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UNIVERSIDADE DE CUIABÁ CURSO ENGENHARIA CIVIL
Fernanda Alves de Souza
Concreto II
Cuiabá – MT MT Outubro/2017
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Pesquisa Detalhamento da armadura longitudinal em vigas
Pesquisa referente à disciplina de Concreto II, como meio de avaliação oficial do curso de engenharia civil na instituição Universidade de Cuiabá - UNIC. Orientador: Filipe Porto
Cuiabá – MT MT Outubro/2017
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Sumário
Introdução 1. O que é lb (Comprimento básico de ancoragem) ...............................4 2. Lb máximo (Comprimento de ancoragem necessária) .......................6 3. Aderência ............................................................................................7 4. Aderência por Adesão .........................................................................9 5. Aderência Atrito ..................................................................................10 6. Aderência Mecânica ............................................................................11 7. TENSÃO DE ADERÊNCIA ...............................................................12 8. ANCORAGEM DA ARMADURA ....................................................13 9. Decalagem de diagrama de momentos fletores ...................................14 10. GANCHOS DAS ARMADURAS DE TRAÇÃO ..............................15 11. GANCHOS DOS ESTRIBOS ............................................................16 12. Ligações semi-rígidas .........................................................................17 13. Analise Ligações rígidas utilizadas .....................................................19 14. Ligações rígidas ..................................................................................21 15. Rotação ...............................................................................................22
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O que é lb (Comprimento básico de ancoragem)? É definida pela NBR 6118 como “comprimento de ancoragem básico”, isto é, o comprimento reto necessário para uma barra de armadura passiva ancorar a força limite As fyd nessa barra, admitindo, ao longo desse comprimento, resistência de aderência uniforme e igual a fbd. Onde ela esclarece que alterada a definição do comprimento de ancoragem básico, seguindo as prescrições do item 9.4.2.4 da NBR 6118:2014. Esse item agora define um valor mínimo de 25 vezes o diâmetro da barra, o que pode gerar valores ligeiramente maiores ao adotar uma classe de concreto com fck mais elevado. Com isso, também foi alterado ligeiramente o critério de verificação dos pinos e alças de içamento em elementos prémoldados, adequando-se às novas prescrições para comprimento de ancoragem definidos pela NBR 6118:2014. Ancoragem nada mais é do que a fixação da barra no concreto, para que ela possa ser interrompida. Na ancoragem por aderência, deve ser previsto um comprimento suficiente para que o esforço da barra (de tração ou de compressão) seja transferido para o concreto. Ele é denominado comprimento de ancoragem. Além disso, em peças nas quais, por disposições construtivas ou pelo seu comprimento, necessita-se fazer emendas nas barras, também se deve garantir um comprimento suficiente para que os esforços sejam transferidos de uma barra para outra, na região da emenda. Isto também é possível graças à aderência entre o aço e o concreto.
COMPRIMENTO DE ANCORAGEM Todas as barras das armaduras devem ser ancoradas de forma que seus esforços sejam integralmente transmitidos para o concreto, por meio de aderência, de dispositivos mecânicos, ou por combinação de ambos. Na ancoragem por aderência, os esforços são ancorados por meio de um comprimento reto ou com grande raio de curvatura, seguido ou não
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de gancho. Com exceção das regiões situadas sobre apoios diretos, as ancoragens por aderência devem ser confinadas por armaduras transversais ou pelo próprio concreto, considerando-se este caso quando o cobrimento da barra ancorada for maior ou igual a 3φ e a distância entre as barras ancoradas também for maior ou igual a 3φ. Nas regiões situadas sobre apoios diretos, a
armadura de confinamento não é necessária devido ao aumento da aderência por atrito com a pressão do concreto sobre a barra. O comprimento de ancoragem básico lb é obtido igualando-se a força última de aderência
lb
πφ
fbd
com
o
esforço
na
barra
De maneira simplificada, pode-se dizer que, a partir do ponto em que a barra não for mais necessária, basta assegurar a existência de um comprimento suplementar lb que garanta a transferência das tensões da barra para o concreto. Temos a tabela
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Lb máximo (Comprimento de ancoragem necessária) Comprimento de Ancoragem Necessário Nos casos em que a área efetiva da armadura Αs, ef é maior que a área calculada As, calc, a tensão nas barras diminui e, portanto,
o comprimento de Ancoragem pode ser reduzido na mesma proporção. A presença de gancho na extremidade da barra também permite a redução do comprimento de ancoragem, que pode ser calculado pela expressão:
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O que é ADERÊNCIA? Aderência (Bond, em inglês) é a propriedade que impede que haja escorregamento de uma barra em relação ao concreto que a envolve. É, portanto, responsável pela solidariedade entre o aço e o concreto, fazendo com que esses dois materiais trabalhem em conjunto. A transferência de esforços entre aço e concreto e a compatibilidade de deformações entre eles são fundamentais para a existência do concreto armado. Isto só é possível por causa da aderência. Ancoragem é a fixação da barra no concreto, para que ela possa ser interrompida. Na ancoragem por aderência, deve ser previsto um comprimento suficiente para que o esforço da barra (de tração ou de compressão) seja transferido para o concreto. Ele é denominado comprimento de ancoragem. Além disso, em peças nas quais, por disposições construtivas ou pelo seu comprimento, necessita-se fazer emendas nas barras, também se deve garantir um comprimento suficiente para que os esforços sejam transferidos de uma barra para outra, na região da emenda. Isto também é possível graças à aderência entre o aço e o concreto.
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TIPOS DE ADERÊNCIA Esquematicamente, a aderência pode ser decomposta em três parcelas: adesão, atrito e aderência mecânica. Essas parcelas decorrem de diferentes fenômenos que intervêm na ligação dos dois materiais.
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Aderência por Adesão A aderência por adesão caracteriza-se por uma resistência à separação dos dois materiais. Ocorre em função de ligações físico-químicas, na interface das barras com a pasta, geradas durante as reações de pega do cimento. Para pequenos deslocamentos relativos entre a barra e a massa de concreto que a envolve, essa ligação é destruída. Na figura mostra um cubo de concreto moldado sobre uma placa de aço. A ligação entre os dois materiais se dá por adesão. Para separá-los, há necessidade de se aplicar uma ação representada pela força Fb1. Se a força fosse aplicada.
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Aderência Atrito Por Atrito Por meio do arrancamento de uma barra em um bloco concreto), verificase que a força de arrancamento Fb2 é maior do que a força Fb1 mobilizada pela adesão. Esse acréscimo é devido ao atrito entre a barra e o concreto.
O atrito manifesta-se quando há tendência ao deslocamento relativo entre os materiais. Depende da rugosidade superficial da barra e da pressão transversal σ, exercida pelo
concreto sobre a barra, em virtude da retração. Em barras curvas ou em regiões de apoio de vigas em pilares, aparecem acréscimos dessas pressões de contato, que favorecem a aderência por atrito. O coeficiente de atrito entre aço e concreto é alto, em função da rugosidade da superfície das barras, resultando valores entre 0,3 e 0,6 (LEONHARDT, 1977). A oposição à ação Fb2 é constituída pela resultante das tensões de aderência (τb) distribuídas ao longo da barra.
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Aderência Mecânica A aderência mecânica é devida à conformação superficial das barras. Nas barras de alta aderência, as saliências mobilizam forças localizadas, aumentando significativamente a aderência.
(LEONHARDT, 1977) mostra que mesmo uma barra lisa pode apresentar aderência mecânica, em função da rugosidade superficial, devida à corrosão e ao processo de fabricação, gerando um denteamento da superfície. Para efeito de comparação, são apresentadas superfícies microscópicas de: barra de aço enferrujada, barra recém laminada e fio de aço obtido por laminação a quente e posterior encruamento a frio por estiramento. Nota-se que essas superfícies estão muito longe de serem efetivamente lisas. Portanto, a separação da aderência nas três parcelas - adesão, atrito e aderência mecânica - é apenas esquemática, pois não é possível quantificar isoladamente cada uma delas .
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TENSÃO DE ADERÊNCIA Para uma barra de aço imersa em uma peça de concreto, como a indicada na figura 10.5, a tensão média de aderência é dada por:
A tensão de aderência depende de diversos fatores, entre os quais: • Rugosidade da barra; • Posição da barra durante a concretagem; • Diâmetro da barra; • Resistência do concreto; • Retração; • Adensamento; • Porosidade do concreto etc.
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ANCORAGEM DA ARMADURA LONGITUDINAL EM VIGAS DE EDIFÍCIOS Neste item será visto como deve ser feito o detalhamento da armadura longitudinal de tração das vigas, ou seja, até que posição do vão as barras devem se estender, e também a ancoragem das barras que chegarem até os apoios intermediários e extremos.
Armadura de Tração Nas Seções de Apoio Os esforços de tração junto aos apoios de vigas simples ou contínuas devem ser resistidos por armaduras longitudinais, que devem satisfazer às condições descritas nos itens seguintes.
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Decalagem de diagrama de momentos fletores Um método para determinação do comprimento das barras tracionadas da viga é a decalagem (ou deslocamento) do diagrama de momento fletor. Esse método recomenda a translação do diagrama de momento fletor aumentando a sua área. Dessa forma é possível compatibilizar o valor da força atuante na armadura tracionada determinada no banzo tracionado da treliça Morsch com o valor da força determinado usando-se o modelo de barra fletida. Esse método é muito utilizado na pratica para o detalhamento da armação longitudinal de viga.
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GANCHOS DAS ARMADURAS DE TRAÇÃO Os ganchos das extremidades das barras da armadura longitudinal de tração podem ser • semicirculares, com ponta reta de comprimento não inferior a 2φ • em ângulo de 45º (interno), com ponta reta de comprimento não inferior a 4φ • em ângulo reto, com ponta reta de comprimento não inferior às 8φ.
Para barras lisas, os ganchos devem ser semicirculares. Vale ressaltar que, segundo as recomendações da NBR 6118 (2003), as barras lisas deverão ser sempre ancoradas com ganchos.
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GANCHOS DOS ESTRIBOS A NBR 6118 (2003), estabelece que a ancoragem dos estribos deve necessariamente ser garantida por meio de ganchos ou barras longitudinais soldadas. Os ganchos dos estribos podem ser: • semicirculares ou em ângulo de 45o (interno), com ponta reta de comprimento igual a 5φ, porém não inferior a 5cm; • em ângulo reto, com ponta reta de comprimento maior ou igual a 10φ, porém não
inferior a 7cm (este tipo de gancho não deve ser utilizado para barras e fios lisos). O diâmetro interno da curvatura dos estribos deve ser, no mínimo, igual ao valor dado na Tabela Diâmetros dos pinos de dobramento para estribos
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Ligações semi-rígidas O termo "ligações semi-rígidas" começou a ser utilizado no estudo de estruturas pré-moldadas de concreto no final da década de 1980. Este termo é utilizado desde 1930 para designar ligações em estruturas metálicas e atualmente vem se tornando comum entre os pesquisadores da área de pré-fabricados. Diversos tipos de estudos sobre ligações em estruturas pré-moldadas de concreto já foram realizados em centros de pesquisa do mundo todo. Em geral, as pesquisas englobam o desenvolvimento de ligações que proporcionem maior rigidez à ligação e facilidade de execução. No trabalho de Shariatmadar e Beydokhti [2] foi testada uma ligação entre viga e pilar pré-moldado sem a utilização de consolo, no qual, foi realizada a concretagem
in loco da
região que os elementos de encontram. Outra maneira, também já estudada, utilizada para melhorar o comportamento das ligações no tocante a transferência de momento fletor ao pilar são as armaduras protendidas. Em Hawileh
et al. [3]
foi realizado um estudo numérico e
experimental de ligações envolvendo armadura protendida, no qual as comparações entre os resultados mostraram que a simulação computacional configura uma opção econômica de análise do comportamento de ligações. Seguindo essa linha de estudo, Kaya e Arslan [4] também analisaram ligações viga-pilar com armadura protendida constatando seu bom comportamento para diversos níveis de proteção aplicados. Verificou-se, durante a revisão da literatura, que a utilização de armaduras protendidas nas ligações em estruturas pré-moldadas de concreto vem sendo estudada a bastante tempo, como na pesquisa de Saqan [5] realizada na Universidade do Texas, que testou diversas configurações de ligação, na busca de uma tipologia que proporcionasse a estrutura bom comportamento quando submetida a sismos, que não utilizasse concreto moldado no local e que fosse econômica com grande ductilidade. Essa pesquisa tinha como um dos objetivos aumentar o conhecimento sobre o comportamento desse tipo de ligação para maior utilização do sistema em pré-moldados de concreto nos Estados Unidos. No Brasil também já foram realizadas muitas pesquisas envolvendo ligações em estruturas pré-moldadas de concreto. Um trabalho atual é o de Oliveira Júnior [6] que estudou
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o comportamento de um tipo de ligação viga-pilar para utilização em usinas hidrelétricas. Essa ligação foi realizada com solidarizarão in loco, utilizando concreto reforçado com fibras de aço e luvas rosqueadas para proporcionar a continuidade da armadura, buscando máxima rigidez. Em Baldissera [7] foi estudada uma tipologia de ligação com chumbador inclinado, no qual seu comportamento foi comparado ao de ligações convencionais com chumbadores retilíneos, obtendo como resultado um incremento na rigidez com o novo detalhe. Nesse contexto, o presente trabalho tem como objetivo analisar o comportamento de ligações viga-pilar em estruturas pré-moldadas de concreto, com foco no detalhamento da armadura da laje. Foi analisado como a distribuição das barras contribuem para melhorar a transferência de esforços e a diminuição da fissuração nessa região.
Uso de ligações rígidas A utilização de ligações não articuladas entre os pilares e as vigas permite: definir pórticos muito mais rígidos em relação aos obtidos com a utilização de ligações articuladas;
Obter menor deslocabilidade horizontal
Obter menores efeitos de segunda ordem sobre os pilares
Viabilizar a execução de edifícios de CPM
Redução de custo
Menores dimensões de pilares
Acréscimo de custo
Uso de ligações rígidas Edifício pré-moldado com ligação rígida.
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Analise de ligações semi-rigidas Na análise do comportamento global das estruturas metálicas, as ligações entre os elementos de viga e pilar têm grande parcela de influência na resistência e estabilidade dos pilares. As ligações podem se comportar desde seu estado rígido, resistindo à solicitação de flexão, esforços normais e cisalhamento, até o estado flexível, onde somente atuam solicitações de cisalhamento e esforços normais. A grande maioria das ligações utilizadas na construção em aço, não se comporta como nós rígidos ou flexíveis, e sim de um modo intermediário, colocando em dúvida o real comportamento da estrutura. Em pórticos que possuem somente ligações rígidas, pode ocorrer uma diminuição da solicitação nos pilares, e um aumento na solicitação da viga, a qual não foi dimensionada para um esforço mais alto, sem mencionar o desperdício de material na seção do pilar. No caso de ligações flexíveis a diferença pode ser bem maior, pois se na realidade a ligação transmitir para o pilar um esforço de flexão, este pode estar seriamente comprometido pela solicitação de flexo-compressão, ocorrendo também desperdício de material na viga.
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Assumindo o comportamento semi-rígido das ligações, pode-se obter uma melhor aproximação da realidade, pois existe a possibilidade de se fazer uma análise com a verdadeira característica geométrica da estrutura. Os nós devem ser modelados com elementos de mola, cujos valores são fixados em função das características de rigidez e resistência à flexão da ligação. Com esta modelagem, deve-se ressaltar que apenas a concepção da ligação é alterada, sem mudanças na geometria, mas pode-se obter um ganho no aproveitamento global do material.
A ligação semi-rígida proporciona momentos fletores negativos menores que os produzidos nas situações com ligações rígidas e momentos fletores positivos menores no caso de se utilizar ligações flexíveis, podendo gerar uma ligação ótima e permitindo rotações suficientes.
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Ligações rígidas utilizadas Como os painéis de fachada podem funcionar como vigas de grande altura, foi adotado que algumas das ligações com os pilares fossem soldadas no topo e na base dos painéis através de grapas e cantoneiras. Este tipo de ligação não apresenta dificuldades executiva além da própria solda em campo e garante a transmissão de momentos flexão tanto com tração na região superior (momento negativo) quanto de tração na região inferior(positivo).
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Rotação
A rotação total da ligação é dada pela razão entre o deslocamento horizontal do ponto da face superior da viga localizado no seu plano médio vertical, pela distância deste ponto até o centro de rotação. No caso de um carregamento balanceado, a rotação da ligação é a rotação φB medida na interface da viga com o pilar. No caso de carregamento não -balanceado,
é preciso descontar a rotação do pilar. Que ilustra um pilar de extremidade, a rotação da ligação é dada pela rotação medida na interface φB menos a rotação do pilar φA. Quando não é possível
medir a rotação na interface da viga com o pilar, devesse descontar a curvatura da viga. Se, por exemplo, é medida a rotação em C (Figura 3 (a) e (b)), a rotação na interface da viga com o pilar será a rotação medida em C (φC) menos a curvatura da viga no trecho BC. O comportamento de uma ligação é caracterizado por 3 parâmetros principais (MR - Momento resistente, Ki - Rigidez inicial e φc - Capacidade rotacional).
