TQS - Dimensionamento, concepção, cálculo e detalhamento de Vigas em Concreto Armado
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No sistema CAD/TQS, todo o dimensionamento, detalhamento e desenho de vigas é realizado no sub-sistema CAD/Vigas, ativado dentro do Gerenciador.
O CAD/Vigas abrange diversos tipos de seções transversais: retangulares, T, L, I, etc.
Veja a seguir, as principais características que governam o dimensionamento e detalhamento de vigas no sistema CAD/TQS.
Em geral, os esforços nas vigas são obtidos através de um modelo de pórtico espacial, carregado com ações de vento, ações de peso próprio da estrutura (lajes-grelha, vigas e pilares) e possíveis sobrecargas. Os esforços obtidos do Pórtico-TQS (forças cortantes, momentos fletores e torsores e forças normais) são então transferidos para o CAD/Vigas para o dimensionamento e detalhamento dos elementos. Esses esforços são transferidos em forma de envoltórias de diversos carregamentos, possibillitando uma análise muito precisa e confiável.
Para as seções de dimensionamento são calculadas armaduras longitudinais (positivas e negativas) e transversais de acordo com a envoltória de esforços da viga.
O dimensionamento de vigas à flexão é feita de maneira automática pelo sub-sistema CAD/Vigas, sendo necessários apenas os esforços provenientes do pórtico espacial. Para este dimensionamento é adotado um processo iterativo, que sempre leva em conta o CG real das armaduras (camada simples ou em várias camadas).
O dimensionamento das vigas à flexão pode ser feito por Flexão Simples ou Flexão Composta Normal. A flexão simples é utilizada quando não há grandes influências de esforços normais na estrutura. Este é o caso da maioria dos edifícios de pequeno e médio porte que são projetados.
No caso da Flexão Composta Normal, sua utilização é muito importante quando os pavimentos apresentam elementos inclinados ou esforços de retração/dilatação térmica que sejam significativos nos carregamentos da estrutura. O Sistema CAD/TQS verifica as armaduras para esta situação. Desta forma, para as vigas com força normal elevada de tração, por exemplo, as armaduras laterais são maiores do que aquelas essencialmente construtivas (em função da dimensão) determinadas pela norma ou pelo cálculo a torção. Este cálculo é realizado por vão e a armadura lateral é modificada apenas para o vão onde é necessário.
Após o dimensionamento à Flexão Composta Normal é possível acessar o Relatório de Dimensionamento de FCN com as verificações e alterações de armaduras.
Atendendo às prescrições do Item 14.6.3 - Arredondamento do diagrama de momentos fletores da NBR6118:2003, é possível fazer uma redução no diagrama de momentos fletores negativos nos apoios e pontos de aplicação de forças consideradas como concentradas e nós de pórticos. Este procedimento leva a um dimensionamento/detalhamento mais econômico, em relação às armaduras.
Nas vigas, principalmente nas zonas de apoio, é importante garantir boas condições de dutilidade a flexão, sendo adotada, se necessário, uma armadura adequada para que seja garantida a profundidade relativa da linha neutra de acordo com os limites do item 14.6.4.3 da NBR6118:2003. Isto faz com que o elemento estrutural fique dimensionado de tal forma a evitar a ruptura frágil.
No sub-sistema CAD/Vigas, estas condições são automaticamente consideradas, inclusive quando há a definição de redistribuição de momentos fletores.
Porta-Estribos e Grampos
Para as regiões onde não foram detalhadas armaduras, o sistema coloca automáticamente porta-estribos. Nos casos em que a viga necessita de armadura de compressão devido ao momento positivo, este porta-estribo se comporta como armadura de compressão e a área do porta-estribo é detalhada, visando o atendimento da área de armadura de compressão.
Os porta-estribos são colocados, automaticamente, nas regiões onde não são dimensionadas armaduras.
O CAD/Vigas executa um detalhamento especial com grampos em apoios estreitos para a devida ancoragem das barras longitudinais que chegam no extremo. Em inúmeros casos, esta é a única solução possível para a correta ancoragem.
Dimensionamento ao Cisalhamento e Torção
O Dimensionamento ao Cisalhamento é feito para todos os vãos das vigas, de forma independente, assim o dimensionamento/detalhamento de um vão não interfere no outro. O dimensionamento segue as especificações da NBR6118:2003, sendo possível a escolha entre os dois modelos de cálculo: Modelo I - com bielas à 45º - e Modelo II - com bielas entre 30º e 45º. São dimensionados estribos (para força cortante), armaduras de suspensão (caso de apoio viga-viga), armaduras de tirante (caso de vigas penduradas), etc.
O Dimensionamento à Torção também é feito de acordo com a NBR6118:2003, sendo tratados os seguintes casos: Torção de Compatibilidade e Torção de Equilíbrio. Para o primeiro caso é possível considerar ainda a capacidade de adaptação plástica da viga ("Quando a torção não for necessária ao equilíbrio, caso da torção de compatibilidade, é possível desprezá-la desde que o elemento estrutural tenha a adequada capacidade de adaptação plástica" - NBR6118).
O sistema detalha automáticamente os estribos necessários para combater os esforços de cisalhamento e torção (2 ou 4 ramos) somando a quantidade necessária para cada esforço e escolhendo a quantidade adequada de ramos a ser detalhada; os estribos de torção são detalhados ou não com transpasse ao lado, e os demais estribos apenas com ganchos.
Para o caso de estribos com grandes esforços de torção, são utilizados estribos com transpasse.
Todas as armaduras são verificadas de forma a se adotar a armadura mínima pelo M1dmín (nos casos de área de aço muito pequena), conforme recomendado pela NBR6118:2003. Além disso, todas as ancoragens e transpasses de barras são verificados, são adotados grampos em situações de pequena largura de apoios (estes grampos são calculados e detalhados por um processo exato e são colocados apenas quando necessários) e quando não há possibilidade de uma ancoragem adequada é emitido um aviso de erro. Existem diversos critérios editáveis que controlam os elementos/valores de ancoragem, podendo o engenheiro adequá-los a seus critérios pessoais.
Conforme o item 17.5.1.2 da NBR6118:2003, para se desprezar os esforços de momentos de torção, quando estes são de compatibilidade, em certas situações é necessário dotar a viga de dutilidade a torção. Esta exigência é feita, interativamente pelo projetista, por vão, no modelador estrutural. Neste caso a viga é detalhada com o Asw mínimo de torção e o Vsd máximo fica limitado ao valor de (Vrd2*0.7). Mesmo vigas com altura menor do que 60 cm passam a ter, neste caso, armadura lateral e armadura transversal aumentada para atender a este quesito.
A armadura lateral, ou de armadura de pele, é dimensionada por vão, gerando um projeto econômico e um adequado detalhamento das vigas.
Detalhamento e Desenho de Vigas
O detalhamento e desenho das vigas é feito de maneira completa e automática. Apenas em certas condições especiais fora do padrão, torna-se necessário a realização de algum acertos nas armaduras antes da plotagem final das pranchas.
Viga bi-apoiada em pilares
Viga contínua com variação de seção
Quase todos os detalhes de corte e dobra possíveis nas armaduras são previstos pelo CAD/Vigas. O desenho das vigas segue a representação usual empregada no mercado. Através de inúmeros critérios de desenho disponíveis no sistema, é possível controlar a representação do desenho como, por exemplo, armaduras acima do gabarito da viga, tipos de cotagem dos ferros, número de cortes da seção transversal, etc.
O dimensionamento/detalhamento de vigas inclinadas também é feito pelo CAD/Vigas, seguindo todas as características já apresentadas. Neste caso, é realizado o dimensionamento à flexão composta normal, já que a presença de esforços normais neste tipo de elemento é de grande importância.
Uma das grandes vantagens da utilização de vigas inclinadas é a sua consideração no pórtico espacial, auxiliando a rigidez global da estrutura. O sistema CAD/TQS realiza essa consideração automaticamente.
Quando se faz necessário, há um Editor Rápido de Armaduras, específico para vigas, com comandos voltados diretamente para os "ferros" presentes nestes elementos. Assim é possível alterar o espaçamento dos estribos, alterar a bitola de uma barra, unir duas barras, acrescentar barras, estribos ou grampos, etc. Ainda dentro do Editor Rápido de Armaduras existem calculadoras de flexão e cisalhamento, para conferência das armaduras alteradas. Para casos de alteração de armaduras de flexão de uma viga a verificação à flexão composta de todas as seções pode ser feita automaticamente.
As armaduras de uma viga podem ser editadas facilmente com a utilização do Editor Rápido de Armaduras.
Mensagens de Erros e Avisos
Um sistema para emissão de mensagens de erros e avisos está disponível no CAD/Vigas. Além de alertar para anormalidades, informações são emitidas para auxiliar o usuário a sanar o problema e desenvolver o projeto.
Para conferência dos dados de entrada e resultados, é possível ter acesso a um Relatório Geral que apresenta os principais dados utilizados nos dimensionamentos feitos pelo CAD/Vigas. São gerados ainda Relatórios de Dimensionamento separados, para cada etapa do dimensionamento: flexão positiva, flexão negativa, cisalhamento, torção e flexão composta normal.
Em caso de problemas de dimensionamento, problemas com alocação de armaduras, etc, o sistema apresenta uma mensagem de erro, sem que o processamento seja interrompido. Assim o usuário pode saber onde houve o erro e tomar os procedimentos adequados para sua solução.
Quando há problemas no dimensionamento / detalhamento, o desenho dessas vigas apresenta uma tarja de aviso, com a mensagem: IMPOSSÍVEL DIMENSIONAR.
Juntamente com o Sistema CAD/TQS são fornecidos fluxogramas de funcionamento dos sub-sistemas e de itens importantes para o projeto:
Para o CAD/Vigas, o fluxograma indica os principais processos necessários para o desenvolvimento de um projeto adequado de vigas de concreto armado, utilizando o CAD/TQS.