ECC 1008 ESTRUTURAS DE CONCRETO PRÉ-DIMENSIONAMENTO DA ESTRUTURA (Aulas 9-12) Prof. Gerson Moacyr Sisniegas Alva
Algumas perguntas para reflexão... É possível obter esforços (dimensionamento) sem conhecer as dimensões das seções dos elementos estruturais? Ações verticais (peso próprio):????? Resolução da estrutura hiperestática (pórtico):????? Softwares de cálculo estrutural conseguem definir sozinhos as dimensões das seções dos elementos estruturais? Permitem mais testes, mas requerem do usuário dados das seções É necessário escolher as dimensões preliminares (pré-dimensionamento) Não existem normas e sim recomendações práticas (experiência)
PRÉ-DIMENSIONAMENTO Recomendações Práticas Lajes Maciças Viga Espessura (h): L x h Lx 40 Viga L y Viga Laje Viga (Planta) Lx = menor vão da laje h (Corte) Observação: Respeitar valores mínimos da NBR 6118 para lajes maciças (item 13.2.4.1) 7 cm para lajes de cobertura que não estejam em balanço; 8 cm para lajes de piso ou lajes de cobertura em balanço; 10 cm para lajes em balanço; 10 cm para lajes que suportem veículos de peso total inferior ou igual a 30kN; 12 cm para lajes que suportem veículos de peso total maior que 30kN; 16 cm para lajes lisas e 14 cm para lajes-cogumelo.
Lajes Nervuradas Altura total (h): h L 30 Lajes Treliçadas Altura total (h): h L 25
Vigas Altura da seção (h): h L 12 à L 10 L = Vão do trecho da viga analisado No caso de vigas contínuas: Viga h L 1 L 2 Pilar Pilar Pilar Para vãos comparáveis : 2 3 L L 1 2 3 2 h L m 10 Lm a 12 L m = L 1 + L 2 2
A altura máxima da seção da viga em edifícios está condicionada ao pé-direito h PD Viga bw parede em alvenaria: pode conter janelas e portas Para vão em torno de 6,0m e pé-direito de 2,80m (edifícios usuais)... Largura da seção (bw: nervura): Em geral, definida pelo projeto arquitetônico e pelos materiais e técnicas utilizados pela construtora (espessura alvenaria; blocos, tijolos)
Larguras mínimas segundo a NBR 6118 (item 13.2.2): 12cm para vigas 15cm para vigas-parede Entretanto, deve-se respeitar: Cobrimento mínimo (c) c Øt a h Ø Øt ah c Espaçamento mínimo entre barras (ah) Ex: Algumas contas de situações corriqueiras... bw c = 3,0cm φt = 5,0mm de diâmetro 3φ12,5mm ah = 2,5cm Avaliar a mínima largura requerida
Pilares Dimensão mínima (item 13.2.3 da NBR 6118): 19cm até 14cm majoração por γn γ n = 1,95 0,05.b b = menor dimensão em cm Observações: Dimensões maiores que as mínimas podem ser requeridas Facilidade de execução: Concretagem, colocação de armaduras, interseções viga-pilar Área mínima da seção bruta = 360cm2 (item 13.2.3 da NBR 6118) Menor dimensão Maior dimensão Muitas vezes decidida em função da arquitetura Em função das cargas verticais (estimadas) (Processo das áreas de influência)
Processo das áreas de influência Processo geométrico para estimar as cargas verticais (força normal) nos pilares A cada pilar está associada uma área de influência (Ai) Quinhão de carga Definição das áreas de influência Ai: Traçar mediatrizes dos segmentos que unem os pilares É necessário conhecer (ter idéia) da carga vertical por unidade de área
Carga vertical em edifícios usuais 2 ( g q) 12kN/ m + (por pavimento) Valor orientativo ( termômetro ) Força normal (estimada) no pilar N ( g + q) A n k = i n = número de pavimentos acima da seção analisada Pré-dimensionamento da seção do pilar Flexão composta * N Sd,MSdx, MSdy Compressão centrada N Sd (situação real) (situação equivalente) N = γ N * Sd k γ = 1,8 para pilares internos γ = 2,2 para pilares de extremidades γ = 2,5 para pilares de canto
Ac = área da seção bruta de concreto As = área total de armadura na seção ρ = A A s c (Taxa de armadura) Na compressão centrada Domínio 5 (Reta b) ε = ε 0, 002 cc s = (concretos até C50) N ( 0,85.f cd.a c ) + A s σs0. 002 * Sd =. σ s0. 002 = Tensão no aço para a deformação 0,002 Observação: Para aço CA-50 σ s0.002 = 21000 0,002 = 42kN/ cm 2 Sabendo que A c = 0,85.f A = ρ. A s cd * NSd + ρ. σ c s0.002 f cd = fck 1,4 ρ = adotar (sugestão : 0,015 a 0,02)
Observações sobre o pré-dimensionamento 1) Pode-se dizer que um bom pré-dimensionamento é o que resulta em dimensões de seções e em taxas de armaduras finais (após dimensionamento) próximas às adotadas inicialmente no prédimensionamento. 2) Durabilidade e classe de resistência do concreto Espessura das lajes Largura das vigas Condicionado à durabilidade (cobrimentos mínimos) Área dos pilares Condicionado ao fck especificado (conhecer CAA para especificar pelo menos o mínimo) A qualidade de uma estrutura também está associada à sua durabilidade
Requisitos gerais de qualidade das estruturas de concreto (Item 5 da NBR 6118) Requisitos de qualidade da estrutura: Possuir capacidade resistente (E.L.U.) Bom desempenho em serviço (E.L.S.) Durabilidade Qualidade no projeto Qualidade na execução Qualidade na operação e manutenção = QUALIDADE DA ESTRUTURA
Requisitos de qualidade do PROJETO ESTRUTURAL: Qualidade da solução adotada Atendimento dos requisitos impostos pela arquitetura Compatibilização com demais projetos (hidráulico, elétrico, etc.) Segurança, Economia, Durabilidade, Sustentabilidade Requisitos funcionais (função e bom desempenho em serviço) Atendimento às normas técnicas Exemplos: NBR 8681: Ações e segurança nas estruturas NBR 6118: Projeto de estruturas de concreto NBR 6123: Forças devidas ao vento em edificações NBR 15575: Norma de desempenho para edificações Documentação da solução adotada Desenhos: Bom detalhamento Especificações (no próprio desenho inclusive) Auxilia execução e construtor Memória de cálculo Revisões no projeto Consulta para eventuais reformas ou reparos Sinistros na construção (danos e prejuízos em obras)
DURABILIDADE DAS ESTRUTURAS DE CONCRETO Afetada significativamente pela AGRESSIVIDADE DO AMBIENTE Ações físicas (Ex: variações de temperatura; ação da água) Ações químicas (Ex: águas ácidas, sulfatos, cloretos, CO 2 ) Classificação da agressividade ambiental MACROCLIMA (Rural, urbano, marinho) MICROCLIMA (interno, externo, seco e úmido) Grau de agressividade Agressividade Fraca Moderada Forte Muito Forte Classe I II III IV (Vide tabela 6.1 da NBR 6118)
Tabela 6.1 (NBR 6118) Classes de agressividade ambiental
Agressividade (CAA) define: Classe de resistência mínima do concreto Relação água/cimento máxima Cobrimento mínimo Tabela 7.1 (NBR 6118) Correspondência entre CAA e qualidade do concreto
Tabela 7.2 (NBR 6118) Correspondência entre CAA e cobrimento nominal para c=10mm
ESPECIFICAÇÃO DO CONCRETO RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO Condicionantes: Classe de agressividade ambiental (Durabilidade) Altura do edifício e tipo do elemento estrutural Definição do fck em pilares: Maiores nas seções mais solicitadas (fundações) e nas seções das garagens Pode-se diminuir fck nos andares mais elevados (Prática eficiente em edifícios altos) Definição do fck em vigas e lajes: Em geral: fck vigas / lajes fck pilares Maiores benefícios no ELU: Força cortante e Torção Maiores benefícios no ELS: Deformabilidade
Velocidade da construção / escoramento da estrutura Retirada do escoramento Transferência das cargas p/ elemento estrutural MÓDULO DE ELASTICIDADE (Exemplos: Quadro) Característica mecânica essencial (cálculo de esforços e deslocamentos) Varia com a idade (aumento mais lento que fc) Projetista deve especificar Ec aos 28 dias e outras idades importantes (ex: data de desforma) Na falta de resultados experimentais, para concretos até 50 MPa: E = αe.5600. fck (fck em MPa) ci α E = depende do agregado graúdo (0,7 à 1,2) Item 8.2.8 da NBR 6118