Ancoragem

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UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA

UNESP - Campus de Bauru/SP

FACULDADE DE ENGENHARIA

Departamento de Engenharia Civil Disciplina: 2323 - ESTRUTURAS DE CONCRETO II

NOTAS DE AULA

ANCORAGEM E EMENDA DE ARMADURAS Prof. Dr. PAULO SÉRGIO DOS SANTOS BASTOS

1. ADERÊNCIA ENTRE CONCRETO E ARMADURA

Fundamental para a existência do concreto armado (trabalho conjunto entre os dois materiais).

Fenômeno da aderência:

a) mecanismo de transferência de força da barra de aço para o concreto adjacente; b) capacidade do concreto resistir a essa força.

http://web.set.eesc.usp.br/static/data/producao/2009 ME_FredyEnriqueGarzonReyes.pdf

1. ADERÊNCIA ENTRE CONCRETO E ARMADURA

Transferência de força ocorre por ações químicas (adesão), por atrito e por ações mecânicas.

É função principalmente da textura da superfície da barra de aço e da qualidade do concreto. http://web.set.eesc.usp.br/static/data/producao /2009ME_FredyEnriqueGarzonReyes.pdf

1.1 Aderência por Adesão

R b1 Concreto Aço R b1

Figura 1 – Aderência por adesão (FUSCO, 2000).

1.2 Aderência por Atrito

P t P t b

Figura 2 – Aderência por atrito (FUSCO, 2000).

R b2 http://web.set.eesc.usp.br/static/data/producao/2009 ME_FredyEnriqueGarzonReyes.pdf

1.3 Aderência Mecânica

R b3 Barras lisas R b3 Barras nervuradas

Figura 3 – Aderência mecânica (FUSCO, 2000).

http://web.set.eesc.usp.br/static/data/producao/2009ME_Fr edyEnriqueGarzonReyes.pdf

1.4 Mecanismos da Aderência

Figura 4 – Tipos de corpos-de-prova utilizados em ensaio de arrancamento para determinação da resistência de aderência (Leonhardt e Mönnig, 1982).

tência de aderência estágio II estágio III estágio IV estágio I deslocamento relativo

Figura 5 – Diagrama esquemático de resistência de aderência x escorregamento do ensaio de arrancamento (FIB, 1999).

componentes de força sobre a barra forças sobre concreto F fissuras

a) Ruptura pelas fissuras de fendilhamento.

componentes de força sobre o concreto F plano de ruptura barra com saliência

b) Ruptura dos consolos por cisalhamento e conseqüente arrancamento da barra.

Figura 6 – Ação das saliências da barra de aço sobre o concreto e modos de ruptura (FUSCO, 2000).

Figura 7 – Fissuras radiais de fendilhamento (FUSCO, 2000).

2. ADERÊNCIA E FENDILHAMENTO

R s R s

Figura 9 – Trajetórias das tensões principais em região de ancoragem de barra reta e com placa de ancoragem (Leonhardt e Mönnig, 1982).

Figura 10 – Tensões atuantes na ancoragem por aderência de barra com saliências (FUSCO, 2000).

Figura 11 – Fissuras de fendilhamento na região de ancoragem sem armadura transversal (Leonhardt e Mönnig, 1982).

Como afirma FUSCO (2000), o importante na ancoragem de barras tracionadas é

“garantir a manutenção da integridade

das bielas diagonais comprimidas e assegurar que os esfor ços transversais de tração possam ser adequadamente

resistidos”.

Figura 13 – Armadura para evitar fissuras de fendilhamento na ancoragem reta (FUSCO, 2000).

Figura 14 - Atuação favorável dos estribos para evitar fissuras por fendilhamento na região de ancoragem reta (FUSCO, 2000).

3. SITUAÇÕES DE BOA E DE MÁ ADERÊNCIA

I   45  II I   45  h - 30cm 30cm h < 60cm II I   45  30cm h - 30cm h  60cm

Figura 15 – Regiões de boa (I) e de má (II) aderência.

4. RESISTÊNCIA DE ADERÊNCIA

f

=

 1

.

 2

.

 3

. f

ctd f ct d  f ct k , inf  c  0 , 7  f ct m c  0 , 7 .

0 , 3  c 3 f ck 2 

1 – parâmetro que considera a rugosidade da barra de aço:



1 = 1,0 para barras lisas;



1 = 1,4 para barras entalhadas;



1 = 2,25 para barras nervuradas.



2 – parâmetro que considera a posição da barra durante a concretagem:



2 = 1,0 para situações de boa aderência;



2 = 0,7 para situações de má aderência.



3 – parâmetro que considera o diâmetro da barra:



3 = 1,0 para



< 32 mm;



3 = (132 -



)/100 , para



> 32 mm; com



= diâmetro da barra em mm.

5. ANCORAGEM DE ARMADURA PASSIVA POR ADERÊNCIA

Todas as barras da armadura devem ser ancoradas para transmitir os esforços integralmente ao concreto.

Pode ser feito pela aderência entre o concreto e a barra de aço, por dispositivos mecânicos, ou pela combinação de ambos (NBR 6118/03).

A ancoragem por aderência pode ser por um comprimento reto ou com grande raio de curvatura.

Figura 16 – Diagrama de tensões de aderência na ancoragem reta de barra de aço (Leonhardt e Mönnig, 1982).

5.1 Comprimento de Ancoragem Básico

Definição:

“

comprimento reto de uma barra de armadura passiva necessário para ancorar a força limite A

longo desse f

nessa barra, admitindo, ao comprimento, resistência de aderência uniforme e igual a f

”.

Ø  f bd bd R st  b

Figura 17 – Comprimento de ancoragem básico de uma barra reta.

R st = f bd . u .

 b

A

. f

= f

. u .

 b 22

com u =  .

 e A s =  .

 2 /4 tem-se:  b   .

 2 f bd 4 .

 f yd .

  b   4 f yd f bd  b

= comprimento de ancoragem básico.

TABELA A-1 COMPRIMENTO DE ANCORAGEM  b (cm) PARA A s,ef = A s,calc CA-50 nervurado  (mm) C15 C20 C25 C30 Concreto C35 C40 C45 C50 Sem Com Sem Com Sem Com Sem Com Sem Com Sem Com Sem Com Sem Com 6,3 48 33 33 23 39 28 28 19 34 24 24 17 30 21 21 15 27 19 19 13 25 17 17 12 23 16 16 11 21 15 15 10 8 10 12,5 16 61 42 76 53 95 66 121 85 42 30 53 37 66 46 85 59 50 35 62 44 78 55 100 70 35 24 44 31 55 38 70 49 43 30 54 38 67 47 86 60 30 21 38 26 47 33 60 42 38 27 48 33 60 42 76 53 27 19 33 23 42 29 53 37 34 24 43 30 54 38 69 48 24 17 30 21 38 26 48 34 31 22 39 28 49 34 63 44 22 15 28 19 34 24 44 31 29 20 36 25 45 32 58 41 151 106 125 87 108 75 95 67 86 60 20 106 74 87 61 75 53 67 47 60 42 Valores de acordo com a NBR 6118/03 N o Superior: Má Aderência ; N o Inferior: Boa Aderência  b Sem e Com ganchos nas extremidades A s,ef = área de armadura efetiva ; A s,calc = área de armadura calculada 79 55 55 39 73 51 51 36 O comprimento de ancoragem deve ser maior do que o comprimento mínimo:  b , mín     0 , 10 3 100   b mm  c = 1,4 ;  s = 1,15 20 14 25 18 32 22 41 29 27 19 34 24 42 30 54 38 68 47 19 13 24 17 30 21 38 27 47 33 24

omprimento de ancoragem necessário

(  b,nec )  b , nec   1  b A s , calc A s , ef   b , mín   0 , 3   10 100   b mm  1  1 = 1,0 - para barras sem gancho; = 0,7 - para barras tracionadas com gancho, com cobrimento no plano normal ao do gancho  3  ;  b A s,calc A s,ef = comprimento de ancoragem básico; = área da armadura calculada; = área da armadura efetiva.

5.2 Disposições Construtivas

5.2.1 Prolongamento Retilíneo da Barra ou Grande Raio de Curvatura

Barras tracionadas podem ser ancoradas com comprimento retilíneo ou com grande raio de curvatura em sua extremidade, conforme: a) obrigatoriamente com gancho para barras lisas; b) sem gancho nas que tenham alternância de solicitação, de tração e compressão; c) com ou sem gancho nos demais casos, não sendo recomendado o gancho para barras de



> 32 mm ou para feixes de barras.

Figura 18 – O gancho na ancoragem de barra comprimida pode ocasionar o rompimento do cobrimento de concreto.

(Leonhardt e Mönnig, 1982).

5.2.2 Barras Transversais Soldadas

 b,nec  5   b,nec  5   5   5   b,nec  b,nec

Figura 19 – Critérios para posicionamento de barras transversais soldadas à barra ancorada.

5.2.3 Ganchos das Armaduras de Tração

D 8 Ø Ø F t 6 Ø Ø F t 2 Ø Ø F t

Figura 20 – Características dos ganchos nas extremidades de barras tracionadas.

Tabela 1 - Diâmetro dos pinos de dobramento (D).

Bitola (mm) < 20  20 CA-25 4  5  Tipo de aço CA-50 5  8  CA-60 6  - 30

10  7cm D D 5  5cm  t 10  7cm  t

5.2.5 Ancoragem de Estribos

5  5cm 10  7cm D D 5   t 45°  t  t D 5  5cm  t 45° 5  t 5cm D 45° 5  5cm D  t

Figura 21 – Tipos de ganchos para os estribos.

 t 31

6. EMENDA DE BARRAS

Tipos de emendas: a) traspasse (ou transpasse); b) luvas com preenchimento metálico, rosqueadas ou prensadas; c) solda; d) outros dispositivos devidamente justificados.

6.1 Emenda por Transpasse de Armadura Tracionada

Figura 22 – Aspecto da fissuração na emenda de duas barras (Leonhardt e Mönnig, 1982).



Figura 24 – Espaçamento máximo entre duas barras emendadas por transpasse.

6.1.1 Proporção de Barras Emendadas

 >  < 0,2  01  02

Figura 26 – Emendas supostas na mesma seção transversal.

Tabela 3 – Proporção máxima de barras tracionadas emendadas.

Tipo de barra Situação Alta aderência Lisa Em uma camada Em mais de uma camada  < 16 mm   16 mm Tipo de carregamento Estático Dinâmico 100 % 100 % 50 % 50 % 50 % 25 % 25 % 25 % 35

6.1.2 Comprimento de Transpasse de Barras Isoladas Tracionadas

 0 t   0 t  b , nec   0 t , mín   0 , 3   15  200  0 t mm  b

Tabela 4 – Valores do coeficiente

 0t .

Barras emendadas na mesma seção (%) Valores de  0t  20 1,2 25 1,4 33 1,6 50 1,8 > 50 2,0 36

6.1.3 Comprimento de Transpasse de Barras Isoladas Comprimidas

 0 c   b , nec   0 c , mín   0 , 6   15  200  b mm 37

6.1.4 Armadura Transversal nas Emendas por Transpasse de Barras Isoladas

Com o objetivo de combater as tensões transversais de tração, que podem originar fissuras na região da emenda, a NBR 6118/03 recomenda a adoção de armadura transversal à emenda, em função da emenda ser de barras tracionadas, comprimidas ou fazer parte de armadura secundária.

6.1.4.1 Armadura Principal Tracionada

Quando  < 16 mm ou a proporção de barras emendadas na mesma seção for menor que 25 %, a área da armadura transversal deve resistir a 25 % da força longitudinal atuante na barra.

Nos casos em que

 

16 mm ou quando a proporção de barras emendadas na mesma seção for maior ou igual a 25 %, a armadura transversal deve: a) ser capaz de resistir a uma força igual à de uma barra emendada, considerando os ramos paralelos ao plano da emenda; b) ser constituída por barras fechadas se a distância entre as duas barras mais próximas de duas emendas na mesma seção for < 10



(



= diâmetro da barra emendada); c) concentrar-se nos terços extremos da emenda.

 150 mm 

/ 2 

/ 2 1/3  0 1/3  0  0

Figura 27 – Disposição da armadura transversal nas emendas de barras tracionadas.

6.1.4.2 Armadura Principal Comprimida



A / 2



A / 2

 150 mm 4  1/3  0 1/3  0 4   0

Figura 28 – Disposição da armadura transversal nas emendas de barras comprimidas.

7. ANCORAGEM DA ARMADURA LONGITUDINAL DE FLEXÃO 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.

7.1 Decalagem do Diagrama de Força no Banzo Tracionado

O deslocamento ou decalagem do diagrama de forças R st (M d /z) deve ser feito para se compatibilizar o valor da força atuante na armadura tracionada, determinada no banzo tracionado da treliça de Ritter-Mörsch, com o valor da força determinada usando o diagrama de momentos fletores de cálculo.

A decalagem pode ser substituída, aproximada mente, pela correspondente decalagem do diagra ma de momentos fletores.

7.1.1 Modelo de Cálculo I

a   d    2 ( V Sd , máx V Sd , máx  V c ) ( 1  cot g  )  cot g     sendo: a   0,5 d - no caso geral; a   0,2 d - para estribos inclinados a 45 graus.

Para estribo vertical (  = 90  ): a   d 2 ( V Sd V Sd , máx , máx  V c ) 44

7.1.2 Modelo de Cálculo II

a   0 , 5 d (cot g   cot g  ) sendo: a   0,5 d - no caso geral; a   0,2 d - para estribos inclinados a 45 graus.

7.2 Ponto de Início de Ancoragem

Em que ponto ao longo do vão da viga se pode retirar de serviço uma barra da armadura longitudinal tracionada de flexão, a fim de gerar economia de aço?

A ancoragem por aderência de uma barra da armadura longitudinal de tração tem início na seção teórica onde sua tensão 

começa a diminuir, ou seja, o esforço da armadura começa a ser transferido para o concreto. O comprimento da ancoragem deve prolongar-se pelo menos 10  além do ponto teórico de tensão 

nula. Considerando o diagrama de forças R Sd comprimento a  = M Sd /z , decalado do , o início do comprimento de ancoragem da barra corresponde ao ponto A, devendo prolongar-se no mínimo 10  além do ponto B.

 b,nec Barra 2  10 Ø a  Barra 1 B A Barra 2 Barra 3 Barra 4 Barra 1 a  a  a  Barra 2 B Barra 3 Barra 4 A a   b,nec  10 Ø Barra 3  10 Ø  b,nec

Figura 29 – Cobertura do diagrama de força de tração solicitante pelo diagrama resistente.

7.3 Armadura Tracionada nas Seções de Apoio 7.3.1 Apoio com Momento Fletor Positivo

Neste caso a armadura deve ser dimensionada para o esforço nessa seção.

A ancoragem da armadura no apoio deve atender aos critérios descritos no item 7.1.

7.3.2 Armadura Positiva em Apoios Extremos de Vigas Simples ou Contínuas

Apoio extremo Apoio extremo Apoio interno

Figura 30 – Definição de apoios extremos e internos de vigas.

R Sd V Sd a  V Sd M d Diagrama deslocado M d Nos apoios extremos, devido ao deslocamento do diagrama de momen tos fletores (a  ), surge uma força de tração R sd na seção de apoio, cor respondente ao momento fletor, dado por: M d,apoio = V Sd . a  50

Sendo M d,apoio = R Sd . z e z  d, fica: R Sd  a  d V Sd 51

Para proporcionar resistência à força de tração no apoio (R Sd ) é necessário colocar uma armadura, a ancorar no apoio (A s,anc ): A s , anc  R Sd f yd  1 f yd a  V Sd d  N Sd Se a força normal não existir fica: A s , anc  a  d V Sd f yd 52

A armadura positiva a ancorar no apoio deve ser composta por no mínimo duas barras da armadura longitudinal, e deve atender: A s , anc   1    3 1 4 A s  , vão se M apoio A s  , vão se M apoio  0 ou negativo  negativo de de valor valor M apoio M apoio  M 2  vão M vão 2 1 3 A s  , vão M < 0,5 M vão + M vão 53

1 4 A s  , vão M > 0,5 M vão + M vão 54

b  b c  b,ef  A s,anc VIGA DE APOIO A s,anc  b b

Figura 33 – Ancoragem reta da armadura longitudinal calculada segundo o comprimento de ancoragem básico nos apoios extremos.

 b , corr   b A A s , anc  b,corr As,ef  c  b,ef s , ef  b , corr   b , mín    r 6    cm   b VIGA DE APOIO As,ef  b,corr b

Figura 34 – Correção do comprimento de ancoragem básico para comprimento de ancoragem corrigido em função de diferenças entre a armadura calculada e a armadura efetiva.

 b , gancho  0 , 7  b A s , anc A s , ef

 b , gancho  0 , 7  b , corr  r      6 cm 8 Ø c D  b,ef b A s,ef Ø

Figura 35 – Ancoragem com gancho quando o comprimento de ancoragem efetivo do apoio é menor que o comprimento de ancoragem reto.

A s , corr  0 , 7  b  b , ef A s , anc 8 Ø c D  b,ef b A s,corr Ø

Figura 36 – Acréscimo de armadura longitudinal ancorada no apoio para A s,corr quando o com-primento de ancoragem efetivo do apoio é menor que o comprimento de ancoragem com gancho.

8 Ø A s , gr  A s , corr  A s , ef c 100 Ø gr Grampos D Ø  b,ef b A s,ef

Figura 37 – Ancoragem em apoio extremo com a utilização de grampos e armadura longitudinal efetiva com gancho.

Apoio Intermediário de Vigas Contínuas

A s , anc   1    3 1 4 A s  , vão se M apoio  0 ou negativo A s  , vão se M apoio  negativo de de valor valor M apoio M apoio  M 2  vão M vão 2 DIAGR . DESL OC.

BARRA 1 A  10 Ø BARRA 1

Figura 39 - Ancoragem da armadura longitudinal em apoios intermediários com o ponto A fora do apoio.

BARRA 1 A DIAGR . M DESLOC.

BARRA 1  b

Figura 40 - Ponto A além da face do apoio.

Ancoragem de Armadura Negativa em Apoios Extremos

a) b) Viga M p,inf M viga M viga M p,sup

Figura 41 – Momentos fletores em nó extremo de pórtico.