PROJETO DE ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO /ADERÊNCIA e ANCORAGEM

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1 PROJETO DE ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO /ADERÊNCIA e ANCORAGEM
PROJETO DE ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO /ADERÊNCIA e ANCORAGEM Cf. NBR 6118:2003

2 sites http://www.lmc.ep.usp.br/people/vam/anima_detalhamento.html

3 DEFINIÇÃO/ FUNÇÃO ADERÊNCIA (bond) é a propriedade que impede que haja o escorregamento de uma barra em relação ao concreto que a envolve, responsável pela solidariedade entre o aço e o concreto. A transferência de esforços entre aço e concreto e a compatibilidade de deformações entre eles são fundamentais para a existência do concreto armado.

4 BARBATO,R.L.A. Concreto Armado. UFSCar, Notas de aula,1983.
DEBS,A.L.H., Concreto Armado, Notas de Aulas, SET/EESC/USP, 2006. GIONGO,J.S.,Concreto Armado, Notas de Aulas SET/EESC/USP, 2006.

5 TIPOS DE ADERÊNCIA: A aderência pode ser decomposta em três parcelas:
a)adesão, b)atrito e c)aderência mecânica

6 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.

7 Aderência por Atrito Para o arrancamento de uma barra em um bloco concreto verifica-se 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. A oposição à ação Fb2 é constituída pela resultante das tensões de aderência (τb) distribuídas ao longo da barra.

8 Força de Atrito 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).

9 Aderência Mecânica: devida à conformação superficial das barras
Nas barras de alta aderência, as saliências mobilizam forças localizadas, aumentando significativamente a aderência. 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 (LEONHARDT, 1977).

10 BARRAS/FIOS

11 Coeficiente de conformação superficial (h): caracteriza a superfície de aderência das barras de aço
NBR7477: Ensaios para determinar o coeficiente de conformação superficial NBR 7480: Define os valores mínimos do coeficiente em função da categoria do aço NBR 6118: a conformação é medida pelo coeficiente h1 estabelecidos em função da superfície lateral das barras

12 Tipos de superfície Os fios e barras podem ser lisos ou providos de saliências ou mossas. As barras da categoria CA-50 são obrigatoriamente providas de nervuras transversais oblíquas. A categoria CA-25 deve ter superfície obrigatoriamente lisa, desprovida de quaisquer tipos de nervuras ou entalhes. Os fios podem ser lisos, entalhados ou nervurados. Os de diâmetro nominal 10 mm devem ter obrigatoriamente entalhes ou nervuras. Aço CA-50 Aço CA-25

13 Barras nervuradas

14 ESTRIBO NERVURADO

15 Barras lisas

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17 Esquema simplificado de transferência da força na barra para o bloco de concreto

18 TENSÃO DE ADERÊNCIA

19 Condições que influenciam a qualidade da aderência
Na concretagem de uma peça, tanto no lançamento como no adensamento, o envolvimento da barra pelo concreto é influenciado pela inclinação dessa barra. Altura da camada de concreto sobre a barra, cujo peso favorece o adensamento, melhorando as condições de aderência. Posição, Nível da barra em relação ao fundo da forma; a exsudação produz porosidade no concreto, que é mais intensa nas camadas mais altas, prejudicando a aderência.

20 SITUAÇÕES DE ADERÊNCIA (em outras posições e quando do uso de formas deslizantes, os trechos das barras devem ser considerados em má situação quanto à aderência.)

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22 RESISTÊNCIA DE ADERÊNCIA (NBR 6118/2003, item 9.3.2.1):

23 Barra nervurada : 40 mm de diâmetro
1º EXEMPLO DE CÁLCULO: Determinar a resistência de aderência para a região superior de uma viga de CA que terá altura de 70 cm. Dados: Concreto C25 Barra nervurada : 40 mm de diâmetro Combinação normal de carregamento (Estado Limite Último)

24 resistência de aderência

25 RESISTÊNCIA DE ADERÊNCIA

26 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: COMPRIMENTO DE ANCORAGEM.

27 EMENDAS POR TRASPASSE Nas 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. OBS.: não são permitidas em barras de bitola maior que 32 mm, nem em tirante e pendurais (elementos sob tração pura).

28 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 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.

29 Comprimento de Ancoragem Básico: comprimento reto necessário para ancorar a força limite Rs = As fyd, admitindo, ao longo desse comprimento, resistência de aderência uniforme e igual a fbd 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 l b que garanta a transferência das tensões da barra para o concreto.

30 Barra nervurada de diâmetro < 40 mm
2º EXEMPLO DE CÁLCULO: Determinar o comprimento de ancoragem básico das barras de armadura positiva para viga de CA, considerando apenas barras nervuradas com diâmetros inferiores a 40 mm (para compor a tabela seguinte). Dados: Concreto C2o Aço CA-50 Barra nervurada de diâmetro < 40 mm Combinação normal de carregamento (Estado Limite Último)

31 resistência de aderência/ comprimento de ancoragem básico

32 Comprimento de Ancoragem Básico

33 Comprimento de Ancoragem Necessário: se 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: P V

34 A redução devido à presença de gancho na extremidade da barra é bastante restrita, já que a norma exige uma cobertura de concreto de 3f , no plano normal ao do gancho, que, praticamente só ocorre nas vigas que se apóiam em outras vigas.

35 Comprimento de traspasse de barras comprimidas isoladas (l0c)
BARRAS TRACIONADAS ISOSLADAS (NBR6118:2003)

36 Ancoragem de Barras Comprimidas
Nas estruturas usuais de concreto armado, pode ser necessário ancorar barras compridas, nos seguintes casos: • em vigas - quando há barras longitudinais compridas (armadura dupla); • nos pilares - nas regiões de emendas por traspasse, no nível dos andares ou da fundação. Os comprimentos de ancoragem de barras comprimidas são calculados como no caso das tracionadas, porém, nas comprimidas não se usa gancho. A presença do gancho gera concentração de tensões, que pode levar ao fendilhamento do concreto ou à flambagem das barras.

37 3º EXEMPLO DE CÁLCULO: Um pilar de seção transversal 25 cm x 50 cm nasce de um bloco de fundação que tem 70 cm de altura útil. Determinar o número de barras necessárias para compor a armadura longitudinal do pilar (A s, calc = 18,05 cm2). Dados: Concreto C15 Aço CA-50 Barra nervurada de diâmetro <32 mm Combinação normal carregamento (Estado Limite Último)

38 Resistência de aderência e comprimento de ancoragem básico
para F=32 mm

39 Comprimento de ancoragem necessário
Barras comprimidas não devem ter gancho

40 Comprimento de ancoragem necessário para o caso de sapatas e blocos sobre estacas (deve ser superior ao valor mínimo de comprimento de ancoragem, obs. Verificar se esta recomendação é da norma de fundações 0,8 lb): REFAZER para F=16 mm OBS.: adotei o comprimento mínimo de traspasse de barra comprimida, para uniformizar o comprimento abaixo e acima (assim evitar erros na ligação).

41 ANÁLISE DOS MODELOS ESTRUTURAIS PARA DETERMINAÇÃO DOS ESFORÇOS RESISTENTES EM SAPATAS ISOLADAS (caso de sapatas) EDJA LAURINDO DA SILVA (dissertação de mestrado, 1998) Comprimento de ancoragem da armadura de ligação As barras que forem apenas comprimidas deverão ser ancoradas dentro da sapata com ancoragem retilínea (sem gancho), e o comprimento de ancoragem deverá ser calculado como no caso de tração. Já no caso de armadura sujeita a esforços de tração, seu comprimento de ancoragem deve ser calculado considerando-se o gancho na extremidade, dentro da sapata. Tal comprimento influi na determinação da altura da sapata, no entanto, pode-se considerar apenas 60% desse total. O comprimento de ancoragem da armadura de ligação no interior do pilar deve ser igual ao comprimento das barras no interior da sapata e deverão ser emendadas às barras longitudinais do pilar por traspasse segundo indicações da NBR 6118.

42 Número de barras

43 Taxa de armadura máxima no pilar
Item NBR6118:2003 Para armaduras de tração e de compressão deve ser respeitada a TAXA de armadura máxima 4%, fora das zonas de emendas. Objetivo é assegurar as condições de ductilidade e o campo de validade dos ensaios que originaram as prescrições da norma. Item NBR6118:2003 Distribuição transversal das barras (aplica-se tbém. às regiões de emendas por traspasse)

44 DECALAGEM O deslocamento al é fundamentado no comportamento previsto para resistência da viga à força cortante, em que se considera que a viga funcione como uma treliça, com banzo comprimido e diagonais (bielas) formados pelo concreto, e banzo tracionado e montantes constituídos respectivamente pela armadura longitudinal e pelos estribos. Nesse modelo há um acréscimo de esforço na armadura longitudinal de tração, que é considerado através de um deslocamento al do diagrama de momentos fletores de cálculo.

45 FORÇAS NA TRELIÇA DE MÖRSCH

46 FORÇA NO APOIO d al

47 ANCORAGEM NOS APOIOS De acordo com a NBR 6118 (2003), item , a armadura longitudinal de tração junto aos apoios deve ser calculada para satisfazer a mais severa das seguintes condições: a) no caso de ocorrência de momentos positivos, a armadura obtida através do dimensionamento da seção; b) em apoios extremos, para garantir ancoragem da diagonal de compressão, armadura capaz de resistir a uma força de tração Rs dada por: onde Vd é a força cortante no apoio e Nd é a força de tração eventualmente existente. A área de aço nesse caso é calculada pela equação:

48 ANCORAGEM NOS APOIOS (continuação)
c) em apoios extremos e intermediários, por prolongamento de uma parte da armadura de tração do vão (As,vão), correspondente ao máximo momento positivo do tramo (Mvão), de modo que:

49 Comprimento mínimo de ancoragem em apoios extremos
Em apoios extremos, para os casos (b) e (c) anteriores, a NBR 6118 (2003) prescreve que as barras devem ser ancoradas a partir da face do apoio, com comprimento mínimo dado por:

50 OBS.: ANCORAGEM NOS APOIOS
A NBR 6118 (2003), item , estabelece que quando houver cobrimento da barra no trecho do gancho, medido normalmente ao plano do gancho, de pelo menos 70 mm, e as ações acidentais não ocorrerem com grande frequência com seu valor máximo, o primeiro dos três valores anteriores pode ser desconsiderado, prevalecendo as duas condições restantes.

51 Esforço a ancorar e armadura calculada

52 Ancoragem no apoio Desta forma, pode-se determinar o comprimento mínimo necessário do apoio, no qual c é o cobrimento da armadura

53 Armadura necessária em apoios extremos
Sendo do comprimento de ancoragem necessário Portanto, para o comprimento disponível no apoio, a área das barras ancoradas neste apoio não pode ser inferior a As, nec.

54 Deslocamento al do diagrama

55 Para estribos a 90o

56 4º EXEMPLO DE CÁLCULO: Detalhar a armadura de flexão da viga de seção retangular 20 cm x 60 cm, apoiada em pilares de 20 cm de largura para edificação tipo 2. Dados: Concreto C25 Aço CA-50 Barra nervurada de diâmetro <32 mm Combinação normal de carregamento (Estado Limite Último): gg =1,4 e gq =1,4 Armadura transversal 6,3 mm Cobrimento nominal de 3 cm Dimensão máxima do agregado 19 mm

57 Resolução Diagramas de esforços Altura útil

58 ARMADURA LONGITUDINAL
Tabelas adotar

59 Disposições construtivas

60 Verificação da altura útil

61 resistência de aderência/ comprimento de ancoragem básico

62 Resistência de aderência/comprimento de ancoragem básico

63 VERIFICAÇÃO DA BIELA COMPRIMIDA NO APOIO

64 Deslocamento al (DECALAGEM)

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66 Comprimento de ancoragem necessário no apoio
=> > lb, min

67 Comprimento de ancoragem reta sem ganchos MÍNIMO

68 ANCORAGEM NOS APOIOS TABELA pode ser utilizado neste apoio diâmetro de 12,5 mm Embora 2 barras seja armadura mínima a ser ancorada nos apoios, devido ao espaço limitado de 17 cm, todas as 5 barras devem ser ancoradas.

69 DIAGRAMA DE MOMENTO FLETORES DESLOCADO

70 Detalhamento da armadura longitudinal

71 TIPOS DE GANCHOS DAS ARMADURAS DE TRAÇÃO
a) semicirculares, com ponta reta de comprimento não inferior a 2φ; b) em ângulo de 45º (interno), com ponta reta de comprimento não inferior a 4φ; c) em ângulo reto, com ponta reta de comprimento não inferior as 8φ . Segundo as recomendações da NBR 6118 (2003), as barras lisas deverão ser sempre ancoradas com ganchos, e semicirculares.

72 EXEMPLO detalhamento do gancho
Calcular o comprimento de ancoragem de uma barra de 12,5 mm de diâmetro, Considerando região de boa aderência, concreto C25 e terminando na extremidade com gancho de ângulo reto. Detalhar o gancho.

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74 GANCHOS DOS ESTRIBOS: diâmetro interno da curvatura dos estribos deve ser, no mínimo, igual ao valor dado na Tabela 10.2. A NBR 6118 (2003), item 9.4.6, 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).

75 Ver exemplo no caderno detalhamento do estribo
Seção 22cm x 40 cm Diâmetro do estribo 6,3 mm C=2,5 cm Gancho ângulo reto Solução adotada L(total)=115cm

76 ARMADURA DE PELE p/ h>60cm (armadura lateral distribuída na altura da viga)
A função da armadura de pele é , principalmente, minimizar efeitos da fissuração, retração e variação de temperatura. Diminui a abertura de fissuras por flexão na alma das vigas. Deve ser posicionada nas laterais da alma, em ambas as faces, com área em cada face, não menor que Deve ser composta por barras de alta aderência (h1 >=2,25), com espaçamento

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