes a pilares de borda, são:
Com relação a WP1:
1
2
2
21
2
1
1 8222
dCddCCCCW p π++++=
Com relação a WP2:
71
2
2
121
2
2 84
4
2 dCddCCCCW π++++=
Com relação a MSd*, tem-se que:
MSd* = FSd . e*
dCa
ddCdC
CC
aaC
d
de
e u
u
π
π
22
82
2*
2
2
12
212
1
*
0
*
0
++
++++−
==
∫
∫
l
l
onde:
e* é a excentricidade do perímetro crítico reduzido (ver figura C 19.2).
a ≤ 1,5 d ou 0,5 C1
Figura C 19.2 - Excentricidade do perímetro crítico reduzido
C 19.5.2.4 Pilares de canto
Aplica-se o disposto para o pilar de borda quando não age momento no plano paralelo à
borda.
Na figura C 19.3 é mostrada a notação utilizada para o cálculo dos parâmetros e* e WP1,
referentes a pilares de canto. Nesta notação, C1 deve sempre ser considerado como o lado do
pilar perpendicular à borda livre adotada.
)daa(2
d8dCda4aCa
*e
21
2
1221
2
111
π
π
++
++++−
=
aC
72
2
42
24
12
2
21
2
1
1
dCddCCCCWp
π++++=
Nesse caso não é necessário superpor o efeito das duas componentes dos momentos porque
seus picos de tensão ocorrem em pontos diferentes e não se sobrepõem.
a1 ≤ 1,5 d ou 0,5 C1
a2 ≤ 1,5 d ou 0,5 C2
Figura C 19.3 - Esquema para cálculo de WP1 e e*
C 19.5.2.5 Capitel
O critério estabelecido na NB-1 é adequado para definir o capitel mínimo de forma a não usar
armadura.
Determina-se inicialmente C2’ tal que “d” passe sem armadura, definindo-se o início do capitel
2d para dentro do contorno C2’. A seguir determina-se o mínimo valor para “dc” tal que no
contorno C1’ a distância da passe sem armadura.
O perímetro C deve sempre ser verificado à compressão diagonal.
Quando o capitel for maior que o mínimo esse critério pode ficar exageradamente seguro.
Dessa forma, sugere-se determinar sempre o mínimo pois, quando o capitel for maior que o
mínimo, com certeza atenderá a esse critério.
Caso o capitel tenha que ser menor que o mínimo, não será possível evitar armadura
transversal, no
capitel ou na laje, conforme da ou d não passem sem armadura, respectivamente.
73
C 19.5.3 Definição da tensão resistente nas superfícies críticas C, C’ e C”
C 19.5.3.1 Verificação da tensão resistente de compressão diagonal do concreto na
superfície crítica C
Essa verificação deve ser feita no contorno C, em lajes submetidas a punção, com ou
sem armadura.
τSd ≤ τRd2 = 0,27αv fcd
Essa verificação visa quantificar a máxima resistência que uma ligação, protendida ou não,
pode atingir.
C 19.5.3.2 Tensão resistente na superfície crítica C’ em elementos estruturais ou trechos
sem armadura de punção
A tensão resistente crítica C´ deve ser calculada como segue:
( ) 3/1ck1RdSd 100)/201(13,0 f d ρ+=τ≤τ
Essa verificação deve ser feita no contorno crítico C' ou em C1' e C2', no caso de existir
capitel.
As expressões dos itens 19.5.3.2 e 19.5.3.3 da NB-1 apresentam coeficientes ligeiramente
superiores aos do CEB-90 porque o coeficiente de ponderação da resistência do concreto γc foi
reduzido de 1,5 para 1,4 para manter coerência com a seção 12 da Norma.
C 19.5.3.3 Tensão resistente na superfície crítica C’ em elementos estruturais ou trechos
com armadura de punção
A tensão resistente resistente C´ deve ser calculada como segue:
( )
du
f A
s
d
f d ww
α
+ρ+=τ≤τ
sen
5,1100)/201(10,0 dys
r
3/1
ck3RdSd
onde:
fywd é a resistência de cálculo da armadura de punção, não maior do que 300 MPa para
conectores ou 250 MPa para estribos (de aço CA-50 ou CA-60). Para lajes com
espessura maior que 15 cm, esses valores podem ser aumentados conforme estabelece
19.4.2.
Essa armadura deve ser preferencialmente constituída por três ou mais linhas de
conectores tipo pino com extremidades alargadas, dispostas radialmente a partir do
perímetro do pilar. Cada uma dessas extremidades deve estar ancorada fora do plano da
armadura de flexão correspondente.
O valor limite de 250 MPa para fywd, no caso de uso de estribos, pressupõe contato metálico
entre as barras longitudinais e os cantos dos estribos.
Com relação aos pilares de canto e de borda, recomenda-se a utilização da armadura
mostrada na figura C 19.4. Observar que uma parte da armadura não é computada no cálculo.
(Ver também as figuras C 19.5, C 19.6 e C 19.7).
74
Figura C 19.4 - Armadura de punção para pilares de borda e de canto
Figura C 19.5 - Ancoragem da armadura de punção
Figura C 19.6 - Detalhe dos conectores
75
Figura C 19.7 - Disposição da armadura Asw
C 19.5.4 Colapso progressivo
Para garantir a dutilidade local e a conseqüente proteção contra o colapso progressivo, a
armadura de flexão inferior que atravessa o contorno C deve estar suficientemente
ancorada além do contorno C', conforme figura 19.10, e deve ser tal que:
As fyd ≥ FSd
O critério estabelecido pela NB-1 pressupõe que a armadura inferior, de flexão, embora
dobrada, seja capaz de suportar a laje, após ruptura por punção (ver figura C 19.8). Essa
hipótese foi comprovada por ensaios.
Figura C 19.8 - Armadura contra colapso progressivo
76
C 20 Detalhamento de lajes
Lajes apoiadas em vigas
Na ausência de determinação das distribuições de momentos, desde que as vigas de apoio
sejam suficientemente rígidas (ou seja, não vale para “vigas chatas”) e que não seja necessário
considerar a alternância de carga, pode-se dispor as armaduras de acordo com os arranjos
mostrados nas figuras nas figuras C 20.1, C 20.2, C 20.3, C 20.4 e 20.5.
Figura C 20.1 – Armadura positiva – laje sobre vigas (disposição 1)
77
Figura C 20.2 – Armadura positiva – laje sobre vigas (disposição 2)
Figura C 20.3 – Armadura negativa – Apoios contínuos
78
Figura C 20.4 – Armadura negativa – Apoios extremos
Figura C 20.5 – Armadura negativa de balanços
79
C 20.3 Lajes sem vigas
C 20.3.2 Lajes protendidas
C 20.3.2.6 Armaduras passivas e ativas
Deve-se dispor convenientemente junto às ancoragens passivas e ativas, armaduras de
fretagem que assegurem o bom desempenho das seções contra o fendilhamento. Além disso,
deve ser analisado o problema de introdução da protensão em planta, especialmente quando
haja forte assimetria.
Cuidados especiais devem ser tomados para garantir o alojamento das armaduras passivas e
ativas nas regiões da laje onde haja sobreposição de vários níveis de armadura, especialmente
no cinzamento das mesmas.
Nas lajes protendidas por monocordoalhas não aderentes as ancoragens ativas devem ser,
preferencialmente, dispostas no baricentro da seção transversal da laje, mantendo o cabo reto
e paralelo ao plano médio da laje, nos seus primeiros 50 cm. Deve-se dar preferência a
desenvolvimentos em que a elevação da geometria dos cabos siga uma lei parabólica do 2º
grau.
80
C 21 Regiões especiais
C 21.1 Introdução
Esta seção da Norma trata de forma qualitativa de regiõesespeciais em estruturas de concreto,
como por exemplo aquelas em que existam tensões elevadas em conseqüência de introdução
de cargas concentradas, de aberturas ou de ligações entre peças estruturais. São abordadas
zonas de introdução de cargas concentradas, como é o caso de regiões de pressão localizada,
articulações e regiões de introdução da protensão. As aberturas em paredes, lajes e vigas, por
introduzirem tensões elevadas, são também consideradas regiões especiais. Outras regiões
especiais são ligações de peças pré-moldadas, nós de pórticos, ligações entre paredes.
Esses casos não são cobertos pelos modelos anteriormente descritos, como para a flexão ou
cisalhamento. Essa dificuldade decorre da não validade, nessas regiões, da hipótese da seção
plana.
As regiões especiais devem ser calculadas e detalhadas com base em modelos empíricos
encontrados na literatura técnica e corroborados por ensaios específicos.
C 21.2 Regiões de introdução de cargas concentradas
Atenção especial deve ser dada ao detalhamento dessas regiões, de modo a garantir um
desempenho compatível com o modelo adotado.
Essas regiões têm normalmente uma grande responsabilidade em relação ao conjunto da
estrutura, podendo representar um elo fraco que comprometa o todo.
C 21.2.1 Pressão de contato em área reduzida
Visando esclarecer a terminologia usada nas normas internacionais redigidas em inglês foram
utilizadas as seguintes correspondências com as expressões em português:
− fendilhamento anelar - bursting
− fendilhamento em plano preferencial interno - splitting
− fendilhamento em um plano próximo à superfície lateral da peça - spalling
− esmagamento - crushing
C 21.2.2 Articulações de concreto
Essas articulações, conhecidas como Freyssinet, não equilibram esforços de tração, momento
fletor ou de torção, mesmo se alguma barra de aço for projetada para atravessá-la
longitudinalmente.
Caso seja importante absorver alguma componente de força cortante, maior que a decorrente
da inclinação 1/8 da força resultante, recomenda-se buscar comprovação técnica experimental
a partir de resultados obtidos em laboratórios especializados em engenharia de estruturas.
C 21.2.3 Região de introdução da protensão
É importante ressaltar que nessas regiões, e até a uma certa distância delas, as deformações
não obedecem à hipótese das seções planas, tratando-se portando de zonas especiais.
81
Na verificação da compressão localizada atrás da ancoragem não se aplicam os critérios
definidos em 21.2.1, prevalecendo os ensaios de certificação do sistema de ancoragem
utilizado.
C 21.3 Furos e aberturas
Em 21.3, a NB-1 trata apenas de aberturas em vigas, pilares-parede, vigas-parede e lajes. No
entanto, toda a abertura em estruturas de concreto deve ser analisada de tal forma que a
armação calculada e convenientemente disposta equilibre os esforços de tração que se
desenvolvem nessas regiões.
O detalhamento da armadura dessas peças deve levar em conta os esforços de tração
determinados nos modelos de cálculo, não prescindindo de armadura complementar disposta
no contorno e nos cantos das aberturas.
C 21.4 Nós de pórticos e ligações entre paredes
Em decorrência da mudança de direção dos elementos da estrutura, a resistência do
conjunto depende da resistência à tração do concreto e da disposição da armadura, que
devem ser consideradas no dimensionamento.
A resistência da região dos nós pode ser significativamente inferior à de outras regiões da
peça, conforme o detalhe de armadura adotado23).
82
C 22 Elementos especiais
C 22.1 Introdução
Esta seção da NB-1 trata de forma qualitativa alguns elementos especiais de concreto
estrutural. Esses elementos se caracterizam por um comportamento que não respeita a
hipótese das seções planas, isto é, eles não são suficientemente longos para que se dissipem
as perturbações localizadas.
Vigas-parede, consolos e dentes Gerber, bem como sapatas e blocos, são elementos desse
tipo. Eles exigem critérios especiais de cálculo, dimensionamento e detalhamento.
Como referência bibliográfica mais completa, abrangente e próxima das normas e hábitos
brasileiros sugere-se adotar a Norma Espanhola, EH-91 - "Instrucción para el proyeto y la
ejecución de obras de hormigón en masa o armado" – 1991.
Decidiu-se reduzir esse capítulo a aspectos qualitativos, deixando para a bibliografia, como
acima citada, a necessária quantificação, por algumas razões:
a) o texto deveria se basear na moderna visão dos modelos biela-tirante como proposto por
Schlaich-Schäfer e aceito pelo CEB;
b) esses modelos deveriam representar adequadamente os ensaios de laboratório, em cada
um dos elementos especiais;
c) os resultados não devem, por outro lado, se afastar demais do que tem sido feito em muitos
casos no Brasil.
Ocorre que existe uma grande dificuldade em satisfazer esses 3 itens.
Para os blocos, por exemplo, onde estamos habituados a usar os modelos de Blevot para seu
dimensionamento, percebemos que existe dificuldade em compatibilizar as novas bielas, mais
largas e com tensões resistentes menores dos modelos do CEB, com as de Blevot, mais
estreitas mas aceitando tensões resistentes maiores.
É preciso esperar que pesquisas e textos amadureçam esse assunto.
No caso dos consolos, por outro lado, existem dificuldades com a própria interpretação dos
ensaios. Na tentativa de estudar a tensão de cisalhamento resistente τRd, juntaram-se muitos
ensaios para dar maior significação ao resultado.
Ocorre que nesse conjunto de ensaios existe uma quantidade muito grande de casos em que a
ruptura ocorreu com alongamento muito grande da armadura (de 3% a 10%). A ruptura acaba
realmente ocorrendo após esgotamento da biela, cuja resistência nesses casos foi muito
reduzida em conseqüência do alongamento da armadura. Em princípio esses casos tiveram
ruína definida pelo tirante e não pela biela.
Essas questões precisam ser revistas e amadurecidas.
Nessas circunstâncias decidiu-se dar ao capítulo a forma atual e sugerir bibliografia usual,
normalmente internacional, para o dimensionamento e detalhamento.
Espera-se que em futuro breve seja possível mudar de posição.
83
Em tese recente, Machado (ver C 22.3.1.3) apresenta novas propostas de modelos e critérios
para o projeto de consolos curtos e muito curtos, inclusive com uma proposta de normalização
no final do trabalho.
Para consolos curtos adota um modelo de treliça para uma faixa mais ampla do que a definida
em 22.3.1.1 e para consolos muito curtos um modelo de atrito-cisalhamento modificado linear
com coesão aparente, que considera inclusive a influência da variação da resistência do
concreto, o que habitualmente não é considerado nas normas.
C 22.2 Vigas-parede
C 22.2.2 Comportamento estrutural
O comportamento estrutural das vigas-parede tem algumas características específicas,
destacando-se:
a) a ineficiência para resistir à flexão devida a um braço de alavanca pequeno em relação à
altura da seção transversal. Usar braços de alavanca das vigas usuais em vigas-parede
reduz sua segurança e sobretudo compromete seu comportamento em serviço;
b) a ineficiência para resistir ao cisalhamento, provocada pela concentração das tensões de
cisalhamento próximo à face inferior, junto ao apoio. Se traduz numa redução
significativa da tensão resistente de cisalhamento, uniformizada na seção bwd, em
relação às vigas usuais;
c) instabilidade como corpo rígido e, às vezes, estabilidade elástica. Enrijecedores de
apoio ou travamentos são quase sempre necessários;
É necessário ainda tratar com cuidado as perturbações geradas por cargas concentradas,
aberturas ou engrossamentos. Essas perturbações podem influir significativamente no
comportamento e resistência da peça.
C 22.2.3 Modelo de cálculo
Para cálculo e dimensionamento de vigas-parede são permitidos modelos planos
elásticos ou não linearese modelos biela-tirante. Qualquer que seja o modelo escolhido,
ele deve contemplar adequadamente os aspectos descritos em 22.2.2.
Recomenda-se utilizar os modelos de cálculo consagrados na literatura, como os descritos em:
− Norma Espanhola, EH-91 - "Instrucción para el Proyeto y la Ejecución de Obras de
Hormigón en Masa o Armado" – 1991;
− CEB - Bull 139 - "Complement to CEB-FIP Model Code"- 1978;
− Leonhardt, F. - "Construções de Concreto - volumes 2 e 3"- E. Interciência;
− Mac Gregor, J.G. - "Reinforced Concrete" - Prentice Hall
− Fusco, P.B - "Técnica de Armar as Estruturas de Concreto"- PINI – 1995.
84
C 22.3 Consolos e dentes Gerber
C 22.3.1 Consolos
C 22.3.1.3 Modelo de cálculo
Para cálculo e dimensionamento de consolos podem ser usados modelos planos lineares
ou não (não planos no caso da torção), modelos biela-tirante ou modelos atrito-
cisalhamento, respeitando em cada caso o seu campo de aplicação.
Qualquer que seja o modelo adotado, ele deve contemplar os aspectos fundamentais
descritos em 22.3.1.2 e possuir apoio experimental ou ser derivado de modelo básico já
amplamente comprovado por ensaios.
Recomenda-se utilizar os modelos de cálculo consagrados na literatura, como os descritos em:
− NBR 9062:2001 – Projeto e execução de estruturas de concreto pré-moldado –
Procedimento;
− Norma Espanhola, EH-91 - "Instrucción para el proyeto y la ejecución de obras de hormigón
en masa o armado" – 1991;
− Mac Gregor, J.G. - "Reinforced Concrete" - Prentice Hall;
− Leonhardt, F. - "Construções de Concreto - volumes 2 e 3"- E. Interciência;
− Fusco, P.B - "Técnica de Armar as Estruturas de Concreto"- PINI – 1995;
− Machado, C.P. - “Consolos Curtos e Muito Curtos de Concreto Armado”- Tese de
Doutorado, São Paulo, Escola Politécnica da USP, 1999.
C 22.3.2 Dentes Gerber
C 22.3.2.3 Modelo de cálculo
Para cálculo e dimensionamento, podem ser usados os mesmos princípios estabelecidos
para os consolos, desde que sejam feitas as correções necessárias para contemplar as
diferenças levantadas em 22.3.2.2.
Valem os comentários de C 22.3.1.3.
C 22.4 Sapatas
C 22.4.3 Modelo de cálculo
Para cálculo e dimensionamento de sapatas, podem ser utilizados modelos
tridimensionais lineares ou não e modelos biela-tirante tridimensionais. Esses modelos
devem contemplar os aspectos descritos em 22.4.2. Só excepcionalmente os modelos de
cálculo precisam contemplar a interação solo estrutura.
Recomenda-se utilizar os modelos consagrados na literatura como os descritos em :
− Norma Espanhola, EH-91 - "Instrucción para el Proyeto y la Ejecución de Obras de
Hormigón en Masa o Armado" – 1991;
− CEB - Bull 139 - "Complement to CEB-FIP Model Code"- 1978;
85
− Leonhardt, F. - "Construções de Concreto - volumes 2 e 3"- E. Interciência;
− Mac Gregor, J.G. - "Reinforced Concrete" - Prentice Hall;
− Fusco, P.B - "Técnica de Armar as Estruturas de Concreto"- PINI – 1995.
C 22.4.4 Detalhamento
C 22.4.4.1 Sapatas rígidas
C 22.4.4.1.1 Armadura de flexão
A armadura de flexão deve ser uniformemente distribuída ao longo da largura da sapata,
estendendo-se integralmente de face a face da mesma e terminando em gancho nas
duas extremidades.
Para sapatas rígidas muito alongadas em relação ao pilar deve ser revista a distribuição da
armadura.
C 22.4.4.1.3 Casos especiais
Devem ser atendidos os requisitos relativos a lajes e a punção (ver seções 19 e 20).
Cuidados especiais devem ser tomados no cálculo e detalhamento de sapatas com cargas
muito excêntricas.
C 22.5 Blocos sobre estacas
C 22.5.2 Comportamento estrutural
O comportamento estrutural dos blocos, eliminada a complexidade da interação solo-estrutura
através da hipótese de 22.5.1, pode ser descrito separando blocos rígidos e flexíveis.
C 22.5.3 Modelo de cálculo
Para cálculo e dimensionamento dos blocos são aceitos modelos tridimensionais lineares
ou não e modelos biela-tirante tridimensionais, sendo esses últimos os preferidos por
definir melhor a distribuição de esforços pelos tirantes. Esses modelos devem contemplar
adequadamente os aspectos descritos em 22.5.2.
Sempre que houver esforços horizontais significativos ou forte assimetria, o modelo deve
contemplar a interação solo-estrutura.
Valem os comentários de C 22.4.3.
C 22.5.4 Detalhamento
C 22.5.4.1 Blocos rígidos
Casos especiais
Cuidados especiais devem ser tomados no cálculo e detalhamento de blocos com cargas muito
excêntricas, especialmente quando há tração nas estacas.
No caso de blocos de grande volume deve ser dada atenção aos esforços provenientes de
retração térmica e às providências para neutralizá-los.
86
C 23 Ações dinâmicas e fadiga
C 23.3 Estado limite de vibrações excessivas
As vibrações podem ser causadas por diversas ações variáveis, a saber:
− movimento rítmico feito por pessoas tais como andar, correr, pular e dançar;
− máquinas;
− ondas devidas a vento e água;
− tráfego ferroviário e rodoviário;
− trabalhos de construção, por exemplo, cravação de estacas-prancha, compressão do solo
por meio de vibração e trabalhos de explosão.
C 23.5 Estado limite último de fadiga
Não são tratadas nesta Norma as ações de fadiga de alta intensidade, capazes de
provocar danos com menos de 20 000 repetições.
As ações de fadiga de média e baixa intensidade e número de repetições até 2 000 000
de ciclos são consideradas nas disposições estabelecidas nesta seção. Para a
consideração do espectro de ações, admite-se que podem ser excluídas aquelas de
veículos com carga total até 30 kN, para o caso de pontes rodoviárias.
A NB-1 não considera as ações dinâmicas de alta intensidade e baixo número de ciclos
oriundos, principalmente, de sismos e rajadas de vento.
De acordo com indicações da literatura o limite é fixado em 20 000 repetições.
O número de ciclos de 2x106 é o estabelecido para determinar o limite dos materiais. Os
valores limites para o intervalo de tensões (característicos) vão a 108 ciclos.
87
C 24 Concreto simples
C 24.2 Campo de aplicação
São considerados como elementos estruturais de concreto simples, os elementos estruturais
de concreto sem armadura, ou com uma pequena armadura disposta geralmente em forma de
malha junto as faces, que tem a função de reduzir os efeitos da fissuração.
Os elementos de concreto que tem uma taxa geométrica igual ou superior à da armadura
mínima são elementos de concreto armado.
Como a integridade estrutural das peças de concreto simples depende somente das
propriedades do concreto, o uso de concreto simples estrutural está limitado a peças
preponderantemente solicitadas à compressão, peças cuja fissuração não afeta sua
integridade estrutural e peças nas quais a dutilidade não è uma condição essencial do
dimensionamento.
A tensão de tração do concreto pode ser considerada no projeto de peças de concreto simples
sempre que sejam levados em conta os efeitos de retração, temperatura e fluência.
O concreto simples pode ser usado em peças de vedação ou ornamentação, como blocos para
revestimento de piso, meios-fios, bocas de lobo, muretas, gradil, cerca, elementos decorativos,
estátuas, painéis de arte ou de exposição.
O concreto simples estrutural só pode ser usado em peças pré-moldadas ou moldadas no local,
com função estrutural como arcos, pilares, paredes, pedestais, tubos, blocos, estacas ou
assemelhados.
Outros exemplos de estruturas de concreto simples são os seguintes: muros de edifícios e
fundações geralmente com malhas de aço nas duas faces, sapatas corridas ou individuais de
fundações, muros de contenção de terra de pequena altura, painéis, monumentos, canais,
túneis em rocha, barragens.
C 24.3 Materiais e propriedades
Devem ser atendidas as exigências para concreto constantes da seção 8, podendo ser
utilizado concreto a partir da classe C10 (NBR 8953).Os elementos de concreto simples são, por razões construtivas, normalmente muito mais
espessos que os de concreto armado. Resulta antieconômico o uso de concretos de
resistência de projeto superior a 30 MPa.
Nos elementos estruturais de grande espessura deve-se considerar o aquecimento e posterior
resfriamento gerado pela hidratação do cimento, fato que determina ocasionalmente a
necessidade de uso de cimento de endurecimento lento ou de água ou agregados resfriados.
C 24.4 Juntas e disposições construtivas
As juntas são um elemento de primordial importância nas estruturas de concreto simples.
A função da junta é a de eliminar ou diminuir as tensões de tração no concreto provocadas por
variação de temperatura, retração ou fluência.
Em muitos casos é de grande importância a escolha da hora apropriada do dia para o inicio da
concretagem, devendo ser evitadas as horas da tarde em dias quentes.
88
C 24.5 Projeto estrutural
C 24.5.1 Generalidades
A hipótese básica para o projeto de elementos de concreto simples é que as tensões últimas
sejam suficientemente reduzidas para garantir que a seção não fissure com as cargas de
projeto e que os elementos estruturais resistam às tensões de tração, sem a consideração da
armadura eventualmente presente, para todas as condições de carregamento.
No caso em que as tensões ultrapassam as tensões últimas do concreto, ou se aumenta a
seção, ou a resistência do concreto, ou se dimensiona a peça em concreto armado.
Lembrar que o aumento de seção de concreto tem efeito prejudicial uma vez a que aumentam
as tensões devidas à retração, temperatura e fluência.
Os elementos de concreto simples apresentam geralmente ruptura frágil.
C 24.5.3 Dimensionamento
Peças de concreto com armadura menor que a mínima, devem ser dimensionadas como de
concreto simples, com a resistência baseada somente na resistência do concreto. Isto não se
aplica para a armadura usada para transferir esforços externos a elementos de concreto
simples.
No cálculo de tensões devidas à flexão, flexão composta e esforços tangenciais, deve
ser considerada a seção transversal total do elemento, exceto no caso de concreto
lançado contra o solo, onde a altura total h a ser considerada deve ser 5 cm menor
que a real.
A redução da altura total h no concreto lançado contra o solo tem a finalidade de compensar as
irregularidades de escavação e a contaminação do concreto em contato com o solo.
C 24.5.5 Tensões de cisalhamento
C 24.5.5.1 As tensões de cisalhamento no concreto simples pressupõem seção não fissurada.
No cálculo da tensão de cisalhamento para uma seção qualquer pode-se usar:
τwd=VdS/(bI)
onde:
Vd é a força de cisalhamento majorada;
S é o momento estático da parte da seção considerada situada acima (ou abaixo) do ponto
em estudo em relação ao centro de gravidade da seção;
b é largura da seção no ponto onde a tensão está sendo calculada;
I é o momento de inércia da seção total.
C 24.5.7.2 Cálculo simplificado de seções comprimidas
No caso de ser a seção eficaz de difícil determinação geométrica, é possível sua substituição
por uma seção aproximada, cujo centro de gravidade coincide com o ponto de aplicação virtual
G1.
89
C 24.5.8 Estabilidade global
Em toda a estrutura deve ser verificada a estabilidade global.
É necessário verificar a estabilidade para as condições de:
a) flutuação;
b) deslizamento;
c) tombamento;
d) tensões na fundação.
C 24.6.1 Pilares-parede
Pilares-parede de concreto simples são comumente usados para fundações de construções
residenciais e construções comerciais leves em áreas não sísmicas.
As prescrições contidas neste item são aplicáveis somente a pilares-parede de concreto
simples contraventados lateralmente no topo e na base de forma a impedir deslocamentos
laterais.
A NB-1 não abrange pilares-parede onde tal impedimento não existir, sendo neste caso
necessário projetá-las em concreto armado.
Pilares-parede de concreto simples devem ser projetados para resistir a todas as solicitações a
que estão sujeitos, inclusive carga axial excêntrica e forças laterais.
O método de projeto empírico conforme a fórmula apresentada na Norma é aplicável somente
a pilares-parede de seção retangular cheia.
No caso em que a resultante das cargas passe pelo terço central (núcleo central do pilar-
parede), pode usar-se a expressão apresentada em 24.6.1. Cargas excêntricas e forças
laterais devem ser usadas para calcular a excentricidade total da força majorada Nd.
Para o caso de grande excentricidade ou de seções de outro tipo, adotar os critérios de 24.5.
Em casos particulares é necessário verificar a resistência dos pilares-parede a esforços de
cisalhamento.
C 24.6.2 Blocos de fundação
A área da base de blocos de fundação deve ser determinada a partir da tensão
admissível do solo para cargas não majoradas. A espessura média do bloco não deve ser
menor do que 20 cm.
A espessura dos blocos de concreto simples é determinada geralmente em função de sua
resistência à flexão. A tensão na fibra extrema será menor que σctRd .
A tensão de cisalhamento é poucas vezes a determinante.
Nos blocos concretados contra o solo é considerada a altura h conforme 24.5.3, tanto para
flexão como para cisalhamento.
90
C 25 Interfaces do projeto com a construção, utilização e manutenção
C 25.1 Aceitação do projeto
Cabe ao contratante proceder ao recebimento do projeto, quando cumpridas as
exigências desta Norma, em particular aquelas prescritas na seção 5.
É recomendável que a verificação do projeto seja efetuada por profissional independente ao
qual cabe examinar os pontos básicos da concepção estrutural e a conformidade com as
disposições das Normas Brasileiras.
Sugere-se a verificação do projeto especialmente em estruturas não usuais e naquelas
destinadas a grandes concentrações de público.
C 25.4 Manual de utilização, inspeção e manutenção
Dependendo do porte da construção e da agressividade do meio e de posse das
informações dos projetos, dos materiais e produtos utilizados e da execução da obra,
deve ser produzido por profissional habilitado, devidamente contratado pelo contratante,
um manual de utilização, inspeção e manutenção. Esse manual deve especificar de
forma clara e sucinta, os requisitos básicos para a utilização e a manutenção preventiva,
necessárias para garantir a vida útil prevista para a estrutura, conforme indicado na NBR
5674
É importante que o profissional encarregado desse Manual disponha das informações dos
projetos, dos materiais e produtos utilizados e da execução.
91
Bibliografia citada nos Comentários Técnicos
1) TUUTI, Kyosti. Corrosion of Steel in Concrete. Stockholm, Swedish Cement and Concrete
Research Institute, 1982.
2) HELENE, Paulo R.L. Contribuição ao Estudo da Corrosão em Armaduras de Concreto
Armado. São Paulo, Departamento de Engenharia de Construção Civil - PCC, Escola
Politécnica da Universidade de São Paulo - EPUSP, fev. 1993. 231p. (tese de livre docência).
3) SITTER, W.R. Costs for Service Life Optimization. The "Law of Fives". In: CEB-RILEM
Durability of Concrete Structures. Proceedings of the International Workshop held in
Copenhagen, 18-20 May 1983. Copenhagen, CEB, 1984. (Workshop Reported by Steen
Rostam).
4) HELENE, Paulo R.L. Manual para Reparo, Reforço e Proteção de Estruturas de Concreto. 2.
ed. São Paulo, PINI, 1992. p. 24-5.
5) BRITISH STANDARD INSTITUTION. Guide to Durability of Buildings and Building Element,
Products and Components BS 7543. London, BSI, Mar. 1992. 43p.
6) COMITE EURO-INTERNATIONAL DU BETON. Durable Concrete Structures CEB Design
Guide. Lausanne, CEB, June 1989. (Bulletin D'Information, 182) & Printed Edition Thomas
Telford, 1992. 120p. (Bulletin D'Information, 183).
7) ANDRADE, Carmem. Manual para Diagnóstico de Obras Deterioradas por Corrosão de
Armaduras. Trad. Antonio Carmona& Paulo Helene, São Paulo, PINI, nov. 1992. 104p.
8) CETESB L 1007
9) COMITE EURO-INTERNATIONAL DU BETON. CEB-FIP Model Code 1990. Design Code.
Lausanne, CEB, May 1993. 437p. (Bulletin D'Information, 213-214).
10) AMERICAN CONCRETE INSTITUTE. Building Code Requeriments for Reinforced
Concrete: reported by ACI Committee 318. In: ACI Manual of Concrete Practice. Detroit, 1992.
v.3.
11) AMERICAN CONCRETE INSTITUTE. Corrosion of Metals in Concrete: reported by ACI
Committee 222, In: ACI Manual of Concrete Practice. Detroit, 1991. v.1. Guide to Durable
Concrete: reported by ACI Committee 201. ACI Materials Journal, v.88, n.5, p. 544- 82,
Sep./Oct. 1991.
12) COMITE EURO-INTERNACIONAL DU BETON. High Performance Concrete.
Recommended Extensions to the Model Code 90. Research Needs. Lausanne, CEB, July 1995.
55p. (Bulettin D’Information, 228).
13) HELENE, Paulo R.L. Durabilidade das Estruturas de Concreto Armado. Anais do III
Simpósio EPUSP sobre Estruturas de Concreto, PEF / EPUSP, São Paulo, 1 a 3 dez. 1993. p.
37.
14) FUSCO, Péricles B. Técnicas de Armar as Estruturas de Concreto.
15) AMERICAN CONCRETE INSTITUTE. Debate: Crack Width, Cover and Corrosion: reported
by ACI Committee 222/224. Concrete Internacional, p. 20-35, May 1985.
92
16) BEEBY, A. W. Corrosion of Reinforcement and Cracks Width. In: Proceedings of the
International Symposium on Ofshore Structures, Rio de Janeiro, 1979. London, Pentech Press,
1979. p.147-59.
17) CONCRETE IN THE OCEANS. Cracking and Corrosion.Wexham Springs, CIRIA/CCA,1978
(Technical Report 1).
18) BURMAN, Israel. Fissuração no Concreto Armado: Natureza do Fenômeno e sua
Interferência no Comportamento e Durabilidade das Estruturas. São Paulo, Escola Politécnica,
Universidade de São Paulo 1981. (dissertação de mestrado).
19) CARMONA FILHO, Antonio & HELENE, Paulo R.L. Fissuração das Peças de Concreto
Armado e Corrosão das Armaduras. In: Anais do Seminário Nacional de Corrosão na
Construção Civil, 2., Rio de Janeiro, set. 1986. Rio de Janeiro, ABRACO, 1986. p. 172-95.
20) SCHIESSL, P.& RAUPACH, M. Untersuchungen zum Mechanismus der
Bewehrungskorrosion im Bereich von Rissen. In: Baustofftechnische Einflusse auf
Konstruktionen. Berlin, Ernst & Sohn, Zum 60. Geburtstag von Hubert Hilsdorf, 1990. p. 583-99.
21) OLIVEIRA, Paulo S. F. Proteção e Manutenção das Estruturas de Concreto. São Paulo,
Engenharia, n. 485, p. 11-26, nov. dez. 1991.
22) Fusco, P. Brasiliense - “Estruturas de Concreto - Solicitações Tangenciais”- EPUSP-1982
23) Leonhardt, F. - “Construções de Concreto”, vol. 2 - Editora Interciência
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS:
ABNT NBR 5674:1999 – Manutenção de edificações – Procedimento
ABNT NBR 5732:1991 – Cimento Portland comum – Especificação
ABNT NBR 5733:1991 – Cimento Portland de alta resistência inicial – Especificação
ABNT NBR 5735:1991 – Cimento Portland de alto-forno – Especificação
ABNT NBR 5736:1991 – Cimento Portland pozolânico – Especificação
ABNT NBR 5737:1992 – Cimento Portland resistente a sulfatos – Especificação
ABNT NBR 6120:1980 – Cargas para o cálculo de estruturas de edificações – Procedimento
ABNT NBR 6122:1996 – Projeto e execução de fundações – Procedimento
ABNT NBR 7480:1996 – Barras e fios de aço destinados a armaduras para concreto armado
– Especificação
ABNT NBR 7482:1991 – Fios de aço para concreto protendido – Requisitos
ABNT NBR 7483:2004 – Cordoalhas de aço para concreto protendido – Requisitos
ABNT NBR 7484:1991 – Fios, barras e cordoalhas de aço destinados a armaduras de
protensão – Ensaios de relaxação isotérmica – Método de ensaio
93
ABNT NBR 8522:2003– Concreto – Determinação dos módulos estáticos de elasticidade e
de deformação e da curva tensão-deformação
ABNT NBR 8548:1984 – Barras de aço destinadas a armaduras para concreto armado com
emenda mecânica ou por solda – Determinação da resistência à tração – Método de ensaio
ABNT NBR 8681:2003 – Ações e segurança nas estruturas – Procedimento
ABNT NBR 8953:1992 – Concreto para fins estruturais - Classificação por grupos de
resistência – Classificação
ABNT NBR 8965:1985 – Barras de aço CA 42S com características de soldabilidade
destinadas a armaduras para concreto armado – Especificação
ABNT NBR 9062:2001 – Projeto e execução de estruturas de concreto pré-moldado –
Procedimento
ABNT NBR 11578:1991 – Cimento Portland composto – Especificação
ABNT NBR 12655:1996 – Concreto - Preparo, controle e recebimento – Procedimento
ABNT NBR 12989:1993 – Cimento Portland branco – Especificação
ABNT NBR 13116:1994 – Cimento Portland de baixo calor de hidratação - Especificação
ABNT NBR 14859-2 – Laje pré-fabricada – Requisitos. Parte 2: Lajes bidirecionais
ABNT NBR 14931:2003 – Execução de estruturas de concreto –– Procedimento
ABNT NBR NM 67:1998 – Concreto – Determinação da consistência pelo abatimento do
tronco de cone
94
Segunda Parte
Exemplos de Aplicação da
NB-1
NBR 6118:2003 Projeto de estruturas de concreto –
Procedimento
(Primeira Edição)
95
EXEMPLOS DE APLICAÇÃO DOS CONCEITOS DAS SEÇÕES 5, 6 e 11
ANÁLISE ESTRUTURAL DE EDIFÍCIO COMERCIAL
INCLUINDO CALCULO DAS SOLICITAÇÕES NOS PILARES E VIGAS
DO EIXO 1
Autor:
Engo. Marcelo Waimberg (1)
Revisora:
Enga. Nílvea Zamboni (2)
(1) Engenheiro Civil - Sócio-Engenheiro da EGT Engenharia Ltda
E-mail: egt@egtengenharia.com.br
(2) Eng. Civil, Diretora da ProjNet Engenharia Ltda.
E-mail: nilvea@projnet.com.br
1. Dados
Planta e elevação do edifício comercial
Figura 1 – Planta do Edifício Comercial
96
Figura 2 – Elevação Esquemática
1.2 Informações gerais
De acordo com o item 5.1 da NBR 6118, a estrutura e o projeto devem atender a requisitos
mínimos de qualidade - capacidade resistente (verificação de Estados Limites Últimos),
desempenho em serviço (Estados Limites de Serviço) e durabilidade.
Para garantir a durabilidade adequada à obra ao longo de sua vida útil, deve ser atendido o
disposto nas seções 6 e 7 da Norma. Para classificação da agressividade ambiental, utilizar
tabela 6.1.
Em função da agressividade ambiental, definem-se a qualidade mínima do concreto estrutural
(item 7.4) e o cobrimento mínimo das armaduras (item 7.4.7). Deve ser dada atenção também
ao detalhamento da armadura e controle de fissuração (verificação dos respectivos Estados
Limites de Serviço).
Da tabela 6.1, se considerarmos a obra situada em ambiente industrial, portanto de
agressividade forte (classe de agressividade ambiental III), temos um grande risco de
deterioração da estrutura.
97
Em função desse risco, de acordo com a tabela 7.1, deve-se adotar para estrutura de concreto
armado, no mínimo, concreto classe C30 e relação a/c ≤ 0,55, em massa.
Da tabela 7.2, devemos ter os seguintes cobrimentos mínimos:
§ lajes: 35mm
§ vigas/pilares: 40mm
Para os cálculos a seguir, adotaremos:
§ Revestimento: 1,5 kN/m²
§ Carga acidental nos pavimentos: 2,0 kN/m²
§ fck = 30 MPa
De acordo com o item 8.2.8, quando não forem feitos ensaios e não existirem dados mais
precisos sobre o concreto usado na idade de 28 dias, pode-se estimar o valor do módulo de
elasticidade por:
Eci = 5 600 fck1/2
E o módulo secante por:
Ecs = 0,85 Eci ≅ 26 000 MPa
2. Ações na estrutura (no pórtico do eixo 1)
Ações permanentes (item 11.3)
§ Peso próprio (γ = 25 kN/m³) (item 11.3.2.1)
P1/P4: 0,3 x 0,4 x 25 = 3,0 kN/m
P2/P3: 0,3 x 0,6 x 25 = 4,5 kN/m
V1: 0,3 x 0,55 x 25 = 4,1 kN/m
L1/L3: 0,13 x 25 = 3,3 kN/m² – efeito em V1 ? 5,6 kN/m
L2: 0,08 x 25 = 2,0 kN/m² – efeito em V1 ? 2,0 kN/m
§ Revestimento nas lajes (item 11.3.2.2)
L1/L2/L3: 1,5 kN/m² – efeito em V1 ? 2,5 kN/m (L1/L3) e 1,5 kN/m (L2)
§ Alvenarias (γ = 16 kN/m³, espessura = 25 cm) (item 11.3.2.2)
V1 (tipo): 0,25 x (2,8 – 0,55 ) x 16 = 9,0 kN/m
V1 (térreo) : 0,25x (3,5 – 0,55) x 16 = 11,8 kN/m)
§ Retração do concreto (item 11.3.3.1)
εcs = – 1,5 x 10-4 (∆t equivalente = – 15ºC)
98
§ Deslocamento de apoio (item 11.3.3.3)
P1 : δvert = – 1,0 cm
§ Imperfeições geométricas (item 11.3.3.4)
? globais (11.3.3.4.1):
rad‰5,2
400
1
rad‰05,2
8,23100
1
H100
1
mín11 ==θ<===θ
rad‰0,2
2
4
11
‰5,2
2
11
1a =
+
=
+
θ=θ n
onde:
H é a altura total da edificação;
n é o número de prumadas de pilares;
θ1mín = 1/400 para estruturas de nós fixos;
θ1mín = 1/300 para estruturas de nós móveis e imperfeições locais;
θ1máx = 1/200
? local (em um lance de pilar) (11.3.3.4.2):
adotar300
1
1mín1 ⇒θ>=θ 3,3‰ rad
M1d min = Nd (0,015 + 0,03h) = Nd (0,015 + 0,03 x 0,3) = 0,024 Nd
Se o momento de cálculo nos pilares for superior a este valor mínimo, não é
necessário acrescentar o efeito de imperfeições locais. Essas podem ser
substituídas pela consideração desse momento mínimo.
2.2 Ações Variáveis (item 11.4)
§ Carga acidental prevista para o uso (item 11.4.1.1)
L1/L2/L3 : 2,0kN/m² – efeito em V1 ? 3,3kN/m (L1/L3) e 2,0kN/m (L2)
§ Vento (item 11.4.1.2)
A ação do vento deve ser considerada em todas as construções, com exceção de
estruturas de pequeno porte, nível 1 (ver PRÁTICA RECOMENDADA IBRACON PARA
ESTRUTURAS DE EDIFÍCIO DE NÍVEL 1).
Os esforços devidos à ação do vento devem ser determinados de acordo com a NBR
6123.
99
Como simplificação, vamos admitir uma pressão uniforme de 80 kgf/m², 70% em
barlavento e 30% em sotavento. Considerando que o edifício é aproximadamente
simétrico em relação a um eixo paralelo a 1, podemos carregar o pórtico no eixo 1 com
uma força distribuída de 0,8 x 3 = 2,4 kN/m (1,68 kN/m em P1 e 0,72 kN/m em P2,
por exemplo).
§ Variação Uniforme de Temperatura (item 11.4.2.1)
∆t = ± 15°C
2.3 Considerações adicionais
a) Desaprumo global x vento
De acordo com o item 11.3.3.4.1, não é necessário superpor o efeito do desaprumo global ao
carregamento de vento. Entre os dois, considerar apenas o mais desfavorável.
§ Efeito de vento na fundação: (pórtico no eixo 1)
kNm6655,3
2
3,20
3,204,2v =
+⋅⋅=M
§ Efeito de desaprumo global
A carga vertical total no pórtico vale:
Q = 3 983 kN
Admitindo a resultante aplicada aproximadamente à meia altura do prédio, temos:
vkNm95
1000
2
2
8,23
3983Q M M <=⋅⋅=
Portanto, não é preciso considerar o desaprumo global.
b) Efeitos globais de 2a ordem (item 15.5)
b.1) Parâmetro α (item 15.5.2)
ccs
k
tot IE
N
H ⋅=α
onde:
Htot é a altura total da estrutura medida a partir do topo da fundação;
Nk é a resultante das cargas verticais atuantes ao longo de Htot, com seu valor característico;
EcsIc é a rigidez de um pilar de seção constante, equivalente à estrutura na direção
considerada.
100
Vamos admitir que a proporção entre cargas verticais e rigidez do pórtico seja a mesma da
estrutura como um todo (uma vez que o efeito de 2a ordem global deve ser verif icado para toda
a estrutura).
Htot = 23, m
MPa306705600 ckcics === fEE (adotar o módulo de deformação tangente inicial)
Ic inércia equivalente do pórtico = 1,071 m4 (determinada em modelo de barras, conforme
esquema a seguir)
Nk = 3 93 kN
Esquema do pórtico para obtenção de Ic:
Figura 3 - Esquema do pórtico para obtenção de Ic:
δ
=
..3 cs
3
tot
c E
F.H
I
26,0
071,130670000
3983
8,23 =
⋅
⋅=α⇒
Para que a estrutura possa ser considerada de nós fixos, dispensando a consideração dos
esforços globais de 2a ordem, é necessário termos α < α1, onde:
δ
=
..3
.
cs
3
tot
c E
HF
I
101
α1 = 0,2 + 0,1n , se n ≤ 3, ou
α1 = 0,6 , se n ≥ 4.
n é o número de andares acima da fundação.
Como n = 8, α1 = 0,6 > α.
b.2) Coeficiente γz (item 15.5.3)
Para estruturas reticuladas de, no mínimo, 4 andares, podemos avaliar a importância dos
esforços de segunda ordem global através de:
d,tot,1
d,tot
z
1
1
M
M∆
−
=γ
onde:
M1,tot,d = momento de tombamento = Mvd = 1,4 x 665 = 931kNm
∆Mtot,d é a soma dos produtos das forças verticais de cálculo pelo deslocamento horizontal de
seu ponto de aplicação. Para obtenção de ∆Mtot,d é necessário o cálculo do pórtico, adotando-se
rigidezes equivalentes reduzidas, de modo a levar em conta de maneira aproximada a não
linearidade física da estrutura.
Do item 15.7.3, temos:
V1: I’ = 0,4I
P1/2/3/4: I’= 0,8I
∆Mtot,d = 69 kNm
⇒ γz = 1,08 < γz lim
Portanto, a estrutura pode ser considerada de nós fixos (γz ≤ 1,1), não sendo necessário
considerar efeitos globais de 2a ordem.
Nota: Para 1,1< γz ≤ 1,3, o efeito aproximado dos esforços globais de 2a ordem pode ser obtido
majorando-se os esforços horizontais na combinação de carregamentos considerada por
0,95γz.
3 Solicitações
3.1 Esquema de cargas no pórtico do eixo 1 (kN/m)
§ Ações permanentes diretas (Fg) (item 11.3.2)
102
Figura 4 - Esquema de cargas permanentes diretas
§ Ações permanentes indiretas (item 11.3.3)
∆tcs = – 15ºC (retração) (Fε cs)
§ Ações variáveis diretas (Fq) (item 11.4.1)
Cargas acidentais de uso em cada piso (item 11.4.1.1):
103
Figura 5 - Cargas acidentais de uso em cada piso (item 11.4.1.1)
§ Ação do Vento (Fv) (item 11.4.1.2):
§ Ações variáveis indiretas (item 11.4.2)
Temperatura (Ft) (item 11.4.2.1):
∆t = ±15ºC
3.2 Combinações normais para verificação do ELU (item 11.8.2.1)
3.2.1 CB1 – A carga acidental de uso é a principal ação variável
qk0vkv0qkgkgkd 2,14,14,12,14,1 εεε ⋅Ψ⋅+⋅Ψ⋅+⋅++⋅= FFFFFF
v0Ψ = 0,6 εΨ0 = 0,6 (tabela 11.2)
A seguir os diagramas de esforços solicitantes para força normal, cortante e momento fletor.
Estes diagramas não incluem o efeito do recalque de apoio, que deve ser acrescido e está
representado no final.
De acordo com a NBR 6120, devido à baixa probabilidade de ocorrência simultânea das cargas
acidentais em todos os pisos com seu valor característico, pode-se aplicar uma redução em
seu valor no cálculo de pilares e fundações, de acordo com a tabela a seguir:
104
Tabela – Redução das cargas acidentais em função do número de pisos
No de pisos que atuam sobre o
elemento
Redução das cargas acidentais (%)
1, 2 e 3 0
4 20
5 40
6 ou mais 60
Nos pilares P1 e P4, o acréscimo normal devido à carga móvel em cada piso é de 11 kN e
em P2 e P3, de 19,2 kN. Como a redução a ser feita é de 20% no 4º piso a partir da
cobertura, 40% no 5º e 60% nos demais, temos:
Figura 7 - Diagrama de esforço solicitante para força normal
Iniciou-se a redução de cargas a partir do 3º piso a partir da cobertura, pois, neste exemplo,
a cobertura é tratada como um piso típico, com a mesma carga móvel dos demais.
* NOTA : Para aplicação desta redução, a norma não faz distinção entre edifícios
residenciais e comerciais. Como o uso da edificação é bastante distinto nesses casos, seria
razoável esperar que a probabilidade de ocorrência das cargas acidentais com valores
próximos ao característico em vários pavimentos simultaneamente fosse maior em edifícios
comerciais. Assim, propõe-se que aqueles coeficiente sejam adotados com parcimônia.
105
Uma possibilidade seria a utilização de valores reduzidos para as edificações comerciais,
por exemplo à metade dos valores propostos.
3.2.2 CB2 – O vento é a principal ação variável
qk0vkqkq0gkgkd 2,14,14,12,14,1 εεε ⋅Ψ⋅+⋅+⋅Ψ⋅++⋅= FFFFFF
q0Ψ = 0,7 εΨ0 = 0,6 (tabela 11.2)
Valem as mesmas notas do item anterior.
3.3. Diagramas de esforços solicitantes
106
107
108
109
110
111
112
113
114
115
116117
118
119
120
121
122
123
EXEMPLOS DE APLICAÇÃO DOS CONCEITOS DA SEÇÃO 14
VIGAS DE EDIFÍCIOS
ANÁLISE LINEAR COM REDISTRIBUIÇÃO E ANÁLISE PLÁSTICA
Autores:
Fernando Fernandes Fontes (1); Libânio Miranda Pinheiro (2)
Revisor:
Fernando Rebouças Stucchi (3)
(1) Mestre em Engenharia de Estruturas
Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo
E-mail: fff@digizap.com.br
(2) Professor Doutor, Departamento de Engenharia de Estruturas
Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo
E-mail: libanio@sc.usp.br
(3) Professor Livre-Docente, Departamento de Engenharia de Estruturas e Fundações
USP, Escola Politécnica
E-mail: fernando.stucchi@poli.usp.br
1. Introdução
A análise de uma estrutura consiste em determinar os seus esforços solicitantes e
deslocamentos, por meio de modelos matemáticos, após a idealização de diversos fatores,
como o comportamento das ações, do material constituinte, das ligações entre os diversos
elementos em que a estrutura pode ser dividida, e da resposta desses elementos frente às
ações. Segundo a NBR 6118, o objetivo da análise estrutural é determinar os efeitos das ações
em uma estrutura, com a finalidade de efetuar verificações de estados limites últimos (ELU) e
de serviço (ELS).
A NBR 6118:2003 trouxe inovações significativas para o projeto de estruturas de concreto,
inclusive na análise estrutural. Houve um avanço do conhecimento sobre redistribuição de
esforços, seja via análise linear com redistribuição ou via análise plástica, e sobre não-
linearidades do comportamento dos materiais e das estruturas, como no caso do cálculo dos
deslocamentos, em que se utiliza uma rigidez equivalente no cálculo das flechas, para
considerar a fissuração do concreto. A NBR 6118:2003 traz indicações acerca dessas análises
mais requintadas, bem como fornece diretrizes sobre o campo de validade e as condições
especiais para aplicação de cada uma delas.
Portanto, é importante conhecer os diferentes tipos de análise, com relação ao comportamento
admitido para os materiais da estrutura, principalmente os que permitem o cálculo analítico,
situação que corresponde à mais usual, na prática de projetos. Além disso, conceitos como o
de largura colaborante das lajes junto às vigas, quando associado com análises do tipo linear,
linear com redistribuição e plástica, são muito úteis na concepção de projetos.
124
2. Tipos de análise estrutural
A NBR 6118:2003 permite cinco tipos de análise, quanto ao comportamento do concreto
estrutural, e exige que o projeto apresente conformidade com pelo menos um deles. A seguir
são apresentados alguns aspectos da análise linear com redistribuição e da análise plástica,
bem como comentários acerca dos vários tipos de análise permitidos.
2.1 Análise linear com redistribuição
Uma vez realizada a análise linear de uma estrutura, pode-se proceder a uma redistribuição
dos esforços calculados, decorrente da variação de rigidez dos elementos estruturais. A
fissuração, e a conseqüente entrada no estádio II, de determinadas seções transversais,
provoca um remanejamento dos esforços solicitantes, para regiões de maior rigidez. Segundo
PRADO & GIONGO (1997), essa fissuração pode diminuir de 20% a 70% a rigidez à flexão da
seção de concreto, dependendo da taxa de armadura.
Em suma, a análise linear com redistribuição promove a redução de momentos fletores sobre
os apoios de vigas contínuas, e o respectivo aumento dos momentos nos vãos. A redistribuição
se dá pela multiplicação dos momentos nos apoios por um coeficiente de redistribuição δ, e
posterior correção dos momentos nos vãos (ver Figura 1).
Figura 1 - Redistribuição de momentos fletores em viga contínua
A NBR 6118:2003 permite, para elementos lineares, redução de até 25% (δ = 0,75) para
estruturas de nós fixos, e de até 10% (δ = 0,90) para estruturas de nós móveis, dependendo de
x/d e de fck, como indicado nas equações 1 e 2:
δ ≥ 0,44 + 1,25 x/d para concretos com fck ≤ 35 MPa (Equação 1)
δ ≥ 0,56 + 1,25 x/d para concretos com fck > 35 MPa (Equação 2)
Quanto menor o valor de x/d calculado no ELU, menor a área de concreto comprimido, e mais
o aço, material mais dúctil que o concreto, passa a ser o limitante da resistência da seção. A
NBR 6118:2003 limita o valor de x/d, nos apoios e nas regiões de ligação entre elementos
estruturais lineares, mesmo que não sejam realizadas redistribuições de esforços solicitantes,
aos seguintes valores:
125
x/d ≤ 0,50 para concretos com fck ≤ 35 MPa (Equação 3)
x/d ≤ 0,40 para concretos com fck > 35 MPa (Equação 4)
Em pilares, consolos e elementos lineares com preponderância de compressão, a
redistribuição de esforços só deve ser feita se ela for conseqüência de redistribuições em vigas
ligadas a eles, uma vez que essas peças comprimidas não apresentam grande dutilidade. A
NBR 6118:2003 prescreve ainda que não é desejável que haja redistribuição de esforços em
serviço, e que as verificações de estados limites de serviço podem ser baseadas na análise
linear.
No caso de vigas T, o efeito da redistribuição é ainda mais benéfico, já que nos vãos a área de
concreto comprimido é maior, pois conta com a mesa da seção T. LEONHARDT & MÖNNIG
(1979) mostram que é possível reduzir em até 50% os momentos nos apoios, em vigas com a
largura da mesa em torno de três vezes a largura da alma, e com isso aumentar a capacidade
de carga da viga.
PARK & PAULAY (1975) citam, como vantagens da redistribuição de momentos, o fato do
projetista poder selecionar distribuições de momentos que evitem congestionamentos de
armadura nos apoios, e a possibilidade de reduzir os picos do diagrama de momentos fletores,
para as diferentes situações de carregamento acidental (envoltória). Com bons ajustes de
momentos máximos, quanto maior a relação entre a ação variável e a permanente, maior a
economia de armadura.
2.2 Análise plástica
A propriedade do material de guardar deformações residuais é chamada de plasticidade. As
principais teorias envolvidas em projetos, que permitem que elementos estruturais sofram
certas deformações permanentes, são a teoria das rótulas plásticas, para elementos lineares, e
a teoria das charneiras plásticas, para elementos de superfície que trabalhem como placas.
Ao se aumentar continuamente o carregamento de uma viga, por exemplo, um ou mais pontos
críticos de momento máximo poderão entrar em escoamento, dando origem a articulações, ou
rótulas plásticas. A rótula plástica é caracterizada por um aumento plástico da curvatura, que
pode ter o seu valor de duas a três vezes superior àquele calculado elasticamente. Esse efeito
restringe-se a um comprimento de plastificação, em torno dos pontos de momento máximo, nos
quais o momento fletor não aumenta mais e passa a ser chamado de momento totalmente
plástico, Mp.
A mínima carga capaz de provocar na estrutura um escoamento sem contenção, ou
responsável pela formação de um determinado número de rótulas plásticas, que torne a
estrutura, ou parte dela, em um sistema hipostático, dá origem a um mecanismo de colapso, e
é chamada de carga limite. Em estruturas hiperestáticas, existe uma reserva de capacidade
resistente, visto que, geralmente, é necessária a formação de mais de uma rótula plástica, para
que se forme um mecanismo de colapso.
No caso do concreto armado, o momento de plastificação pode ser considerado como aquele
que provoca o aparecimento do estado limite último (εc = – 0,35% ou εs = 1%). Por ser um
material de natureza frágil, para a ocorrência de um tal número de rótulas plásticas, até que se
forme um mecanismo de colapso, é necessária a verificação da capacidade de rotação.A
rotação necessária de uma rótula plástica pode ser quantificada pela diferença entre a sua
rotação total no colapso e aquela que dá início à sua plastificação.
A NBR 6118:2003 traz a consideração de que, quanto menor for a posição relativa da linha
neutra x/d, maior a capacidade de rotação do elemento estrutural. Em função desse parâmetro,
126
é fornecido um gráfico (ver Figura 2) de capacidade de rotação da rótula plástica, θpl. Esse
gráfico é válido para uma relação a/d igual a 6 (a é a distância entre pontos de momento nulo,
da região que contém a seção plastificada). Para outras relações a/d, deve-se multiplicar os
valores extraídos do gráfico por ( ) 6// da . A rotação necessária à rótula plástica deve ser
menor ou igual à capacidade de rotação dada pela Norma.
-3
30
20
10
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 x/d
θpl(x10 )
aço CA-60 (curva 1)
demais aços (curva 2)
Curva 1: θpl = 0,2% d/x p/ x/d ≥ 0,17
Curva 2: θpl = 0,35% d/x p/ x/d ≥ 0,15
1
2
Figura 2 - Capacidade de rotação de rótulas plásticas (Adaptada da NBR 6118:2003)
A plastificação em concreto armado se dá pelo escoamento da armadura, elevando a linha
neutra e aumentando o braço de alavanca obtido em regime elástico. No entanto, o momento
resistente permanece praticamente constante até a ruptura, pois o aumento do braço de
alavanca apenas compensa a diminuição da zona de concreto comprimido. A partir dessas
considerações, MORETTO (1970) observa que o diagrama momento curvatura do concreto
armado pode, simplificadamente, ser aproximado para duas retas, como no aço, com o
momento de plastificação igual ao momento último.
A redistribuição de esforços pode ser feita com maior intensidade que na análise linear com
redistribuição, desde que as rótulas plásticas apresentem as devidas capacidades de rotação
plástica. Nota-se que o cálculo plástico tem boa aplicabilidade nas estruturas simples de
elementos lineares, em que se conhece previamente a posição preferencial de formação das
rótulas plásticas (essa posição pode ser imposta pela disposição da armadura). A análise
plástica de estruturas reticuladas não é permitida quando se consideram os efeitos de segunda
ordem globais. Na análise plástica, preocupa-se com o estado limite último e não se conhece o
comportamento em serviço. A verificação de ELS deve ser efetuada com uma análise linear ou
não-linear.
2.3 Comentários sobre a aplicação dos tipos de análise estrutural
Deve-se ter em mente que cada estrutura merece um estudo individual, ao qual se deve aplicar
as teorias que mais lhe convierem para a sua resolução. Buscas por análises mais realistas
devem estar sempre presentes nos projetos estruturais, tomando-se sempre precauções
quanto à segurança. A utilização de uma análise plástica, ou linear com redistribuição, só deve
ser realizada se amparada pelo amplo domínio do assunto.
A Tabela 1 mostra os vários tipos de análise estrutural, permitidos pela NBR 6118:2003, e
indica a que verificação se destina cada um deles, quanto aos estados limites.
127
Tabela 1 - Tipos de análise estrutural e suas aplicações
Análise Verificação
Linear ELU* e ELS
Linear com Redistribuição ELU
Plástica ELU
Não-Linear ELU e ELS
Através de Modelos Físicos ELU e ELS
* se garantida a dutilidade dos elementos estruturais
Não ocorrem plastificações para o carregamento de serviço. Portanto, para verificar o ELS-DEF
e o ELS-W, devem ser utilizados outros tipos de análise que não sejam a linear com
redistribuição e a plástica. Todavia, a armadura a ser considerada nessas verificações é aquela
encontrada para ELU, com as análises supracitadas, como será visto no exemplo a seguir.
3. Exemplo de viga
3.1 Condições gerais e dados
Há um especial interesse na combinação de seções T em vigas com a redistribuição de
momentos, uma vez que, com a transferência para os vãos, de parte dos momentos
localizados nos apoios, a seção T é melhor aproveitada e proporciona uma economia de
armadura. Será analisada a viga V2 do pavimento da Figura 3, com análise linear e seção
retangular, com análise linear e seção T, com análise linear com redistribuição e seção T, e
com análise plástica e seção T.
Figura 3 - Pavimento ao qual pertence a viga V2
128
Considera-se que a viga V2 está localizada em ambiente interno (Classe de Agressividade
Ambiental I para ambientes urbanos), participa de uma estrutura de nós fixos, com concreto
C25, aço CA-50 para a armadura longitudinal e CA-60 para a armadura transversal. O
cobrimento é de 2,5 cm e a distância d’, do centro de gravidade da armadura longitudinal à
borda mais próxima, foi inicialmente admitida igual a 4 cm. Considerou-se na laje uma carga
de uso de 2,0 kN/m² e revestimento de 1,0 kN/m², pé-direito de 2,80 m e alvenaria sobre as
vigas com 2,5 kN/m² de parede pronta.
Na Figura 4 tem-se o esquema estático para a viga V2, no qual será analisada somente a
combinação última de carregamentos 1,4(g + q), em que g = 72,28 kN/m e q = 31,70 kN/m. As
seções 4 e 5 são as do primeiro e do segundo vão, respectivamente, em que o momento
positivo é máximo.
Figura 4 - Esquema estático da V2
3.2 Estratégia de resolução
Neste exemplo adota-se uma estratégia de resolução em que será imposta a redistribuição
desejada e, caso a armadura simples não seja suficiente para se ter o valor de x/d necessário,
será utilizada armadura dupla, a fim de diminuir a distância da linha neutra, conforme os
passos a seguir:
a) Define-se o valor de x/d necessário e com ele calcula-se o valor limite de kc para armadura
simples (limite entre os domínios 3 e 4) e os valores de ks, ks2 e k’s:
−
=
d
x
d
x
f
k
4,0168,0
1
cd
limc (Equação 5)
yd
s
4,01
1
f
d
x
k
−
= (Equação 6)
yd
2s
1
f
k = (Equação 7)
s
s s '
1
=k' (Equação 8)
b) Considera-se a armadura tracionada com tensão de escoamento fyd, porém a armadura
comprimida pode ter uma tensão (σ’s) menor que a de escoamento.
Se (ε’s Es) ≥ fyd ⇒ σ’s = fyd
Se (ε’s Es) < fyd ⇒ σ’s = ε’s Es
129
c) O valor da deformação da armadura comprimida, ε’s, depende do domínio em que se
encontra a seção. Para que haja a possibilidade de redistribuição, o domínio deve ser o 2
ou o 3, até certo valor de x/d.
d
x
d
d'
d
x
d
x
d
x
2,3 −
−
=⇒
≤
≤
1
010,0
e'0Se s
d
x
d
d'
d
x
d
x
d
x
d
x
−
=⇒
≤
≤
0035,0
e'Se s
4,33,2
d) Calculam-se então as parcelas do momento solicitante Md, denominadas M1 e M2, cuja
soma será resistida pela armadura tracionada, com tensão de escoamento, enquanto a
armadura comprimida resiste à parcela M2, com tensão σ’s:
limc
2
inf
1
k
d b
M = (Equação 9)
M2 = Md – M1 (Equação10)
e) As armaduras tracionada e comprimida são, então, dadas respectivamente pelas equações
11 e 12.
d'd
M k
d
M k
A
−
+= 22s1ss (Equação 11)
d'd
M k'
A'
−
= 2ss (Equação 12)
3.3 Análise linear – Seção retangular
Para análise linear, os diagramas de esforços de cálculo são indicados nas Figuras 5 e 6.
Figura 5 - Momentos fletores de cálculo para a análise linear (kN.m)
130
Figura 6 – Esforços cortantes de cálculo para a análise linear (kN)
a) Flexão
Ressalta-se a importância de, no cálculo da armadura de flexão da seção 2, limitar o valor
de x/d a no máximo 0,500, como prescreve a NBR 6118:2003, para apoios.
M2d = 454,93 kN.m; x/d = 0,500; As = 26,90 cm2 (6 φ 25); A’s = 10,84 cm² (4 φ 20);
M4d = M5d = 255,88 kN.m; x/d = 0,497; As = 15,97 cm2 (4 φ 25).
b) Cisalhamento
§ Trechos de 183 cm: VSd,min = 134,66 kN à asw/s = 1,28 cm²/m à φ 6,3 c/ 24
§ Trechos de 95 cm: VSd = 224,90 kN à asw/s = 3,79 cm²/m à φ 6,3 c/ 8
§ Trecho de 444cm: VSd = 385,04 kN à asw/s = 8,24 cm²/m à φ 10 c/ 9
c) Estados limites de serviço
§ ELS-F(combinação rara): Na seção 2 tem-se um momento de 32495 kN.cm, maior,
portanto, que o momento de fissuração Mr = 2805 kN.cm, calculado com o fctk,inf.
Portanto, há a formação de fissuras.
§ ELS-DEF (combinação quase-permanente): A flecha final, calculada com a inércia
equivalente de Branson e a consideração simplificada da fluência, é at = 1,75 cm
(< l/250 = 2,00 cm).
§ ELS-W (combinação freqüente): Na seção 2 tem-se uma abertura de fissura
w = 0,18 mm (< wlim = 0,40mm).
3.4 Análise linear - seção T
A definição da seção T (ver item 14.6.2.2 da NBR 6118:2003) é feita para o tramo da viga que
fornece a menor largura colaborante. No caso da viga V2, pode ser qualquer um dos dois
tramos, já que são simétricos. Os diagramas de esforços solicitantes são os mesmos
apresentados para a seção retangular, na Figura 5 e na Figura 6. Portanto, a distância “a” entre
os pontos de momento nulo, em um dos tramos da viga, é igual a 3,75 m. A largura colaborante
bf é dada pela Equação 13.
bf = bw + 2(0,10a) = 25 + 2(0,10x375) = 100 cm (Equação 13)
Considera-se a viga V1 (igual à viga V3) servindo de apoio à viga V2, e com momentos em
ambas as extremidades, por estar apoiada em pilares. Portanto, ela pode ter a sua distância “a”
estimada por 0,60 l, ou seja, 600 cm. Sua largura colaborante é calculada na Equação 14.
131
bf = bw + 1(0,10a) = 25 + 1(0,10x600) = 85 cm (Equação 14)
Com a largura colaborante da viga V1, podem ser realizadas as demais verificações relativas à
geometria, exigidas pela Norma, para a viga V2, indicadas na Figura 7 e nas equações 15 e 16.
Figura 7 - Verificações exigidas pela NBR 6118:2003
(b1,v1 = 0,60 m) < (b2/2 = 2,375 m) → ok (Equação 15)
(b1,v2 = 0,375 m) < (b2/2 = 2,375 m) → ok (Equação 16)
Dessa maneira, tem-se a seção T da Figura 8, que se fará notar, para análise linear, no cálculo
da armadura positiva nos vãos, com maior área de contribuição de concreto comprimido, e na
verificação do ELS-DEF, com a contribuição de maior inércia à flexão.
Figura 8 - Seção T da viga V2 com largura colaborante da laje
No dimensionamento das seções 4 e 5 tem-se:
Md = 255,88 kN.m; x/d = 0,104; As = 13,35 cm2 (5 φ 20)
Nessas seções, a linha neutra passa pela mesa da seção. Portanto, pode-se considerar, no
cálculo, uma seção retangular de 100 cm x 50 cm.
No cálculo da armadura de flexão da seção 2 e da armadura transversal, tem-se a seção
retangular de 25 cm x 50 cm. Portanto, os resultados são os mesmos da análise linear com
seção retangular. Considera-se ainda, neste exemplo, que a armadura de flexão das lajes
vizinhas à viga V2, que corta a mesa, é suficiente para atender às especificações de armadura
de ligação mesa-alma, de 18.3.7 da NBR 6118:2003. Essa armadura de ligação deve ter no
mínimo 1,5 cm²/m.
3.5 Análise linear com redistribuição – Seção T
Como se pode ver no diagrama de momentos fletores da Figura 5, o momento de apoio da
seção 2 é bem maior que os momentos máximos nos vãos. Além disso, há o interesse em se
aproveitar ao máximo a seção T, e por isso será utilizada a máxima redistribuição permitida
pela análise linear com redistribuição, para estruturas de nós fixos, ou seja, δ igual a 0,75. Para
tal, o valor de x/d necessário é dado pelas equações 17 e 18.
132
δ ≥ 0,44 + 1,25 (x/d) (Equação 17)
x/d = (0,75 - 0,44) / 1,25 = 0,250 (Equação 18)
Na Figura 9 tem-se o diagrama de momentos redistribuídos, com o momento negativo reduzido
e os momentos positivos corrigidos por meio da análise dos tramos isolados. Os esforços
cortantes também são modificados, com a redistribuição de momentos, como mostra a Figura
10.
A distância “a” entre pontos de momento nulo no tramo, para o cálculo da largura bf da seção
T, muda com a redistribuição. Porém, pode-se manter o valor previamente calculado de bf =
100cm (a favor da segurança).
Figura 9 – Momentos fletores de cálculo para a análise linear com redistribuição
Figura 10 – Esforços cortantes de cálculo para a análise linear com redistribuição
a) Seção 2 (25x50)
Md = 341,20k N.m; x/d = 0,250; As = 18,80 cm2 (4 φ 25); A’s = 10,77 cm² (4 φ 20)
b) Seção 4 = Seção 5 (100x50)
Md = 300,29kN.m; x/d = 0,123 (linha neutra na mesa); As = 15,79 cm2 (4 φ 25)
133
Lembra-se, aqui, que os estados limites de serviço foram verificados com as combinações rara
(ELS-F), quase-permanente (ELS-DEF) e freqüente (ELS-W), sem redistribuição (ver Tabela 4).
3.6 Análise plástica – Seção T
A análise plástica pode ser aplicada como uma análise linear com redistribuição, apenas com
uma modificação no tipo de verificação a ser feita com o valor de x/d, e tendo o cuidado de
conhecer em quais seções formam-se as rótulas plásticas. Na viga em questão, será reduzido
o momento do apoio da seção 2, onde passa a ser necessária a verificação da capacidade de
rotação. Uma vez reduzido o valor de M2, tem-se o valor de M2p, que será atingido com a
formação da primeira rótula, e permanecerá constante até a formação da segunda rótula.
M2p = δM2 (Equação 19)
Para a viga em questão, em que l = 5m e pd é o valor de cálculo do carregamento
(145,57kN/m), a ação distribuída responsável pela formação da primeira rótula, e o seu
acréscimo, responsável pela formação da segunda rótula, são dados pelas equações 20 e 21,
respectivamente.
2
p2
r1
8
l
M
p = (Equação 20)
∆p2r = pd – p1r (Equação 21)
Isolando um dos tramos, aplica-se o carregamento total pd (p1r + ∆p2r) ao longo da barra e o
momento M2p junto ao apoio, para obter os seguintes momentos plásticos para as seções 4 e 5,
quando se formam as segundas rótulas plásticas:
2
2
p2p22
p5p4
228 l
l
p
MM p
MM +−== (Equação 22)
A rotação necessária do apoio da seção 2, para a formação do mecanismo de colapso, é
calculada com o acréscimo de carregamento ∆p2r, pois ela é a diferença entre a rotação total
no colapso e a rotação quando tem início a plastificação. Devido à primeira rótula plástica,
consideram-se os dois tramos biapoiados e calcula-se a rotação à esquerda e à direita da
seção 2. Para ações uniformemente distribuídas, tem-se:
=+=
EI
p
???
24
?
2
3
r2
pd2pe2p2
l
(Equação 23)
Considerou-se o produto de inércia EI no estádio II, uma vez que na iminência da plastificação
a seção encontra-se fissurada. Essa medida está a favor da segurança, uma vez que a inércia
seria melhor representada com a consideração da contribuição do concreto entre fissuras, de
acordo com BUCHAIM (2001) por exemplo. Portanto, EI depende da armadura calculada para
a seção 2. Já a armadura depende do valor fixado de x/d e do valor de M2p. A capacidade de
rotação, θpl, depende também do valor de x/d e da distância “a” entre pontos de momento nulo,
da região que contém a seção 2. Deve-se tomar cuidado para não confundi-la com a distância
“a” entre pontos de momento nulo no tramo, utilizada no cálculo da largura bf da seção T, que
será mantida igual a 100 cm. A altura útil da seção será mantida igual a 46 cm.
l p
M
a
p24
= (Equação 24)
( )
6
0035,0p
d / a
x
d
? =l (Equação 25)
134
A Tabela 5.2 traz combinações de resultados para valores pré-fixados de x/d, a partir dos quais
se procura o mínimo valor possível de δ (maior redistribuição possível), sem que θ2p ultrapasse
θpl. O valor de x/d igual a 0,150, para o aço CA-50, é o que garante a maior capacidade de
rotação plástica, de acordo com a Figura 2. No entanto, pode não ser o mais econômico.
Tabela 2 - Combinações de valores de x/d e δ
x/d – Seção 2 0,150 0,170 0,190 0,210 0,230 0,250 0,270 0,290 0,310 0,330 0,350
δ 0,56 0,60 0,63 0,65 0,67 0,69 0,71 0,72 0,73 0,74 0,75
p1r (kN/m) 81,52 87,34 91,71 94,62 97,53 100,44 103,35 104,81 106,27 107,72 109,18
∆p2r (kN/m) 64,05 58,23 53,86 50,95 48,04 45,13 42,22 40,76 39,30 37,85 36,39
M2p (kN.m)-254,75 -272,94 -286,59 -295,69 -304,79 -313,89 -322,98 -327,53 -332,08 -336,63 -341,18
As (cm
2) – Seção 2 13,81 14,83 15,62 16,17 16,73 17,30 17,89 18,23 18,59 18,96 19,34
A’s (cm
2) – Seção 2 25,10 19,40 15,49 12,53 20,42 9,27 9,22 8,92 8,63 8,36 8,10
M4p (kN.m) 336,45 328,67 322,90 319,07 315,28 311,50 307,75 305,88 304,02 302,16 300,31
As (cm
2) – Seção 4 17,81 17,37 17,05 16,84 16,62 16,41 16,21 16,10 16,00 15,89 15,79
Soma das áreas de
armaduras (cm2) 56,72 51,60 48,16 45,54 43,76 42,98 43,32 43,25 43,22 43,21 43,22
a (m) 1,40 1,50 1,58 1,63 1,68 1,73 1,78 1,80 1,83 1,85 1,88
θ2p (x10
-3 rad) 16,60 14,65 13,31 12,50 11,67 10,79 9,86 9,41 8,97 8,54 8,12
θpl (x10
-3 rad) 16,62 15,18 13,92 12,79 11,85 11,07 10,40 9,75 9,18 8,68 8,24
3.7 Consumo de aço
O consumo de aço, obtido para os diversos tipos de análise aqui considerados, encontra-se
indicado na Tabela 3, onde se têm também as diferenças em relação ao consumo relativo a
seção retangular e análise linear.
Tabela 3 - Consumo de aço
Tipo de análise Seção
transversal
Consumo
de aço
(kg)
Diferença em relação à análise
linear com seção retangular
(%)
Análise linear Retangular 278,2 0
Análise linear T 259,7 – 6,7
Análise linear com redistribuição (δ = 0,75) T 241,5 – 13,2
Análise plástica (δ = 0,69) T 242,9 – 12,7
Análise plástica (δ = 0,75) T 237,0 – 14,8
3.8 Conclusões
Vê-se que, para estruturas simples como a do exemplo ora indicado, as análises linear com
redistribuição e plástica têm fácil aplicação. No caso de se utilizarem modelos estruturais como
pórticos planos ou espaciais, são necessários programas computacionais.
De acordo com FONTES (2005), a redistribuição realizada em vigas de seção retangular pode
apresentar uma irrisória economia de armadura, restando como vantagem apenas a
possibilidade de melhorar a distribuição das armaduras, evitando assim o acúmulo de barras
em uma mesma seção. Já a utilização conjunta da seção T com uma análise que permita a
redistribuição de momentos, seja a análise linear com redistribuição, seja a análise plástica,
trouxe uma economia considerável (12 a 15%), em relação à análise linear com seção
retangular. Somente a utilização da seção T junto à análise linear já traz uma certa economia,
próxima de 7%.
Por meio da Tabela 2, vê-se que a menor área de armadura é dada para x/d = 0,25 e
δ = 0,69. No entanto, apesar da pequena diferença, a análise plástica com δ = 0,75 apresentou
um menor consumo de armadura, pois exige uma menor área de armadura nos vãos, que,
devido à necessidade de sua ancoragem nos apoios, acaba por ter maior comprimento e
135
influencia o consumo total de aço de maneira mais incisiva. Alerta-se, portanto, para a
necessidade de estudar, caso a caso, qual par de valores de x/d e de δ fornece o menor
consumo de armadura. A análise linear com redistribuição permite menores redistribuições do
que a análise plástica, porém sua utilização é mais simples.
Com a redistribuição, as flechas passam a ser menores (ver Tabela 4), pois continuam sendo
verificadas com os esforços da combinação quase-permanente, e a armadura nos vãos
aumenta com a transferência de momentos. Por outro lado, a importância da verificação da
abertura de fissuras nos apoios passa a ser maior, já que é verificada ainda com a combinação
freqüente, e nesses pontos a armadura diminui.
Tabela 4 - Flechas e aberturas de fissuras
(diferenças em relação à análise linear e seção retangular)
Tipo de análise Seção transversal
Flecha na
seção 4 ou 5
(cm)
Diferença
(%)
Abertura de
fissuras na
seção 2
(mm)
Diferença
(%)
Análise linear Retangular 1,66 0 0,18 0
Análise linear T 1,43 – 13,9 0,18 0
Análise linear com
redistribuição(δ = 0,75)
T 1,24 – 25,3 0,24 33,3
Análise plástica (δ = 0,69) T 1,20 – 27,7 0,26 44,4
Análise plástica (δ = 0,75) T 1,24 – 25,3 0,23 27,8
Agradecimentos
Ao CNPq, pelas bolsas de mestrado e de pesquisador.
Referências
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 6118:2003. Projeto de
estruturas de concreto – Procedimento. Rio de Janeiro.
BUCHAIM R. (2001). A influência da não-linearidade física do concreto armado na rigidez
à flexão e na capacidade de rotação plástica. Tese (Doutorado). São Paulo, Escola
Politécnica da Universidade de São Paulo, Universidade de São Paulo.
FONTES F.F. (2005). Análise estrutural de elementos lineares segundo a NBR 6118:2003.
Dissertação (Mestrado). São Carlos, Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de
São Paulo.
LEONHARDT, F.; MÖNNIG, E. (1979). Construções de concreto, volume 4: verificação da
capacidade de utilização. Rio de Janeiro, Interciência.
MORETTO, O. (1970). Curso de hormigón armado. 2.ed. Buenos Aires, Libreria “EL
ATENEO”.
PARK, R.; PAULAY, T. (1975). Reinforced concrete structures. New York, John Wiley &
Sons.
PRADO, J.F.M.A.; GIONGO, J.S. (1997). Redistribuição de momentos fletores em vigas de
edifícios. In: Jornadas Sul-Americanas de Engenharia Estrutural, 28, São Carlos, 1-5 set.
Anais. p. 1555-1564.
136
EXEMPLOS DE APLICAÇÃO DOS CONCEITOS DA SEÇÃO 14
ANÁLISE ELÁSTICA
COM REDISTRIBUIÇÃO LIMITADA DE SOLICITAÇÕES
Autor: Roberto Buchaim (1)
Revisor: Wanda Vaz (2)
(1) Professor Doutor, Centro de Tecnologia e Urbanismo, Departamento de Estruturas
Universidade Estadual de Londrina, PR
E-mail: robbuch@uel.br
(2) Eng. Civil, Labore Consultoria
E-mail: labore@terra.com.br
1. Introdução
A análise linear, seguida de redistribuição limitada das solicitações, consiste em reduzir nas
seções críticas – geralmente nos apoios de continuidade, onde se dão os maiores momentos
elásticos, e a influência favorável da força cortante sobre a capacidade de rotação plástica é
maior do que no vão – os momentos fletores elásticos, multiplicando-os pelo seguinte
coeficiente de redistribuição δ , conforme 14.6.4.3 (elementos lineares) e 14.7.3.2 (placas ou
lajes) da NBR 6118:2003:
d
x
25,144,0 +≥δ com fck ≤ 35 MPa e aços de ductilidade alta e muito alta (1)
d
x
25,156,0 +≥δ com fck > 35 MPa e aços de ductilidade alta e muito alta (2)
observando-se os limites:
175,0 ≤δ≤ nas lajes, nas vigas contínuas e nas vigas de pórticos indeslocáveis, para aços de
ductilidade alta e muito alta
190,0 ≤δ≤ em pórticos deslocáveis, para aços de ductilidade alta e muito alta.
A classificação anterior para aços de ductilidade alta e muito alta é do MC-90, ficando implícito,
na NBR 6118, que os aços nacionais CA-60 e CA-50 preenchem, nessa ordem, essa
classificação.
Obedecidas às condições do coeficiente δ, é arbitrária a escolha de quais momentos das
seções críticas serão reduzidos, assim como é arbitrário o valor dessa redução. Feita a
redução dos momentos, refaz-se a análise para garantir o equilíbrio. Essas são as condições
de ductilidade, que substituem as de compatibilidade e, com isso, é dispensável a
comprovação da capacidade de rotação plástica. Outros valores do coeficiente δ são possíveis,
desde que se comprove que a demanda de rotação plástica seja inferior à capacidade de
rotação plástica do elemento estrutural em questão. Este cálculo é feito através da análise
elasto-plástica, considerando-se na rigidez à flexão os fenômenos da fissuração e do
enrijecimento da armadura tracionada, advindo das tensões de aderência despertadas entre a
armadura e o concreto circundante, entre duas fissuras sucessivas.
O coeficiente de redistribuição é associado à capacidade de rotação plástica, que por sua vez é
associada à profundidade relativa da linha neutra no ELU por flexão, para facilitar o trabalho do
137
calculista. Quanto maior for a redistribuição de solicitações, menores são os valores de δ e de
x/d, e maior deve ser a capacidade de rotação plástica. Enfatiza-se que na solução elástica (δ
= 1) esta capacidade não é nula, embora possa ser pequena. Da mesma forma, também não é
nula a demanda de rotação plástica, mesmo que istonão seja apontado na análise elástica.
Observe-se que, na análise linear, com ou sem redistribuição, não mais se permite escolher,
por economia, x/d na fronteira dos domínios 3 e 4, pois para tal valor (igual a 628,0 para o CA-
50) a capacidade de rotação plástica é baixa, e não há em absoluto a garantia de que a
suposta distribuição de solicitações no ELU seja atingida.
Observe-se que os limites da profundidade relativa da linha neutra (LN), em função do
coeficiente δ, impostos em 14.6.4.3 (elementos lineares) e 14.7.3.2 (elementos de placas ou
lajes) da NB-1, são obtidos fazendo-se δ = 1 (análise elástica, sem redistribuição) em (1) e (2),
donde:
45,025,1/)44,01( ≅−≤
d
x se fck ≤ 35 MPa (3)
35,025,1/)56,01( ≅−≤
d
x se fck > 35 MPa (4)
Se 5,0==ξ
d
x , a seção estaria no domínio 3 e o correspondente alongamento do aço seria
igual ao encurtamento limite do concreto, donde:
=ε
=ε
>=ε
−
−
‰
‰
‰
48,2
07,2
5,3
60CA,yd
50CA,yd
s
Assim, se os aços CA-50 e CA-60, comumente usados em lajes, estão em escoamento para o
limite 5,0==ξ
d
x , com maior razão, estão também para os limites 0,45 e 0,35, dados pelas
inequações (3) e (4). No caso de seção retangular, em flexão simples com armadura simples,
pela igualdade das forças internas, a altura relativa do bloco retangular de tensões é igual à
força relativa no concreto,
cd
c
c 85,0 f d b
R
? = , e, também, igual à taxa mecânica da armadura em
escoamento,
cd
yds
d 85,0 f
f
d b
A
=ω . Observando que o braço de alavanca relativo das forças
internas é )5,01( dω− , resulta o momento relativo em função da taxa mecânica, e vice-versa.
)5,01(
85,0
dd
cd
2
d
d ω−ω==µ
fd b
M
(5a)
d
cd
yds
d 21185,0
µ−−==ω
f
f
bd
A
(5b)
Logo, em correspondência aos valores máximos da profundidade relativa da LN, resultam os
limites:
36,045,08,08,0d =×≤=ω d
x e 30,0)18,01(36,0d ≅−≤µ , se fck ≤ 35 MPa (6) e (7)
28,035,08,08,0d =×≤=ω d
x e 24,0)14,01(28,0d ≅−≤µ , se fck > 35 MPa (8) e (9)
Como se vê, é possível controlar a profundidade relativa da LN (da análise elástica sem
redistribuição) e o escoamento das armaduras através do valor máximo do momento relativo,
ou da taxa mecânica, conforme seja a resistência característica do concreto. E na análise
elástica com redistribuição, usando-se aços CA-50 ou CA-60 e sendo δ < 1, é desnecessário
comprovar o escoamento da armadura, se forem atendidas as inequações (1) e (2).
138
2. Exemplo de aplicação em laje de edifício
2.1 Condições gerais e dados
Dimensionar a armadura da seção do apoio central de uma laje contínua de dois vãos iguais,
armada em uma só direção, onde:
§ m75,3=l
§ h / d / d’ = 110 / 85 / 25 mm
§ fck = 20 MPa
§ aços CA-50 ou CA-60
§ cargas de cálculo:
? gd = 1,4 x 3,88 = 5,43 kN/m2
? qd = 1,4 x 1,5 = 2,1 kN/m2
2.2 Dimensionamento por análise elástica linear, sem redistribuição de solicitações
Para as dadas cargas de cálculo, obtém-se na seção do apoio central o seguinte momento
fletor (ver Figura 1):
m
kNm
24,13
8
75,3
53,7
2
d ==m
Figura 1 – Viga contínua no ELU – Momentos fletores para uma faixa de largura de 1m –
Solução elástica sem redistribuição
Note-se que este momento é calculado por unidade de comprimento. Portanto, pode-se
expressá-lo no dimensionamento como um momento Md dividido pela largura b da laje. Logo:
mm
Nmm
1024,13
m
kNm
24,13 3dd ×=== b
M
m
Assim:
139
32,0151,0
14,1285
1024,13
85,085,0bd 2
3
cd
2
d
cd
2
d
d <=
×
×
===µ
fd
m
f
M
Portanto:
164,0151,0211211 dd =×−−=µ−−=ω
Logo, a área da armadura, as, por unidade de comprimento da laje, vale:
m
mm
389
m10
mm
389,0
mm
mm
389,085
435
14,12
164,0d
85,0 2
3
22
yd
cd
d
s
s ====ω== −f
f
b
A
a
Escolhendo-se barras com diâmetro de 8 mm (φ 8), cuja área da seção é igual a
2
2
mm50
4
8
=π , o espaçamento s dessas barras é:
mm125m129,0
389
50
≅==s .
Se for adotado aço CA-60, tem-se:
2yd mm
N
7,521
15,1
600
==f
A área da armadura será igual a:
m
mm
324
mm
mm
324,085
7,521
14,12
164,0
22
2s
2s ==== b
A
a
Escolhendo-se barras com diâmetro de 5 mm (φ 5), de área 20 mm2, com o que resulta para
um par de barras justapostas com espaçamento mm120m123,0
324
202
s ≅=
×
= .
2.3 Dimensionamento por análise elástica seguida de redistribuição das solicitações
A inequação (1|) do coeficiente de redistribuição, para fck = 20 MPa, pode ser expressa da
seguinte forma:
)44,0(8,0 −δ≤=ξ
d
x , para fck ≤ 35 MPa
Como se vê, escolhido o coeficiente de redistribuição entre os limites 0,75 e 1,00, tem-se
imediatamente o limite superior da profundidade relativa da LN.
Para a laje do exemplo, os momentos do vão e do apoio são iguais se δ = 0,686. Isto significa
que, enquanto o percentual da redistribuição não ultrapassar (1 – 0,686) = 31,4%, o momento
do apoio central superará o momento do vão, sendo, portanto, determinante no
dimensionamento da laje. Há na solução deste problema várias alternativas. Duas delas são:
a) Escolhe-se o coeficiente de redistribuição, mantém-se a altura útil da laje, e em relação à
solução para 1=δ , dada em 2.2, alteram-se apenas as armaduras, reduzindo-se a
armadura do apoio e aumentando-se a armadura do vão. Com a diminuição da área de aço
no apoio, consegue-se eventualmente um arranjo mais favorável da armadura, facilitando a
concretagem nessa região.
140
b) Escolhe-se o coeficiente de redistribuição e escolhe-se a profundidade relativa da LN igual
ao limite superior dado pela expressão anterior. Por exemplo, se for decidido reduzir o
momento do apoio em 20%, tem-se δ = 0,8, portanto:
)44,0(8,0 −δ≤=ξ
d
x = 0,8(0,8-0,44) = 0,288
Com esta variável assim fixada, é possível liberar outra, que será a altura útil d. Isto porque,
dada a profundidade relativa da LN, o momento relativo fica conhecido, podendo-se obter d
de sua equação.
Estas duas alternativas são examinadas a seguir:
Análise da alternativa a:
Conforme a Figura 1, o momento de cálculo do apoio de continuidade vale md = 13,24 kNm/m.
Decide-se reduzi-lo em 20%, donde δ = 0,8. O momento solicitante de cálculo no apoio B
passa, então, a ser md = 10,60 kNm/m conforme a Figura 2:
Figura 2 – Viga contínua no ELU – Momentos fletores para uma faixa de largura de 1m –
Solução com redistribuição de 20% do momento elástico do apoio central
Simultaneamente, como mostra a Figura 2, aumentam a reação do apoio A e o momento
máximo no vão, que vale: md,vão = 8,47 kNm/m
Este novo momento é %14 maior que o anterior, a saber, 7,45 kNm/m, conforme Figura 1.
Agora os momentos extremos, do vão e do apoio, estão mais próximos. Esta aproximação dos
momentos das seções críticas é um dos objetivos da redistribuição, resultando em economia
de material.
O dimensionamento da seção do apoio B considera o momento
m
kNm
60,10dd == b
M
m , e o
momento relativo:
141
121,0
14,1285
1060,10
85,085,0 2
3
cd
2
d
cd
2
d
d =
×
×
===µ
fd
m
fd b
M
Como há escoamento da armadura no apoio, tanto mais que o momento fletor é agora menor,
a taxa da armadura, conforme a expressão (5b), é:
129,0121,0211211 dd =×−−=µ−−=ω
A profundidade relativa da LN vale 161,0129,025,125,1 d =×=ω=d
x . Este valor, evidentemente,
verifica a desigualdade (1) para δ = 0,8, isto é, 288,0≤
d
x .
Logo, usando-se aço CA-50, a área da armadura, por unidade de comprimento da laje, é igual
a:
m
mm
306
mm
mm
306,085
435
14,12
129,0d
85,0 22
yd
cd
d
s
s ===ω== f
f
b
A
a
O valor anterior obtido para as era 389 mm2.
Escolhe-se φ 8, donde o espaçamento mm160m162,0
306
4
82
≅=
π
=s .
Escolhendo-se barras com diâmetro de 8 mm, cuja área da seção é igual a 50 mm2, o
espaçamento s é:
mm160m162,0
306
50
≅==s
O dimensionamento da armadura do vão, feito de forma análoga, resulta na área 240 mm2/m,
contra 210 mm2/manteriores. Comparando-se o volume de aço das duas soluções, tem-se
para a laje de dois vãos iguais, desconsiderando-se a influência da força cortante e o
comprimento de ancoragem:
Solução sem redistribuição (ver 2.2), com momentos negativos em 0,35 l por vão:
lll 69238935,022102ol =×××+××=V
Solução atual, com momento negativos em 0,28 l por vão:
lll 65130628,022402ol =×××+××=V
Logo, há na atual solução um consumo ligeiramente menor e a seção do apoio será mais dúctil
do que antes. A extensão da armadura superior foi obtida com a sobrecarga apenas em um
dos vãos, mantendo-se o mesmo momento do apoio central usado no dimensionamento, em
qualquer alternativa. A Figura 3 exemplifica o procedimento. No vão carregado só com a carga
permanente, obtém-se a extensão da região de momento negativo igual a 1,04 m, donde a
fração do vão 1,04/3,75 = 0,28. O mesmo foi feito para a solução elástica sem redistribuição,
cuja fração obtida é maior e igual a 1,30/3,75 = 0,35.
142
Figura 3 – Viga contínua no ELU – Momentos fletores para uma faixa de largura de 1m –
Distribuição de momentos com carga total num vão e carga permanente noutro
Análise da alternativa b:
Neste caso decide-se alterar a altura útil da laje. Fixando-se novamente δ = 0,8 ≥ 0,75, o
diagrama de momento fletor, após a redistribuição de %20 do momento do apoio central,
conforme a Figura 2, permanece o mesmo da alternativa “a” (desconsiderada a redução no
peso próprio da laje). Escolhendo-se o limite superior da profundidade relativa da LN, resulta,
como se mostrou, 288,0
d
x
==ξ . Desta escolha decorre a menor altura útil possível dentro das
condições do problema.
O momento relativo de cálculo é determinado após calcular-se a força relativa do concreto,
igual à taxa mecânica da armadura em escoamento, que vale:
230,0288,08,08,0d =×===ω d
x
d
y
donde:
204,0)
2
1(
85,0
d
d
cd
2
d
d =
ω
−ω==µ
fd
m 30,0< , conforme a expressão (7).
Sendo md = 10,60 Nmm/mm e 0,85 fcd = 12,14 N/mm2, o valor da altura útil é igual a:
mm65
14,12204,0
1060,10
85,0
3
cdd
d ≅
×
×
=
µ
=
f
m
d
Logo, a área da armadura é igual a:
m
mm
420
mm
mm
420,0
435
6514,12
230,0
85,0 22
yd
cd
d2
2s
2s ==
×
=ω==
f
df
b
A
a
143
Pode-se optar por 1 φ 8 CA-50, com espaçamento s = 120 mm. Além disso, a altura total da
laje agora passa a ser h = d + d’ = 65 + 25 = 90 mm. Como se vê, em relação à solução para δ
= 1 de 2.2, há uma significativa redução (18%) no consumo de concreto, embora haja um
pequeno aumento no consumo de aço. Chama-se a atenção para o fato de haver outros
estados limites que também devem ser atendidos no projeto. Ao reduzir-se muito a espessura,
a laje poderá não atender às exigências de norma para flechas, ou para aberturas de fissuras,
ou mesmo para vibração excessiva.
144
EXEMPLOS DE APLICAÇÃO DOS CONCEITOS DA SEÇÃO 14
RIGIDEZ E ROTAÇÃO PLÁSTICA DE PEÇAS FLETIDAS
Autor: Roberto Buchaim (1)
Revisor: Wanda Vaz (2)
(1) Professor Doutor, Centro de Tecnologia e Urbanismo, Departamento de Estruturas
Universidade Estadual de Londrina, Pr
E-mail: robbuch@uol.br
(2) Eng. Civil, Labore Consultoria
E-mail: labore@terra.com.br
1. Introdução
Dentre os vários tipos de análise estrutural, descritos no item 14.5 da NBR 6118: 2003, três
deles não exigem comprovação de deformações no Estado Limite Último (ELU): (a) análise
linear; (b) análise linear com redistribuição das solicitações; (c) análise plástica com materiais
rígido-plásticos. Nas duas primeiras basta usar as rigidezes das seções íntegras (Estádio I) e
efetuar, na segunda, a redistribuição, respeitando-se em ambas e na terceira os limites da
profundidade relativa da linha neutra (LN). Um quarto tipo – a análise elasto-plástica – introduz
a verificação das deformações nos materiais, através da capacidade de rotação plástica. Nela,
as zonas plastificadas da estrutura são representadas por rótulas plásticas, concentradas nas
seções críticas correspondentes, interligadas por barras elásticas e de rigidez do Estádio II,
onde houver fissuração, e do Estádio I, nos trechos sem fissuras. Com isto, são consideradas a
plastificação dos materiais, a fissuração e a colaboração do concreto entre fissuras no
enrijecimento da armadura do banzo tracionado.
Assim, o último tipo de análise pressupõe, nas peças fletidas, um quadro de fissuração
estabilizado e coloca dois problemas ocultos nos três primeiros tipos de análise, a saber: (a) a
determinação da rigidez de peças estruturais fissuradas e não fissuradas e, (b) a comprovação
da capacidade de rotação plástica. Com isto, pode-se determinar corretamente a capacidade
portante da estrutura, limitando a demanda de rotação plástica à capacidade de rotação
plástica, com o que são respeitados os limites de deformação no aço e no concreto.
No que segue dá-se indicações sobre estas duas questões e, por último, mostra-se a aplicação
da teoria a um exemplo. Para efeito de projeto, a redistribuição dos esforços solicitantes da
análise elástica usualmente fica em torno de 15% a 30%. Redistribuição maior deve fazer com
que as condições dos Estados Limites de Serviço (ELS) sejam preponderantes. Como na
combinação rara das ações atua uma carga (1 – 1/γf) = (1 – 0,71) ≅ 30%
menor, os momentos das seções críticas do ELU (com a redistribuição de %30 ) e do ELS
(elástico e sem a redistribuição) resultam muito próximos. Isto obriga a um aumento da
armadura para evitar seu escoamento, abertura exagerada da fissura e flecha excessiva.
145
2. Classificação dos aços conforme a ductilidade
A deformabilidade das peças fletidas tem sua maior influência localizada na deformabilidade do
banzo tracionado. Isto porque a profundidade da linha neutra, confinada no intervalo [0, d/2],
decresce relativamente pouco até o ELU. Com isto, a curvatura média da peça, dada por
xd
m
r −
≅
sme1 , depende em grande parte do alongamento médio da armadura, εsm. Por
conseqüência, quanto mais dúctil for o aço tanto mais dúctil poderá ser a peça.
A capacidade de uma barra de aço em dissipar energia por deformações plásticas, em caso de
descarga ou ruptura, representa a sua ductilidade. A energia dissipável por unidade de volume
da barra de aço é dada pela área sob a curva tensão-deformação, σs(εs), até a ruptura da barra
ensaiada, descontada a parcela elástica (recuperável). A Tabela 2.1 mostra as condições
exigidas para os aços de ductilidade muito alta (S), alta (A ou H) e normal (B ou N), conforme o
EC-2, o MC-90 e a referência [10]. A Tabela 2.2 mostra as condições análogas para os aços
nacionais, e refere-se à deformação residual medida em uma distância igual a 10 diâmetros da
barra após a ruptura.
Tabela 2.1 – Condições exigidas para os aços de alta ductilidade, conforme referências
internacionais
EC2 MC-90 Sigrist e Marti [10]
Classe (ft/fy)k
εsuk
‰
(ft/fy)k
εsuk
‰
(ft/fy)k
εsuk
‰
S - - ≥ 1,15 ≥ 60 1,20 100
A ou H > 1,08 > 50 ≥1,08 ≥ 50 1,08 50
B ou N > 1,05 > 25 ≥1,05 ≥ 25 1,05 25
Onde:
(ft/fy)k é o valor característico, relativo ao quantil de 5%, da relação entre as resistências à ruptura por
tração e do início do escoamento.
εsuk é o valor característico, relativo ao quantil de 5%, do alongamento último de ruptura por tração,
correspondente a ftk.
Tabela 2.2 – Condições exigidas para os aços nacionais de alta ductilidade
NBR 7480:1996 NBR 6118:2003
Categoria
(ft/fy)k
εs,10φ
‰
Características
de ductilidade,
item 8.3.7
εsuk
‰
CA-25 ≥ 1,20 ≥ 1,80 Alta ≥ 181,5
CA-50 ≥ 1,10 ≥ 80 Alta ≥ 82,75
CA-60 ≥ 1,05 ≥ 50 Normal ≥ 53,15
Onde:
εs,10φ é o alongamento residual medido em 10 diâmetros.
φ+=ε 10,s
s
yk
k
y
t
suk e)( E
f
f
f
é o alongamento último de ruptura por tração, calculado com Es = 200 GPa.
146
3. Capacidade de rotação plástica
Asdeformações limites do concreto, εc,lim, e do aço, εsuk, podem ser respeitadas através da
rotação plástica obtida na viga equivalente da Figura 3.1, destacada da viga contínua
correspondente.
Figura 3.1 – Viga equivalente
A viga equivalente representa o segmento que contém a seção crítica onde ocorrem as
deformações plásticas. Seu comprimento pode ser tomado igual à distância entre pontos de
momentos nulos junto ao apoio de continuidade para as cargas de cálculo, qd, e admitido o
mesmo para as cargas últimas qu e do início do escoamento, qy. Os carregamentos qu e qy
correspondem, respectivamente, a uma deformação última ou limite em um dos dois materiais
e à deformação do início do escoamento da armadura tracionada na seção crítica. Ao
acréscimo (qu – qy) da carga, corresponde a máxima rotação plástica possível nessa seção, a
qual vem a ser a capacidade de rotação plástica. A deformabilidade da peça é considerada no
projeto através das leis constitutivas do concreto (parábola-retângulo), com tensão do patamar
igual à resistência que se espera encontrar na estrutura (valor médio, fcm, quantil de %50 ), e do
aço (bilinear com encruamento) com resistências características, fyk e ftk. Como referência, o
valor médio da resistência do concreto é dado pela seguinte expressão do MC-90:
fcm = fck + 8, em MPa (3.1)
Tendo em vista que as múltiplas influências na rotação plástica da viga equivalente dificultam a
obtenção de uma função ao mesmo tempo geral e segura, procura-se estimar a capacidade de
rotação plástica de maneira mais simples, para o caso comum de seção retangular em flexão
simples e armadura simples. Isto é conseguido definindo-se o comprimento equivalente da
zona plastificada igual à altura útil d da seção transversal. Com esta aproximação, reduz-se a
análise da viga equivalente (ou da estrutura) meramente à análise da seção transversal. Ver o
Anexo 2. Como a distribuição de curvaturas ao longo da viga equivalente é admitida linear, a
zona plastificada é um triângulo de extensão (base) 2d, e altura igual à diferença de curvaturas
máxima (correspondente a uma deformação última no aço ou limite no concreto) e do início do
escoamento da armadura. A área desse triângulo, igual à do retângulo equivalente, de lado d e
mesma altura, é a capacidade de rotação plástica, donde:
d
x
d
x y
sym
u
sum
pl
3
11
10
−
ε
−
−
ε
=θ ruptura do aço (ramo ascendente)
(3.2)
d
x
d
x y
sym
u
cum
pl
3
1
10
−
ε
−
ε
=θ esmagamento do concreto (ramo descendente)
(3.3)
onde
147
ε=ε 310 ;
εsum é a deformação média da armadura associada à deformação última (εsuk = 50 ‰ na Figura
3.2);
εsym é a deformação média da armadura associada à deformação do início do escoamento
(εsyk = 2,5 ‰ na mesma figura);
εcum é o encurtamento médio do concreto (nestas simplificações, igualado a εc,lim= 3,5‰ ,
também na Figura 3.2);
xu e xy são as profundidades da LN correspondentes aos dois estados de deformação
admitidos, o último e o do início do escoamento.
A lei tensão-deformação média do banzo tracionado, associada à deformação do aço na
fissura, é a dada no MC-90, item 3.2.3. Ver também [6].
Enfatiza-se que estas rotações resultam de leis tensão-deformação dos materiais com
resistências fcm para o concreto e fyk e ftk para o aço no ramo plastificado, embora as curvas da
rotação plástica sejam usualmente dadas em função da profundidade relativa da LN no ELU –
Flexão Simples, obtida com as resistências de cálculo (minoradas) dos materiais, o que pode
gerar confusão. Para evitá-la, basta perceber que a cada ponto da curva )(pl d
x
θ corresponde
uma única área As e, portanto, uma única taxa mecânica da armadura
cd
yds
d 85,0 f
f
bd
A
=ω , com a
qual se obtém a profundidade relativa da LN )
d
x
( no ELU.
Seção retangular b / h / d = 540 / 270 / 270 mm, armadura simples.
Aço CA-50, fyk / ftk = 500 / 540 MPa, εsuk = 50 ‰ , boa aderência.
Concreto: diagrama parábola-retângulo, εc,lim = 3,5‰ , γc = 1,5.
Curva 2 da NBR 6118:
• ramo ascendente )(6,10634,7103
d
x
pl +=θ ;
• ramo descendente
)/(
5,3103
dxpl
=θ .
Figura 3.2 – Capacidade de rotação plástica em função da profundidade relativa da linha
neutra no ELU – Flexão simples
148
Na obtenção dos resultados mostrados na Figura 3.2, com a finalidade de compará-los com a
curva 2 da NBR 6118: 2003, procurou-se ficar do lado da segurança, adotando-se os valores
(ft/fy)k = 1,08, εsuk = 50 ‰ , ambos dados na Tabela 2.1, ao invés de (ft/fy)k = 1,10, εsuk = 80 ‰ ,
conforme a Tabela 2.2. Pela mesma razão, tomou-se γc = 1,5, ao invés de γc = 1,4. A figura
evidencia que a curva 2, adotada para o aço CA-50, é, na maioria dos casos, mais
conservadora que a solução descrita. Ver a bibliografia específica para a consideração de
outras influências.
4. Rigidez à flexão nos Estádios I e II
A rigidez à flexão de uma peça estrutural pode ser considerada a partir de suas rigidezes do
Estádio I, nos segmentos sem fissuras, e do Estádio II, nos segmentos fissurados, conforme as
expressões descritas a seguir. No Estádio I tem-se:
IciI)( IEEI = se fl,ct2cr fWMM =≤ (4.1)
onde:
ckci 5600 fE = , em MPa é o módulo de elasticidade do concreto na origem da curva σc (εc),
conforme o item 8.2.8 da NBR 6118;
II é o momento de inércia da seção bruta de concreto, ou da seção ideal (armadura
considerada);
W2 é o módulo de resistência da fibra tracionada;
fct,fl é a resistência à tração na flexão, conforme o item 8.2.5 ( ctfl,ct 7,0
1
ff = , tomando-se para a
resistência à tração direta o valor médio);
Mcr é o momento de fissuração, e seu conhecimento possibilita separar os segmentos da peça
nos Estádios I e II.
Tendo em vista que, para as seções usuais (retangular e mesmo circular), o segmento do
diagrama momento-curvatura correspondente ao Estádio II puro (tensões de tração
desprezadas) é também próximo de uma reta que passa pela origem, pode-se aproximar a
rigidez à flexão (EI) II pelo produto do módulo de elasticidade secante do concreto, dado no
mesmo item da NBR 6118 por Ecs = 0,85 Eci, pelo momento de inércia da seção fissurada,
supondo materiais elásticos. Em [8] está descrita, para o presente caso de seção retangular
com armadura simples, a obtenção do diagrama momento-curvatura (sem necessidade de
iteração), confirmando a quase linearidade mencionada. Também é possível comparar
favoravelmente a rigidez assim obtida com as deduzidas de soluções não-lineares.
A consideração do enrijecimento da armadura tracionada, decorrente da aderência com
deslizamento entre as barras da armadura e o concreto circundante, entre duas fissuras
sucessivas, é feita através de um terceiro fator, deduzido em [6], a saber:
1
18,0
1
1
yk
bm
ef,s
sym
syk
≥
τ
ρ
−
=
ε
ε
f
(4.2)
onde:
3/2
ckbm 675,0 f =τ para cargas de curta duração e
3/2
ckbm 425,0 f =τ para cargas de longa duração
ou repetidas, com fckem MPa;
ef
s
ef,s h b
A
=ρ (vigas) e
ef
s
ef,s h
a
=ρ (laje) é a taxa geométrica efetiva do banzo tracionado, com
3
)(5,2ef
x
hdhh −≤−= para vigas de seção retangular e
3
)5,0(5,2 sef
x
hch −≤φ+= em lajes,
149
sendo as = área da armadura por unidade de comprimento, =c cobrimento e =sφ diâmetro da
barra longitudinal tracionada.
Este fator situa-se geralmente na faixa 1,05 e 1,15, sendo 1,1 um valor que se pode adotar com
pouco erro em cálculos mais aproximados.
O momento de inércia da seção fissurada (conforme calculado no Anexo 1) é dado pelas
seguintes expressões, onde
cs
s
s E
E
=α é o coeficiente de equivalência,
d b
As
s =ρ é a taxa
geométrica da armadura e
d
x
=ξ a profundidade relativa da LN.
Seção retangular com armadura simples:
)3)(1(
3 ss
3
II ξ−ξ−ρα=
d b
I
(4.3)
)1
2
1(
ss
ss −ρα
+ρα=ξ
(4.4)
Seção retangular com armadura dupla:
( 1sA , d b
A 1s
1s =ρ e o cobrimento relativo d
d1
1 =δ′ no banzo comprimido, 2sA e db
A 2s
2s =ρ no
banzo tracionado):
)]3)(1()3)(([
3 2s111ss
3
II ξ−ξ−ρ+δ′−ξδ′−ξρα=
d b
I
(4.5)
)(2)]([)( 2s11ss
2
2s1ss2s1ss ρ+δ′ρα+ρ+ρα+ρ+ρα−=ξ (4.6)
Seção T com armadura simples:
Sendo bfl a largura da flange comprimida, bw, a largura da alma, hfl a altura da flange (ou
espessura da laje), d a altura útil,
db
A
w
s
s =ρ a taxa geométrica referida à alma, tem-se
]})()32)(2[()1()3)(1(4{
12
2flflflfl
w
fl
ss
3
w
II d
h
d
h
d
h
d
h
b
bdb
I +−ξ−ξ−+ξ−ξ−ρα=
(4.7)
onde a profundidade relativa da LN decorre da seguinte equação do 2º grau:
0]))(1(2[])1([2 2fl
w
fl
ss
fl
w
fl
ss
2 =−+ρα−ξ−+ρα+ξ
d
h
b
b
d
h
b
b
(4.8)
válida somente se
d
h
d
x fl≥=ξ . Se esta condição não ocorrer, o cálculo é feito como seção
retangular de largura flw bb = .
Assim, a rigidez à flexão no Estádio II é igual ao produto dos três fatores mencionados:
sym
syk
IIcsII)( ε
ε
= IEEI
(4.9)
As expressões dadas cobrem casos freqüentes da prática (fluência do concreto excluída). Se
for necessária maior precisão, deve-se usar para o concreto uma lei constitutiva curva (por
exemplo, a lei de Grasser) que contenha o módulo de elasticidade tangente na origem, Eci,
150
dado no item 8.2.8 da NBR 6118. Se o momento de fissuração for pequeno em relação ao
momento máximo atuante na seção crítica, basta usar a rigidez do Estádio II.
5. Exemplo
5.1 Dados
Dada uma viga contínua de 2 vãos iguais, de comprimento l = 8 m, sujeita à carga uniforme de
valor característico gk + qk = 5 + 5 = 10 kN/m e valor freqüente gk + ψ1qk = 5 + 2 = 7 kN/m,
pede-se: (a) determinar a armadura longitudinal e (b) comprovar a capacidade de rotação
plástica para uma redistribuição do momento fletor do apoio central (B) arbitrada em %30 .
Dados adicionais:
§ seção transversal: b / h / d = 200 / 500 / 435 mm
§ concreto: fck = 20MPa, τbm = 0,425 fck2/3 = 3,13 MPa, MPa4,2872120560085,0cs E =×=
§ aço CA-50: fyk = 500 MPa, Es = 210 000 MPa
5.2 Solução
5.2.1 Determinação dos momentos fletores para o coeficiente de redistribuição δ = 0,7
No ELU, com a carga de cálculo γf(gk+qk)=1,4x10=14 kN/m aplicada nos dois vãos da viga,
resultam após a redistribuição:
§ Momento fletor no apoio de continuidade:
kNm4,788147,0
8
)(
2
kkfd,B =××=+δγ=δ
l
qgM
§ Momento fletor máximo no vão:
kNm23,76825,0814
4
1
8
)( 2
22
kkfd,vão =××=
δ
−+γ=
l
qgM
5.2.2 Dimensionamento das seções críticas
Sendo a taxa mecânica da armadura igual a d
cd
yds
d 21185,0
µ−−==ω
f
f
bd
A
, onde o momento
relativo é dado por
2
cd
d
d
85,0 d b f
M
=µ , obtém-se para a seção do apoio central:
171,0
435200
4,1
20
85,0
104,78
2
6
d =
×××
×
=µ , 188,0171,0211d =×−−=ω e
2
sB mm6,457=A .
Analogamente para o vão, determina-se As,vão = 443,5 mm2. Adota-se a área As = 4φ12,5 = 500
mm2 no apoio interno e também no vão, mas o cálculo continuará a ser feito com as áreas
originais. Note-se que a extensão da armadura superior deve ser obtida considerando-se um
dos vãos com carga total, o outro sem sobrecarga, e um momento no apoio B igual a δMb,d =
78,4 kNm.
5.2.3 Cálculo da rigidez à flexão
No que segue, desconsideram-se o momento de fissuração e a armadura comprimida. Como
as áreas adotadas nos vãos e no apoio interno são iguais, tem-se uma só rigidez a calcular.
Com a taxa geométrica efetiva do banzo tracionado igual a:
0136,0
)435500(5,2200
5,443
ef
s
ef,s =−××
==ρ
h b
A
decorre da equação (4.2):
151
09,1
500
31,3
0136,0
18,0
1
1
18,0
1
1
yk
bm
ef,s
sym
syk
=
×−
=
τ
ρ
−
=
ε
ε
f
De (4.4), com 865,9
4,21287
210000
cs
s
s ===α E
E
, %51,0
435200
5,443s
s =×
==ρ
bd
A
, e 0503,0ss =ρα ,
resulta a profundidade da LN do Estádio II, para efeito da rigidez (não confundir com a LN do
ELU):
2708,0)1
0503,0
2
1(0503,0)1
2
1(
ss
ss =−+=−ρα
+ρα=ξ
De (4.3) vem:
46
3
ss
3
II mm10186,549)2708,03)(2708,01(0503,03
435200
)3)(1(
3
×=−−
×
=ξ−ξ−ρα=
bd
I
Portanto, de (4.9) decorre a rigidez à flexão do Estádio II:
2106
sym
syk
IIcsII Nmm103,127409,110186,5494,21287)( ×=×××=ε
ε
= IEEI
5.2.4 Determinação da rotação plástica no apoio central
A equação de compatibilidade que permite obter a rotação plástica no apoio central se escreve
(momento positivo traciona a borda inferior):
)1(
plBd1110 θ=δ+δ M
Nesta equação os coeficientes são dados por
II
3
kkf
10 )(24
l)(
2
EI
qg +γ
=δ ,
II
11 )(3
l
2
EI
=δ . O
momento em B é negativo, sendo
8
l)( 2kkf
d,B
qg
M
+γ
δ−= . Com estes dados, pode-se
escrever:
)1(
pl
2
kkf
II
)1(
8
l)(
)(3
2
θ=δ−
+γ qg
EI
l
rad101,14)7,01(10112
103,12743
1082 36
10
3
)1(
pl
−×=−××
××
××
=θ ou mrad1,14)1(pl =θ
Note-se, de passagem, que a dada equação de compatibilidade contém a solução elástica
( 1=δ ), quando então resulta nula a rotação plástica no apoio central. Entretanto, na presente
análise elasto-plástica, a rigidez da peça depende do coeficiente de redistribuição δ . No
exemplo, para 1=δ , resultam os momentos da distribuição elástica iguais a MBd = -112
kNm e Mvão,d = 63 kNm, os quais levam às áreas de armadura AsB = 690 mm2 e As,vão = 360
mm2, e às rigidezes (EI)II,apoio = 1742,8 x 1010 Nmm2 (nos 2 m próximos ao apoio central) e
(EI)II,vão = 1189,4 x 1010 Nmm2 (nos 6 m restantes do vão). Com estes valores obtém-se a
rotação plástica no apoio central igual a mrad1,5)1(pl =θ , em contraposição ao valor nulo da
solução elástica. Este cálculo esclarece porque a LN no ELU, na análise elástica sem
redistribuição, fica limitada a 5,0
d
x
≤=ξ , conforme o item 14.6.4.3 da NBR 6118, e não mais
em 0,628 para o CA-50, pois mrad1,5)1(pl =θ é inferior a mrad75,0
5,3)2(
pl ==θ , conforme a curva
2 da Figura 3.2, mesmo sem a correção da esbeltez, mostrada a seguir.
152
5.2.5 Comprovação da capacidade de rotação plástica
Aplica-se a equação da curva 2 da NBR 6118, conforme se vê na Figura 3.2 deste texto. No
apoio central, tem-se a profundidade relativa da LN no ELU igual a:
235,01883,025,125,1 d =×=ω=ξ
Logo:
rad9,14
235,0
5,35,3
10 )2(pl
3 ==
ξ
=θ ou mrad9,14)2(pl =θ
Esta rotação corresponde a uma esbeltez da viga equivalente 6d/ve =l , e deve ser corrigida
multiplicando-a por
d6
vel . No exemplo, tem-se a distância entre pontos de momentos nulos
próximos do apoio central igual a m8,2
2
7,0
8
2ve
=×=
δ
= ll , donde:
mrad4,15
435,06
8,2
9,14)2(pl =×
=θ > mrad1,14)1(pl =θ
com o que fica comprovada a capacidade de rotação plástica da viga.
O presente cálculo garante apenas o ELU – Flexão Simples, e deve ser completado para
atender outros estados limites. Importância maior adquirem as condições de serviço em face de
redistribuição elevada, devendo-se evitar nas seções críticas o escoamento da armadura na
combinação rara das ações, controlando-se ainda a abertura da fissura nessas seções, assim
como a flecha, particularmente na combinação freqüente das ações. No exemplo em questão,
para uma análise elástica com o mesmo valor da rigidez do Estádio II usado no ELU, IIEI )( ,
útil na verificação das flechas imediatas em serviço, obtém-se as seguintes tensões na
armadura tracionada da seção central:
(a) MPa405s ≅σ na combinação rara das ações.
Este valor cai para 375 MPa ≤ 0,8 fyk = 400 MPa, se forem considerados o arredondamento do
diagrama de momento fletor devido a uma largura do apoio interno igual a 200 mm e uma
redistribuição de 5% dos momentos em serviço (uma vez que, havendo fissuração, alguma
redistribuição existe), e
(b) MPa260s ≅σ na combinação freqüente das ações.
A flecha imediata máxima na viga, para cargas gk+ψ1qk=5+2=7 kN/m num vão e gk=5 kN/m
noutro, é igual a 551mm5,14 l= .
Estes resultados devem ser confrontados com as exigências de norma, o que poderá levar a
um aumento da armadura longitudinal. Assim, como se disse na introdução, é possível,
conforme seja o grau de redistribuiçãoescolhido, que as condições de serviço sejam
preponderantes sobre as do ELU – Flexão, com o que a estrutura seria ainda mais segura
contra o colapso.
6. Conclusão
Conclui-se o presente trabalho destacando os seguintes pontos:
(a) A verificação de deformações limites nos materiais, no ELU – Flexão, pode ser feita de
modo relativamente simples, limitando-se a demanda de rotação plástica à capacidade de
rotação plástica da peça.
153
(b) Para determinar a primeira são fornecidas expressões da rigidez à flexão, com
enrijecimento da armadura tracionada, as quais podem ser adotadas tanto na análise
elasto-plástica do ELU quanto na verificação de deslocamentos imediatos em serviço.
(c) A curva 2 da NBR 6118: 2003 referente à capacidade de rotação plástica (Figura 3.2) é
muito próxima daquela obtida simplificadamente da análise da seção crítica, e decorrente
do produto da altura útil pela diferença de curvaturas última (εsuk=50 ‰ no aço ou εc,lim=3,5
‰ no concreto) e do início do escoamento da armadura.
(d) A distribuição de esforços solicitantes, decorrente da análise elástica, exige uma
capacidade de rotação plástica não nula, razão pela qual é menor o limite da profundidade
relativa da LN no ELU atualmente permitido por norma. Deve-se notar, ainda, que todas as
análises estruturais estão interrelacionadas e supõem, implícita ou explicitamente,
suficiente ductilidade da estrutura, através das vigas e lajes, para que a pretendida
distribuição de esforços solicitantes seja alcançada, antes de haver ruptura material na
seção mais crítica.
(e) Uma redistribuição muito elevada de esforços solicitantes no projeto deve acarretar
preponderância das condições de serviço. Com isto, uma tal redistribuição seria
neutralizada, e a estrutura seria desnecessariamente mais segura no ELU – Flexão.
(f) A presente verificação deve ser completada pela comprovação dos demais estados limites,
últimos e de serviço.
154
ANEXO 1
DETERMINAÇÃO DA RIGIDEZ NO ESTÁDIO II
Seja a seção T da Figura A1, com armadura dupla, sujeita a um momento fletor maior do que o
de fissuração.
Figura A1 – Seção T, com armadura dupla, Estádio II
A dedução, dada a seguir, permite obter as equações (4.3) a (4.8), e tem as seguintes
hipóteses como base:
(a) a flexão é simples;
(b) a linha neutra atinge a alma, flhx ≥ ;
(c) o concreto à tração é desprezado na seção (mas é considerado no enrijecimento da
armadura tracionada);
(d) os materiais seguem a lei de Hooke;
(e) na área de concreto comprimida não se desconta a área da armadura;
(f) as grandezas são todas positivas.
As deformações que interessam ao problema relacionam-se com a curvatura da seção como
segue:
fl
3c1c2s
fl
3c
1
1s1c1
hxdhxdxxr
ε−ε
=
−
ε
=
−
ε
=
′−
ε
=
ε
= (A1)
Como duas grandezas definem o estado de deformação, bastam as duas equações de
equilíbrio para determiná-lo. A igualdade das forças de compressão e de tração se escreve:
)(
2
)()(
2 3c1ccs
fl
wfl3ccsflwfl1ccs
w
1ss1s2ss2s ε−ε−+ε−+ε+ε=ε E
h
bbEhbbE
xb
EAEA
Introduz-se, nesta equação, o coeficiente de equivalência
cs
s
s E
E
=α , e substitui-se, através de
(A1), cada uma das deformações em função da curvatura e da profundidade da LN. Após
cancelar a curvatura, obtém-se a equação do segundo grau que dá a profundidade da LN:
155
0]
2
)([
2
])([
b
2 2fl
wfl11ss2ss
w
flwfl1ss2ss
w
2 =−+′α+α−−+α+α+
h
bbdAdA
b
xhbbAAx (A2a)
Esta equação dividida por 2d permite introduzir as taxas de armaduras,
db
A
w
1s
1s =ρ e
db
A
w
2s
2s =ρ , o cobrimento relativo d
d1
1
′
=δ′ da armadura do banzo comprimido, bem como a
profundidade relativa da LN,
d
x
=ξ . Resulta, então:
0]))(1()(2[])1()([2 2fl
w
fl
2s11ss
fl
w
fl
2s1ss
2 =−+ρ+δ′ρα−ξ−+ρ+ρα+ξ
d
h
b
b
d
h
b
b
(A2b)
O momento das forças de compressão, em relação ao banzo tracionado, leva à seguinte
equação:
)()
3
)((
2
)(
)
2
()()
3
(
2 11ss1s
fl
3c1ccsfl
wflfl
3ccsflwfl1ccs
w ddEA
h
dEh
bbh
dEhbb
x
dE
xb
M ′−ε+−ε−ε
−
++−ε−+−ε=
Usando (A1) novamente, obtém-se a equação que determina a segunda incógnita do problema
(1/r se M for conhecido, ou vice-versa):
r
IEM
1
IIcs= (A3)
))(x()]
3
(
2
)
2
)([()()
3
(
2 111ss
flflfl
flflwfl
2
w
II dddA
h
d
hh
dhxhbb
x
d
xb
I ′−′−α+−+−−−+−= (A4a)
Esta última equação é o momento de inércia da seção fissurada, no Estádio II. Introduzindo os
adimensionais resulta:
)()32)(2[()1()]3)(()3)(1([4{
12
2flflflfl
w
fl
111s2ss
3
w
II d
h
d
h
d
h
d
h
b
bdb
I +−ξ−ξ−+δ′−ξδ′−ξρ+ξ−ξ−ρα=
(A4b)
Seção retangular com armadura simples: faz-se wfl bb = e 01s =ρ em (A2b) e (A4b) para obter
(4.3) e (4.4).
Seção retangular com armadura dupla: faz-se wfl bb = em (A2b) e (A4b) para obter (4.5) e
(4.6).
Seção T com armadura simples: faz-se 01s =ρ em (A2b) e (A4b) para obter (4.7) e (4.8). Se a
condição
d
h
d
x fl≥=ξ não ocorrer, refaz-se o cálculo com flw bb = , alterando-se inclusive a taxa
geométrica da armadura.
A dedução dada usou as equações de equilíbrio na determinação da relação momento-
curvatura no Estádio II. Entretanto, chega-se ao mesmo resultado através das conhecidas
propriedades das figuras planas, pois é válida a lei de Hooke para ambos os materiais. Assim,
a profundidade da LN é determinada igualando-se os momentos estáticos das áreas
comprimidas e tracionada em relação à LN, ou seja:
156
)()()
2
()(
2 2ss11ss
fl
flwfl
2
w xdAdxA
h
xhbb
xb
−α=′−α+−−+ (A2c)
Esta equação é idêntica à (A2a), como é fácil comprovar. O momento de inércia da seção
fissurada em relação à LN é igual a:
2
2ss
2
11ss
3
fl
wfl
2fl
flwfl
3
w
II )()x(12
)()
2
()(
3
xdAdA
h
bb
h
xhbb
xb
I −α+′−α+−+−−+=
(A4c)
Para chegar à Equação (A4b), tira-se
2
2
w xb de (A2c), substitui-se o resultado no primeiro
termo de (A4c), igual a
3
2
)
2
(
2
w xxb , e, em seguida, introduzem-se os adimensionais.
157
ANEXO 2
DETERMINAÇÃO DA CAPACIDADE DE ROTAÇÃO PLÁSTICA
Considere-se a viga equivalente da Figura A2, a qual atinge, para a carga uQ , uma
deformação última na seção central, no aço ou no concreto.
Figura A2 – Viga equivalente
Uma vez definidos o comprimento, a seção transversal, a armadura, as resistências e as
deformações últimas dos materiais, esta carga é uma propriedade da viga equivalente.
Admitida a hipótese sobre a extensão da zona plastificada, de comprimento igual ao dobro da
altura útil da seção, obtém-se a capacidade de rotação plástica através da área hachurada da
Figura A2b:
])
1
()
1
[( ymumpl rr
d −=θ (A5)
O valor médio da curvatura última da seção central, conforme a equação (A1), vale:
u
sum
um)
1
(
xdr −
ε
= (A6a)
se o aço atingir sua deformação última na seção crítica antes do concreto, ou, em caso
contrário:
u
cum
um)
1
(
xr
ε
= (A6b)
A curvatura média correspondente ao início do escoamento da armadura, na mesma seção,
vem a ser:
y
sym
ym)
1
(
xdr −
ε
= (A6c)
Inserindo (A6a), (A6b) e (A6c) em (A5), obtém-se as equações (3.2) e (3.3), após
simplificações. Note-se que a área total da Figura A2b é a rotação relativa entre as seções
extremas da viga equivalente, igual à soma das parcelas elástica e plástica.
158
Estas equações são, como se disse, uma aplicação da lei tensão-deformação média do banzo
tracionado, associada à deformação do aço na fissura, dada no MC-90, item 3.2.3, e explicada
em [6].
7 Bibliografia
[1] ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (ABNT). Projeto de estruturas de
concreto – Procedimento: NBR 6118: 2003. Rio de Janeiro, 2003.
[2] ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (ABNT). Barras e fios de aço
destinados a armaduras para concreto armado: NBR 7480. Rio de Janeiro, fev.1996.
[3] EUROCODE 2: Projecto de estruturas de betão. Pt. 1: Regras gerais e regras para
edifícios. Versão portuguesa para aprovação pela CT 115. Dez. 1991.
[4] COMITÉ EURO-INTERNATIONAL DU BÉTON. CEB-FIP Model Code 1990. London:
Thomas Telford, 1993.
[5] BUCHAIM, R. Análise plástica de vigas contínuas de concreto armado. Revista
IBRACON, São Paulo, n. 17, p. 32-38, fev./jun. 1997.
[6] BUCHAIM, R. A influência da não-linearidade física do concreto armado na rigidez à
flexão e na capacidade de rotação plástica. Tese (Doutorado) – Escola Politécnica da
Universidade de São Paulo. São Paulo, 2001. (www.uel.br/ctu/dtru).
[7] BUCHAIM, R. Flexão simples e flexão composta normal: dimensionamento e
verificação. Concreto Estrutural. CTU – Departamento de Estruturas. Universidade
Estadual de Londrina. Londrina. Pr, 2002.
(http://www.uel.br/ctu/dtru/DISCIPLINAS/3tru024/3tru024.html).
[8] BUCHAIM, R. Estádios I, II e III no Concreto Armado. Diagrama Momento – Curvatura.
Concreto Estrutural. CTU – Departamento de Estruturas. Universidade Estadual de
Londrina. Londrina. Pr, 2004.
(http://www.uel.br/ctu/dtru/DISCIPLINAS/3tru024/3tru024.html).
[9] BUCHAIM, R.; PATRÃO, F. J. Lajes pré-fabricadas: otimização do comportamento
estrutural. 46º Congresso Brasileiro do Concreto. IBRACON. Florianópolis, 2004.
[10] SIGRIST, V.; MARTI, P. Ductility of structural concrete: a contribution. Zürich: Institut
für Baustatik und Konstruktion, ETH Zürich, Okt. 1994. (IBK Sonderdruck, n. 3).
[11] SIGRIST, V. Zum Verformungsvermögen von Stahlbetonträgern. Zürich: Institut für
Baustatik und Konstruktion, ETH Zürich, Jul. 1995. IBK Bericht n. 210.
[12] BUCHAIM, R.; VIEIRA Jr., L. C. M. Rigidez Equivalente de Pilares. 46º Congresso
Brasileiro do Concreto. IBRACON. Florianópolis, 2004.
[13] BRANSON, D. E. Deformation of Concrete Structures. Vol. 1. McGraw-Hill, Inc., 1977.
[14] ARTHUR, P. D.; RAMAKRISHNAN, V. Ultimate Strength Design for Structural
Concrete. London: Sir Isaac Pitman and Sons, Ltd. 1969.
159
EXEMPLOS DE APLICAÇÃO DOS CONCEITOS DA SEÇÃO 15
PILARES
Autores:
Alio Ernesto Kimura (1); Leonardo de Araujo dos Santos (2); Ricardo Leopoldo e Silva França (3)
Revisor:
Fernando Rebouças Stucchi (4)
(1) Engenheiro Civil – Sócio da TQS Informática
(2) Engenheiro Civil – Diretor da JNDS Construtora
(3) Engenheiro Civil - Diretor Presidente da França & Associados
(4) Professor Livre-Docente, Departamento de Engenharia de Estruturas e Fundações
USP, Escola Politécnica
E-mail: fernando.stucchi@poli.usp.br
1. Introdução
Os comentários desta seção visam esclarecer alguns itens relativos ao dimensionamento de
pilar presentes na NBR 6118:2003, principalmente no que se refere a consideração do
momento mínimo de primeira ordem (M1d,mín) e a formulação do método do pilar-padrão com
rigidez κ aproximada.
2. Consideração do momento mínimo de primeira ordem (M1d,mín)
A NBR6118:2003, em seu item 11.3.3.4.3, permite que o efeito das imperfeições geométricas
locais em um lance de pilar seja substituído, em estruturas reticuladas, pela consideração do
momento mínimo de 1ª ordem, cujo valor é obtido pela seguinte fórmula:
)03,0015,0.(Sdmín,d1 h NM +=
sendo:
NSd a força normal solicitante com o seu valor de cálculo e h a altura da seção na direção
analisada, em metros.
No mesmo item, define-se ainda que os efeitos de 2ª ordem, quando calculados, devem ser
acrescidos a este momento mínimo.
De acordo com o exposto, para um pilar de seção retangular submetido a uma força normal
NSd, pode-se definir uma envoltória mínima de 1ª ordem, tomada a favor da segurança, pela
expressão dada na Figura 2.1:
160
Figura 2.1 – Envoltória mínima de 1ª. Ordem
Desta forma, a verificação do momento mínimo pode ser considerada atendida quando, no
dimensionamento adotado, obtém-se uma envoltória resistente que englobe a envoltória
mínima de 1ª ordem (Figura 2.72).
Figura 2.2 – Envoltória resistente aos momentos de 1ª. ordem
Por sua vez, quando há a necessidade de calcular os efeitos locais de 2ª ordem, a verificação
do momento mínimo pode ser considerada atendida quando, no dimensionamento adotado,
obtém-se uma envoltória resistente que englobe a envoltória mínima com 2ª ordem, cujos
momentos totais são calculados a partir dos momentos mínimos de 1ª ordem (Figura 2.3).
Figura 2.3 – Envoltória resistente aos momentos de 2ª. ordem
A consideração destas envoltórias mínimas pode ser realizada através de duas análises à
flexão composta normal, calculadas de forma independente dos momentos fletores de 1ª
ordem atuantes nos extremos do pilar, como mostra a Figura 2.4.
161
Figura 2.4 – Modelo de cálculo para consideração das envoltórias mínimas
3. Método do pilar-padrão com rigidez κ aproximada – Formulação para cálculo direto
sem a necessidade de iterações
A NBR6118:2003, em seu item 15.8.3.3.3, permite que o método do pilar-padrão com rigidez κ
aproximada seja adotado na análise de pilares retangulares com λ = 90, com armadura
simétrica e constante ao longo de seu eixo.
Segundo a formulação apresentada, o cálculo do momento total máximo MSd,tot deve ser
realizado de forma iterativa em função da rigidez adimensional κ, de acordo com as seguintes
fórmulas:
/
M
M
νκ
λ
−
α
=
120
1
2
d,A1Sb
tot,Sd (1)
ν
+=κ
N h
M
32
S
d
d,tot 5 1 (2)
Substituindo a equação (2) em (1) e considerando MS1d = αb MS1d,A , obtém-se:
( ) 0 CB.M MA. =++ tot,Sd2tot,Sd , onde:
−=
−−=
=
d1S
2
Sd
d1S
2
eSd
Sd
.
5
320
.
5
.MhN C
h.M
IN
h.NB
hA
A
A.CBB
M
.2
.42
tot,Sd
−+−
=
sendo:
h a altura da seção na direção analisada;
le o comprimento equivalente do lance do pilar;
NSd a força normal solicitante com seu valor de cálculo;
MS1d o momento solicitante de 1ª ordem na seção considerada com o seu valor de cálculo.
Trata-se de uma formulação que possibilita o cálculo direto sem a necessidade de iterações,
cujo resultado deve ser idêntico ao obtido pelo processo iterativo.
162
4. Exemplos
4.1 Informações sobre os exemplos
A seguir, uma série de exemplos serão resolvidos. Em todos eles, a geometria da seção
transversal, o comprimento equivalente, a resistência característica à compressão do concreto
e a força normal de cálculo atuante no pilar serão constantes, de tal forma que é possível fazer
as seguintes considerações iniciais:
Figura 4.1.1 – Dados gerais
b = 20 cm e h = 60 cm
3,17
60
300
.12
h
.12 ex ===λ
l
0,52
20
300
.12
b
.12 ey ===λ
l
• Segundo 13.2.3 da norma, o coeficiente adicional γn=1,0.
• Segundo 15.8.3.3.3, pode-se adotar o método do pilar-padrão com rigidez κ
aproximada.
• Segundo 15.8.3.1, não é necessário considerar a fluência.
Serão analisados 12 exemplos com diferentes formas de diagrama de momento fletor, sendo
nove exemplos de análise à flexão composta normal (FCN) e três exemplos de análise à flexão
composta oblíqua (FCO), agrupados da seguinte forma (Figuras 4.1.2 a 4.1.5):
Nota – Em todos os exemplos, os momentos fletores seguem a notação vetorial.
Figura 4.1.2 – Exemplos de análise à flexão composta normal (itens 4.3 a 4.5)
163
Figura 4.1.3 – Exemplos de análise à flexão composta normal (itens 4.6 a 4.8)
Figura 4.1.4 – Exemplos de análise à flexão composta normal (itens 4.9 a 4.11)
164
Figura 4.1.5 – Exemplos de análise à flexão composta oblíqua (itens 4.12 a 4.14)
4.2 Verificação do momento mínimo de 1ª ordem
Como a geometria do pilar e a força normal são constantes em todos exemplos que serão
analisados, a verificação do momento mínimo de 1ª ordem pode ser previamente realizada,
pois independe dos momentos fletores a que o pilar estará submetido. São duas análises à
flexão composta normal.A. Flexão normal com atuação de M1dx,mín
m.kN3,69m.tf93,6)6,0.03,0015,0.(210).03,0015,0.(210mín,dx1 hM ==+=+=
0,1bx =α
0,35357,25
0,1
6,0
210/93,6
.5,1225
/
.5,1225.5,1225
x1
bx
Sdmín,dx1
bx
mín,x1
x1 =λ⇒<=
+
=
α
+
=
α
+
=λ
h
NM
h
e
Como 0,353,17 x1x =λ<=λ , não é necessário calcular os efeitos locais de 2ª ordem.
B. Flexão normal com atuação de M1dy,mín
M1dy,min = 210 (0,015+0,03b) = 210 (0,015+0,03.0,2 = 4,41 tf.m = 44,1 kN.m
0,1by =α
165
0,35353,26
0,1
2,0
210/41,4
.5,1225
/
.5,1225.5,1225
y1
by
Sdmín,dx1
by
mín,y1
y1 =λ⇒<=
+
=
α
+
=
α
+
=λ
b
NM
b
e
Como 0,350,52 y1y =λ>=λ , é necessário calcular os efeitos locais de 2ª ordem.
Utilizando a formulação direta do método do pilar-padrão com rigidez κ aproximada, tem-se:
kN.m MM 1,44m.tf41,4mín,dy1d1S ===
0,12,0.5.5 === bA
9,141,4.2,0.5
320
3.210
210.2,0..5
320
.
.
2
2
d1S
2
eSd
Sd
2 −=−−=−−= Mb
lN
NbB
0,3741,4.2,0.210..C 2d1S
2
Sd −=−=−= MbN
kN.m
A
A.CBB
M 2,71m.tf12,7
0,1.2
0,37.0,1.49,19,1
.2
.4 22
tot,Sdy ==
−−−+
=
−+−
=
Conferindo a convergência segundo as fórmulas de 15.8.3.3.3:
817,0
4,1
3000
.6,0.2,0
210
cd
Sd ===ν
b.h.f
N
3,48817,0.
210.2,0
12,7
.51.32.51.32
sd
tot,sdy
y =
+=ν
+=κ .
b.N
M
!OK1,7
817,0/3,48.120
0,52
1
41,4
/.120
1
2
y
2
y
d1S
tot,Sdy ⇒=
−
=
νκ
λ
−
=
M
M
C. Esforços mínimos para dimensionamento
A armadura longitudinal do pilar deverá ser dimensionada de modo que a sua resistência (NRd,
MRdx, MRdy) atenda as condições mínimas de solicitação listadas a seguir. Os valores dos
esforços adimensionais ),,( yx µµν calculados podem ser utilizados em ábacos para o
dimensionamento desta armadura.
C.1 Flexão normal com atuação de M1dx,mín
NSd = 210 tf = 2 100 kN ⇒ ν = 0,817
MSdx = M1dx, min = 6,93 tf.m = 69,3 kN.m 0449,0
4,1
3000
.6,0.2,0
93,6
. 2cd
2
Sdx
x ===µ⇒
fb.h
M
MSdy = 0,0 tf.m = 0,0 kN.m 0,0
4,1
3000
.6,0.2,0
0,0
. 2cd
2
Sdy
y ===µ⇒
fb.h
M
C.2 Flexão normal com atuação de M1dy,mín
NSd = 210 tf = 2 100 kN ⇒ ν = 0,817
MSdx = 0,0 tf.m = 0,0 kN.m 0,0x =µ⇒
MSdy = 7,12 tf.m = 71,2 kN.m 1384,0y =µ⇒
166
D. Envoltórias mínimas
De acordo com os esforços calculados anteriormente, as seguintes envoltórias mínimas ficam
então definidas (Figura 4.2):
Figura 4.2 – Envoltórias mínimas
4.3 Exemplo FCN-1a
Figura 4.3 – Pilar submetido à flexão composta normal com MS1d,A < M1d,mín
m.kN35m.tf5,3A,d1S M ==
m.kN35m.tf5,3B,d1S M −=−=
m.kN1,44m.tf41,4)2,0.03,0015,0.(210).03,0015,0.(210mín,d1 bM ==+=+=
Como mín,d1A,d1S MM < , a armadura longitudinal do pilar deverá ser dimensionada de modo que
a sua resistência ),,( RdyRdxRd MMN atenda os esforços mínimos calculados anteriormente
durante a verificação do momento mínimo de 1ª ordem.
167
4.4 Exemplo FCN-1b
Figura 4.4 – Pilar submetido à flexão composta normal com MS1d,A < M1d,mín
m.kN35m.tf5,3A,d1S M ==
m.kN0m.tf0,0B,d1S M ==
m.kN1,44m.tf41,4)2,0.03,0015,0.(210).03,0015,0.(210mín,d1 bM ==+=+=
Como mín,d1A,d1S MM < , a armadura longitudinal do pilar deverá ser dimensionada de modo que
a sua resistência ),,( RdyRdxRd MMN atenda os esforços mínimos calculados anteriormente
durante a verificação do momento mínimo de 1ª ordem.
4.5 Exemplo FCN-1c
Figura 4.5 – Pilar submetido à flexão composta normal com MS1d,A < M1d,mín
m.kN35m.tf5,3A,d1S M ==
m.kN35m.tf5,3B,d1S M ==
m.kN1,44m.tf41,4)2,0.03,0015,0.(210).03,0015,0.(210mín,d1 bM ==+=+=
Como mín,d1A,d1S MM < , a armadura longitudinal do pilar deverá ser dimensionada de modo que
a sua resistência ),,( RdyRdxRd MMN atenda os esforços mínimos calculados anteriormente
durante a verificação do momento mínimo de 1ª ordem.
168
4.6 Exemplo FCN-2a
Figura 4.6 – Pilar submetido à flexão composta normal com MS1d,A > M1d,mín
A. Cálculos iniciais
m.kN100m.tf10A,d1S M ==
m.kN35m.tf5,3B,d1S M −=−=
m.kN1,44m.tf41,4)2,0.03,0015,0.(210).03,0015,0.(210mín,d1 bM ==+=+=
Como mín,d1A,d1S MM > : 46,010
5,3
.4,06,0.4,06,0
A,d1S
B,d1S
b =
−
+=+=α
M
M
8,60
46,0
2,0
210/10
.5,1225
/
.5,1225.5,1225
b
SdA,d1S
b
1
1 =
+
=
α
+
=
α
+
=λ
b
NM
b
e
B. Cálculo dos efeitos locais de 2ª ordem
Como 9,690,52 1 =λ<=λ , não é necessário calcular os efeitos locais de 2ª ordem.
C. Esforços finais para dimensionamento
A armadura longitudinal do pilar deverá ser dimensionada de modo que a sua resistência
),,( RdyRdxRd MMN atenda as condições de solicitação listadas a seguir. Os valores dos esforços
adimensionais ),( µν apresentados podem ser utilizados em ábacos para o dimensionamento
desta armadura.
C.1 Esforços mínimos
São os mesmos esforços mínimos já calculados anteriormente durante a verificação do
momento mínimo de 1ª ordem.
C.2 Flexão normal no topo do pilar
NSd = 210 tf = 2 100 kN ⇒ ν = 0,817
MSd = 3,5 tf.m = 35 kN.m ⇒ 0681,0=µ⇒
C.3 Flexão normal na base do pilar
NSd = 210 tf = 2 100 kN ⇒ ν = 0,817
MSd = -10,0 tf.m = -100 kN.m ⇒ 1944,0−=µ⇒
169
4.7 Exemplo FCN-2b
Figura 4.7 – Pilar submetido à flexão composta normal com MS1d,A > M1d,mín
A. Cálculos iniciais
m.kN100m.tf10A,d1S M ==
m.kN0m.tf0,0B,d1S M ==
m.kN1,44m.tf41,4)2,0.03,0015,0.(210).03,0015,0.(210mín,d1 bM ==+=+=
Como mín,d1A,d1S MM > : 6,010
0
.4,06,0.4,06,0
A,d1S
B,d1S
b =+=+=α M
M
6,46
6,0
2,0
210/10
.5,1225
/
.5,1225.5,1225
b
SdA,d1S
b
1
1 =
+
=
α
+
=
α
+
=λ
b
NM
b
e
B. Cálculo dos efeitos locais de 2ª ordem
Como 6,460,52 1 =>= λλ , é necessário calcular os efeitos locais de 2ª ordem.
Utilizando a formulação direta do método do pilar-padrão com rigidez κ aproximada, tem-se:
MS1d = αb .MS1d,A = 0,6.10,0 = 6,0 tf.m = 60 kN.m
A = 5b = 5.0,2 = 1,0
5,30,6.2,0.5
320
3.210
210.2,0..5
320
.
.
2
2
d1S
2
eSd
Sd
2 −=−−=−−= Mb
lN
NbB
4,500,6.2,0.210.. 2d1S
2
Sd −=−=−= MbNC
m.kN7,90m.tf07,9
0,1.2
4,50.0,1.45,35,3
.2
.4 22
tot,Sd A
A.CBB
M ==
−−−+
=
−+−
=
Conferindo a convergência segundo as fórmulas do item 15.8.3.3.3:
4,54817,0.
210.2,0
07,9
.51.32..51.32
Sd
tot,Sd =
+=ν
+=κ
b.N
M
!OK1,9
817,0/4,54.120
0,52
1
0,6
/.120
1
22
d1S
tot,Sd ⇒=
−
=
νκ
λ
−
=
M
M
170
C. Esforços finais para dimensionamento
A armadura longitudinal do pilar deverá ser dimensionada de modo que a sua resistência
),,( RdyRdxRd MMN atenda as condições de solicitação listadas a seguir. Os valores dos esforços
adimensionais ),( µν apresentados podem ser utilizados em ábacos para o dimensionamento
desta armadura.
C.1 Esforços mínimos
São os mesmos esforços mínimos já calculados anteriormente durante a verificação do
momento mínimo de 1ª ordem.
C.2 Flexão normal no topo do pilar
NSd = 210 tf = 2 100 kN ⇒ ν = 0,817
MSd = 0,0 tf.m = 0 kN.m ⇒ 0,0=µ⇒
C.3 Flexão normal na base do pilar
NSd = 210 tf = 2 100 kN ⇒ ν = 0,817
MSd = -10,0 tf.m = -100 kN.m 1944,0−=µ⇒
C.4 Flexão normal entre o topo e a base do pilar
NSd = 210 tf = 2 100 kN ⇒ ν = 0,817
MSd = -9,07 tf.m = -90,7 kN.m 1764,0−=µ⇒
171
4.8 Exemplo FCN-2c
Figura 4.8 – Pilar submetido à flexão composta normal com MS1d,A > M1d,mín
A. Cálculos iniciais
m.kN100m.tf10A,d1S M ==
m.kN70m.tf0,7B,d1S M ==
m.kN1,44m.tf41,4)2,0.03,0015,0.(210).03,0015,0.(210mín,d1 bM ==+=+=
Como mín,d1A,d1S MM > : 88,010
7
.4,06,0.4,06,0
A,d1S
B,d1S
b =+=+=α M
M
0,35358,31
88,0
2,0
210/10
.5,1225
/
.5,1225.5,1225
1
b
SdA,d1S
b
1
1 =λ⇒<=
+
=
α
+
=
α
+
=λ
b
NM
b
e
B. Cálculo dos efeitos locais de 2ªordem
Como 0,350,52 1 =λ>=λ , é necessário calcular os efeitos locais de 2ª ordem.
Utilizando a formulação direta do método do pilar-padrão com rigidez κ aproximada, tem-se:
MS1d = αb .MS1d,A = 0,88.10,0 = 8,8 tf.m = 88 kN.m
A = 5b = 5.0,2 = 1,0
3,68,8.2,0.5
320
3.210
210.2,0..5
320
.
.
2
2
d1S
2
eSd
Sd
2 −=−−=−−= Mb
lN
NbB
9,738,8.2,0.210.. 2d1S
2
Sd −=−=−= MbNC
m.kN123m.tf3,12
0,1.2
9,73.0,1.43,63,6
.2
.4 22
tot,Sd A
A.CBB
M ==
−−−+
=
−+−
=
Conferindo a convergência segundo as fórmulas do item 15.8.3.3.3:
172
5,64817,0.
210.2,0
31,12
.51.32..51.32
Sd
tot,Sd =
+=ν
+=κ
b.N
M
!OK3,12
817,0/5,64.120
0,52
1
8,8
/.120
1
22
d1S
tot,Sd ⇒=
−
=
νκ
λ
−
=
M
M
C. Esforços finais para dimensionamento
A armadura longitudinal do pilar deverá ser dimensionada de modo que a sua resistência
),,( RdyRdxRd MMN atenda as condições de solicitação listadas a seguir. Os valores dos esforços
adimensionais ),( µν apresentados podem ser utilizados em ábacos para o dimensionamento
desta armadura.
C.1 Esforços mínimos
São os mesmos esforços mínimos já calculados anteriormente durante a verificação do
momento mínimo de 1ª ordem.
C.2 Flexão normal no topo do pilar
NSd = 210 tf = 2 100 kN ⇒ ν = 0,817
MSd = -7,0 tf.m = -70 kN.m ⇒ 1361,0−=µ⇒
C.3 Flexão normal na base do pilar
NSd = 210 tf = 2 100 kN ⇒ ν = 0,817
MSd = -10,0 tf.m = -100 kN.m 1944,0−=µ⇒
C.4 Flexão normal entre o topo e a base do pilar
NSd = 210 tf = 2 100 kN ⇒ ν = 0,817
MSd = -12,31 tf.m = -123,1 kN.m 2394,0−=µ⇒
173
4.9 Exemplo FCN-3a
Figura 4.9 – Pilar submetido à flexão composta normal com αb.MS1d,A < M1d,mín
A. Cálculos iniciais
MS1d,A = 4,5 tf.m = 45 kN.m
MS1d,B = – 4,0 tf.m = – 40 kN.m
MS1d,min = 210 (0,015 +0,03b)= 210 (0,015+0,03.02) = 4,41 tf.m = 44,1 kN.m
Como MS1d,A > MS1d,mun: 4,04,024,0
5,4
4
.4,06,0.4,06,0 b
A,d1S
B,d1S
b =α⇒<=
−
+=+=α
M
M
9,65
4,0
2,0
210/5,4
.5,1225
/
.5,1225.5,1225
b
SdA,d1S
b
1
1 =
+
=
α
+
=
α
+
=λ
b
NM
b
e
B. Cálculo dos efeitos locais de 2ª ordem
Como 9,650,52 1 =λ<=λ , não é necessário calcular os efeitos locais de 2ª ordem.
C. Esforços finais para dimensionamento
A armadura longitudinal do pilar deverá ser dimensionada de modo que a sua resistência
),,( RdyRdxRd MMN atenda as condições de solicitação listadas a seguir. Os valores dos esforços
adimensionais ),( µν apresentados podem ser utilizados em ábacos para o dimensionamento
desta armadura.
C.1 Esforços mínimos
São os mesmos esforços mínimos já calculados anteriormente durante a verificação do
momento mínimo de 1ª ordem.
C.2 Flexão normal no topo do pilar
MS1d,A = 4,5 tf.m = 45 kN.m
NSd = 210 tf.m = 2100 kN.m 817,0=ν⇒
MSd = 4,0 tf.m = 40 kN.m 0778,0=µ⇒
C.3 Flexão normal na base do pilar
NSd = 210 tf.m = 2100 kN.m 817,0=ν⇒
MSd = – 4,5 tf.m = – 45 kN.m 0875,0−=µ⇒
174
4.10 Exemplo FCN-3b
Figura 4.10 – Pilar submetido à flexão composta normal com αb MS1d,A < M1d,mín
A. Cálculos iniciais
MS1d,A = 4,5 tf.m = 45 kN.m
MS1d,B = 0,0 tf.m = 0 kN.m
MS1d,min = 210 (0,015 +0,03b)= 210 (0,015+0,03.02) = 4,41 tf.m = 44,1 kN.m
Como MS1d,A > MS1d,mun: 6,0
5,4
0
.4,06,0.4,06,0
A,d1S
B,d1S
b =+=+=α M
M
9,43
6,0
2,0
210/5,4
.5,1225
/
.5,1225.5,1225
b
SdA,d1S
b
1
1 =
+
=
α
+
=
α
+
=λ
b
NM
b
e
B. Cálculo dos efeitos locais de 2ª ordem
Como 9,430,52 1 =λ>=λ , é necessário calcular os efeitos locais de 2ª ordem.
Utilizando a formulação direta do método do pilar-padrão com rigidez κ aproximada, tem-se:
MS1d = αb MS1d,A = 0,6.4,5 = 2,7 tf.m = 27,0 kN.m
A = 5b = 5.0,2 = 1,0
2,07,2.2,0.5
320
3.210
210.2,0.5
320
.
.B
2
2
d1S
2
eSd
Sd
2 −=−−=−−= b.M
lN
Nb
7,227,2.2,0.210.b.C 2d1S
2
Sd −=−=−= MN
m.kN7,48m.tf87,4
0,1.2
7,22.0,1.42,02,0
.2
.4 22
tot,Sd A
A.CBB
M ==
−−−+
=
−+−
=
Conferindo a convergência segundo as fórmulas do item 15.8.3.3.3:
3,41817,0.
210.2,0
87,4
.51.32..51.32
Sd
tot,Sd =
+=ν
+=κ
b.N
M
175
!OK9,4
817,0/3,41.120
0,52
1
7,2
/.120
1
22
d1S
tot,Sd ⇒=
−
=
νκ
λ
−
=
M
M
C. Esforços finais para dimensionamento
A armadura longitudinal do pilar deverá ser dimensionada de modo que a sua resistência
),,( RdyRdxRd MMN atenda as condições de solicitação listadas a seguir. Os valores dos esforços
adimensionais ),( µν apresentados podem ser utilizados em ábacos para o dimensionamento
desta armadura.
C.1 Esforços mínimos
São os mesmos esforços mínimos já calculados anteriormente durante a verificação do
momento mínimo de 1ª ordem.
C.2 Flexão normal no topo do pilar
NSd = 210 tf.m = 2100 kN.m 817,0=ν⇒
MSd = 0,0 tf.m = 0 kN.m 0,0=µ⇒
C.3 Flexão normal na base do pilar
NSd = 210 tf.m = 2100 kN.m 817,0=ν⇒
MSd = – 4,5 tf.m = – 45 kN.m 0875,0−=µ⇒
C.4 Flexão normal entre o topo e a base do pilar
NSd = 210 tf.m = 2100 kN.m 817,0=ν⇒
MSd = – 4,8 tf.m = – 48 kN.m 0947,0−=µ⇒
176
4.11 Exemplo FCN-3c
Figura 4.11 – Pilar submetido à flexão composta normal com αb MS1d,A < M1d,mín
A. Cálculos iniciais
MS1d,A = 4,5 tf.m = 45 kN.m
MS1d,B = 4,0 tf.m = 40 kN.m
MS1d,min = 210 (0,015 +0,03b)= 210 (0,015+0,03.02) = 4,41 tf.m = 44,1 kN.m
Como MS1d,A > MS1d,mun: 96,0
5,4
4
.4,06,0.4,06,0
A,d1S
B,d1S
b =+=+=α M
M
0,35356,27
96,0
2,0
210/5,4
.5,1225
/
.5,1225.5,1225
1
b
SdA,d1S
b
1
1 =λ⇒<=
+
=
α
+
=
α
+
=λ
b
NM
b
e
B. Cálculo dos efeitos locais de 2ª ordem
Como 0,350,52 1 =λ>=λ , é necessário calcular os efeitos locais de 2ª ordem.
Utilizando a formulação direta do método do pilar-padrão com rigidez κ aproximada, tem-se:
MS1d = αb MS1d,A = 0,96.4,5 = 4,3 tf.m = 43,0 kN.m
A = 5b = 5.0,2 = 1,0
8,13,4.2,0.5
320
3.210
210.2,0.5
320
.
.B
2
2
d1S
2
eSd
Sd
2 −=−−=−−= b.M
lN
Nb
1,363,4.2,0.210.b. 2d1S
2
Sd −=−=−= MNC
m.kN8,69m.tf98,6
0,1.2
1,360,1.48,18,1
.2
.4 22
tot,Sd A
A.CBB
M ==
−−−+
=
−+−
=
Conferindo a convergência segundo as fórmulas do item 15.8.3.3.3:
177
9,47817,0.
210.2,0
98,6
.51.32..51.32
Sd
tot,Sd =
+=ν
+=κ
b.N
M
!OK0,7
817,0/9,47.120
0,52
1
3,4
/.120
1
22
d1S
tot,Sd ⇒=
−
=
νκ
λ
−
=
M
M
C. Esforços finais para dimensionamento
A armadura longitudinal do pilar deverá ser dimensionada de modo que a sua resistência
),,( RdyRdxRd MMN atenda as condições de solicitação listadas a seguir. Os valores dos esforços
adimensionais ),( µν apresentados podem ser utilizados em ábacos para o dimensionamento
desta armadura.
C.1 Esforços mínimos
São os mesmos esforços mínimos já calculados anteriormente durante a verificação do
momento mínimo de 1ª ordem.
C.2 Flexão normal no topo do pilar
NSd = 210 tf.m = 2100 kN.m 817,0=ν⇒
MSd = – 4,0 tf.m = – 40 kN.m 0778,0−=µ⇒
C.3 Flexão normal na base do pilar
NSd = 210 tf.m = 2100 kN.m 817,0=ν⇒
MSd = – 4,5 tf.m = – 45 kN.m 0875,0−=µ⇒
C.4 Flexão normal entre o topo e a base do pilar
NSd = 210 tf.m = 2100 kN.m 817,0=ν⇒
MSd = – 6,98 tf.m = – 69,8 kN.m 1357,0−=µ⇒
178
4.12 Exemplo FCO-1a
Figura 4.12.1 – Dimensionamento de pilar submetido à flexão composta oblíqua
A. Cálculos iniciais
A.1 Cálculo em x
MS1dx,A = 7,0 tf.m = 70 kN.m
MS1dx,B = – 4,0 tf.m = – 40 kN.m
M1dx,min = 210 (0,015+0,3h) = 210 (0,015+0,3.0,6) = 6,93 tf.m = 69,3 kN.m
Como mín,dx1A,dx1S MM > : 4,04,037,07
4
.4,06,0.4,06,0 bx
A,dx1S
B,dx1S
bx =α⇒<=
−
+=+=α
M
M
2,64
4,0
6,0
210/7
.5,1225
/
.5,1225.5,1225
bx
SdA,dx1S
bx
x1
x1 =
+
=
α
+
=
α
+
=λ
h
NM
h
e
A.2 Cálculo em y
MS1dy,A = 6,0 tf.m = 60 kN.m
MS1dy,B = – 5,0 tf.m = – 50 kN.m
M1dy,min = 210 (0,015 +0,03b)= 210 (0,015+0,03.02) = 4,41 tf.m = 44,1kN.m
Como mín,dy1A,dy1S MM > : 4,04,027,06
5
.4,06,0.4,06,0 by
A,dy1S
B,dy1S
by =α⇒<=
−
+=+=α
M
M
0,67
4,0
2,0
210/6
.5,1225
/
.5,1225.5,1225
by
SdA,dy1S
by
y1
y1 =
+
=
α
+
=
α
+
=λ
b
NM
b
e
B. Cálculo dos efeitos locais de 2ª ordem
Como 2,643,17 x1x =λ<=λ e 0,670,52 y1y =λ<=λ , não é necessário calcular os efeitos locais
de 2ª ordem em nenhuma das direções.
C. Esforços finais para dimensionamento
A armadura longitudinal do pilar deverá ser dimensionada de modo que a sua resistência
),,( RdyRdxRd MMN atenda as condições de solicitação listadas a seguir. Os valores dos esforços
adimensionais ),,( yx µµν apresentados podem ser utilizados em ábacos para o
dimensionamento desta armadura.
179
C.1 Esforços mínimos
São os mesmos esforços mínimos já calculados anteriormente durante a verificação do
momento mínimo de 1ª ordem.
C.2 Flexão oblíqua no topo do pilar
NSd = 210 tf.m = 2100 kN.m 817,0=ν⇒
MSdx = 7,0 tf.m = 70 kN.m 0454,0x =µ⇒
MSdy = 5,0 tf.m = 50 kN.m 0972,0y =µ⇒
C.3 Flexão oblíqua na base do pilar
NSd = 210 tf.m = 2100 kN.m 817,0=ν⇒
MSdx = – 4,0 tf.m = – 40 kN.m 0259,0x −=µ⇒
MSdy = – 6,0 tf.m = – 60 kN.m 1167,0y −=µ⇒
D. Dimensionamento de armadura
Considerando um cobrimento igual a 30 mm e uma armadura transversal com diâmetro de 6,3
mm, obtém-se uma possível configuração de armadura longitudinal composta por 10 barras de
20 mm (As = 31,4cm2), aço CA50, na qual todas as condições de solicitação são atendidas,
conforme mostra Figura 4.12.2:
Figura 4.12.2 – Atendimento às solicitações
180
Utilizando um Método Geral, no qual considera-se a relação momento-curvatura real em
diversas seções ao longo do pilar e a não-linearidade geométrica de forma não aproximada,
obtém-se a seguinte resposta:
Figura 4.12.3 – Resposta – Método Geral
181
4.13 Exemplo FCO-1b
Figura 4.13.1 – Dimensionamento de pilar submetido à flexão composta oblíqua
A. Cálculos iniciais
A.1 Cálculo em x
MS1dx,A = 7,0 tf.m = 70 kN.m
MS1dx,B = – 4,0 tf.m = – 40 kN.m
M1dx,min = 210 (0,015+0,3h) = 210 (0,015+0,3.0,6) = 6,93 tf.m = 69,3 kN.m
Como mín,dx1A,dx1S MM > : 4,04,037,07
4
.4,06,0.4,06,0 bx
A,dx1S
B,dx1S
bx =α⇒<=
−
+=+=α
M
M
2,64
4,0
6,0
210/7
.5,1225
/
.5,1225.5,1225
bx
SdA,dx1S
bx
x1
x1 =
+
=
α
+
=
α
+
=λ
h
NM
h
e
A.2 Cálculo em y
MS1dy,A = 6,0 tf.m = 60 kN.m
MS1dy,B = 0,0 tf.m = 0 kN.m
M1dy,min = 210 (0,015 +0,03b)= 210 (0,015+0,03.02) = 4,41 tf.m = 44,1 kN.m
Como mín,dy1A,dy1S MM > : 6,06
0
.4,06,0.4,06,0
A,dy1S
B,dy1S
by =+=+=α M
M
6,44
6,0
2,0
210/6
.5,1225
/
.5,1225.5,1225
by
SdA,dy1S
by
y1
y1 =
+
=
α
+
=
α
+
=λ
b
NM
b
e
B. Cálculo dos efeitos locais de 2ª ordem
Embora o índice de esbeltez limite tenha sido ultrapassado apenas em uma direção, isto é,
2,643,17 x1x =λ<=λ e 6,440,52 y1y =λ>=λ , é necessário calcular os efeitos locais de 2ª
ordem tanto em x como em y.
B.1 Flexão oblíqua entre o topo e a base do pilar
a) Cálculo em x
Utilizando a formulação direta do método do pilar-padrão com rigidez κ aproximada, tem-se:
182
m.kN28m.tf8,20,7.4,0A,dx1Sbxdx1S M M ===α=
0,36,0.55 === h A
3,618,2.6,0.5
320
3.210
210.6,0.5
320
.
.B
2
2
dx1S
2
eSd
Sd
2 =−−=−−= h.M
lN
Nh
7,2118,2.6,0.210.h. 2dx1S
2
Sd −=−=−= MNC
m.kN1,30m.tf01,3
0,3.2
7,211.0,3.43,613,61
.2
.4 22
tot,Sdx A
A.CBB
M ==
−−+−
=
−+−
=
Conferindo a convergência segundo as fórmulas do item 15.8.3.3.3:
3,29817,0.
210.6,0
01,3
.51.32.51.32
Sd
tot,Sdx
x =
+=ν
+=κ .
h.N
M
!OK0,3
817,0/3,29.120
3,17
1
8,2
/.120
1
2
x
2
x
dx1S
tot,Sdx ⇒=
−
=
νκ
λ
−
=
M
M
b) Cálculo em y
m.kN0,36m.tf6,30,6.6,0. A,dy1Sbydy1S MM ===α=
0,12,0.5.5 === bA
1,16,3.2,0.5
320
3.210
210.2,0.5
320
l.
.B
2
2
dy1S
2
eSd
Sd
2 −=−−=−−= b.M
N
Nb
2,306,3.2,0.210.b. 2d1S
2
Sd −=−=−= MNC
m.kN8,60m.tf08,6
0,1.2
2,300,1.41,11,1
.2
.4 22
tot,Sd A
A.CBB
M ==
−−−+
=
−+−
=
Conferindo a convergência segundo as fórmulas do item 15.8.3.3.3:
1,45817,0.
210.2,0
08,6
.51.32..51.32
Sd
tot,Sdy
y =
+=ν
+=κ
b.N
M
!OK1,6
817,0/1,45.120
0,52
1
6,3
/.120
1
2
y
2
y
dy1S
tot,Sdy ⇒=
−
=
νκ
λ
−
=
M
M
C. Esforços finais para dimensionamento
A armadura longitudinal do pilar deverá ser dimensionada de modo que a sua resistência
),,( RdyRdxRd MMN atenda as condições de solicitação listadas a seguir. Os valores dos esforços
adimensionais ),,( yx µµν apresentados podem ser utilizados em ábacos para o
dimensionamento desta armadura.
C.1 Esforços mínimos
São os mesmos esforços mínimos já calculados anteriormente durante a verificação do
momento mínimo de 1ª ordem.
183
C.2 Flexão oblíqua no topo do pilar
NSd = 210 tf.m = 2100 kN.m 817,0=ν⇒
MSdx = 7,0 tf.m = 70 kN.m 0454,0x =µ⇒
MSdy = 0,0 tf.m = 0 kN.m 0,0y =µ⇒
C.3 Flexão oblíqua na base do pilar
NSd = 210 tf.m = 2100 kN.m 817,0=ν⇒
MSdx = – 4,0 tf.m = – 40 kN.m 0259,0x −=µ⇒
MSdy = – 6,0 tf.m = – 60 kN.m 1167,0y −=µ⇒
C.4 Flexão oblíqua entre o topo e a base do pilar
NSd = 210 tf.m = 2100 kN.m 817,0=ν⇒
MSdx = 3,01 tf.m = 30,1 kN.m 0195,0x =µ⇒
MSdy = – 6,08 tf.m = – 60,8 kN.m 1182,0y −=µ⇒
D. Dimensionamento de armadura
Considerando um cobrimento igual a 30 mm e uma armadura transversal com diâmetro de 6,3
mm, obtém-se uma possível configuração de armadura longitudinal composta por 10 barras de
20 mm (As = 31,4cm2), aço CA50, na qual todas as condições de solicitação são atendidas,
conforme mostra a Figura 4.13.2:
Figura 4.13.2 – Atendimento às solicitações
184
Utilizando um Método Geral, no qual considera-se a relação momento-curvatura real em
diversas seções ao longo do pilar e a não-linearidade geométrica de forma não aproximada,
obtém-se a seguinte resposta:
Figura 4.13.3 – Resposta – Método Geral
185
4.14 Exemplo FCO-1c
Figura 4.14.1 – Pilar submetido à flexão composta oblíqua
A. Cálculos iniciais
A.1 Cálculo em x
MS1dx,A = 7,0 tf.m = 70 kN.m
MS1dx,B = – 4,0 tf.m = – 40 kN.m
M1dx,min = 210 (0,015+0,3h) = 210 (0,015+0,3.0,6) = 6,93 tf.m = 69,3 kN.m
Como mín,dx1A,dx1S MM > : 4,04,037,07
4
.4,06,0.4,06,0 bx
A,dx1S
B,dx1S
bx =α⇒<=
−
+=+=α
M
M
2,64
4,0
6,0
210/7
.5,1225
/
.5,1225.5,1225
bx
SdA,dx1S
bx
x1
x1 =
+
=
α
+
=
α
+
=λ
h
NM
h
e
A.2 Cálculo em y
MS1dy,A = 6,0 tf.m = 60 kN.m
MS1dy,B = 5,0 tf.m = 50 kN.m
kN.m1,44m.tf41,4)2,0.03,0015,0.(210).03,0015,0.(210mín,dy1 bM ==+=+=
Como mín,dy1A,dy1S MM > : 93,06
5
.4,06,0.4,06,0
A,dy1S
B,dy1S
by =+=+=α M
M
0,35358,28
93,0
2,0
210/6
.5,1225
/
.5,1225.5,1225
y1
by
SdA,dy1S
by
y1
y1 =λ⇒<=
+
=
α
+
=
α
+
=λ
b
NM
b
e
B. Cálculo dos efeitos locais de 2ª ordem
Embora o índice de esbeltez limite tenha sido ultrapassado apenas em uma direção, isto é,
2,643,17 x1x =λ<=λ e 0,350,52 y1y =λ>=λ , é necessário calcular os efeitos locais de 2ª
ordem tanto em x como em y.
B.1 Flexão oblíqua entre o topo e a base do pilar
a) Cálculo em x
Utilizando a formulação direta do método do pilar-padrão com rigidez κ aproximada, tem-se:
186
m.kN28m.tf8,20,7.4,0A,dx1Sbxdx1S M M ===α=
0,36,0.55 === h A
3,618,2.6,0.5
320
3.210
210.6,0.5
320
.
.B
2
2
dx1S
2
eSd
Sd
2 =−−=−−= h.M
lN
Nh
7,2118,2.6,0.210.h. 2dx1S
2
Sd −=−=−= MNC
m.kN1,30m.tf01,3
0,3.2
7,211.0,3.43,613,61
.2
.4 22
tot,Sdx A
A.CBB
M ==
−−+−
=
−+−
=
Conferindo a convergência segundo as fórmulas do item 15.8.3.3.3:
3,29817,0.
210.6,0
01,3
.51.32.51.32
Sd
tot,Sdx
x =
+=ν
+=κ .
h.N
M
!OK0,3
817,0/3,29.120
3,171
8,2
/.120
1
2
x
2
x
dx1S
tot,Sdx ⇒=
−
=
νκ
λ
−
=
M
M
b) Cálculo em y
m.kN0,56m.tf6,50,6.93,0. A,dy1Sbydy1S MM ===α=
0,12,0.5.5 === bA
1,36,5.2,0.5
320
3.210
210.2,0.5
320
.
.B
2
2
dy1S
2
eSd
Sd
2 −=−−=−−= b.M
lN
Nb
0,476,5.2,0.210.. 2d1S
2
Sd −=−=−= MbNC
m.kN9,85m.tf59,8
0,1.2
0,470,1.41,31,3
.2
.4 22
tot,Sdy A
A.CBB
M ==
−−−+
=
−+−
=
Conferindo a convergência segundo as fórmulas do item 15.8.3.3.3:
9,52817,0.
210.2,0
59,8
.51.32..51.32
Sd
tot,Sdy
y =
+=ν
+=κ
b.N
M
!OK6,8
817,0/9,52.120
0,52
1
6,5
/.120
1
2
y
2
y
dy1S
tot,Sdy ⇒=
−
=
νκ
λ
−
=
M
M
C. Esforços finais para dimensionamento
A armadura longitudinal do pilar deverá ser dimensionada de modo que a sua resistência
),,( RdyRdxRd MMN atenda as condições de solicitação listadas a seguir. Os valores dos esforços
adimensionais ),,( yx µµν apresentados podem ser utilizados em ábacos para o
dimensionamento desta armadura.
C.1 Esforços mínimos
São os mesmos esforços mínimos já calculados anteriormente durante a verificação do
momento mínimo de 1ª ordem.
187
C.2 Flexão oblíqua no topo do pilar
NSd = 210 tf.m = 2100 kN.m 817,0=ν⇒
MSdx = 7,0 tf.m = 70 kN.m 0454,0x =µ⇒
MSdy = – 5,0 tf.m = – 50 kN.m 0972,0y =µ⇒
C.3 Flexão oblíqua na base do pilar
NSd = 210 tf.m = 2100 kN.m 817,0=ν⇒
MSdx = – 4,0 tf.m = – 40 kN.m 0259,0x −=µ⇒
MSdy = – 6,0 tf.m = – 60 kN.m 1167,0y −=µ⇒
C.5 Flexão oblíqua entre o topo e a base do pilar
NSd = 210 tf.m = 2100 kN.m 817,0=ν⇒
MSdx = 3,01 tf.m = 30,1 kN.m 0195,0x =µ⇒
MSdy = – 8,59 tf.m = – 85,9 kN.m 1670,0y −=µ⇒
D. Dimensionamento de armadura
Considerando um cobrimento igual a 30 mm e uma armadura transversal com diâmetro de 6,3
mm, obtém-se uma possível configuração de armadura longitudinal composta por 14 barras de
20 mm (As = 44,0cm2), aço CA50, na qual todas as condições de solicitação são atendidas,
conforme mostra a Figura 4.14.2:
Figura 4.14.2 – Atendimento às solicitações
188
Utilizando um Método Geral, no qual considera-se a relação momento-curvatura real em
diversas seções ao longo do pilar e a não-linearidade geométrica de forma não aproximada,
obtém-se a seguinte resposta:
Figura 4.14.3 – Resposta – Método Geral
189
5. Exemplo com vários processos para verificação de pilar esbelto, biapoiado, com
flexão composta obliqua (FCO)
Seja o pilar abaixo submetido à flexão composta oblíqua, e com momentos fletores no topo e
na base dados a seguir. Deseja-se saber se a segurança é adequada.
Figura 5 – Pilar submetido à flexão composta oblíqua
Esta verificação será feita por três processos aproximados diferentes, descritos nos itens 5.4,
5.5 e 5.6, sendo o mais preciso entre eles, o do item 5.4.
5.1 Determinação da capacidade resistente da seção transversal para a força normal
solicitante NSd = 869kN
Como a armadura e a força normal solicitante são conhecidas, pode-se determinar a
capacidade resistente à flexão composta isolada segundo a direção x e segundo a direção y.
Figura 5.1 – Capacidade resistente à flexão composta
Para obter os pares resistentes à flexão composta oblíqua para NRd = NSd = 869kN, pode-se
adotar o processo aproximado do item 17.2.5.2 da NBR 6118:2003:
1
2,1
Rdyy
Rdy
2,1
Rdxx
Rdx =
+
M
M
M
M
(para obter pontos da curva de interação de momentos
resistentes MRdx e MRdy)
190
Ou em uma verificação, deve-se ter:
1
2,1
Rdyy
Sdy
2,1
Rdxx
Sdx ≤
+
M
M
M
M
5.2 Cálculo dos valores de rigidez aproximados
Para a análise dos efeitos de segunda ordem pelo modelo mais geral, é necessário conhecer
as curvaturas x/1 r e y/1 r para cada par solicitante ao longo do pilar, e isto só pode ser feito de
maneira factível por computador.
É possível, no entanto, adotar valores de rigidez aproximados para cada direção a partir das
expressões dadas nos itens 15.3.1 e 15.8.3.3.3 da NBR 118:2003:
cd
3
xy
x
x
totx
xx .51..32
faa
EI
a
e
=
+ν≅κ
cd
3
yx
y
y
toty
yy .51..32
faa
EI
a
e
=
+ν≅κ
Estas expressões foram deduzidas a partir dos ábacos da tese de doutoramento “Contribuição
ao estudo dos efeitos de segunda ordem em pilares de concreto armado”, FRANÇA, R.L.S.
(1991).
Para etotx e etoty, tem-se:
m100,0
869
87
N
e
Sd
Rdxx
totx ===
M
m152,0
869
132
N
e
Sd
Rdyy
toty ===
M
6,0
4,1
20000
.39,0.26,0
869
.. cdyx
Sd ===ν
faa
N
Assim:
2,56
26,0
100,0
.51.60,0.32xx =
+≅κ
6,56
39,0
152,0
.51.60,0.32yy =
+≅κ
E, portanto, o valor da rigidez aproximado nas direções x e y é dado por:
23
cd
3
xyxxx m.kN54994,1/20000.26,0.39,0.2,56 ==κ= faaEI
23
cd
3
yxyyy m.kN124664,1/20000.39,0.26,0.6,56 ==κ= faaEI
A rigor, estes valores de rigidez secante EIx e EIy só poderiam ser usados em verificações
isoladas de flexão composta normal, isto é, só segundo a direção x ou só segundo a direção y.
Pode-se demonstrar que o erro decorrente do uso destes valores na flexão composta obliqua é
(para checar se um par solicitante MSdx;MSdy é possível, isto é,
se a seção resiste adequadamente este esforço)
191
pequeno, podendo-se analisar cada direção isoladamente e compor os momentos obtidos em
cada seção ao longo do pilar.
5.3 Verificação do momento mínimo de primeira ordem (M1d,mín)
A verificação do momento mínimo de 1ª ordem será realizada de acordo com os comentários
apresentados logo no início da resolução dos exemplos. São duas análises à flexão composta
normal.
Figura 5.3.1 – Verificação do momento mínimo de primeira ordem (M1d,mín)
A. Flexão normal com atuação de M1dx,mín
6,86
26
650
.12.12 ex ===λ h
l
m.kN8,19)26,0.03,0015,0.(869).03,0015,0.(869 xmín,dx1 =+=+= aM
0,1bx =α
0,35351,26
0,1
26,0
869/8,19
.5,1225
/
.5,1225.5,1225
x1
bx
x
Sdmín,dx1
bx
x
mín,x1
x1 =λ⇒<=
+
=
α
+
=
α
+
=λ
a
NM
a
e
Como 0,356,86 1 =>= xx λλ , é necessário calcular os efeitos locais de 2ª ordem.
Utilizando o método do pilar-padrão com a rigidez κxx aproximada calculada no item anterior,
tem-se:
5,59
6,0/2,56.120
6,86
1
8,19
/.120
1
2
xx
2
x
mín,dx1
tot,Sdx =
−
=
νκ
λ
−
=
M
M
B. Flexão normal com atuação de M1dy,mín
7,57
39
650
.12.12
y
e
y ===λ a
l
m.kN2,23)39,0.03,0015,0.(869).03,0015,0.(869 ymín,dy1 =+=+= aM
0,1by =α
192
0,35359,25
0,1
39,0
869/2,23
.5,1225
/
.5,1225.5,1225
y1
by
y
Sdmín,dy1
by
y
mín,y1
y1 =λ⇒<=
+
=
α
+
=
α
+
=λ
a
NM
a
e
Como 0,357,57 y1y =λ>=λ , é necessário calcular os efeitos locais de 2ª ordem.
Utilizando o método do pilar-padrão com a rigidez κyy aproximada calculada no item anterior,
tem-se:
9,32
6,0/6,56.120
7,57
1
2,23
/.120
1
2
yy
2
y
mín,dy1
tot,Sdy =
−
=
νκ
λ
−
=
M
M
D. Envoltória mínima
A resistência obtida pelo dimensionamento adotado atende a envoltória mínima de esforços.
Figura 5.3.2 – A envoltória resistente atende a envoltória de esforços solicitantes
193
5.4 Processo aproximado de verificação de pilares biapoiados esbeltos com FCO e com
λx e λy menores que 90, baseado na verificação em quatro seções criticas, com
valores de rigidez secante aproximados
Este processo consiste na verificação da capacidade portante às trincas solicitantes NSd, MSdx,
MSdy em 4 seções ao longo da altura do pilar:
- seção do topo, sem 2ª ordem local;
- seção da base, sem 2ª ordem local;
- seção C, a 0,4.le da base, com 2ª ordem local;
- seção D, a 0,6.le da base, com 2ª ordem local.
A. Verificação da capacidade portante no topo e na base do pilar biapoiado
Para determinar se os pares solicitantes do topo e base estão dentro da “curva resistente”, é
necessárioverificar as seguintes desigualdades:
No topo: MSdx = – 20,0 kN e MSdy = 80,0 kN
!OK172,055,017,0
132
0,80
87
0,20
2,12,1
⇒<=+=
+
+
−
Na base: MSdx = 40,0 kN e MSdy = – 40,0 kN
!OK163,024,039,0
132
0,40
87
0,40
2,12,1
⇒<=+=
+
−
Pode-se dizer que a seção está adequada para resistir os esforços no topo e na base.
B. Cálculo aproximado dos momentos de 2ª ordem nas direções x e y
As seções críticas em um pilar biapoiado sem carga transversal são usualmente as seções C e
D, respectivamente a 0,4.le e 0,6.le da base. Serão estas as seções analisadas.
O cálculo dos efeitos locais de 2ª ordem nestas seções será feito de maneira aproximada,
utilizando-se o processo do pilar-padrão com rigidez aproximada e com uma adaptação ao item
15.8.3.3.3 da NBR 6118:2003.
Denominar-se-á MA, o maior momento fletor no topo ou base, em módulo, e MB, o menor
momento, com sinal positivo se tracionar na mesma face que MA e negativo em caso contrário.
Deve-se verificar, nas direções x e y, se o diagrama de momento fletor é tal, que o menor
momento (MB) seja menor que a metade do maior momento (MA), e esteja tracionando o lado
oposto a este, ou seja, AB .5,0 MM −< .
Esta recomendação equivale a tomar 4,04,06,0
A
B
b ≥+=α M
M
.
Assim, por exemplo, se tivermos em uma direção, os momentos dados a seguir:
194
Figura 5.4.1 – Diagrama de momentos fletores
No problema que está sendo analisado, tem-se:
- na direção x: MAx = + 40 kN.m e MBx = – 20 kN.m
- na direção y: MAy = + 80 kN.m e MBy = – 40 kNm
O cálculo de αbx e αby, portanto, é dado por:
( )
40,040,040,0
40
20
.40,060,0 bxbx =α⇒≤=
−
+=α
( )
40,040,040,0
80
40
.40,060,0 byby =α⇒≤=
−
+=α
Os momentos fletores de 1ª ordem nas seções C e D são calculados a seguir:
( )
( )
=−+=+=
=−+=+=
mkNMMM
mkNMMM
TopoxBasexCdx
TopoxBasexDdx
.1620.4,040.6,0.4,0.6,0
.420.6,040.4,0.6,0.4,0
( )
( )
=+−=+=
=+−=+=
mkNMMM
mkNMMM
TopoyBaseyCdy
TopoyBaseyDdy
.880.4,040.6,0.4,0.6,0
.3280.6,040.4,0.6,0.4,0
Figura 5.4.2 – Momentos fletores de 1ª ordem nas seções C e D
Os momentos de 2ª ordem locais, M2x e M2y, serão obtidos de maneira aproximada pelo pilar-
padrão com os valores de rigidez EIx e EIy calculados anteriormente.
ox
x3f
2
ed
ox
x2
..10
.
1
M
EI
N
M
M −
γ
−
≅
l
; sendo Mox o maior valor entre DdxM e CdxM
195
oy
y3f
2
ed
oy
y2
..10
.
1
M
EI
N
M
M −
γ
−
≅
l
; sendo Moy o maior valor entre DdyM e CdyM
As duas fórmulas acima representam exatamente as mesmas expressões definidas no item
15.8.3.3.3 da NBR 6118:2003, porém com a inclusão do coeficiente γf3. Pode-se adotar γf3 = 1,1
ou γf3 = 1,0. Neste exemplo, será adotado γf3 = 1,0.
Assim sendo:
Mox = máx (4; 16) = 16 kN.m
Moy = max (32; 8) = 32 kN.m
m.kN2,3216
5499.0,1.10
5,6.869
1
16
2x2
=−
−
≅M
m.kN4,1332
12466.0,1.10
5,6.869
1
32
2y2
=−
−
≅M
Os momentos totais (1ª + 2ª ordem) nas seções C e D serão dados por:
Na seção C:
m.kN2,482,320,16x2Cdxtotx,Cd =+=+= MMM
m.kN4,214,130,8y2Cdytoty,Cd =+=+= MMM
Verificação da capacidade resistente: !OK161,0
132
4,21
87
2,48 2,12,1
⇒<=
+
Na seção D:
m.kN2,362,320,4x2Ddxtotx,Dd =+=+= MMM
m.kN4,454,130,32y2Ddytoty,Dd =+=+= MMM
Verificação da capacidade resistente: !OK163,0
132
4,45
87
2,36 2,12,1
⇒<=
+
Pode-se dizer que o pilar está adequado a este conjunto de esforços (seções C e D).
Se o problema fosse de dimensionamento da armadura, este poderia ser feito por tentativas,
arbitrando-se em cada passo a armadura total As,tot e seu arranjo, seguindo-se seqüência de
verificação análoga.
É interessante a visualização destes esforços solicitantes ao longo do pilar, e a comparação
com a curva que define a capacidade resistente da seção para a força normal solicitante dada,
conforme mostra a figura a seguir.
196
Figura 5.4.3 – Esforços solicitantes ao longo do pilar e capacidade resistente da seção
197
5.5 Processo aproximado de verificação de pilares biapoiados esbeltos com FCO e com
λx e λy menores que 90, baseado na verificação em três seções criticas, com os
valores de rigidez secante aproximados e processo do pilar-padrão
Este processo é mais simplificado e menos preciso que o anterior, e consiste na verificação de
uma só seção central, além do topo e da base do pilar.
Esta seção central tem seus momentos solicitantes dados por:
νκ
λ
−
⋅α=
/.120
1
1
x
2
x
Axbxtot,Exd MM
νκ
λ
−
⋅α=
/.120
1
1
y
2
y
Aybytot,Eyd MM
Sendo:
MAx o maior momento entre Topo,xdM e Base,xdM
MAy o maior momento entre Topo,ydM e Base,ydM
x
e
x .12 a
l
=λ ;
y
e
y 12 a
l
⋅=λ ;
cdyx
Sd
.. faa
N
=ν e κx e κy avaliados como no exemplo anterior.
40,0.40,060,0
Ax
Bx
bx ≥+=α M
M
e 40,0.40,060,0
Ay
By
by ≥+=α M
M
A verificação especificada na norma de MExd,tot > MAxd e MEyd,tot > MAyd, não será feita, pois os
momentos no topo e na base serão verificados diretamente.
Assim, no problema em questão, tem-se:
( ) m.kN4040;20máxAx =+−=M e m.kN20Bx −=M
( ) m.kN8040;80máxAy =−+=M e m.kN40By −=M
( )
40,0
40
20
.40,060,0bx =
−
+=α e 2,56xxx =κ=κ (ver item 2)
( )
40,0
80
40
.40,060,0by =
−
+=α e 6,56yyy =κ=κ (ver item 2)
Logo, tem-se:
m.kN1,48
6,0/2,56.120
6,86
1
1
40.40,0
2tot,Exd
=
−
=M
m.kN3,45
6,0/6,56.120
7,57
1
1
80.40,0
2tot,Eyd
=
−
=M
198
Como se pode notar, este processo é semelhante ao do item 5.4 e considera os maiores
momentos entre as seções C e D para a seção fictícia E.
A verificação da capacidade resistente nas três seções críticas se faz como exposto no item
5.1:
No topo: MSdx = – 20,0 kN e MSdy = 80,0 kN
!OK172,055,017,0
132
0,80
87
0,20
2,12,1
⇒<=+=
+
+
−
No meio: MExd,tot = 48,1 kN e MEyd,tot = 45,3 kN
!OK177,028,049,0
132
3,45
87
1,48 2,12,1
⇒<=+=
+
Na base: MSdx = 40,0 kN e MSdy = – 40,0 kN
!OK163,024,039,0
132
0,40
87
0,40
2,12,1
⇒<=+=
+
−
Segundo este processo, pode-se dizer que o pilar está adequado a este conjunto de esforços
(topo, base e seção central E).
199
5.6 Processo aproximado de verificação de pilares biapoiados esbeltos com FCO e com
λx e λy menores que 90, baseado na verificação em três seções criticas, com os
valores de curvatura aproximados e processo do pilar-padrão
Este processo é ainda mais aproximado que o anterior, e consiste na verificação de uma só
seção central, além do topo e base do pilar.
Nesta seção central, os momentos solicitantes são dados por uma adaptação do processo
descrito no item 15.8.3.3.2 da NBR 6118:2003 para FCO.
x
2
e
sdAxbxtot,Exd
1
.
10
..
r
NMM
l
+α≅
y
2
e
sdAybytot,Eyd
1
.
10
..
r
NMM
l
+α≅
Sendo ν, αbx, αby, MAx, MAy com as mesmas definições do item 5.5.
( ) m
1
0175,0
5,06,0.26,0
005,01
x
=
+
=
r
( ) m
1
0117,0
5,06,0.39,0
005,01
y
=
+
=
r
E os momentos da seção fictícia E, dados por:
m.kN2,800175,0.
10
5,6
.86940.4,0
2
tot,Exd =+=M
m.kN8,740117,0.
10
5,6
.86980.4,0
2
tot,Eyd =+=M
A verificação da capacidade portante na seção central é dada por:
No meio: MExd,tot = 80,2 kN e MEyd,tot = 74,8 kN
⇒>=+=
+
142,151,091,0
132
8,74
87
2,80 2,12,1
A seção não resiste ao esforço!
Por este processo, teríamos que aumentar a seção ou a armadura da peça.
Lembrando que isto não é necessário, pois o processo apresentado no item 5.4, mais preciso,
demonstrou que a seção resiste aos esforços solicitantes adequadamente.
200
EXEMPLOS DE APLICAÇÃO DOS CONCEITOS DA SEÇÃO 17
VERIFICAÇÃO DE VIGAS SUJEITAS À FORÇA CORTANTE
Autores:
Túlio Bittencourt (1) e João Carlos Della Bella (2)
Revisor:Ruy Nobhiro Oyamada (3)
(1) Engenheiro Civil - Professor Associado da USP, Escola Politécnica
(2) Engenheiro Civil - Diretor Técnico da Intentu Engenharia
(3) Engenheiro Civil - Diretor Sócio da Outec Engenharia
1 Exemplo 1
1.1 Dados
Determinar os estribos e verificar a seção de concreto para a viga esquematizada na Figura 1,
sabendo que P = 65 kN, concreto de classe C 25, aço CA-50, Classe de Agressividade
Ambiental I, c = 2,5 cm e admitir d = 46 cm para a altura útil da seção.
(I) (II) (III)
Figura 1 – Viga
1.2 Verificação da seção de concreto
Utilizando o modelo de cálculo I (α = 90o e θ = 45o) dado em 17.4.2.2-a da NB-1 para
verificação da compressão diagonal do concreto:
VSd = γf V = 1,4 x 65 = 91 kN
9,0
250
25
1
250
1 ck2v =
−=
−=α
f
VRd2 = 0,27 αv2 fcd bw d = 0,27 x 0,9 x 1,78 x 12 x 46 = 238,76 kN
Portanto: VSd < VRd2
201
1.3 Cálculo dos estribos
De acordo com 8.2.5 da NB-1:
( ) ( ) MPa56,2253,03,0 3/23/2ckm,ct ff ===
MPa80,156,2x7,07,0 ctminf,ctk f f ===
Conforme 17.4.2.2-b da NB-1 tem-se:
kN39,4246x12x128,0x6,06,0 wctdc d b f V ===
Em 17.4.1.1.1: %10,0
500
56,2
2,02,0
ywk
ctm
minw ===ρ f
f
Portanto: m/cm2,1cm/cm012,0%10,0x12 22minww
min
sw b
s
A
===ρ=
(Trecho II)
kN6,484,4291cSdsw VVV =−=−=
ywd
sw
sw 9,0 f d s
A
V
=
Segundo a NB-1, deve-se limitar fywd em 435MPa para as armaduras de cisalhamento.
Portanto:
m/cm7,2 2sw =
s
A
(Trechos I e III)
Conforme 18.3.3.2 da NB-1:
§ o diâmetro dos estribos (φt) deve ser:
mm12
10
mm0,5 wt
b
=≤φ≤
§ para o espaçamento (s) entre estribos:
7 cm ≤ s ≤ 0,6d ou 30 cm (sendo que VSd < 0,67VRd2)
0,6 d = 0,6x46 = 27,6 cm (adota-se o maior espaçamento de 27cm).
As bitolas usuais de armaduras para estribos são as seguintes:
φ
mm
5 6,3 8 10 12,5
As1
cm2 0,2 0,315 0,5 0,8 1,25
onde As1 = área da seção transversal de uma
barra.
a) Trechos I e III
Para m/cm7,2 2sw =
s
A
e adotando-se estribos de dois ramos (Asw = 2 As1), tem-se:
φ
mm
As1
cm2 Asw = 2 As1
s
cm
5 0,2 0,4 14
A distância da face interna do apoio até a carga é de 144 cm (150 - 6 = 144 cm).
202
Portanto, tem-se 144/14 = 10,3, portanto 11 estribos nos trechos I e III.
b) Trecho II (entre as cargas concentradas) (V = 0)
m/cm2,1 2
min
sw
s
A
=
φ
mm
As1
cm2
Asw = 2 As1
s
cm
5 0,2 0,4 33 > ssmax = 27
Deve-se adotar, então, φ 5 c/ 27. O comprimento do trecho é de 160 cm. Portanto, tem-se
160/27 = 5,9, portanto 6 estribos neste trecho.
c) Arranjo dos estribos
A Figura 2 apresenta o detalhamento dos estribos para a viga analisada. Adotou-se cobrimento
mínimo da armadura de 2,5 cm.
C = 2(45 + 7) + 2 G = 122
28 φ 5 com C = 122
Nota – Conforme 9.4.6.1 da NB-1, o gancho do estribo não deve ser inferior a 7cm para α = 90o
Figura 2 – Detalhamento dos estribos
203
2 Exemplo 2
2.1 Dados
Determinar os estribos e verificar a seção de concreto para a viga esquematizada na Figura 3,
sabendo que fck = 25 MPa, aço CA-50, c = 2,5 cm e admitindo d = 46 cm para a altura útil da
seção.
Figura 3 – Viga esquematizada, carregamentos e diagrama de esforços cortantes de
cálculo
2.2 Verificação da seção de concreto
Como a seção da viga é constante, basta verificar a resistência do concreto para a força
cortante de cálculo máxima VSd = 158,4 kN junto aos apoios internos.
9,0
250
25
1
250
1 ck2v =
−=
−=α
f
VRd2 = 0,27 αv2 fcd bw d = 0,27x 0,9 x 1,78 x 15 x 46 = 298,45kN
204
Assim, verifica-se que:
VSd < VRd2
2.3 Cálculo de VRd*
Para determinar a armadura mínima de cisalhamento deve ser determinado primeiramente o
valor de VRd*, como a seguir:
kN5346x15x128,0x6,06,0 wctdc d b f V ===
( ) ( ) MPa56,2253,03,0 3/23/2ckm,ct f f ===
%10,0
500
56,2
2,02,0
ywk
m,ct
minw ===ρ f
f
Logo:
m/cm5,1cm/cm015,0%10,0x15 22
min
sw
s
A
===
VRd* = kN805,43x46x9,0x015,0539,0* ywd
min
sw
cSd f d s
A
VV =+=
+=
A Figura 4 mostra o diagrama de esforços cortantes de cálculo com VSd.
Figura 4 – Diagrama de esforço cortante de cálculo com VSd*
2.4 Cálculo dos estribos
a) Trecho I
VSw = VSd – Vc = 100,6 – 53 = 47,6 kN
Segundo 17.4.1.2.1 da NB-1, o valor de VSd pode ser considerado o da seção situada à d/2 da
face de apoio. Portanto:
205
Figura 5 – Seção situada a d/2 do apoio
ywd
sw
sw 9,0. f d s
A
V
=
Portanto:
m/cm64,2 2sw
s
A
=
7 cm ≤ s ≤ 0,6d ou 30cm (sendo que VSd < 0,67 VRd2) (conforme 18.3.3.2 da NB-1)
0,6d = 0,6 x 46 = 27,6 cm (adota-se o maior espaçamento de 27cm)
Adotando-se estribos de 2 ramos tem-se: Asw = 2 As1. A tabela seguinte mostra uma possível
opção:
φ
mm
As1
cm2 Asw = 2 As1
s
cm
5 0,2 0,4 15
Deve-se adotar, então, φ 5 c/15.
O comprimento do trecho medido a partir da face interna do apoio é de 54,5 – 10 = 44,5 cm.
Portanto, tem-se: 44,5 / 15 = 2,9 → 3 estribos neste trecho.
Em complementação ao primeiro trecho utilizar-se-á armadura mínima a partir do comprimento
calculado em ocorrência a VSd*.
m/cm5,1 2
min
sw
s
A
=
Adotando-se estribos de 2 ramos tem-se: Asw = 2 As1. A tabela seguinte mostra uma possível
opção:
φ
mm
As1
cm2 Asw = 2 As1
s
cm
5 0,2 0,4 33 > smax = 27
Deve-se adotar, então, φ 5 c/27.
O comprimento do trecho medido a partir da face interna do apoio é de 267,5 – 54,5 = 213 cm.
Portanto, tem-se: 213 / 27 = 7,9 → 8 estribos neste trecho.
206
b) Trecho II
Vsw = VSd – Vc = 158,4 – 53 = 105,4 kN
ywd
sw
sw 9,0 f d s
A
V
=
Portanto:
m/cm85,5 2sw
s
A
=
7 cm ≤ s ≤ 0,6d ou 30cm (sendo que VSd < 0,67VRd2) (conforme 18.3.3.2 da NB-1)
0,6d = 0,6 x 46 = 27,6 cm (adota-se o maior espaçamento de 27cm)
Adotando-se estribos de 2 ramos tem-se: Asw = 2 As1. A tabela seguinte mostra uma possível
opção:
φ
mm
As1
cm2
Asw = 2 As1
s
cm
6,3 0,315 0,63 10
Deve-se adotar, então, φ 6,3 c/10.
O comprimento do trecho medido a partir da face interna do apoio é de 222 – 25 = 197 cm.
Portanto, tem-se: 197 / 10 = 19,7 → 20 estribos neste trecho.
Em complementação utilizar-se-á armadura mínima a partir do comprimento calculado em
ocorrência a VSd*.
m/cm5,1 2
min
sw
s
A
=
Adotando-se estribos de 2 ramos tem-se: Asw = 2 As1. A tabela seguinte mostra uma possível
opção:
φ
mm
As1
cm2 Asw = 2 As1
s
cm
5 0,2 0,4 33 > smax = 27
Deve-se adotar, então, φ 5 c/27.
O comprimento do trecho é de 267,5 – 222 = 45,5 cm.
Portanto, tem-se: 45,5 / 27 = 1,68 → 2 estribos neste trecho.
c) Trecho III
Vsw = VSd – Vc = 123,3 – 53 = 70,3 kN
ywd
sw
sw 9,0 f d s
A
V
=
Portanto:
m/cm90,3 2sw
s
A
=
7 cm ≤ s ≤ 0,6d ou 30cm (sendo que VSd < 0,67VRd2) (conforme 18.3.3.2 da NB-1)
0,6d = 0,6 x 46 = 27,6 cm (adota-se o maior espaçamento de 27cm)
207
Adotando-se estribos de 2 ramos tem-se: Asw = 2 As1. A tabela seguinte mostra uma possível
opção:
φ
mm
As1
cm2 Asw = 2 As1
s
cm
5,0 0,2 0,4 10
Deve-se adotar, então, φ 5,0 c/10.
O comprimento de cada trecho medido a partir da face interna do apoio é de 114 – 25 = 89 cm.
Portanto, tem-se: 89 / 10 = 8,9 → 9 estribos neste trecho.
Em complementação utilizar-se-á armadura mínima a partir do comprimento calculado em
ocorrência a VSd*.
m/cm5,1 2
min
sw
s
A
=
Adotando-se estribos de 2 ramos tem-se: Asw = 2 As1. A tabela seguinte mostra uma possível
opção:
φ
mm
As1
cm2
Asw = 2 As1
s
cm
5,0 0,20,4 33 > smax = 27
Deve-se adotar, então, φ 5 c/27.
O comprimento do trecho é de 482,5 – 114 – 7,5 = 361 cm.
Portanto, tem-se: 361 / 27 = 13,4 → 14 estribos neste trecho.
2.5 Arranjo dos estribos
A Figura 7.6 apresenta o detalhamento dos estribos para a viga analisada. Adotou-se
cobrimento mínimo da armadura de 2,5 cm.
208
C = 2(45+10) +2G = 120 cm
Nota – Conforme 9.4.6.1 da NB-1, o gancho do estribo não deve ser inferior a 7cm para α = 90o
Figura 6 – Detalhamento dos estribos
209
3 Exemplo 3
Considerando a viga da Figura 7, determinar as armaduras e verificar a seção de concreto,
sabendo que fck = 25 MPa e aço CA50.
Figura 7 – Esquema e diagramas da viga
3.1 Cortante
VSd = 1,4 x 81 = 113,4 kN
VSd = VRd2
90,0
250
1 ck2v =
−=α
f
VRd2 = 0,27 αv2 fcd bw d = 795,9 kN
3.2 Armadura
VSd ≤ VRd3 = Vc + Vsw
fctd = fctk inf / γc = 1,28 MPa
fct, m = 0,3 (fck)2/3 (MPa) = 2,56 MPa
fctk, inf = 0,7 fct, m = 1,79 MPa
Vc = 0,6 fctd bw d = 141,3 kN > VSd
3.3 Armadura mínima
%1,0001,02,0
ywk
ctm
sw ===ρ f
f
Asw/s = bw ρw = 40 x 0,1% = 0,04 cm2/cm = 4 cm2/m
Para estribos de dois ramos → cada ramo: 2 cm2/m.
210
3.4 Flexão
M = 121,5 kN.m Md = 17 010 kN.cm
cm23,8
425,0
1125,1
2
cdw
d =
−−=
d f b
M
d x
x34 = 0,5d = 23 cm (conforme 14.6.4.3 da NB-1: limitar x/d a 0,5)
x23 = 0,254d = 11,9 cm
domínio 2 → σSd = fyd = 43,5 kN/cm2
( ) ( )
2
yd
d
s cm16,923,8.4,0465,43
01017
4,0
=
−
=
−
=
xdf
M
A (5φ 16mm)
3.5 Torção
TSd = 21 x 1,4 = 29,4 kN.m = 2 940 kN.cm
TRd2 = 0,5 αv2 fcd Ae he (conforme 17.5.1.5 da NB-1)
he = A/u e he = 2c1
A = 40 x 50 = 2 000cm2
u = 2 x 40 + 2 x 50 = 180 cm
he = 2 000 / 180 = 11,1 cm
c1 = 4,0 cm
2c1 = 8,0 cm
he = 10 cm
Ae = 30 x 40 = 1 200 cm2
TRd2 = 0,5 x 0,9 x 1,78 x 1 200 x 10 x sen 90o = 9 612 kN
1
2Rd
Sd
2Rd
Sd ≤+
T
T
V
V
→ 145,0
9612
2940
9,795
4,113
≤=+ → Cumpre com 17.7.2.2 da NB-1.
3.6 Estribos
TSd = TRd3
θ= gcot2)/( eywd903Rd A fsAT (conforme 17.5.1.6 da NB-1)
m/cm8,2
2
)/( 2
eywd
Sd
90 A f
T
sA ==
(A90/s) = 0 + 2,8 = 2,8 cm2 (resiste à cortante e torção!)
Pode-se utilizar por exemplo: φ10 c/ 16cm.
211
3.7 Armaduras longitudinais
TSd = TRd4 (conforme 17.5.1.6 da NB-1)
TRd4 = (Asl /ue) fywd 2Ae tg θ
m/cm8,2
2
)/( 2
eywd
Sd
es Af
T
uA ==l
ue = 2x30 + 2x40 = 140 cm = 1,4 m
Logo:
Asl = 1,4x2,8 = 3,92 cm
2
3.8 Detalhamento
φ 10 c/16
2 φ 12, 5
5 φ 16
40
50
Figura 8 – Detalhamento
212
EXEMPLOS DE APLICAÇÃO DOS CONCEITOS DA SEÇÃO 17
ESTADOS LIMITES DE SERVIÇO EM VIGAS DE CONCRETO ARMADO
Autor: Libânio Miranda Pinheiro (1)
Revisor: José Martins Laginha (2)
(1) Professor Doutor, Departamento de Engenharia de Estruturas
USP, Escola de Engenharia de São Carlos
E-mail: libanio@sc.usp.br
(2) Eng. Civil, GTP Grupo Técnico de Projetos
E-mail: projeto@gtp.com.br
1. Dados iniciais
Apresenta-se a verificação dos estados limites de serviço para a viga biapoiada de um edifício
residencial, indicada na Figura 1, com seção 22cm x 40cm, vão equivalente l = 410cm,
concreto C25, aço CA-50, armadura longitudinal 4φ20 (12,60cm2), d = 35,9cm, classe II de
agressividade ambiental (c = 2,5cm, c∆ = 5mm, conforme 7.4.7.4, tabela 7.2). Os itens e as
tabelas aqui indicadas referem-se à NBR 6118:2003. Serão admitidos os valores
característicos das ações:
gk = 40 kN/m, qk = 10 kN/m, pk = gk +qk = 50 kN/m
Figura 1 – Viga biapoiada
2. Momento de fissuração
O cálculo do momento de fissuração é indicado no item 17.3.1:
t
cct
r y
If
M
⋅⋅α
= (1)
α = 1,5 (seção retangular)
4
33
c cm33311712
4022
12
hb
I =
⋅
=
⋅
= (2)
cm20
2
40
2t
===−=
h
xhy (3)
2.1 Formação de fissuras
No estado limite de formação de fissuras (ELS-F), segundo o item 17.3.1, deve ser usado o
fck,inf (8.2.5 da norma):
23/23/2
ckinf,ctkct cm/kN1795,0MPa795,12521,03,07,0 fff ==⋅=⋅⋅== (4)
213
m.kN8,15cm.kN1580
20
1173331795,05,1
r M ==
⋅⋅
= (5)
Na verificação do ELS-F, pode ser necessária a consideração de combinação freqüente ou de
combinação rara (11.8.3.1.b e 11.8.3.1.c, respectivamente). Neste exemplo, o valor de Mr será
comparado com o momento fletor relativo à combinação rara:
m.kN1,105
8
10,450
8
22
k
rara,d
p
M =
⋅
=
⋅
=
l
(6)
Md,rara = 105,1 kN.m > Mr = 15,8 kN.m ? há formação de fissuras
2.2 Deformação excessiva
No estado limite de deformação excessiva (ELS-DEF), deve ser usado o fct,m (8.2.5 da norma):
23/23/2
ckctmct cm/kN2565,0MPa565,225.3,03,0 f ff ===== (7)
m.kN6,22cm.kN2257
20
1173332565,05,1
r M ≅=
⋅⋅
= (8)
3. Cálculo em serviço para seção fissurada
Como Md,rara > Mr = 15,8 kN.m, é necessário calcular a posição da linha neutra (xII) e o
momento de inércia ( III) no estádio II.
3.1 Linha neutra
Para seção retangular com armadura simples, xII é obtido com a equação:
0sese
2 =α−α+ dA x A x
2
b
(9)
Es = 210 GPa = 21 000 MPa (conforme 8.3.5) (10)
Ec = Ecs = 0,85 Eci = 0,85.5600 fck1/2 = 4760 fck1/2 (conforme 8.2.8)
Ecs = 4760 fck1/2 = 4760.251/2 = 23 800 MPa (11)
82,8
80023
000210
cs
s
e ===α
E
E
(conforme 17.3.2.1.1) (12)
09.35.60,12.82,860.12.82,8
2
22 2 =−+ xx
x2 = 10,10x – 362,69 = 0
xII = 14,66 cm (a raiz negativa é ignorada) (13)
3.2 Momento de inércia
214
Para seção retangular com armadura simples, III é dado por:
2
IIse
3
II
II )(3
xd A
x b
I −α+= (14)
42
3
II cm24073)66,149,35(60,12.82,83
66,14.22
I I II =⇒−+= (15)
4. Estado limite de deformação excessiva
No ELS – DEF, pode ser considerada combinação quase permanente e momento de inércia
equivalente (11.8.3.1e 17.3.2.1.1 da norma, respectivamente).
4.1 Combinação quase permanente
Para edifícios residenciais, ψ2 = 0,3 (conforme 11.7.1, tabela 11.2). Para combinação quase
permanente, como neste exemplo, a única ação variável é a carga de uso, tem-se:
cmkN
100
43
m/kN43103,040k2kser,d ==⋅+=⋅ψ+== qgpp (16)
4.2 Momento de inércia equivalente
Com base em 17.3.2.1.1:
II
3
a
r
c
3
a
r
eq 1 IM
M
I
M
M
II ⋅
−+⋅
== (17)
São conhecidos os valores:
Mr = 22,6 kN.m (ELS - DEF) (equação 8.8)
Ma = Md,rara = 105,1 kN.m (equação 8.6)
I = 117 333 cm4 (equação 8.2)
III = 73 240 cm4 (equação 8.15)
Resulta:
4
33
eq cm67973240731,105
6,22
1333117
1,105
6,22
II =
−+
== (18)
4.3 Flecha imediata
Para viga biapoiada, a flecha imediata (elástica) é dada pela expressão:
IE
p
a
⋅
⋅
⋅=
4
i 384
5 l
(19)
E = Ecs = 23 800 MPa = 2380 kN/cm2 (equação 8.11) (20)
Substituindo, na equação 19, l = 410 cm, os valores obtidos nas equações 16, 18 e 20, resulta:
cm90,0
73679.2380
410
100
43
384
5
i
4
i aa =⇒⋅⋅= (21)
215
4.4 Flecha diferida
De acordo com 7.3.2.1.2:
'501f ρ⋅+
ξ∆
=α (22)
32,168,02
mês1
meses70
0
=−=ξ∆
=
≥
t
t (tabela 17.1) (23)
ρ’=0 (armadura simples)
32,1
1
32,1
f ==α (24)
af = αf . ai = 1,32 . 0,90 ⇒ af = 1,19 cm (25)
4.5 Flecha total
A flecha total pode ser obtida conforme indicado no final em 17.3.2.1.2:
at = ai (1+αf) = 0,90 (1+1,32) ⇒ at = 2,09 cm (26)
4.6 Flecha limite
Para aceitabilidade visual, da maneira indicada em 13.3, tabela 13.2:
cm64,1
250
410
250lim
a ===
l (27)
Há necessidade de contraflecha, pois:
at = 2,09 cm > alim=1,64 cm
4.7 Contraflecha
Pode ser adotada uma contaflecha da ordem da flecha imediata acrescida da metade da flecha
diferida, conforme a equação:
cm49,1
2
19,1
90,022
1 fi
f
ic
a
aaa =+=+=
α
+= (28)
Porém, segundo a tabela 13.2, a contraflecha não pode ultrapassar o valor:
cm17,1
350
410
350
==
l
Como é usual adotar um valor múltiplo de 0,5 cm, pode-se adotar contraflecha de 1,0 cm,
menor que o limite de 1,17 cm, e que acarretaria uma flecha final de 1,09 cm, menor que alim =
1,64 cm.
4.8 Outras providências
Quando forem necessárias, outras providências que podem ser adotadas para diminuir as
deformações. As mais comuns são: aumentar a seção transversal (b ou h), aumentar As ou
adotar armadura de compressão A’s.
216
5 Abertura de fissuras
A verificação do estado limite de fissuração (ELS-W) pode ser feita conforme 17.3.3.2 da
norma.
5.1 Dados iniciais
φ = 20 mm
η = 2,25 (Barras nervuradas, CA-50, 9.3.2.1)
Es = 210 000 MPa = 21 000 kN/cm2 (equação 10)
sA = 12,60 cm
2 (4φ20)
fct,m = 0,2565 kN/cm2 (equação 7)
5.2 Taxa de armadura
Será considerada a taxa de armadura de tração em relação à área da região de envolvimento
Acr (Figura 2).
Para b = 22cm, c = 2,5cm, φt = 0,63 cm e φl = 2 cm, resulta:
Acr = b(d’ + 7,5 φl) = 22(4,1 + 7.5 . 2) = 420,2 cm2
%0,3030,0
2,420
60,12
cr
s
r ====ρ A
A
Figura 2 - Área Acr
5.3 Momento fletor
Na verificação de abertura de fissuras, deve ser considerada combinação freqüente (conforme
13.4.2, tabela 13.3). Sendo a carga de uso a única ação variável e ψ1 = 0,4 (tabela 11.2,
edifícios residenciais), obtêm-se (tabela 11.4):
qk1gkfreq,dser,d MMMM ⋅ψ+== (29)
m.kN1,84
8
10,440 2
gk M =
⋅
=
m.kN0,21
8
10,410 2
qk M =
⋅
=
m.kN5,920,214,01,84freq,d M =⋅+= (30)
217
5.4 Cálculo de σs no estádio II com α e = 15
a) Linha neutra
0sese
2 =α−α+ d A x A x
2
b (equação 8.9)
09,35.60,12.15 60,12.15
2
22 2 =−+ xx
x2 + 17,18x – 616,82 = 0
xII = 17,69 cm (a raiz negativa é ignorada)
b) Momento de inércia
2
IIse
3
II
II )(3
xd A
x b
I −α+= (equação 8.14)
4
II
2
3
II cm269103)69,179,35(1260.153
69,17.22
I I =⇒−+=
c) Valor de σs para αe = 15 (conforme 17.3.3.2)
2
2
2freq,de
s cm/kN47,24269103
)69,179,35.(9250.15)(
I
xdM
=
−
=
−α
=σ
5.5 Cálculo de σs no estádio II com α e = Es/Ec = 8,82
Para comparar os resultados, será considerado αe = Es/Ec = 8,82 (equação 12). Nessas
condições tem-se: xII = 14,66 (equação 13) e III = 73 240 (equação 15). Resulta:
2
2
2freq,de
s cm/kN66,2324073
)66,149,35.(9250.82,8)(
I
xdM
=
−
=
−α
=σ
Como este valor é muito próximo do obtido no item anterior, parece não haver diferença
significativa em se considerar αe = Es/Ec = 8,82, em vez de αe = 15, como preconiza a Norma.
5.6 Cálculo aproximado de σs
No estádio II, um valor aproximado de σs pode ser obtido com a expressão:
2
s
freq,d
s cm/kN56,2560,12.9,35.80,0
9250
80,0
A d
M
===σ
(31)
Nota-se que este valor de σs é muito próximo dos obtidos nos itens anteriores. Portanto, em
geral, a verificação pode ser feita com a tensão obtida com este cálculo aproximado.
218
5.7 Cálculo de wk
Com as expressões indicadas em 17.3.3.2, fctm dado pela equação 7 e com os demais valores
obtidos nos itens anteriores, obtêm-se:
+
ρ
⋅
σ
⋅
η⋅
φ
=
σ⋅
⋅
σ
⋅
η⋅
φ
=
≤
45
4
5,12
3
5,12
risi
si
1
i
2
ctm
si
si
si
1
i
1
k
E
w
fE
w
w
mm26,0
2565,0
56,253
21000
56,25
25,25,12
20
1 =
⋅
⋅⋅
⋅
=w
mm15,045
030,0
4
21000
56,25
25,25,12
20
2 =
+⋅⋅
⋅
=w
Como se considera o menor valor entre w1 e w2, resulta:
Wk = 0,15 mm
5.8 Verificação da abertura limite
A abertura limite é dada na tabela 13.3 (item 13.4.2). Para concreto armado e classe de
agressividade ambiental II, tem-se: wlim = 0,3 mm. Portanto:
Wk = 0,15 mm < Wlim = 0,3 mm ⇒ OK!
5.9 Controle da fissuração sem verificar abertura de fissuras
Com base em 17.3.3.3, admitindo-se σs = 240 MPa, φ = 20 mm (valor máximo permitido para
essa tensão) e smáx < 20 cm, de acordo com a tabela 17.2, é atendido o ELS-W, sem
necessidade da avaliação da abertura de fissuras.
Na tabela 17.2 da NBR 6118:2003, para os valores de σs indicados a seguir, os limites corretos
de φmáx são:
σs = 240 MPa, φmáx = 20 mm
σs = 280 MPa, φmáx = 16 mm
σs = 320 MPa, φmáx = 12,5 mm
σs = 360 MPa, φmáx = 10 mm
5.10 Providências
Caso a verificação de ELS-W não seja atendida, as principais providências são:
§ diminuir o diâmetro das barras da armadura de tração (respeitando-se As,nec);
§ aumentar a quantidade de armadura (diminuir σs);
§ aumentar a seção transversal (b ou h).
219
Agradecimentos
À colaboração de:
Ana Maria da Silva Brandão,
Anastácio Cantisani de Carvalho (UFAM),
Lezzir Ferreira Rodrigues,
Marcos Vinícius Natal Moreira e
Sandro Pinheiro Santos.
Referência
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 6118:2003 - Projeto de estruturas de
concreto - procedimento. Rio de Janeiro. 170p.
220
EXEMPLOS DE APLICAÇÃO DOS CONCEITOS DA SEÇÃO 19
LAJES
Autores:
Túlio Bittencourt (1); João Carlos Della Bella (2)
Revisora:
Nilvea Bugno Zamboni (3)
(1) Engenheiro Civil - Professor Associado da USP, Escola Politécnica
(2) Engenheiro Civil - Diretor Técnico da Intentu Engenharia
(3) Eng. Civil, Diretora da ProjNet Engenharia Ltda.
E-mail: nilvea@projnet.com.br
1. Exemplo 1: Lajes armadas em uma direção
Calcular e detalhar as lajes da figura.
fck=25 MPa (C25)
CA50
h = 10 cm (todas as lajes)
g = 3,5 kN/m2
q = 2,0 kN/m2
vigas de bw = 12 cm
Figura 1 – Laje armada em uma direção
Definiu-se a classe de agressividade de acordo com a Tabela 6.1 da NBR 6118, como classe
CAAI e o cobrimento nominal de acordo com a Tabela 7.2 da NBR 6118, onde se levando em
consideração o revestimento, temos:
Na face superior:
cm5,1alminno
alminno
≥
φ≥
c
c
cm5,1c salminno ==c
Na face inferior: cm0,2ialminno == cc
Adotado inicialmente φ = 10 mm
221
1.1. Laje L1
a) determinação das cargas
§ peso próprio= 0,10 . 25 = 2,5 kN/m2
§ revestimento = 1,0 kN/m2
§ g (carga permanente) = 3,5 kN/m2
§ q (carga acidental) = 2,0 kN/m2
§ p (carga total) = g + q = 5,5 kN/m2
b) Momento fletor principal (Mx)
m/kNm0,11
8
4.5,5
8
22
X ===
lp
M
b = 100 cm
d = dx = h – ci – Ø/2 = 10 – 2 – 0,5 = 7,5cm
Msdx = γf Mx = 1,4.11,0 = 15,4 kN.m/m = 1 540 kN.cm/m
cm88,1
4,1/5,25,7100425,0
1540
115,725,1
.425,0
1125,1
2
cd
2
sdx
f b.d
M
d x =
⋅⋅⋅
−−⋅=
−−=
(x ≤ x34 = 0,628.7,5 = 4,7cm, peça subarmada).
Armadura:
m/cm24,5
)88,14,05,7(48,43
1540
).4,0(
2
yd
sdx
s xdf
M
A =
⋅−⋅
=
−
=
As > Asmin = ρx,min.b.h = 0,0015.100.10 = 1,5 cm2/m, (Tabela 19.1- NBR 6118)
Portanto:
As > 5,24 cm2/m.
Para a escolha (bitola x espaçamento) tem-se as seguintes condições:
φmin = 4 mm ≤ φ ≤ φmax = h/8 = 12,5 mm
Recomendável smin = 8 cm
smáx φ20 cm (na armadura principal limitar a 2 h) = 20 cm.
Assim, pode-se adotar φ8c/10 (barras de 8 mm a cada 10 cm) ou φ10c/15, conforme mostra a
tabela seguinte:
φ
mm
As1
cm2
n = Asx/As1 s = 100/n
cm
6,3 0,315 16,4 6,10< smin
8 0,5 10,5 9,5
10 0,8 6,6 15
12,5 1,25 4,2 24
A barra de 6,3 mm conduz a um espaçamento menor do que o mínimo recomendado de 8
cm (o mesmo acontecerá para as bitolas 4mm e 5mm, não apresentadas na tabela) e a bitola
de 12,5 mm ultrapassa o espaçamento máximo recomendado de 20 cm.
222
c) Momento fletor secundário (My)
Supondo para Asy que φ = 5,0mm e para Asx que φ = 8,0mm:
My = νMx = 0,2.11,0 = 2,2 kN.m/m
b = 100 cm; d = dy = h – ci – 0,8 – 0,5/2= 10 – 2,0 - 0,8 – 0,5/2 ≅ 6,95 cm
Msdy = γf My = 1,4. 2,2 = 3,08 kN.m/m = 308 kN.cm/m
cm37,0
4,1/5,295,6100425,0
308
1195,625,1
..425,0
11..25,1
2
cd
2
sdy =
⋅⋅⋅
−−⋅⋅=
−−=
fb.d
M
dx
(x ≤ x34 = 0,628.6,95 = 4,36 cm, peça subarmada)A peça deve ser verificada para Mdmin.
Mdmin = 0,8 w0. fctk,sup (Item 17.3.5.2.1 – NBR 6118)
Esta condição pode ser considerada atendida se forem respeitadas as armaduras mínimas de
acordo com a Tabela 19.1 da NBR 6118
Neste exemplo todas as armaduras mínimas foram determinadas de acordo com a tabela
referida anteriormente.
m/cm04,1
)37,04,095,6(48,43
308
)x.4,0d(
2
yd
sdy
s =⋅−⋅
=
−
=
f
M
A
Asmin ≥ 20%. Asx = 0,2. 5,24 = 1,05 cm2/m,
0,9 cm2/m
mins .5,0 ρ≥ρ
Portanto, Asy ≅ Asmin
Asy > 1,05 cm2/m.
Para a escolha (bitola x espaçamento) tem-se as seguintes condições:
φmin = 4 mm ≤ φ ≤ φmax = h/8 = 12,5 mm
Recomendável smin = 8 cm
smáx φ 20 cm (na armadura principal limitar a 2 h) = 20 cm
Assim, pode-se adotar φ5c/20 (barras de 5 mm a cada 20 cm) ou φ4c/12, conforme mostra a
tabela seguinte:
223
φ??mm? As1
cm2
n = Asx/As1 s = 100/n
cm
4 0,125 7,76 13
5 0,2 4,85 20
6,3 0,315 3,0 32
A barra de 6,3 mm conduz a um espaçamento maior que o máximo recomendado de 20 cm (o
mesmo acontece para as bitolas maiores).
1.2. Lajes L2 = L3
a) Momentos fletores principais (Mx) no vão
Mx = 6,96 kN.m/m
b = 100 cm d = dx ≅ h – ci – 0,5 = 10 – 2 – 0,5 = 7,5 cm.
Msdx = γf Mx = 1,4.6,96 = 9,74 kN.m/m = 974 kN.cm/m
cm14,1
4,1/5,25,7100425,0
974
115,725,1
..425,0
1125,1
2
cd
2
sdx =
⋅⋅⋅
−−⋅⋅=
−−=
fb.d
M
dx (x ≤
x34 = 0,628 . 7,5 = 4,7 cm, peça subarmada)
A peça deve ser verificada para Mdmin.
Mdmin = 0,8 w0. fctk,sup (Item 17.3.5.2.1 – NBR 6118)
Esta condição pode ser considerada atendida se forem respeitadas as armaduras mínimas de
acordo com a Tabela 17.3 da NBR 6118. Neste exemplo todas as armaduras mínimas foram
determinadas de acordo com a tabela referida anteriormente.
m/cm18,3
)14,14,05,7(48,43
974
).4,0(
2
yd
sd
sx =⋅−⋅
=
−
=
xdf
M
A
Asx > Asmin = ρx,min..b . h = 0,0015.100.10 = 1,5 cm2/m, (Tabela 19.1- NBR 6118)
Portanto, Asx > Asmin
Asx = 3,18 cm2/m.
Para a escolha (bitola x espaçamento) tem-se as seguintes condições:
φmin = 4 mm ≤ φ ≤ φmax = h/8 = 12,5 mm
Recomendável smin = 8 cm
smáxφ 20 cm (na armadura principal limitar a 2 h) = 20 cm
Assim, pode-se adotar φ6,3c/10 (barras de 6,3 mm a cada 10 cm) ou φ8c/16, conforme mostra
a tabela seguinte:
φ??mm? As1
cm2
n = Asx/As1 s = 100/n
cm
6,3 0,315 10 10
8 0,5 6,4 16
10 0,8 4 25
224
Menor
que 25 φ
b) Momento fletores principal (Mx23) no apoio interno
Mx23 = -11 kN.m/m
O dimensionamento desta seção conduz à mesma armadura do meio do vão da laje L1 (φ8c/16
ou φ10c/25); contudo, esta armadura deve ser posicionada junto à borda superior que é
tracionada pelo momento fletor solicitante.
c) Momentos fletores secundários (My)
Pode-se adotar a mesma armadura obtida para a laje L1 (φ5c/20).
d) Detalhamento das armaduras
As armaduras obtidas para os momentos de vão (também chamadas de armaduras de
momentos positivos), são usualmente estendidas, a favor da segurança, de apoio a apoio da
laje. As armaduras resistentes calculadas junto aos apoios internos da laje (também chamadas
de armaduras “negativas”) são estendidas de modo à “cobrir” o diagrama de momento fletor
negativo; uma extensão de lx / 4 para cada lado do apoio é, normalmente, suficiente para essa
finalidade (quando as lajes adjacentes têm vãos não muito diferentes entre si, pode-se adotar o
maior destes vãos para a definição do comprimento da barra).
Nas bordas da laje, junto às vigas de apoio, costuma-se posicionar uma armadura (As,borda) com
extensão lx / 5, visando atenuar uma eventual fissuração proveniente do engastamento parcial
da laje nestas vigas. Pode-se considerar suficiente, a As,borda correspondente à ρmin de flexão
simples, não menor do que 1,5 cm2/m e restringindo o espaçamento entre as barras a 2h (ρmin
= 0,15% para o aço CA50, e 0,25% para o CA25). Assim:
As,borda = 0,0015.b.h = 0,0015.100.10 = 1,5 cm2/m
que pode ser conseguido com φ5c/13 ou φ6,3c/20.
O detalhamento destas armaduras está indicado na Figura 2.
N1 - 20 Ø 6.3 C/20 N1 - 20 Ø 6.3 C/20 C= 94
N2 - 39 Ø 8 C/10 C= 420
N
3
-
20
Ø
5
C
/2
0
C
=
40
8
Lx/5
h-c - c = 10 - 1,5 – 2 =
6,5
412
Menor que
30 cm
Tipo ø n
cm m
C C Unit Tot
1
2
3
4
5
6,3
8
5
8
8
80
39
60
39
50
94
420
406
212
412
75,20
163,80
243,60
82,68
103
ø Peso tot C (m) (kg)
5
6,3
8
314,88
75,2
349,48
19
51
140
210
6 5 18 396 71,28
s
5
39
8
Total
6
40
0
5
6
Figura 2 – Detalhamento da laje armada em uma direção
225
1.3. Verificação ao cisalhamento (Estado Limite Último - ELU) (Item 19.4 da NBR
6118:2003)
A verificação ao cisalhamento nas lajes é feita da seguinte maneira:
VSd ≤ VRd1
A resistência de projeto ao cisalhamento é dada por:
VRd1 = [τRd .k .(1,2 + 40.ρ1) + 0,15. σcp] bw.d
onde:
τRd = 0,25 fctd = 0,32 MPa ( Item 8.25 da NBR 6118)
fctd = fctk,inf / γc = 1,282 MPa
fctk,inf = 0,7.fctm = 0,7. 2,565 = 1,795 MPa
fct,m = 0,3.fck
2/3
= 0,3.252/3 = 2,565 MPa
ρ1 = Asx /bw.d = 5,25 /(100 . 7,5) = 0,7% (não maior que 0,02)
k = [1,6 – d] [m] = 1,6 – 0,075 = 1,525 > 1,0
Para a Laje L1, temos:
Asx = 5,25 cm2 (considerando toda a armadura)
bw = 100 cm (largura mínima da seção ao longo da altura útil d);
σcp = NSd / Ac = 0
NSd = 0 pois não existe força longitudinal na seção devida à protensão ou carregamento.
Assim:
VRd1 = [τRd.k (1,2 + 40 .ρ1) + 0,15. σcp] bw.d = [0,032.1,525(1,2 + 40.0,007) + 0]100.7,5
VRd1 = 54,2 kN/m
VSd = px . γf = 5,5.4/2 .1,4 = 15,4 kN/m
VRd1 = 54,2 > 15,4 = VSd
Não há a necessidade de estribos
NOTA: Quando se tratar de lajes maciças em concreto armado, sujeita a elevadas cargas
acidentais, é possível chegar a valores críticos com a utilização desta formulação. Neste
caso pode-se utilizar a formulação descrita no comentário C19.4.1.
226
1.4. Verificação da flecha (Estado Limite de Serviço - ELS)
O modelo de comportamento da estrutura pode admitir o concreto e o aço como materiais de
comportamento elástico e linear, de modo que as seções ao longo do elemento estrutural
possam ter as deformações específicas determinadas no Estádio I, desde que os esforços não
superem aqueles que dão início à fissuração, e no Estádio II, em caso contrário.
Deve ser utilizado no cálculo o valor do módulo de elasticidade secante Ecs definido abaixo,
sendo obrigatória à consideração do efeito da fluência.
O cálculo das flechas nas lajes pode ser feito no Estádio I de comportamento do concreto
(seção não fissurada) com:
2/1
ckcs 5600.85,0 .fE = (MPa). (Item 8.2 da NBR 6118:2003)
O efeito da deformação lenta sobre a flecha proveniente da carga permanente pode ser
considerado, de modo aproximado, dobrando-se a flecha imediata. Desta forma, deve-se
verificar:
aq+g ≤ lx / 250 e
aq ≤ lx / 350
onde
aq+g = flecha proveniente da carga total
aq = flecha devido às cargas acidentais.
a) Cálculo do Momento de Fissuração (Item 17.3.1 da NBR 6118)
§ Laje L1 da Figura 1
Mr = (α.fct. Ic)/yt = (1,5.1795.8,34.10-5) / 0,05 = 4,5 kN.m (formação de fissuras)
onde:
α = 1,5 para seção retangular;
fct = fctk,inf no estado limite de formação de fissuras ou fct,m no estado limite de deformação
excessiva;
Ic = bh3/12 (seção retangular) momento de inércia da seção de base 100cm – Estádio I;
yt = 0,05 cm (distância do centro de gravidade à fibra mais tracionada)
Assim:
§ se Mx < Mr – ESTÁDIO I (EI é calculado multiplicando o Ecs por Ic)
§ se Ma ≥ Mr – ESTÁDIO II (EI é calculado como EI eq pela formula de Branson)
Mr = 4,5 kN.m
Md,rara= 4². 5,5/8= 11 kN.m > Mr - (fissuras)
Calcula-se pela fórmula de Branson o EI eq para considerar a perda da rigidez na seção
fissurada.
b) Cálculo do Momento Equivalente
ccsII
a
r
c
a
r
cseq 1)( I E I M
M
I
M
M
EEI
33
≤
−+=
227
Ec = 0,85 . 5600.fck
1/2 = 23,8 GPa ou 23,8 106 kN/m2;
Es = 210 000 MPa
αe = 8,8
III = é o momento de inércia da seção fissurada – ESTÁDIO II;
Calculando xII para o ESTÁDIO II com αe = Es/Ecs , temos:
0)()(
2 seIIse
2
II =α−α+ d A x Ax
b
xII = 0,0221 m
Temos:
2
3
).().(
3 IIse
II
III xdA
b.x
−α+=
III = 1,65 E10-5 m4
c) Cálculo do momento de inércia equivalente
Considerando combinação quase permanente (CQP), e 2ψ = 0,3, temos:
Ma = 4². (3,5+0,3.2,0)/8 = 8,2 kN.m
Mr = (α.fct. Ic)/yt = (1,5.2565.8,34.10-5) / 0,05 = 6,4 kN.m (deformação excessiva)
Assim, pode-se calcular o momento de inércia equivalente.
EI eq = Ec[(Mr/Ma)3. Ic + [1- (Mr/Ma)3] III]
EI eq = 23,8.106[(6,4/8,2)3 . 8,34.10-5 + [1-(6,4/8,2)3] 1,5.10-5] = 1131,61 kN m2
d) Flecha imediata
ai = (b.p.lx4) / 12. EI eq . α2 = (1. 4,1.44) / 12 .1131,61.21,4 = 0,0023 m
onde:
α2 = 21,4 (laje tipo 1 com ly/lx = 1,00)
(Foram utilizadas as Tabelas de CZERNY para o cálculo de ai)
p = g + α2 q = 4,1 kN/m2 (valor da carga para a combinação quase permanente
(α2 = 0,3 para edifícios residenciais); (Tabela 11.4 NBR 6118:2003)
228
e) Flecha diferida no tempo
Considerando:
t0 = 1 (tempo, em meses, que foi aplicado o carregamento)
t > 70 (tempo, em meses, que se deseja saber o valor da flecha)
≤=ξ
>=ξξ−ξ=ξ∆
meses70para2)(
meses70para).996,0(68,0)(
)()(
32,0
0
t t
t tt
tt
t
ξ = 2 – 0,6773 = 1,3227
Estes valores podem ser obtidos na Tabela 17.1 da NBR 6118:2003.
ρ ?= 0 (não existe armadura negativa)
3227,1
'.501
=α
ρ+
ξ∆
=α
f
f
af =? ai .αf? = 0,0023 .1,3227 = 0,003 m (flecha diferida)
f) Flecha total
Se levado em consideração que a estrutura esteja em ESTÁDIO I, temos:
aT = a0 (1+ϕ), onde ϕ (t, t0) é encontrado na Tabela 8.1 da NBR 6118:2003.
Se for levado em consideração que a estrutura esteja no ESTÁDIO II, como neste caso, temos:
aT = ?ai?(1+??αf)? = 0,0023(1 + 1,3227) = 0,00534 m
Verificando os limites para deslocamentos:
aq+g ≤ lx / 250 = 4/250 = 0,016 m (Atende o limite).
As flechas nas lajes L2 e L3 são menores que a da laje L1 estando, portanto, em situação mais
favorável.
229
230
1.5. Verificação da fissuração (Estado Limite de Serviço - ELS)
O cálculo da fissuração é feito no Estádio II e a verificação da abertura máxima da fissura é
feita, conforme a NBR 6118:2003.
Figura 4 – Área de influência para a consideração da abertura de fissuras
O atendimento aos limites de aberturas de fissuras pode ser expresso como:
σ
η
φ
=
+
ρ
σ
η
φ
=
≤
ctmsi
2
1
1
2
risi
si
1
1
1
.
.3
.
.5,12
45
4
.
.5,12
fE
w
E
w
w
si
Onde:
Acri é a área da região de envolvimento protegida pela barra φi;
Esi é o módulo de elasticidade do aço da barra considerada (φi);
φi é o diâmetro da barra que protege a região de envolvimento considerada;
ρri é a taxa de armadura em relação à área da região de envolvimento (Acri);
σsi é a tensão de tração no centro de gravidade da armadura, no Estádio II;
η1 é o coeficiente de conformação da armadura (1 em barras lisas, 1,4 barras dentadas e 2,25
barras nervuradas)
Figura 5 – Área crítica da abertura de fissuras segundo NBR 6118:2003
7,5 φ
7,5 φ 7,5 φ
c
Acrit
7,5φ
7,5φ
7,5φ 7,5φ
7,5φ 7,5φ
c < 7,5φ
a
(a < 15 φ)
Ac
231
Para a Laje L1:
Acri = 15φ(c+7,5φ ) , onde 15φ < espaçamento
15φ =15.0,8 = 12 cm > 10 cm
Acri = 10. (7,5.0,8+,5.0,8+2) = 84
mm118,0
256,0.21000
30,27.3
.
25,2.5,12
8
mm04,045
063,0
4
21000
30,27
.
25,2.5,12
8
/2565,0
/21000
/3,27
25,5.5,7.8,0
860
..8,0
%3,60625,0
84
25,5
2
2
1
2
ctm
2
si
2
s
d
cri
s
==
=
+=
=
=
===σ
====ρ
w
w
cmkNf
cmkNE
cmkN
Ad
M
A
A
si
cri
w = 0,038 mm < wklim (Tabela 13.3da NBR 6118)
w < 0,4 mm Verificado.
232
my3
m
x3
2. Exemplo 2: Lajes armadas nas 2 direções
Calcular e detalhar as lajes esquematizadas na Figura. 6
Dados:
fck = 25 MPa (C25)
Aço CA50
cs = 1,5 cm (cobrimento superior das armaduras das lajes)
ci = 2,0 cm (cobrimento inferior das armaduras das lajes)
q = 2,0 kN/m2 (carga acidental)
h = 10 cm
vigas: bw = 12 cm
Figura 6 – Exemplo 2
ly1=ly3=400cm ly2=ly4=400cm
lx
3=
lx
=3
50
cm
my1
L2
h=10
L3
h=10
L4
h=10
m
x1
m
x1
my1
my3
m
x3
L5 L6
L1
h=10
lx
1=
lx
2=
35
0c
m
m12
m34
233
a) determinação das cargas
§ peso próprio = 0,10.25 = 2,5 kN/m2
§ revestimento = 1,0 kN/m2
§ g (carga permanente) = 3,5 kN/m2
§ q (carga acidental) = 2,0 kN/m2
§ p (carga total) = g + q = 5,5 kN/m2
b) Momentos fletores
b.1) lajes isoladas
Tem-se L1 = L2 e L3 = L4 = L5 = L6.
Laje Tipo lx ly p ly/lx αx αy − βx − βy mx my m'x m’y
L1 3 3,5 4,0 5,5 1,14 28,0 33,9 12,0 13,3 2,4 2,0 -5,6 -5,1
L3 5B 3,5 4,0 5,5 1,14 32,0 47,1 14,2 17,6 2,1 1,4 -4,7 -3,8
b.2)nos apoios contínuos
Apoio m’esq m’dir 0,8m’maior m’médio m’ij
L1-L2 m’y= – 5,1 m’y= – 5,1 – 4,1 – 5,1 m’12 = – 5,1
L1-L3 m’x= – 5,6 m’x= – 4,7 – 4,5 – 5,2 m’13 = – 5,2
L3-L4 m’y= – 3,8 m’y= – 3,8 – 3,0 – 3,8 m’34 = – 3,8
L3-L5 m’y= – 4,7 m’x= – 4,7 – – m’35 = – 4,7
b.3) armaduras de flexão
As armaduras mínimas foram calculadas com base na Tabela 19.1 da NBR 6118:2003.
c) Arranjo das armaduras
Laje d m md x As
ρmin
%
Asmin Asf Escolha
8,0 mx = 240 336 0,35 0,98 1,00
7,5 my = 200 280 0,34 0,87
0,10 1,00
1,00
φ5c/20
8,0 m’12 = 510 714 0,76 2,13 2,13 φ6,3c/15
L1
e
L2
8,0 m’13 = 520 728 0,78 2,18
0,15 1,50
2,18 φ5c/16
8,0 mx = 210 294 0,3 0,86 1,00
7,5 my = 140 196 0,22 0,7
0,10 1,00
1,00
φ5c/20
8,0 m’34 = 380 532 0,56 1,57 1,50 φ5c/12
L3
L4
L5
e
L6
8,0 m’35 = 470 658 0,70 1,96
0,15 1,50
1,96 φ6,3c/16
As armaduras estão esquematizadas na Figura 7.
234
400
L2
h=10
L3
h=10
L4
h=10
L5 L6
L1
h=10
35
0
175
N1 - 23 Ø 6.3 C/15 C= 187
6 6
74
N3 - 18 Ø 6.3 C/20 C= 96
16 6
408
> 10ø
N2 - 18 Ø 5 C/20 C= 414
6
175
N4 - 28 Ø 5 C/12 C= 187
6 6
408 6
74
16 6
17
5
6
6
17
5
N
5
- 2
0
Ø
5
C
/2
0
C
=
36
4
6
6
6
35
8
35
0
N2 - 18 Ø 5 C/20 C= 414
35
8
N3 - 18 Ø 6.3 C/20 C= 96
10
ø
>
10
cm
N
6
- 2
5
Ø
6
.3
C
/1
6
C
=
18
7
N
6
- 2
5
Ø
6
.3
C
/1
6
C
=
18
7
N
5
- 2
0
Ø
5
C
/2
0
C
=
35
8
Figura 7 - Armaduras
235
2.1. Verificação ao cisalhamento (Estado Limite Último - ELU)
(Item 19.4 da NBR 6118:2003)
A verificação ao cisalhamento nas lajes é feita da seguinte maneira:
VSd ≤ VRd1
A resistência de projeto ao cisalhamento é dada por:
VRd1 = [τRd .k (1,2 + 40. ρ1) + 0,15.σcp] bw.d
onde:
τRd = 0,25 fctd = 0,32 MPa (Item 8.25 da NBR 6118)
fctd = fctk,inf / γc = 1,282 MPa
fctk,inf = 0,7.fctm = 0,7. 2,565 = 1,795 MPa
fctm = 0,3.fck2/3 = 0,3.252/3 = 2,565 MPa
ρ1 = Asx /bw. d = 1 /100 . 7,5 = 0,133% (não maior que 0,02)
k = [1,6 – d] [m] = 1,6 – 0,075 = 1,525 > 1,0
onde:
Asx = 1 cm2 (considerando toda a armadura)
bw = 100 cm (largura mínima da seção ao longo da altura útil d);
NSd = 0 pois não existe força longitudinal na seção devida à protensão ou carregamento.
σcp = NSd / Ac = 0
Assim,
VRd1 = [τRd .k (1,2 + 40. ρ1) + 0,15.σcp] bw.d = [0,032.1,525(1,2 + 40.0,00133)+ 0]100.7,5
VRd1 = 45,86 kN/m
VSd = px . γf = 4,82 .1,4 = 6,7 kN/m
VRd1 = 45,86 > 6,7 = VSd
Não há a necessidade de estribos
NOTA: Quando se tratar de lajes maciças em concreto armado, sujeita a elevadas cargas
acidentais, é possível chegar a valores críticos, com a utilização desta formulação.
Neste caso pode-se utilizar a formulação descrita no comentário C19.4.1.
236
2.2. Verificação da flecha (Estado Limite de Serviço - ELS) – Laje L1 (CQP)
a) Cálculo do Momento de FissuraçãoMr = (α.fct,m. Ic)/yt = (1,5 . 1795.8,34.10-5) / 0,05 = 4,5 kN.m
onde:
α = 1,5 para seção retangular;
fct = fctk,inf para no estado limite de formação de fissuras; ou fct,m no limite de deformação
excessiva
Ic = b.h3/12 que é momento de inércia da seção de base 100 cm – ESTÁDIO I;
yt = 0,05 cm (distância do centro de gravidade à fibra mais tracionada)
Como:
Mr = 4,5 kN.m > Ma = 1,79 kN.m
Não se faz necessário o cálculo da flecha no ESTÁDIO II.
b) Flecha imediata
ai = (b.p.lx4) / 12.E.I0 . α2 = (1.4,1.3,54) / 12.1983,34.31,7 = 0,000 815 m
onde:
α2 = 31,7 (laje tipo 1 com ly/lx = 1,00)
(Foram utilizadas as Tabelas de CZERNY para o cálculo de ai)
p = g + α2 q = 4,1 kN/m2 (valor da carga para a combinação quase permanente (α2 = 0,3
para edifícios residenciais).
c) Flecha diferida no tempo
Considerando a umidade relativa do ar em 40%, a espessura fictícia da peça em 20 cm e um
período de 60 dias, ϕ(60, t0) = 3 é encontrado na Tabela 8.1 da NBR 6118:2003.
af = ?ai. ϕ (t, t0)?= 0,000 815.3,0 = 0,002 445 m
d) Flecha total
Como está sendo levado em consideração que a estrutura esteja no ESTÁDIO I, tem-se:
aT = a0 (1+ϕ)
aT = 0,000 815 (1+3) = 0,003 26 mm
e) Verificando os limites para deslocamentos
aq+g ≤ lx / 250 = 3,5/250 = 0,014 m (Atende o Limite)
237
2.3. Verificação da fissuração (Estado Limite de Serviço - ELS)
O cálculo da fissuração é feito no Estádio II e a verificação da abertura máxima da fissura é
feita, conforme a NBR 6118:2003.
Figura 8 – Área de influência para a consideração da abertura de fissuras
σ
η
φ
=
+
ρ
σ
η
φ
=
≤
ctmsi
2
si
1
1
2
risi
si
1
1
1
.
.3
.
.5,12
45
4
.
.5,12
fE
w
E
w
w
onde:
Acri é a área da região de envolvimento protegida pela barra φi;
Esi é o módulo de elasticidade do aço da barra considerada (φi);
φi é o diâmetro da barra que protege a região de envolvimento considerada;
ρri é a taxa de armadura em relação à área da região de envolvimento (Acri);
σsi é a tensão de tração no centro de gravidade da armadura, no Estádio II;
η1 é o coeficiente de conformação da armadura (1 em barras lisas, 1,4 barras dentadas e 2,25
barras nervuradas)
Figura 9 – Área crítica da abertura de fissuras segundo NBR 6118
7,5 φ
7,5 φ 7,5 φ
c
Acrit
7,5φ
7,5φ
7,5φ 7,5φ
7,5
φ
7,5
φ
c < 7,5φ
a
(a < 15
φ)
Ac
238
mmw
mmw
cmkNf
cmkNE
cmkN
Ad
M
A
A
ctm
si
s
d
si
crit
s
cri
086,0
256,0.21000
37,29.3
.
25,2.5,12
5
05,045
0254,0
4
21000
37,29
.
25,2.5,12
5
/2565,0
/21000
/37,29
1.8.8,0
188
..8,0
%54,20254,0
38,39
1
2
2
1
2
2
2
==
=
+=
=
=
===σ
====ρ
w = 0,05 mm < wklim (Tabela 13.3 – NBR 6118)
w < 0,4 mm (verificado).
239
EXEMPLOS DE APLICAÇÃO DOS CONCEITOS DA SEÇÃO 19
PUNÇÃO EM LAJES LISAS: EXEMPLOS DE CÁLCULO
Autores:
José Luiz P. Melges (1); Libânio M. Pinheiro (2); Fernando R. Stucchi (3)
Revisora:
Nilvea Bugno Zamboni (4)
(1) Professor Doutor, Departamento de Engenharia Civil
UNESP, Faculdade de Engenharia Civil de Ilha Solteira
E-mail: jlmelges@dec.feis.unesp.br
(2) Professor Doutor, Departamento de Engenharia de Estruturas
USP, Escola de Engenharia de São Carlos
E-mail: libanio@sc.usp.br
(3) Professor Livre-Docente, Departamento de Engenharia de Estruturas e Fundações
USP, Escola Politécnica
E-mail: fernando.stucchi@poli.usp.br
(4) Eng. Civil, Diretora da ProjNet Engenharia Ltda.
E-mail: nilvea@projnet.com.br
1. Introdução
O sistema estrutural conhecido como lajes lisas, no qual as lajes estão diretamente apoiadas
nos pilares, pode oferecer diversas vantagens técnicas com relação ao sistema convencional
de lajes, vigas e pilares, sendo mais econômico em muitos casos.
Uma das grandes desvantagens das lajes lisas, protendidas ou não, é a possibilidade da
punção da laje pelo pilar. A punção é um tipo de ruína que pode ocorrer quando forças
concentradas, ou atuando em pequenas áreas, são aplicadas diretamente nas lajes, causando
a sua perfuração. Como exemplo desta situação, tem-se a reação do pilar ao carregamento
aplicado na laje, quando esta se apóia diretamente no pilar. É importante destacar que, no
caso de edifícios de vários pavimentos, a ação concentrada que irá provocar a punção de uma
determinada laje está relacionada aos carregamentos aplicados nesta laje, e não diretamente à
força normal que atua no pilar. Um outro ponto importante é que a NBR 6118: 2003 leva em
consideração o efeito de momentos fletores transferidos do pilar para a laje, na resistência da
ligação. A punção está associada a esforços de cisalhamento e provoca uma separação
completa entre a laje e o pilar. Como este tipo de ruína é frágil, deve-se, como diretriz de
projeto, garantir que, caso a ruína ocorra, ela não se dê por punção, mas sim por flexão.
240
2. Punção
A superfície de ruína para pilares internos, com lajes e carregamento simétricos (casos
simétricos), apresenta uma forma troncônica ou tronco-piramidal, partindo do contorno da área
carregada e se estendendo até a outra face, com uma inclinação entre 30° a 35°, em relação
ao plano médio da laje (figura 1).
a) Planta b) Corte A-A c) Perspectiva
Figura 1 – Superfície de ruína para casos simétricos
Para pilares de borda e de canto (casos assimétricos), mostrados nas figuras 2 e 3,
respectivamente, a superfície de ruína se altera junto às bordas livres, permanecendo, no
entanto, com a mesma forma dos casos simétricos, junto ao canto interno dos pilares de canto
e junto à face interna dos pilares de borda. Esta modificação na superfície de ruína se deve,
principalmente, à presença de momentos torçores e fletores, nestes tipos de ligações.
Perspectiva
Figura 2 – Superfície de ruína para pilares de borda
241
Perspectiva
Figura 3 – Superfície de ruína para pilares de canto
Nos casos em que é necessário aumentar a resistência da ligação laje-pilar, soluções comuns
como capitéis e “drop panels” podem ser indesejáveis do ponto de vista arquitetônico ou
construtivo. Sendo assim, o uso de armaduras de cisalhamento para o combate à punção, ou,
simplesmente, armaduras de punção, é uma alternativa vantajosa do ponto de vista estrutural,
uma vez que este tipo de reforço, além de aumentar a resistência, aumenta também a
ductilidade da ligação, contribuindo para a mudança do tipo de ruína frágil para dúctil.
Conforme estudos realizados por REGAN (1985) e GOMES (1991), a superfície de ruína pode
ser alterada se houver, na laje, a presença de armaduras de punção. Embora a ruptura por
cisalhamento também seja possível, considerando-se a laje como sendo uma viga de grande
largura, ela é pouco provável no caso das lajes lisas. Deste modo, desde que algumas
condições sejam respeitadas, existem basicamente três possibilidades de ruptura: na primeira,
a superfície de ruína atravessa a região armada; na segunda, com o aumento da quantidade
de armadura nessa região, a superfície de ruína transfere-se para outra, localizada além da
região armada, e, na terceira, quando se tem uma extensa região com armadura de punção,
suficiente para se evitar a primeira possibilidade de ruína mencionada, a superfície de ruína
transfere-se para a região localizada entre a face do pilar e a primeira linha de armadura de
punção (figura 4).
a) Atravessando a região armada
b) Além da região armada
c) Entre o pilar e a armadura de punção
Figura 4 – Posições das superfícies de ruína para lajes com armadura de punção
Fissuras “costuradas” pela
armadura de punção
Fissura “costurada” pela
armadura de punção
242
A Norma menciona que, como armadura de punção, podem ser usados estribos ou conectores
tipo pino, mostrados nas figuras5 e 6, respectivamente. Ela menciona que, no caso de
estribos, pressupõe-se o contato metálico entre as barras longitudinais e os cantos dos
estribos.
É de vital importância que a armadura esteja devidamente ancorada, pois, caso contrário, será
considerada uma resistência adicional na ligação que, na realidade, não existe. Não deve
haver folga na região de contato da armadura de flexão com os ganchos dos estribos e, no
caso dos conectores tipo pino, deve-se garantir que a armadura de flexão negativa esteja
abaixo da chapa de ancoragem superior do conector (figura 7).
Figura 5 – Estribos
Figura 6 – Conectores tipo pino
a) ganchos b) conectores tipo pino
Figura 7 - Ancoragem
A Norma menciona ainda que a disposição dessa armadura em relação ao pilar pode assumir
os seguintes formatos: disposição em cruz (figura 8) e disposição radial (figura 9). Embora
243
uma disposição de conectores uniformemente distribuídos na região próxima ao pilar também
seja possível, um estudo realizado por MELGES & PINHEIRO (2004) mostra que ela pode
exigir um consumo maior de armadura, quando comparada com as outras opções
mencionadas (figura 10).
(DILGER, 1990)
Figura 8 – Disposição em cruz
(MOTA, 2004)
Figura 9 – Disposição radial
Figura 10 – Disposição uniforme de armadura de punção
244
Outro ponto de destaque é o problema do colapso progressivo.
Em um edifício, a ruína localizada de uma ligação aumenta a força e a excentricidade nos
pilares próximos, podendo desencadear a ruína generalizada de um pavimento e, até, de uma
estrutura, se os painéis de laje caírem uns por cima dos outros.
Essa sucessão de ruínas dos painéis é chamada de colapso progressivo, e ocorre devido à
capacidade inadequada de uma ligação de absorver as tensões residuais de cisalhamento,
relacionadas ao comportamento pós-punção.
A principal medida para se evitar o colapso progressivo é garantir a ductilidade da ligação laje-
pilar.
As armaduras negativas, posicionadas na parte superior da laje, podem até aumentar a
resistência da ligação, mas não a sua ductilidade.
Quando tem início o fenômeno da punção, elas tendem a romper o cobrimento superior, no
ponto em que a fissuração começou, deformando consideravelmente a laje (figura 11a).
As armaduras de punção até proporcionam um certo aumento de ductilidade, porém, muitas
vezes são insuficientes para evitar o colapso progressivo.
A solução que vem demonstrando melhores resultados é a utilização de barras na face inferior
da laje (armadura positiva), passando pelos pilares ou ancoradas neles.
Essa disposição é bastante efetiva na absorção das tensões residuais de cisalhamento,
contribuindo para a melhoria do comportamento pós-punção, principalmente pelo chamado
efeito pino (dowel action, Figura 11b). Para isso, é essencial que a ancoragem das barras
esteja além do “cone” de punção.
Essa solução foi estudada por MELO (1994), que comprovou experimentalmente sua
eficiência, desde que a armadura seja corretamente detalhada.
Figura 11 – Comportamento da ligação laje-pilar após a ruína por punção (LIMA, 2001)
245
3. Método das Bielas e Tirantes
Para melhor compreender as recomendações da NBR 6118:2003, pode-se representar o
comportamento estrutural da laje por meio do Método das Bielas e Tirantes. Neste método,
considera-se o comportamento da estrutura de concreto armado semelhante ao
comportamento de uma estrutura composta por barras comprimidas e tracionadas, ligadas
entre si por meio de nós. As barras comprimidas (ou bielas) representam os campos de
compressão a serem resistidos pelo concreto. Já as barras tracionadas (ou tirantes)
representam os campos de tração a serem absorvidos pela armadura. Em alguns casos
específicos, os campos de tração também podem ser absorvidos pelo concreto, como, por
exemplo, no caso das lajes (figura 12). Detalhes a respeito da aplicação deste método ao
comportamento das lajes podem ser encontrados na FIP/99.
No caso da punção, para que a estrutura não entre em colapso, deve-se verificar a
possibilidade do esmagamento da biela, cuja resistência está relacionada à resistência do
concreto à compressão, bem como a possibilidade da ruína do tirante inclinado, cuja
resistência está relacionada à resistência do concreto à tração (figura 13). De modo a
simplificar essas verificações, ao invés de se trabalhar com tensões em bielas e em tirantes,
comparam-se determinadas tensões de cisalhamento com parâmetros de resistência.
Figura 12 – Esquema de bielas e tirantes para uma laje (figura adaptada da FIP/99)
a) Biela comprimida b) Tirante inclinado
Figura 13 – Situações possíveis: esmagamento da biela comprimida ou ruína do tirante
inclinado
246
4. Recomendações Normativas
A NBR 6118:2003 tem como base de suas verificações o método da superfície crítica. Neste
método, calcula-se uma tensão solicitante uniforme de cisalhamento em uma determinada
superfície crítica, perpendicular ao plano médio da laje, localizada a uma determinada distância
da face do pilar ou da área carregada (figura 14), e compara-se o valor obtido com uma
determinada tensão resistente.
Figura 14 - Superfície crítica
As superfícies críticas são definidas como sendo o produto de perímetros críticos pela altura útil
da laje. Na figura 15 estão mostrados os perímetros críticos usados para a verificação da
punção em pilares internos, de borda e de canto, para ligações sem e com armadura de
punção.
Quando não for prevista armadura de punção, duas verificações devem ser feitas:
- verificação da compressão do concreto, no contorno C ( sd2Rd τ≥τ )
- verificação da punção, no contorno C’ ( sd1Rd τ≥τ )
Quando for prevista armadura de punção, três verificações devem ser feitas:
- verificação da compressão do concreto, no contorno C ( sd2Rd τ≥τ )
- verificação da punção, no contorno C’ ( sd3Rd τ≥τ )
- verificação da punção, no contorno C” ( sd1Rd τ≥τ )
C, C’ e C” são os perímetros críticos, respectivamente, na face do pilar, à distância 2d da face
do pilar e à distância 2d da última linha de armaduras. A determinação de cada um dos
contornos críticos C, C’ e C” varia de acordo com a posição do pilar na estrutura (figura 15).
247
Figura 15 - Perímetros críticos para pilares internos, de borda e de canto (GUARDA et al.,
2000)
4.1 Cálculo das Tensões Resistentes
Para o cálculo das tensões resistentes, são utilizadas as expressões indicadas a seguir.
4.1.1 Na face do pilar (contorno C)
cdv2Rd 27,0 f⋅α⋅=τ (Equação 1)
sendo:
αv - coeficiente de efetividade do concreto, dado por
−=α
250
1 ck
f
v , fck em MPa;
fck - resistência característica à compressão do concreto;
fcd - resistência de cálculo à compressão do concreto.
4.1.2 A 2d da face do pilar (contorno C’), em lajes sem armadura, ou a 2d da última linha
de conectores (contorno C”), em lajes armadas
( ) 31ck1Rd 100
20
113,0 f
d
⋅ρ⋅⋅
+⋅=τ (Equação 2)
sendo:
fck - resistência característica à compressão do concreto, em MPa;
d - altura útil da laje no contorno crítico estudado, em centímetros, dada por
2
yx dd
d
+
= ,
como indicado na figura 16;
ρ - taxa geométrica de armadura longitudinal, dada por yx ρ⋅ρ=ρ .
Para o cálculo de ρx e ρy, que representam as taxas de armaduras ortogonais, nas direções x e
y, respectivamente, deverá ser considerada uma faixa de largura igual à dimensão do pilar,
mais 3d para cada lado, ou até a borda, se for mais próxima (figura 16).
248
Figura 16 - Altura útil (d) da laje e seção para o cálculo da taxa de armadura (ρ)
4.1.3 A 2d da face do pilar (contorno C’), em lajes armadas
( )
du
fA
s
d
f
d ⋅
α⋅⋅
⋅⋅+⋅ρ⋅⋅
+⋅=τ
sen
5,1100
20
110,0
ywdsw
r
3
1ck3Rd (Equação 3)
sendo:
Asw - área da armadura de punção num contorno paralelo a C’ (figura 17);
fywd - resistência de cálculo da armadura de punção, em MPa;
O valor de fywd não poderá ser superior a 300 MPa (para conectores) para lajes de altura até 15
cm. Se essa altura for superior a 35 cm, fywd poderá chegar a 435 MPa. Para valores
intermediários da altura da laje, permite-se fazer interpolação linear.
α - inclinação entre o eixo da armadura de punção e o plano da laje;
sr - espaçamento radial entre linhas de conectores;
u - perímetro crítico do contorno C’, que varia de acordo com a posição do pilar.
Figura 17 - Contorno paralelo a C’ com armadura total Asw
4.2 Cálculo das Tensões Solicitantes
As tensões solicitantes variam de acordo com a posição dos pilares e, é claro, com o tipo de
carregamento a que eles estiverem submetidos.
249
4.2.1 Pilar interno, com carregamento simétrico
du
Fsd
⋅
=τsd (Equação 4)
sendo:
FSd - força normal de cálculo, dada por d1d2Sd NNF −= (figura 18). A NBR 6118:2003 permite
também uma redução da reação do pilar para a verificação da punção, de valor igual ao da
força distribuída aplicada na face oposta da laje, dentro do perímetro crítico;
a) Esquema dos esforços na ligação
laje-pilar
b) Distribuição de tensões na superfície de
controle devida a um momento de transferência
da laje ao pilar
Figura 18 – Determinação de FSd e MSd (STUCCHI & KNAPP, 1993)
d - altura útil da laje no contorno crítico estudado;
u - perímetro crítico do contorno estudado (tabela 1);
c1 e c2 - dimensões do pilar;
p - distância da face do pilar até a última linha de conectores.
Tabela 1 – Perímetros críticos para pilares internos
Contorno Crítico Perímetro Crítico u
C
)(2 21 ccu +⋅=
C’
dccu ⋅π⋅++⋅= 4)(2 21
C”
u : depende da distribuição de armadura adotada. No caso da
figura 15, tendo-se uma distribuição radial em relação aos cantos do
pilar, tem-se a seguinte expressão:
pdccu ⋅π⋅+⋅π⋅++⋅= 24)(2 21
250
4.2.2 Pilar interno, com momento em uma direção
dW
MK
du
F
sd ⋅
⋅
+
⋅
=τ
p
SdSd (Equação 5)
sendo:
K - coeficiente que fornece a parcela de momento que é transmitida ao pilar por cisalhamento,
e depende da relação
2
1
c
c
entre as dimensões do pilar (figura 19);
Tabela 2 - Valores do coeficiente K
c1/c2 0,5 1 2 3
K 0,45 0,60 0,70 0,80
c1 - dimensão do pilar na direção da excentricidade;
c2 - dimensão do pilar na direção perpendicular à excentricidade;
Figura 19 – Dimensões de c1 e c2
MSd - momento desbalanceado de cálculo, dado por d1d2Sd MMM += (figura 18);
Wp - módulo de resistência plástica do perímetro crítico (tabela 3), dado por ∫ ⋅=
u
de W
0
p l ,
onde
dl é o comprimento infinitesimal de u e e é a distância de dl ao eixo que passa pelo centro do
pilar e em torno do qual atua MSd.
Tabela 3 - Valores de Wp para pilares internos
Contorno
Crítico Wp
C Não se considera a influência do momento fletor neste perímetro crítico.
C’ 1
2
221
2
1
p 21642
dcddccc
c
W π++++=
C”
pW : depende da distribuição de armadura. No caso da figura 15, para distribuição
radial em relação aos cantos do pilar, tem-se a expressão:
pcpdppcdcddccc
c
WW pp 1
2
21
2
221
2
1
21 416221642
π++++π++++==
Observação: os valores de Wp, u e d, em cada verificação, correspondem ao contorno estudado.
4.2.3 Pilar interno, com momentos nas duas direções
dW
MK
dW
MK
du
FS
sd ⋅
⋅
+
⋅
⋅
+
⋅
=τ
2p
2Sd2
1p
Sd11d (Equação 6)
251
sendo:
MSd1 e MSd2 - momentos desbalanceados de cálculo;
K1 e K2 - coeficientes dados pela tabela 2.
Valem as mesmas definições anteriores. Observa-se que, para o cálculo das grandezas de
cada uma das parcelas dos momentos, as dimensões c1 e c 2 se invertem (figura 20).
c1
c2M sd1
M sd2
c2
c1
Figura 20 - Dimensões c1 e c2 para pilares internos com momentos nas duas direções
4.2.4 Pilar de borda, sem momento paralelo à borda livre
dW
MK
du
F
sd ⋅
⋅
+
⋅
=τ
1p
Sd1Sd
*
(Equação 7)
sendo:
u* - perímetro crítico reduzido do contorno estudado (figura 21 e tabela 4).
Figura 21 - Perímetro crítico reduzido para o contorno C’ em pilares de borda
252
Tabela 4 - Perímetros críticos reduzidos para pilares de borda
Contorno
Crítico
Perímetro Crítico Reduzido u*
C 22* cau +⋅=
C’ dcau ⋅π⋅++⋅= 22* 2
C”
*u : depende da distribuição de armadura. No caso da figura 15, para
distribuição radial em relação aos cantos do pilar, tem-se a expressão:
pdcau ⋅π+⋅π⋅++⋅= 22* 2
a - menor valor entre 1,5 d e 0,5 c1;
MSd - momento de cálculo resultante, dado pela expressão 0*)( 1 ≥−= SdSdSd MMM ;
MSd1 - momento no plano perpendicular à borda livre;
MSd* - momento resultante da excentricidade do perímetro crítico reduzido u* em relação ao
centro do pilar, no plano perpendicular à borda livre, ou seja, ** eFM SdSd ⋅= ;
e* - excentricidade do perímetro crítico reduzido (figura 22 e tabela 5), dada por:
∫
∫ ⋅
=
*
0
*
0*
u
u
d
de
e
l
l
2dab
e*
2d
2d
2d
1c / 2
c1
2c
Borda livre da laje
a ≤ 1,5d ou 0,5c
Perímetro crítico reduzido u*
Figura 22 - Excentricidade do perímetro crítico reduzido para o contorno C’ em pilares de
borda
253
Tabela 5 - Excentricidades dos perímetros críticos reduzidos para pilares de borda
Contorno Crítico Excentricidade do perímetro crítico e*
C Não se considera a influência do momento fletor neste perímetro crítico
C’
dca
cdddc
cc
aac
e
⋅π⋅++⋅
⋅⋅π+⋅+⋅⋅+
⋅
+−⋅
=
22
82
2*
2
1
2
2
212
1
C”
e*: depende da distribuição de armadura. No caso da figura 15, para
distribuição radial em relação aos cantos do pilar, tem-se a expressão:
pdca
p
cp
pdpc
cdddc
cc
aac
e
⋅π+⋅π⋅++⋅
⋅+
⋅⋅π
+⋅⋅+⋅+
+⋅⋅π+⋅+⋅⋅+
⋅
+−⋅
=
22
2
2
8
82
2
*
2
21
2
1
2
2
212
1
Wp1 - módulo de resistência plástica na direção perpendicular à borda livre (tabela 6)
Tabela 6 - Valores de Wp1 para pilares de borda
Contorno
Crítico Wp1
C Não se considera a influência do momento fletor neste perímetro crítico
C’ 1
2
2
21
2
1
1 8222
cdddc
ccc
Wp ⋅⋅π+⋅+⋅⋅+
⋅
+=
C”
1pW : depende da distribuição de armadura. No caso da figura 15, para
distribuição radial em relação aos cantos do pilar, tem-se a expressão:
21
21
2
2
21
2
1
1 22
882
22
p
cp
pdpccdddc
ccc
Wp ⋅+
⋅⋅π
+⋅⋅+⋅+⋅⋅π+⋅+⋅⋅+
⋅
+=
4.2.5 Pilar de borda, com momento paralelo à borda livre
dW
MK
dW
MK
du
F
p
Sd
p
SdSd
sd ⋅
⋅
+
⋅
⋅
+
⋅
=τ
2
22
1
1
*
(Equação 8)
onde valem as mesmas definições anteriores, e mais:
MSd2 - momento no plano paralelo à borda livre;
Wp2 - módulo de resistência plástica na direção paralela à borda livre (tabela 7);
254
Tabela 7 - Valores de Wp2 para pilares de borda
Contorno
Crítico Wp2
C Não se considera a influência do momento fletor neste perímetro crítico
C’ 2
2
121
2
2
2 844
cdddccc
c
Wp ⋅⋅π+⋅+⋅⋅+⋅+=
C”
2pW : depende da distribuição de armadura. No caso da figura 15, para
distribuição
radial em relação aos cantos do pilar, tem-se a expressão:
22
12
2
121
2
2
2 22
8284
4
p
cp
pdpccdddccc
c
Wp ⋅+
⋅⋅π
+⋅⋅+⋅⋅+⋅⋅π+⋅+⋅⋅+⋅+=
K2 - coeficiente dado pela tabela 2, mas que depende da relação
1
2
2 c
c
⋅
.
4.2.6 Pilar de canto
As verificações são realizadas, separadamente, para cada uma das direções, sendo que, para
cada borda adotada, deverá ser considerado o momento no plano perpendicular a ela (figura
23). Assim, valem as disposições para pilares de borda, sem momento no plano paralelo à
borda livre.
Figura 23 - Situações para verificação de pilares de canto
O coeficiente K1 é obtido normalmente de acordo com a tabela 2, sendo c1 sempre o lado
perpendicular à borda adotada(figura 23).
O perímetro crítico reduzido u* (figura 24) tem os valores indicados na tabela 8.
A excentricidade do perímetro crítico e* (figura 25) tem os valores indicados na tabela 9.
O módulo de resistência plástica Wp1 tem os valores dados na tabela 10.
255
2d
2d
c
Bordas livres da laje
a ≤ 1,5d ou 0,5c
Perímetro crítico u Perímetro crítico
2d
2d
reduzido u*
Figura 24 - Perímetro crítico reduzido para o contorno C’, em pilares de canto
Figura 25 - Excentricidade do perímetro crítico reduzido para o contorno C’, em pilares
de canto
Tabela 8 - Perímetros críticos reduzidos para pilares de canto
Contorno
Crítico Perímetro Crítico Reduzido u*
C 21* aau +=
C’ daau ⋅π++= 21*
C”
u*: depende da distribuição de armadura. No caso da figura 15, para
distribuição radial em relação aos cantos do pilar, tem-se a
expressão:
2
* 21
p
daau
⋅π
+⋅π++=
256
Tabela 9 - Excentricidades dos perímetros críticos reduzidos para pilares de canto
Contorno
Crítico Excentricidade do perímetro crítico e*
C Não se considera a influência do momento fletor neste perímetro crítico
C’ ( )daa
cdddacaaac
e
⋅π++⋅
⋅⋅π+⋅+⋅⋅+⋅+−⋅
=
21
1
2
212
2
111
2
84
*
C”
e*: depende da distribuição de armadura. No caso da figura 15, para
distribuição radial em relação aos cantos do pilar, tem-se a expressão:
⋅π+⋅π++⋅
⋅+
⋅⋅π
+⋅⋅+⋅⋅+
⋅⋅π+⋅+⋅⋅+⋅+−⋅
=
2
2
2
2
82
84
*
21
21
2
1
2
212
2
111
p
daa
p
cp
pdpa
cdddacaaac
e
Tabela 10 - Valores de Wp1 para pilares de canto
Contorno
Crítico
Wp1
C
O conceito de 1pW não se aplica a este contorno crítico pois, na verificação
deste perímetro crítico, não se considera a influência do momento fletor
C’
2
42
24
12
2
21
2
1
1
cd
ddc
ccc
Wp
⋅⋅π
+⋅+⋅⋅+
⋅
+=
C”
1pW : depende da distribuição de armadura. No caso da figura 15, para
distribuição radial em relação aos cantos do pilar, tem-se a expressão:
21
2
12
2
21
2
1
1 4
4
2
42
24
p
cp
pdpc
cd
ddc
ccc
Wp +
⋅⋅π
+⋅⋅+⋅+
⋅⋅π
+⋅+⋅⋅+
⋅
+=
4.3 Disposições Construtivas
A armadura de punção deve ser constituída de pelo menos três linhas de conectores tipo pino,
dispostas, por exemplo, como indicado nas figuras 15 e 26. Para os pilares de borda e canto,
recomenda-se dispor os conectores além do perímetro crítico reduzido, apesar dessa área de
aço não ser computada na verificação.
Figura 26 - Disposições das armaduras de punção
Para garantir a absorção das tensões cisalhantes, há necessidade de se atenderem aos
espaçamentos máximos indicados na figura 27: sr ≤ 0,75d (entre duas linhas de conectores),
257
so ≤ 0,5d (entre a face do pilar e a primeira linha de conectores) e se ≤ 2d (entre os conectores
mais afastados do pilar). Se este último limite não puder ser respeitado, parte do perímetro a
ser usado na verificação do contorno C” deverá ser desprezada.
Figura 27 – Espaçamentos das armaduras de punção
As extremidades dos conectores devem estar ancoradas fora do plano da armadura de flexão
da laje e as placas de ancoragem (superior e inferior), devem atender aos limites mínimos,
indicados na figura 28.
Figura 28 – Detalhes dos conectores
Para a proteção contra o colapso progressivo, a armadura de flexão positiva, mostrada na
figura 28, que atravessa o contorno C, deve estar ancorada além do perímetro C’ e deve
satisfazer à condição:
sdyds FfA ≥⋅
sendo:
As - soma das áreas das barras que cruzam cada uma das faces do pilar
fyd - valor de cálculo da resistência do aço.
258
5. Exemplos
São apresentados exemplos adaptados de GUARDA et al. (2000).
5.1 Dados Iniciais
Para o pavimento mostrado na figura 29, serão estudadas as regiões dos pilares P1, P2 e P6.
Figura 29 - Forma do pavimento do exemplo (dimensões em centímetros)
5.2 Esforços
Os esforços nas ligações laje-pilar, mostrados na tabela 11, foram obtidos pelo processo dos
pórticos equivalentes conforme recomendações do ACI 318 (1999). Em função da dupla
simetria, foram definidas apenas duas faixas de projeto.
Tabela 11 – Esforços nas ligações laje-pilar
Esforço Pilar Dimensões
(cm x cm) N (kN) Mx (kN.m) My (kN.m)
P1 30 x 30 40,4 12,63 12,63
P2 40 x 30 123,9 28,39 28,56
P6 40 x 40 252,7 42,38 42,38
5.3 Armadura de flexão
O dimensionamento e o detalhamento da laje foram feitos de acordo com as recomendações
da NBR 6118:2003. Os detalhamentos das armaduras positiva e negativa, dispostas na direção
x, estão indicados nas figuras 30 e 31. Destaca-se que a edificação apresenta simetria com
relação às duas direções, x e y.
259
Figura 30 - Armadura positiva, simétrica nas
duas direções
Figura 31 - Armadura negativa, simétrica
nas duas direções
Deste ponto em diante, exceto onde indicado, os itens referem-se à NBR 6118:2003.
Considerando-se uma classe de agressividade ambiental II (ambiente urbano, tabela 6.1 da
Norma) e uma tolerância de execução em obras correntes (∆c) igual a 10 mm (item 7.4.7.3), o
cobrimento da armadura deveria ser igual a 25 mm (tabela 7.2 da Norma). No entanto, para
ambientes internos secos, é possível admitir um microclima com uma classe de agressividade
mais branda (um nível acima), conforme a tabela 6.1 da Norma. Sendo assim, adotou-se o
cobrimento (c) da armadura como sendo igual a 20 mm. As alturas úteis, nas direções x e y,
são calculadas pelas expressões:
cm chd x 5,152/0,12182/ =−−=φ−−=
cm dd xy 5,1415,15 =−=φ−=
Portanto, a altura útil considerada para esta laje será: cm
dd
d yx 15
2
=
+
=
Observação: para a face superior de lajes e vigas que serão revestidas com argamassa de
contrapiso, com revestimentos finais secos tipo carpete e madeira, com argamassa de
revestimento e acabamento tais como pisos de elevado desempenho, pisos cerâmicos, pisos
asfálticos e outros tantos, a NBR 6118:2003 permite que as exigências da tabela 7.2 sejam
substituídas pelas recomendações dadas no item 7.4.7.5, respeitando-se um cobrimento
nominal maior ou igual a 15 mm.
A resistência característica à compressão do concreto (fck) adotada foi de 30 MPa. Sendo
assim, a resistência de cálculo à compressão do concreto (fcd) é dada pela expressão:
MPa421
41
30
cd ,,
f ==
260
5.4 Pilar P6 (Pilar Interno)
Esforços atuantes na ligação:
§ kN8,3537,2524,1Sd F =⋅=
§ cmkN 9335m.kN33,5938,424,1y).(dir2Sdx)(direção1Sd ⋅==⋅== MM
5.4.1 Verificação do contorno C (face do pilar, item 19.5.3.1)
§ Tensão resistente (Equação 1): MPa 09,543,21
250
30
127,02Rd =⋅
−⋅=τ
§ Tensão solicitante: para este perímetro crítico, não se considera a influência do momento
fletor. A determinação da tensão solicitante deverá ser feita por meio da equação 4:
du
F
⋅
=τ SdSd , onde o perímetro do pilar interno é: u = 2 (40+40) = 160 cm
∴ MPa47,1
cm
kN
147,0
15160
8,353
2Sd
==
⋅
=τ
• Verificação:
MPa)47,1(MPa)09,5( Sd2Rd =τ≥=τ ⇒ OK
Observação: o valor de 2Rdτ poderia ter sido ampliado de 20%, uma vez que os vãos que
chegam a este pilar interno não diferem mais de 50% e não existem aberturas junto ao pilar
(item 19.5.3.1).
5.4.2 Verificação do contorno C´ (a 2d da face do pilar)
§ Tensão resistente (Equação 2, item 19.5.3.2)
De acordo com as figuras 31 e 32, tem-se que:
Quantidade de barras (q) = faixa / espaçamento
Espaçamento entre as barras: φ10 cd 18 + φ10 cd 18 = φ10 cd 9 cm
∴ barras144,14
9
15340153
≈=
⋅++⋅
=q (a favor da segurança, arredondar para menos)
005558,0
)401532(5,15
8,014
=
+⋅⋅⋅
⋅
=ρx
005942,0
)401532(5,14
8,014
=
+⋅⋅⋅
⋅
=ρy
005747,0005942,0005558,0 =⋅=ρ⋅ρ=ρ yx
Figura 32 – Seção para o cálculo de ρ
( ) MPa72,030005747,0100
15
20
113,0
31
Rd1 =⋅⋅⋅
+⋅=τ
§ Tensão solicitante (Equação 6, tabelas 1 e 3, item 19.5.2.2):
cmu 5,348154)4040(2 =⋅π⋅++⋅= tabelado)te(coeficien6,021 == KK
261
22
2
2p1p cm170124015215161540440402
40
=⋅⋅π⋅+⋅+⋅⋅+⋅+== WW
MPa 07,1107,00390,00677,0
1517012
59336,0
2
155,348
8,353
Sd ==+=
⋅
⋅
⋅+
⋅
=τ
2cm
kN
§ Verificação: MPa)07,1(MPa)72,0(1 =τ<=τ sdRd ⇒ Não OK! Armadura de punção!
Respeitando os espaçamentos mínimos, verificar a possibilidade de adotar armadura de
punção de conectores tipo pino φ 6,3 mm, aço CA-50, distribuídos em três linhas, num arranjo
como o da figura 33.
Figura 33 – Arranjo de conectores tipo pino para o pilar P6
Para conectores de aço CA-50, sendo 18 cm a espessura da laje:
1835
435
1535
300435 ywd
−
−
=
−
− f
⇒ MPa320ywd f =
A área de aço total em cada linha é dada por: 2sw cm12,532,016 A =⋅=
E assim, a nova tensão resistente, agora da região armada (item 19.5.3.3), é dada pela
Equação 3.
( ) MPa26,1705,0557,0
155,348
132012,5
10
15
5,130005747,0100
15
20
110,0
31
3Rd =+=⋅
⋅⋅
⋅⋅+⋅⋅⋅
+⋅=τ
§ Nova verificação: MPa)07,1(MPa)26,1( Sd3Rd =τ>=τ ⇒ OK
5.4.3 Verificação do contorno C” (a 2d da região armada, item 19.5.3.2)
§ Tensão resistente (Equação 2): MPa72,0Rd1 =τ (calculada no item anterior)
§ Tensão solicitante (Equação 6):
Com base na figura 34 e utilizando as tabelas 1 e 3, tem-se:
262
Figura 34 – Perímetro crítico além da região armada
cm2710107 p =++=
cm1,518272154)4040(2 u =⋅π⋅+⋅π⋅++⋅=
22
2
1p cm119272740274271516274024015215161540440402
40
=⋅⋅π+⋅+⋅⋅+⋅⋅+⋅⋅π⋅+⋅+⋅⋅+⋅+=W
quadrado)é(pilarcm11927 21p2p WW ==
Portanto:
§ Verificação: MPa)63,0(MPa)72,0( SdRd1 =τ>=τ ⇒ OK
5.4.4 Verificação do Colapso Progressivo (item 19.5.4)
Cada face do pilar é atravessada por 3 φ 10 mm (figura 30).
2cm6,98,012 As =⋅=
kN4,417
15,1
50
6,9yd fAs =⋅=⋅
dyds SFfA ≥⋅ ⇒ 8,3534,417 ≥ ⇒ OK
263
5.5 Pilar P2 (Pilar de Borda)
Esforços atuantes na ligação:
kN5,1739,1234,1Sd F =⋅=
cmkN 3975m.kN75,3939,284,1Sdx ⋅==⋅= M
cmkN 3998m.kN98,3956,284,1sdy ⋅==⋅= M
SdySd1 MM = (perpendicular à borda livre)
Sdx2Sd MM = (paralelo à borda livre)
cm301 c = (perpendicular à borda livre)
cm402 c = (paralelo à borda livre)
5.5.1 Verificação do contorno C (face do pilar, item 19.5.3.1)
§ Tensão resistente: MPa 09,52Rd =τ (já calculada no item 5.4.1 deste texto)
§ Tensão solicitante:
Utiliza-se a equação 7, desprezando-se o efeito do momento fletor:
du
F
⋅
=τ
*
Sd
Sd
Pela tabela 4:
=⋅=⋅
=⋅=⋅
≤
cm15305,0
cm5,22155,15,1
c0,5
d
a
1
cm15 a =
cm7040152* u =+⋅=
Portanto: MPa65,1
cm
kN
165,0
1570
5,173
2Sd
==
⋅
=τ
§ Verificação: )65,1()09,5( Sd2Rd MPaMPa =τ≥=τ ⇒ OK
5.5.2 Verificação do contorno C´ (a 2d da face do pilar)
§ Tensão resistente (Equação 2):
Com base nas figuras 16 e 31, tem-se:
a) Direção x
Quantidade de barras (q) = faixa / espaçamento
Espaçamento entre as barras: φ10 cd 16 + φ10 cd 16 = φ10 cd 8 cm
barras91,9
8
230153
≈=
−+⋅
=xq (a favor da segurança, arredondar para menos)
005465,0
)40153(5,15
8,09
=
+⋅⋅
⋅
=ρx
b) Direção y
Quantidade de barras (q) = faixa / espaçamento
Espaçamento entre as barras: φ 6,3 cd 11 cm
264
barras118,11
11
402153
≈=
+⋅⋅
=yq (a favor da segurança, arredondar para menos)
001867,0
)401532(5,14
32,011
=
+⋅⋅⋅
⋅
=ρy
c) Taxa de armadura: 003195,0001867,0005465,0 =⋅=ρ⋅ρ=ρ yx
Portanto: ( ) MPa60,030003195,0100
15
20
113,0
31
Rd1 =⋅⋅⋅
+⋅=τ
§ Tensão solicitante (Equação 8):
Pelas tabelas 4 e 5, respectivamente:
cm2,16415240152* u =⋅π⋅++⋅=
cme 9,31
15240152
301515815402
2
4030
151530
*
22
=
⋅π⋅++⋅
⋅⋅π+⋅+⋅⋅+
⋅
+−⋅
=
cmkN55359,315,173** SdSd ⋅=⋅=⋅= eFM
0 cmkN1537)55353998(*)( SdSd1Sd ≤⋅−=−=−= MMM ⇒ 0M =Sd
Pelas tabelas 6 e 7, respectivamente:
22
2
1p cm54643015158154022
4030
2
30
W =⋅⋅π+⋅+⋅⋅+
⋅
+=
22
2
2p cm708540151581530440304
40
W =⋅⋅π+⋅+⋅⋅+⋅+=
Os valores de K1 e K2 são:
K1 (coeficiente tabelado em função da relação C1/C2 = 30 / 40 = 0,75) = 0,525
K2 (coeficiente tabelado em função da relação C2 / (2 C1) = 40 / 60 = 0,67) = 0,5
MPa89,00891,00187,000704,0
157085
39755,0
155464
0525,0
152,164
5,173
Sd ==++=⋅
⋅
+
⋅
⋅
+
⋅
=τ
2cm
kN
• Verificação: MPa)89,0(MPa)60,0( SdRd1 =τ<=τ ⇒ Não OK! Armadura de punção!
Respeitando-se os espaçamentos mínimos, será adotada novamente uma armadura de
punção constituída por conectores tipo pino, com φ 6,3 mm, aço CA-50, distribuídos em três
linhas, conforme arranjo mostrado na figura 35.
A área de aço total em cada linha é dada por: 2sw cm88,232,09 A =⋅=
265
E assim, a nova tensão resistente, agora da região armada, é dada pela Equação 3.
( ) MPa30,1842,0458,0
152,164
132088,2
10
15
5,130003195,0100
15
20
110,0
31
3Rd ≈+=⋅
⋅⋅
⋅⋅+⋅⋅⋅
+⋅=τ
so = 7,0 cm
sr = 10 cm
se = 20,66 cm7,0 cm
10 cm
10 cm
a = 15 cm
Figura 35 - Arranjo de conectores tipo pino para o pilar P2
• Nova verificação: MPa)89,0(MPa)30,1( Sd3Rd =τ>=τ ⇒ OK
Verificação do contorno C” (a 2d da região armada)
§ Tensão resistente (Equação 2): MPa 60,0Rd1 =τ (calculada no item anterior)
§ Tensão solicitante (Equação 8):
Com base na figura 36 e utilizando-se as tabelas 4 e 5, tem-se:
cm2710107 p =++=
cm u 1,2492715240152* =⋅π+⋅π⋅++⋅=
2715240152
272
2
3027
271582740
301515815402
2
4030
151530
*
2
22
⋅π+⋅π⋅++⋅
⋅+⋅⋅π+⋅⋅+⋅+
+⋅⋅π+⋅+⋅⋅+⋅+−⋅
=
e
cm e 3,49* =
cmkN85543,495,173** SdSd ⋅=⋅=⋅= eFM
Figura 36 – Perímetro
crítico além da região
armada
0 MMM ≤⋅−=−=−= cmkN4556)85543998(*)( SdSd1Sd ⇒ 0Sd =M
Pelas tabelas 6 e 7, respectivamente:
22
2
1p cm514122722
3027
271582740301515815402
2
4030
2
30
W =⋅+
⋅⋅π
+⋅⋅+⋅+⋅⋅π+⋅+⋅⋅+
⋅
+=
266
22
2
2 cm099152722
4027
27158273024015158153044030
4
40
Wp =⋅+
⋅⋅π
+⋅⋅+⋅⋅+⋅⋅π+⋅+⋅⋅+⋅+=
MPa55,0
cm
kN
0552,000878,000464,0
1509915
39755,0
1551412
0525,0
151,249
5,173
2Sd
==++=
⋅
⋅
+
⋅
⋅
+
⋅
=τ
• Verificação: MPa)55,0(MPa)60,0( SdRd1 =τ>=τ ⇒ OK
5.5.4 Verificação do Colapso Progressivo
Cada face perpendicular à borda livre é atravessada por 3 φ 8 mm. Já a face paralela à borda
livre é atravessada por 3 φ 10 mm (figura 30).
2s cm4,58,035,06 A =⋅+⋅=
kN8,234
15,1
50
4,5yds fA =⋅=⋅
Sdyds FfA ≥⋅ ⇒ 5,1738,234 ≥ ⇒ OK
267
5.6 Pilar P1 (pilar de canto)
Esforços atuantes na ligação:
kN6,564,404,1Sd F =⋅=
cmkN 1768 m.kN68,1763,124,1SdySdx ⋅==⋅== MM
5.6.1 Verificação do Contorno C (face do pilar)
§ Tensão resistente (Equação 1): MPa09,52Rd =τ (calculada no item anterior 5.4.1)
§ Tensão solicitante:
Utiliza-se a equação 7, desprezando-se o efeito do momento fletor:
du
F
⋅
=τ
*
Sd
Sd
Pela tabela 8, tem-se que:
=⋅=⋅
=⋅=⋅
≤=
cm15305,0
cm5,22155,15,1
21 c0,5
d
aa
1
cm1521 aa ==
cm30152* u =⋅=
MPa26,1
cm
kN
126,0
1530
6,56
2Sd
==
⋅
=τ
• Verificação: MPa)26,1(MPa)09,5( Sd2Rd =τ≥=τ ⇒ OK
5.6.2 Verificação do contorno C´ (a 2d da face do pilar)
Como o pilar é quadrado (c1 = c2), e os momentos nas duas direções são iguais, a verificação
separada para cada uma das bordas será a mesma (figura 37).
Figura 37 - Situações de cálculo para o pilar P1
• Tensão resistente (Equação 2, item 19.5.3.2):
Com base nas figuras 16 e 31, tem-se:
Quantidade de barras (q) = faixa / espaçamento
Espaçamento entre as barras: φ 6,3 cd 11 cm
barras68,6
11
15330
≈=
⋅+
=q (a favor da segurança, arredondar para menos)
268
001652,0
)3045(5,15
32,06
=
+⋅
⋅
=ρx
001766,0
)3045(5,14
32,06
=
+⋅
⋅
=ρy
001708,0001766,0001652,0 =⋅=ρ
( ) MPa48,030001708,0100
15
20
113,0
31Rd1 =⋅⋅⋅
+⋅=τ
§ Tensão solicitante (Equação 7):
Pelas tabelas 8 e 9, respectivamente:
cm1,77151515* u =⋅π++=
( ) cm0,311515152
3015158151543015151530
*
22
=
⋅π++⋅
⋅⋅π+⋅+⋅⋅+⋅+−⋅
=e
cmkN17550,316,56** SdSd ⋅=⋅=⋅= eFM
0 MMM >⋅=−=−= cmkN13)17551768(*)( SdSd1Sd ,
lembrando que SdxSd1 MM = na 1
a situação, e SdySd1 MM = na 2
a situação.
Pela tabela 10: 22
2
1p cm31822
3015
15415302
2
3030
4
30
W =
⋅⋅π
+⋅+⋅⋅+
⋅
+=
∴ MPa49,0
cm
kN
0491,00002,00489,0
153182
136,0
151,77
6,56
2Sd
==+=
⋅
⋅
+
⋅
=τ
§ Verificação: MPa)49,0(MPa)48,0( SdRd1 =τ<=τ ⇒ Não OK!
Como a diferença entre as tensões atuante e resistente é pequena, uma opção é aumentar a
taxa de armadura de flexão para esta ligação.
Solução adotada: diminuir o espaçamento da armadura de flexão negativa para
φ 6,3 cd 10 cm.
Sendo assim, tem-se que:
Quantidade de barras (q) = faixa / espaçamento
barras75,7
10
15330
≈=
⋅+
=q (a favor da segurança, arredondar para menos)
269
001927,0
)3045(5,15
32,07
=
+⋅
⋅
=ρx
002060,0
)3045(5,14
32,07
=
+⋅
⋅
=ρy
( ) MPa51,030001992,0100
15
20
113,0
31
Rd1 =⋅⋅⋅
+⋅=τ
• Verificação: MPa)49,0(MPa)51,0( SdRd1 =τ>=τ ⇒ OK!
5.6.3 Verificação do Colapso Progressivo
Cada face é atravessada por 3 φ 8 mm (figura 30): 2cm0,35,06 As =⋅=
kN4,130
15,1
50
0,3yds fA =⋅=⋅
Sdyds FfA ≥⋅ ⇒ 6,564,130 ≥ ⇒ OK
001992,0002060,0001927,0 =⋅=ρ
270
6. Considerações Finais
Para as lajes com problema de punção, podem ser sugeridas algumas alternativas, seja
reduzindo as tensões solicitantes, seja aumentando as tensões resistentes:
• se a verificação no contorno C não for atendida, pode-se aumentar a espessura da laje na
região (com capitéis ou drop-panels) ou aumentar as dimensões do pilar;
• no caso da verificação no contorno C’, em lajes sem armadura de punção, pode-se aumentar
a taxa de armadura longitudinal da laje ou adicionar armadura de punção;
• no contorno C’ em lajes armadas, pode-se aumentar a taxa de armadura longitudinal da laje
na região, aumentar o diâmetro dos pinos, aumentar o número de conectores por linha ou
diminuir o espaçamento entre as linhas;
• no caso do contorno C”, pode-se aumentar a taxa de armadura longitudinal da laje ou ainda
aumentar o número de linhas de conectores.
Outras soluções possíveis são o aumento do fck da laje e o uso de fibras na região da ligação,
sendo que esta última vem sendo bastante estudada. Mas, evidentemente, algumas das
soluções citadas podem tornar-se inviáveis ou antieconômicas em situações particulares,
razão pela qual o estudo da punção requer, além de algumas análises, a própria experiência do
projetista.
Um outro ponto que merece destaque é que, para que a ligação tenha comportamento
compatível com o que foi previsto, é importante que a armadura de flexão esteja devidamente
ancorada além do cone de punção.
7. Referências
AMERICAN CONCRETE INSTITUTE. Committee 318. Building code requirements for
reinforced concrete. Detroit, 1999.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 6118:2003 - Projeto de
estruturas de concreto - procedimento. Rio de Janeiro. 170p.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 6118:1980 - Projeto e execução
de obras de concreto armado. Rio de Janeiro. 76p.
DILGER, W.H. Practical shear reinforcement for concrete flat slabs. Concrete Construction,
v.35, n.2, p.223-225, Feb. 1990.
FÉDÉRATION INTERNATIONALE DE LA PRECONTRAINTE - FIP (1999). Practical design of
structural concrete. London, SETO. (FIP recommendations)
GOMES, R.B. Punching resistance of reinforced concrete flat slabs with shear
reinforcement. London. Ph.D. Thesis, The Polytechnic of Central London. 1991.
GUARDA, M.C.; LIMA, J.S.; PINHEIRO, L.M. Novas diretrizes para a análise da punção no
projeto de lajes lisas [CD-ROM]. In: SIMPÓSIO EPUSP SOBRE ESTRUTURAS DE
CONCRETO, 4., São Paulo, EPUSP, 21-25 agosto 2000. 20p.
LIMA, J.S. Verificações da punção e da estabilidade global em edifícios de concreto:
desenvolvimento e aplicação de recomendações normativas. São Carlos. Dissertação
(Mestrado) - Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo. 2001.
271
MELGES, J.L.; PINHEIRO, L. Punção em lajes lisas: a NBR 6118:2003 e sua versão
anterior. (CD ROM) In: Congresso Brasileiro do Concreto, 46., trabalho CBC0433,
Florianópolis. Produzido pelo Instituto Brasileiro do Concreto - IBRACON. ISBN 85-98576-02-6.
2004.
MELO, G.S. Proposição de item de norma com referência ao cálculo de armadura contra
colapso progressivo em lajes cogumelo. In: REIBRAC, 36., Porto Alegre. Anais. v.2, p.725-
734. 1994.
MOTA, J.E. Dimensionamento à punção [CD-ROM]. In: ENECE 2004 Encontro Nacional de
Engenharia e Consultoria Estrutural, 7., São Paulo, ABECE, 2004.
REGAN, P.E. Shear combs, reinforcement against punching. The Structural Engineer,
v.63B, n.4, p.76-84, December. 1985.
STUCCHI, F.R.; KNAPP, L.M. (1993) Punção em lajes. In: SIMPÓSIO EPUSP SOBRE
ESTRUTURAS DE CONCRETO, 3., São Paulo. Anais. p.209-232.
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