PILARES EM CONCRETO ARMADO

Transcrição

1 PILARES EM CONCRETO ARMADO DIMENSIONAMENTO E DETALHAMENTO

2 Pilares Elementos lineares de eixo reto, usualmente dispostos na vertical, em que as forças normais de compressão são preponderantes. (ABNT NBR 6118:2014, item )

3 Pilares-parede Elementos de superfície plana ou casca cilíndrica, usualmente dispostos na vertical e submetidos preponderantemente à compressão. Podem ser compostos por uma ou mais superfícies associadas. Para que se tenha um pilar-parede, em alguma dessas superfícies a menor dimensão deve ser menor que 1/5 da maior, ambas consideradas na seção transversal do elemento estrutural. (ABNT NBR 6118:2014, item )

4 Pilares-parede

5 Grupos Podemos subdividir os pilares em dois grandes grupos: Pilares de contraventamento e Pilares contraventados. Os pilares de contraventamento tem como função principal resistir às ações horizontais (vento). Normalmente estas estruturas são: Paredes ou pilares de grandes dimensões; Caixas de elevadores e escadas; Estruturas treliçadas; Pórticos, etc. Estes pilares possuem elevada rigidez e, como consequência, absorvem a maior parte das ações horizontais.

6 Grupos Os demais pilares da estrutura fazem parte dos pilares contraventados.

7 Classificação dos pilares quanto a posição Pilar de centro ou intermediário Pilar de extremidade ou borda Pilar de canto Fonte: BASTOS (2017)

8 Classificação dos pilares quanto a posição a) Pilar de centro ou intermediário São pilares onde teoricamente só existe força de compressão, como por exemplo, quando existe continuidade das vigas e lajes que chegam nesse pilar. Pilar de centro ou intermediário Fonte: BASTOS (2017)

9 Classificação dos pilares quanto a posição b) Pilar de extremidade ou borda São solicitados por uma força de compressão e um momento agindo em um dos eixos principais de inércia, como por exemplo quando existe interrupção das vigas e lajes que chegam nesse pilar numa determinada direção. Pilar de extremidade ou borda Fonte: BASTOS (2017)

10 Classificação dos pilares quanto a posição c) Pilar de canto São solicitados por uma força de compressão e dois momento agindo nos eixos principais de inércia, como por exemplo quando existe interrupção das vigas e lajes que chegam nesse pilar nas duas direções. Pilar de canto Fonte: BASTOS (2017)

11 Solicitações nos pilares 1) Compressão simples Também chamada de compressão centrada, é o tipo de compressão onde a carga é aplicada no centro geométrico do pilar. Os pilares submetidos à compressão simples são os pilares de centro. Fonte: BASTOS (2017)

12 Solicitações nos pilares 2) Flexão composta Na flexão composta ocorre a atuação conjunta de força normal e momento fletor sobre o pilar. Há dois casos: a) Flexão composta normal (reta) b) Flexão composta oblíqua

13 Solicitações nos pilares a) Flexão composta normal Existe a força normal e um momento fletor em uma direção (X ou Y). Este momento fletor gera uma excentricidade na carga. Os pilares submetidos à flexão composta normal são os pilares de extremidade. Fonte: BASTOS (2017)

14 Solicitações nos pilares b) Flexão composta oblíqua Existe a força normal e dois momentos fletores, relativos às duas direções principais do pilar (X e Y). Estes momentos fletores geram uma excentricidade na carga. Os pilares submetidos à flexão composta oblíqua são os pilares de canto. Fonte: BASTOS (2017)

15 Excentricidade A força normal que atua em um pilar de seção retangular pode ser aplicada no seu centro geométrico, gerando uma compressão centrada, a uma distância do centro e sobre um dos eixos de simetria, gerando uma flexão composta normal, e em um ponto qualquer da seção, gerando uma flexão oblíqua. A estas distâncias denominamos excentricidades.

16 Excentricidade Fonte: BASTOS (2017)

17 Excentricidade Estas excentricidades chamadas de excentricidades de 1ª ordem são divididas em: a) Excentricidade inicial; b) Excentricidade acidental; c) Excentricidade de forma; d) Excentricidade suplementar ou fluência; e) Momento fletor mínimo;

18 Excentricidade a) Excentricidade inicial Em estruturas de edifícios de vários andares, ocorre um monolitismo nas ligações entre vigas e pilares que compõem os pórticos de concreto armado. A excentricidade inicial, oriunda das ligações dos pilares com as vigas neles interrompidas, ocorre em pilares de borda e de canto. Fonte: BASTOS (2017)

19 Excentricidade b) Excentricidade acidental É a excentricidade que pode ocorrer pela incerteza na localização da força normal ou desvio do eixo da peça durante a construção, em relação à posição prevista no projeto. Segundo a ABNT NBR 6118:2014 no item as imperfeições geométricas do eixo dos elementos estruturais podem ser divididas em dois grupos: imperfeições globais e imperfeições locais.

20 Excentricidade Imperfeição global: Na análise global das estruturas reticuladas, sejam elas contraventadas ou não deve ser considerado um desaprumo dos elementos verticais. θ1min = 1/300 para estruturas reticuladas e imperfeições locais; θ1máx = 1/200; H é a altura total da edificação em metros; n é o número de prumadas de pilares no pórtico plano. Fonte: ABNT NBR 6118:2014

21 Excentricidade Imperfeição local: No caso de elementos que ligam pilares contraventados a pilares de contraventamento, usualmente vigas e lajes, deve ser considerada a tração decorrente do desaprumo do pilar contraventado. Fonte: ABNT NBR 6118:2014

22 Excentricidade Imperfeição local: No caso do dimensionamento ou verificação de um lance de pilar, deve ser considerado o efeito do desaprumo ou da falta de retilineidade do eixo do pilar Fonte: ABNT NBR 6118:2014

23 Excentricidade Admite-se que, nos casos usuais de estruturas reticuladas, a consideração apenas da falta de retilineidade ao longo do lance de pilar seja suficiente.

24 Excentricidade c) Excentricidade de forma Quando os eixos das vigas não passam pelo centro de gravidade da seção transversal do pilar, as reações das vigas apresentam excentricidades que são denominadas excentricidades de forma. As excentricidades de forma, em geral, podem ser desprezadas no dimensionamento dos pilares.

25 Excentricidade d) Excentricidade devido à fluência De acordo com a ABNT NBR 6118:2014 a consideração da fluência deve obrigatoriamente ser realizada em pilares com índice de esbeltez λ > 90

26 Excentricidade e) Momento fletor mínimo Segundo a ABNT NBR 6118:2014 no item o efeito das imperfeições locais nos pilares pode ser substituído em estruturas reticuladas pela consideração do momento mínimo, dado pela seguinte fórmula: Nd = força normal solicitante de cálculo h = dimensão da seção transversal na direção considerada, em metros

27 Excentricidade Quando os momentos atuantes no pilar são muito pequenos ou zero, o projeto de pilares deve se basear sobre uma excentricidade mínima haja vista o ocorrido do momento fletor mínimo.

28 Efeitos de 2ª ordem São aqueles efeitos que se somam aos obtidos em uma análise de 1ª ordem (em que o equilíbrio da estrutura é estudado na configuração geométrica inicial), quando a análise do equilíbrio passa a ser efetuada considerando a configuração deformada. Estes efeitos são oriundos de dois tipos de não-linearidades, a não-linearidade geométrica e a não-linearidade física dos pilares.

29 Efeitos de 2ª ordem Não-linearidade geométrica: corresponde aos efeitos adicionais provenientes do deslocamento horizontal das estruturas, e ocasionam, o aparecimento de acréscimos de esforços.

30 Efeitos de 2ª ordem Não-linearidade física: leva em conta que os materiais que compõem a seção de concreto armado, aço e concreto, possuem comportamentos mecânicos distintos.

31 Efeitos de 2ª ordem A ABNT NBR 6118:2014 nos relata que sob a ação de cargas verticais e horizontais, os nós de uma estrutura deslocam-se horizontalmente. Os esforços de 2ª ordem decorrentes desses deslocamentos são chamados efeitos globais de 2ª ordem.

32 Efeitos de 2ª ordem

33 Efeitos de 2ª ordem No estado não deformado da estrutura, o momento fletor na base será M = V L No estado deformado da estrutura, o momento fletor na base será M = V L+ P Δ

34 Efeitos de 2ª ordem As estruturas são consideradas, para efeito de cálculo, de nós fixos, quando os deslocamentos horizontais dos nós são pequenos e, por decorrência, os efeitos globais de 2ª ordem são desprezíveis (inferiores a 10 % dos respectivos esforços de 1ª ordem). Nessas estruturas, basta considerar os efeitos locais de 2ª ordem. As estruturas são consideradas de nós móveis quando os efeitos globais de 2ª ordem são importantes, devendo ser considerados, obrigatoriamente, tanto os esforços de 2ª ordem globais como os locais.

35 Efeitos de 2ª ordem Para classificar a estrutura quanto à deslocabilidade horizontal dos nós, e permitir a avaliação da importância dos esforços globais de 2ª ordem e suas conseqüências no projeto estrutural da edificação, estudamos os coeficientes GAMA Z (γz) e ALFA (α) Estruturas de nós fixos (à estruturas indeslocáveis) Estruturas de nós móveis (à estruturas deslocáveis)

36 Efeitos de 2ª ordem Nas barras da estrutura, como um lance de pilar, os respectivos eixos não se mantêm retilíneos, surgindo aí efeitos locais de 2ª ordem que, em princípio, afetam principalmente os esforços solicitantes ao longo delas.

37 Efeitos de 2ª ordem Os efeitos locais de 2ª ordem dependem basicamente do índice de esbeltez do pilar analisado e da compressão a que ele está submetido.

38 Efeitos de 2ª ordem A ABNT NBR 6118:2014 define 4 métodos através dos quais os efeitos locais de 2ª ordem podem ser avaliados: 1. Pilar-padrão com curvatura (1/r) aproximada; 2. Pilar-padrão com rigidez k aproximada; 3. Pilar-padrão acoplado a diagrama N,M,1/r; 4. Método geral.

39 Esbeltez A esbeltez (λ) é um parâmetro adotado como referência para consideração dos efeitos da flambagem em pilares. A flambagem é um fenômeno de instabilidade de equilíbrio que pode provocar a ruptura de uma peça submetida à compressão, antes de se esgotar a sua capacidade resistente.

40 Esbeltez Considerando o índice de esbeltez, os pilares podem ser classificados em: a) Pilares curtos, quando λ λ1; b) Pilares medianamente esbeltos, quando 35 < λ 90; c) Pilares esbeltos, quando 90 < λ 140; d) Pilares muito esbeltos, quando 140 < λ 200; A ABNT NBR 6118:2014 não admite pilares com índice de esbeltez superior a 200, exceto aqueles com pouca compressão, força normal inferior a 0,10 * fcd * Ac, por exemplo, os postes.

41 Esbeltez a) Pilares curtos, quando λ λ1 A norma dispensa a verificação dos esforços locais de 2ª ordem. b) Pilares medianamente esbeltos, quando 35 < λ 90 É obrigatória a consideração dos esforços locais de 2ª ordem.

42 Esbeltez c) Pilares esbeltos, quando 90 < λ 140 É obrigatória a consideração dos esforços locais de 2ª ordem e a consideração da fluência. d) Pilares muito esbeltos, quando 140 < λ 200 Na análise dos efeitos locais de 2ª ordem, devem-se multiplicar os esforços solicitantes finais de cálculo por um coeficiente adicional γn.

43 Esbeltez O índice de esbeltez é definido pela relação: le é o comprimento equivalente de flambagem do pilar na direção considerada i é o raio de giração da seção geométrica do pilar na direção considerada

44 Esbeltez O raio de giração é definido pela relação: I é o momento de inércia da seção em relação aos eixos baricêntricos A é a área da seção transversal de concreto

45 Esbeltez Para pilares retangulares temos: le é o comprimento equivalente de flambagem do pilar na direção considerada h é a dimensão da seção transversal na direção considerada

46 Esbeltez Limite A ABNT NBR 6118 (2014) nos diz que os esforços locais de 2ª ordem em elementos isolados podem ser desprezados quando o índice de esbeltez for menor que o valor-limite λ1 estabelecido pela equação: e1 é a excentricidade de 1ª ordem (não inclui a excentricidade acidental) h é a dimensão da seção transversal na direção considerada ab é um coeficiente em função do tipo de pilar de acordo com a ABNT NBR 6118:2014

47 O comprimento equivalente de flambagem, de acordo com a ABNT NBR 6118:2014 no item 15.6 é definido por: lo é a distância entre as faces internas dos elementos estruturais, supostos horizontais, que vinculam o pilar; h é dimensão da seção transversal na direção considerada l é a distância entre os eixos dos elementos estruturais aos quais o pilar está vinculado. Fonte: BASTOS (2017)

48 O comprimento de flambagem de uma barra isolada depende das vinculações na base e no topo, conforme os esquemas mostrados: Fonte: BASTOS (2017)