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Fórmulas práticas para cálculo de flechas de vigas ... - Editora DUNAS

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Teoria e Prática na Engenharia Civil, n.18, p.63-70 Novembro, 2011Fórmulas práticas <strong>para</strong> cálculo <strong>de</strong> <strong>flechas</strong> <strong>de</strong> <strong>vigas</strong> <strong>de</strong> concretoarmadoPractical formulas for calculation of <strong>de</strong>flections of reinforcedconcrete beamsJosé Milton <strong>de</strong> AraújoEscola <strong>de</strong> Engenharia - FURG, Rio Gran<strong>de</strong>, RSe-mail: ed.dunas@mikrus.com.brRESUMO: O objetivo <strong>de</strong>ste trabalho é apresentar duas fórmulas práticas <strong>para</strong> o cálculo <strong>de</strong> <strong>flechas</strong> <strong>de</strong><strong>vigas</strong> <strong>de</strong> concreto armado. Essas fórmulas foram <strong>de</strong>senvolvidas a partir do mo<strong>de</strong>lo bilinear do CEB. Aprimeira fórmula permite calcular a flecha <strong>de</strong> <strong>vigas</strong> <strong>para</strong> diversos estágios do carregamento. Nessa fórmulautilizam-se as áreas <strong>de</strong> aço realmente existentes nas seções da viga. Uma segunda fórmula, in<strong>de</strong>pen<strong>de</strong>ntedas armaduras, permite calcular a flecha <strong>de</strong> <strong>vigas</strong> <strong>para</strong> as cargas <strong>de</strong> serviço, antes mesmo do <strong>de</strong>talhamentodas armaduras. A precisão das duas fórmulas é <strong>de</strong>monstrada por com<strong>para</strong>ção com o método bilinear.ABSTRACT: The subject of this work is to present two practical formulas for calculation of <strong>de</strong>flections ofreinforced concrete beams. Those formulas were <strong>de</strong>veloped with base in the bilinear mo<strong>de</strong>l of CEB. Thefirst formula allows to calculate beam <strong>de</strong>flections in several stages of the loading. This formula uses theexistent reinforcement in the cross sections of the beam. A second formula allows to calculate <strong>de</strong>flectionsun<strong>de</strong>r service loads, before of the <strong>de</strong>tailing of the reinforcement. The precision of the two formulas is<strong>de</strong>monstrated by comparison with the bilinear method.1 - INTRODUÇÃOEm trabalhos anteriores [1,2,3], o Autoranalisou diversos métodos disponíveis <strong>para</strong>cálculo <strong>de</strong> <strong>flechas</strong> <strong>de</strong> <strong>vigas</strong> <strong>de</strong> concreto armado.Nesses artigos foram analisados um mo<strong>de</strong>lo nãolinear, o método bilinear do CEB, o método doACI, o qual é adotado na NBR-6118, e umafórmula prática apresentada no CEB/90. Em outroartigo, o Autor propõe uma melhoria no mo<strong>de</strong>lodo ACI <strong>para</strong> cálculo <strong>de</strong> <strong>flechas</strong> <strong>de</strong> <strong>vigas</strong> [4].Nesses estudos ficou constatado que ambos osmétodos simplificados apresentam uma boaconcordância entre si e com o mo<strong>de</strong>lo não linear,no que se refere ao cálculo das <strong>flechas</strong> iniciais das<strong>vigas</strong> <strong>de</strong> concreto armado. A opção por um ou poroutro método, como, por exemplo, o métodobilinear do CEB [5,6] ou a fórmula <strong>de</strong> Branson,adotada na NBR-6118 [7], po<strong>de</strong> ser uma questão<strong>de</strong> preferência ou <strong>de</strong> costume do projetista.Porém, quando se consi<strong>de</strong>ram as <strong>de</strong>formaçõesdiferidas do concreto, verifica-se uma boaconcordância entre o método bilinear e o mo<strong>de</strong>lonão linear. Entretanto, o método da NBR-6118não reproduz satisfatoriamente os efeitos das<strong>de</strong>formações diferidas do concreto na resposta das<strong>vigas</strong> <strong>de</strong> concreto armado. Esse método subestimaas <strong>flechas</strong> das <strong>vigas</strong> pouco solicitadas, quando elasainda se encontram no estádio I, ou no início doestádio II (na região <strong>de</strong> formação das fissuras).Por outro lado, o método da NBR-6118superestima as <strong>flechas</strong> das <strong>vigas</strong> mais solicitadas,em um estado <strong>de</strong> fissuração mais adiantado.Em vista <strong>de</strong>sses estudos, o Autor temrecomendado o emprego do método bilinear doCEB, como sendo o método simplificado maispreciso, <strong>de</strong>saconselhando o uso do método daNBR-6118 <strong>para</strong> o cálculo <strong>de</strong> <strong>flechas</strong> <strong>de</strong> <strong>vigas</strong> sobcargas <strong>de</strong> longa duração.Entretanto, o emprego do método bilinear po<strong>de</strong>não ser muito simples, especialmente em cálculosmanuais <strong>de</strong> verificação <strong>de</strong> <strong>flechas</strong> das <strong>vigas</strong> sob ascargas <strong>de</strong> serviço.Nesse sentido, o CEB apresenta uma fórmulaprática, <strong>de</strong>rivada do método bilinear, a qualpermite um cálculo rápido. Essa fórmula possuiboa precisão <strong>para</strong> o nível <strong>de</strong> carregamento a que


64 Teoria e Prática na Engenharia Civil, n.18, p.63-70, Novembro, 2011.as <strong>vigas</strong> dos edifícios estão submetidasusualmente.Porém, a fórmula prática do CEB não permitealterar o nível <strong>de</strong> carga, o coeficiente <strong>de</strong> fluênciaou a resistência do concreto. A fórmula apresentavalores razoáveis da flecha <strong>para</strong> concretos comresistência característica à compressão f ck daor<strong>de</strong>m <strong>de</strong> 20 a 25 MPa, coeficiente <strong>de</strong> fluênciaϕ ≅ 2 e um nível <strong>de</strong> carga típico das <strong>vigas</strong> dosedifícios resi<strong>de</strong>nciais e <strong>de</strong> escritórios.O objetivo <strong>de</strong>ste trabalho é <strong>de</strong>senvolver umafórmula prática, nos mol<strong>de</strong>s da fórmula do CEB,porém, que permita variar os principaisparâmetros envolvidos no problema: nível <strong>de</strong>carregamento, coeficiente <strong>de</strong> fluência e resistênciaà compressão do concreto. Para isto, foram<strong>de</strong>senvolvidos dois conjuntos <strong>de</strong> fórmulas: uma<strong>para</strong> verificação, a qual <strong>de</strong>pen<strong>de</strong> das taxas <strong>de</strong>armaduras existentes na viga, e outra <strong>para</strong> projeto,a qual pressupõe que as armaduras existentes sãoexatamente iguais àquelas obtidas nodimensionamento.2 – O MÉTODO BILINEAR DO CEBDe acordo com o método bilinear do CEB,<strong>de</strong>scrito em <strong>de</strong>talhes na referência[8], a flecha W<strong>de</strong> uma viga é obtida por interpolação da flechaW 1, calculada no estádio I, e da flecha W 2 ,calculada no estádio II puro.Assim, a flecha W , levando em conta acolaboração do concreto tracionado entre fissuras,é interpolada na formaW( 1−η ) W1+ ηW2= (1)η = 0 , se M ≤ M r (2)η = 1− 0,5 M r M , se M > M r (3)Nas equações (2 e (3), M é o momento fletorsolicitante na seção crítica da viga e M r é omomento <strong>de</strong> fissuração.As parcelas W 1 e W 2 são calculadas levandoseem conta a fluência e a retração do concreto.Deve-se observar que o coeficiente η varia aolongo do eixo da viga pois, tanto M , quanto M r ,variam <strong>de</strong> seção <strong>para</strong> seção transversal. Naprática, é necessário adotar um valor constante<strong>para</strong> η , calculado <strong>para</strong> uma seção crítica. Domesmo modo, as <strong>flechas</strong> W 1 e W 2 <strong>de</strong>vem sercalculadas consi<strong>de</strong>rando a rigi<strong>de</strong>z da seção crítica.Assim, a rigi<strong>de</strong>z no estádio I, K I , e a rigi<strong>de</strong>z noestádio II puro, K II , são obtidas com asarmaduras existentes na seção crítica.No caso <strong>de</strong> uma viga biapoiada ou <strong>de</strong> uma vigacontínua, a seção crítica é consi<strong>de</strong>rada no meio dovão. Para os balanços, a seção crítica correspon<strong>de</strong>ao extremo engastado.Observa-se que a flecha é calculada em umaseção <strong>de</strong> referência, que po<strong>de</strong> não coincidir com aseção crítica.O momento <strong>de</strong> fissuração é dado porM rK I fctEcs= (4)( h − x )on<strong>de</strong> Ecs= 0, 85Ecé o módulo <strong>de</strong> <strong>de</strong>formaçãolongitudinal secante do concreto, h é a altura daseção transversal da viga e x I é a profundida<strong>de</strong>da linha neutra no estádio I.As expressões <strong>de</strong> x I , K I e K II po<strong>de</strong>m serobtidas na referência [8].Se as armaduras forem <strong>de</strong>sprezadas, x I = 0, 5h3e K I = Ecsbh12 , resultando a expressãoaproximada <strong>para</strong> o momento <strong>de</strong> fissuração2ctIM = bh f 6(5)r3 – A FÓRMULA PRÁTICA DO CEBUma vez que as <strong>flechas</strong> W 1 e W 2 sãocalculadas através <strong>de</strong> uma análise linear, po<strong>de</strong>-seescreverW =C1 ;K ICW 2 =(6)K IIon<strong>de</strong> C é uma constante que <strong>de</strong>pen<strong>de</strong> da carga, dovão e das condições <strong>de</strong> contorno da viga.Por exemplo, <strong>para</strong> uma viga biapoiada <strong>de</strong> vãol , submetida a uma carga uniformemente4distribuída p , tem-se C = ( 5pl) 384 .Ao empregar a equação (6), os efeitos dafluência <strong>de</strong>vem ser incluídos diretamente nasrigi<strong>de</strong>zes K I e K II . Para isto, <strong>de</strong>ve-se trabalhar


Teoria e Prática na Engenharia Civil, n.18, p.63-70, Novembro, 2011 65 .com o módulo secante efetivo do concretoE cse = E cs ( 1+ ϕ). Os efeitos da retração po<strong>de</strong>mser incluídos se<strong>para</strong>damente, como uma flechaadicional (ver referência [8].)A flecha <strong>de</strong> referência W c , consi<strong>de</strong>rando arigi<strong>de</strong>z E cs Icda seção <strong>de</strong> concreto simples, tem aexpressãoW c = CEcsI(7)cPara uma seção retangular com largura b ,altura total h e altura útil d , po<strong>de</strong>-se escreverK3I k1bdE cse3bhI c = (8)123= ; K II = k2bdEcse(9)on<strong>de</strong> os adimensionais k 1 e k 2 <strong>de</strong>pen<strong>de</strong>m dastaxas <strong>de</strong> armadura ρ e ρ′ , da relação entre omódulo <strong>de</strong> elasticida<strong>de</strong> do aço e o módulo efetivodo concreto, n = E s Ecse, e do parâmetroδ = d ′ d (ver referência [8]).Observa-se que, <strong>para</strong> incluir a fluência doconcreto, trabalha-se com o módulo efetivo E cse .Consi<strong>de</strong>rando as equações (6) a (9), po<strong>de</strong>-semostrar que a equação (1) po<strong>de</strong> ser escrita naformaW⎛= ⎜⎝3h ⎞⎟d ⎠⎛1−ηηk k ⎟ ⎞ϕ ⎜(10)⎝121 12 2 ⎠( 1+) ⎜ + Wc⎛1−ηηO termo⎟ ⎞⎜ +⎝12k1 12k2⎠<strong>de</strong>pen<strong>de</strong> das taxas <strong>de</strong>armadura ρ e ρ′ , do coeficiente <strong>de</strong> fluência ϕ(que está inserido no parâmetro n = E s Ecse), daresistência à tração do concreto e do nível <strong>de</strong>carga, representado pelo parâmetro η .Consi<strong>de</strong>rando os valores <strong>de</strong> referência jámencionados, po<strong>de</strong>-se escrever a relaçãoaproximada⎛1−η⎜⎝12k1η ⎞12k⎟2 ⎠( 1+ ϕ ) ⎜ + ⎟ = ( 1−20ρ′)K t(11)on<strong>de</strong> Kt, dado em uma tabela em função da taxa<strong>de</strong> armadura tracionada ρ , foi ajustado peloAutor [8] à expressão−0,71186K = 0,09547ρ(12)tA partir <strong>de</strong>ssas consi<strong>de</strong>rações, chegou-se àexpressão3⎛ h ⎞W = ⎜ ⎟ K t 20ρ′W⎝ d ⎠( 1−) cconforme consta no CEB/90[6].4 – PRIMEIRA FÓRMULA PRÁTICAPROPOSTA(13)Seguindo o procedimento anterior, propõe-seuma fórmula prática melhorada, a qual permitelevar em conta diferentes valores <strong>para</strong> ϕ , fckeη . Esse último parâmetro leva em conta ainfluência dos níveis <strong>de</strong> carregamento da viga.Essa primeira fórmula prática proposta tambémé <strong>de</strong>pen<strong>de</strong>nte das taxas <strong>de</strong> armadura ρ e ρ′ , oque permite que ela seja utilizada <strong>para</strong> calcular aflecha <strong>de</strong> uma viga em qualquer estágio docarregamento (evi<strong>de</strong>ntemente, <strong>de</strong>ntro da valida<strong>de</strong>do método bilinear).Como os diversos parâmetros são incluídos, asexpressões são mais complexas do que a fórmulado CEB. Porém, a precisão é melhorada,mantendo-se a facilida<strong>de</strong> <strong>de</strong> uso que se espera <strong>de</strong>um cálculo prático.O momento <strong>de</strong> fissuração Mré obtido atravésda equação (5), consi<strong>de</strong>rando a resistência à traçãodo concreto2 3⎛ fck⎞f ct = 1,40⎜⎟ , MPa (14)⎝ 10 ⎠com fckem MPa.O módulo secante do concreto é dado por1 3⎛ fck+ 8 ⎞E cs = 0,85x21500⎜⎟ , MPa (15)⎝ 10 ⎠O parâmetro η é obtido das equações (2) e (3),conforme a intensida<strong>de</strong> do momento fletor M naseção crítica.


66 Teoria e Prática na Engenharia Civil, n.18, p.63-70, Novembro, 2011.A flecha da viga é calculada com a expressão3⎛ h ⎞W = ⎜ ⎟ ( 1+ϕ )( [ 1−η)f1+ ηf2] W c (16)⎝ d ⎠As funções f1e f2, obtidas por regressão, sãodadas porf = 0,75 0, 85 nρ (17)1 −f2c1( nρ) 2( )= c(18)ρ′c 1 = 0,247 − 0, 078(19)ρ⎛ ρ′⎞c 2 = −⎜0,786+ 0,088 ⎟ (20)⎝ρ ⎠n =Es=Ecse( 1+ ϕ)EsEcs(21)Observa-se que a relação modular, dada naequação (21), consi<strong>de</strong>ra o coeficiente <strong>de</strong> fluênciado concreto. Nessas expressões <strong>de</strong>ve-se consi<strong>de</strong>rara relação ρ ′ ρ ≤ 1. Se ρ ′ > ρ , <strong>de</strong>ve-se adotarρ ′ ρ = 1.5 – VERIFICAÇÃO DA PRIMEIRAFÓRMULA PRÁTICAPara testar a precisão da primeira fórmulaproposta, analisa-se a viga da fig. 1.p k A' sh=40l=400 cmA sb=20Fig. 1 – Viga biapoiada4d=36Na tabela 1, indicam-se os valores da carga <strong>de</strong>serviço p k , do momento máximo <strong>de</strong> serviço M ke das áreas <strong>de</strong> aço obtidas no dimensionamento,consi<strong>de</strong>rando um concreto com fck= 30 MPa e oaço CA-50. Em todos os casos, resultou armadurasimples, tendo sido adotada uma armadura <strong>de</strong>compressão com área A′s= 0, 39 cm 2 , o quecorrespon<strong>de</strong> a duas barras <strong>de</strong> 5 mm.Tabela 1 – Cargas e armaduras das <strong>vigas</strong>p k(kN/m)M k(kNm)A s(cm 2 )A′ s(cm 2 )5 10 1,39 0,3910 20 1,85 0,3915 30 2,81 0,3920 40 3,82 0,3925 50 4,86 0,3930 60 5,95 0,3935 70 7,10 0,3940 80 8,30 0,39Na tabela 2 , apresentam-se as <strong>flechas</strong> máximasobtidas com o método bilinear e com a fórmulaproposta, <strong>para</strong> o caso <strong>de</strong> carga <strong>de</strong> curta duração,ou seja, ϕ = 0 .Tabela 2 – Flechas <strong>para</strong> curta duraçãop k(kN/m)W a(mm)W b(mm)WbW5 0,53 0,56 1,0610 5,71 5,80 1,0215 7,16 7,40 1,0320 7,98 8,35 1,0525 8,56 9,00 1,0530 8,99 9,46 1,0535 9,32 9,79 1,0540 9,59 10,04 1,05Método bilinear: WPrimeira fórmula proposta:aW bNa tabela 3, apresentam-se os resultados <strong>para</strong>coeficiente <strong>de</strong> fluência ϕ = 2 . Neste caso,também se com<strong>para</strong>m os resultados obtidos com afórmula prática do CEB (equação (13)).Conforme se observa nas tabelas 2 e 3, afórmula proposta apresenta excelente ajuste emrelação ao método bilinear. Em geral, o erro éinferior a 10%.A fórmula prática do CEB apresenta um erromaior, particularmente <strong>para</strong> <strong>vigas</strong> com baixo valorda carga <strong>de</strong> serviço.Na fig. 2, apresentam-se as respostas cargaflecha<strong>para</strong> a viga cuja carga <strong>de</strong> serviço ép = 20 kN/m. Essa viga possui áreas <strong>de</strong>ka


Teoria e Prática na Engenharia Civil, n.18, p.63-70, Novembro, 2011 67 .armadura iguais a As= 3, 82 cm 2 e A′s= 0, 39 cm 2 .Nesta figura, consi<strong>de</strong>ra-se ϕ = 0 .p k(kN/m)Tabela 3 – Flechas <strong>para</strong> ϕ = 2W a(mm)W b(mm)WbWaW c(mm)WcWa5 1,52 1,61 1,06 6,07 3,9910 7,48 7,88 1,06 9,91 1,3215 9,47 9,90 1,05 11,04 1,1720 10,76 11,08 1,03 11,83 1,1025 11,77 11,88 1,01 12,45 1,0630 12,61 12,44 0,99 12,94 1,0335 13,32 12,82 0,96 13,31 1,0040 13,96 13,09 0,94 13,61 0,97Método bilinear: W aPrimeira fórmula proposta:Fórmula prática do CEB:Carga p (kN/m)3020100BilinearFórmula propostaW cW b0 2 4 6 8 10 12 14Flecha (mm)Fig. 2 – Relações carga-flecha ( ϕ = 0 )Na fig. 3, apresentam-se as respostas <strong>para</strong> amesma viga, consi<strong>de</strong>rando ϕ = 2.Neste caso,também é incluída a relação carga-flecha <strong>de</strong>acordo com a fórmula prática do CEB.Conforme se observa pelas figuras 2 e 3, afórmula proposta se aproxima bastante do métodobilinear. Além disso, seus resultados sãosignificativamente melhores do que aquelesobtidos com a fórmula prática do CEB.Esse mesmo estudo foi feito <strong>para</strong> os tramos <strong>de</strong>extremida<strong>de</strong> das <strong>vigas</strong> contínuas, chegando-se aomesmo nível <strong>de</strong> precisão. O comportamento dasfórmulas aproximadas e as conclusões são asmesmas da viga biapoiada.Carga p (kN/m)3020100BilinearFórmula propostaFórmula prática do CEB0 2 4 6 8 10 12 14 16 18Flecha (mm)Fig. 3 – Relações carga-flecha ( ϕ = 2 )A fórmula prática foi <strong>de</strong>senvolvida <strong>para</strong> seçõesretangulares. Ela po<strong>de</strong> ser empregada <strong>para</strong> outrasformas <strong>de</strong> seção, mas os resultados serão menosprecisos. Para isto, a seção <strong>de</strong>ve ser transformadaem um retângulo <strong>de</strong> mesma altura e com a larguracalculada <strong>de</strong> forma a preservar o momento <strong>de</strong>inércia I c da seção real. As taxas <strong>de</strong> armadura ρe ρ′ <strong>de</strong>ve ser referidas à seção retangularequivalente.A equação (16) não inclui os efeitos daretração do concreto. Conforme é apresentado naref. [8], o acréscimo <strong>de</strong> flecha Δ Wcs, <strong>de</strong>vido àretração, po<strong>de</strong> ser obtido por2lcs8dΔ Wcs= rcs2εfr(22)on<strong>de</strong> l é o vão da viga, d é a altura útil, ε cs é a<strong>de</strong>formação específica <strong>de</strong> retração e f r é umcoeficiente que vale 1,0 <strong>para</strong> as <strong>vigas</strong> biapoiadas e<strong>para</strong> os balanços, 0,7 <strong>para</strong> os vãos extremos das<strong>vigas</strong> contínuas e 0,5 <strong>para</strong> os vãos intermediáriosdas <strong>vigas</strong> contínuas.No caso dos balanços, o <strong>de</strong>nominador 8 <strong>de</strong>veser substituído por 2.


68 Teoria e Prática na Engenharia Civil, n.18, p.63-70, Novembro, 2011.O coeficiente r cs2encontra-se tabelado emfunção das taxas <strong>de</strong> armadura na ref. [8]. Comouma aproximação, esse coeficiente po<strong>de</strong> sercalculado como⎛ ρ′⎞r cs2 = 1,0 − 0,5⎜⎟(23)⎝ ρ ⎠5 – SEGUNDA FÓRMULA PRÁTICAPROPOSTAA fórmula prática proposta anteriormente sópo<strong>de</strong> ser usada após o dimensionamento da viga,já que ela <strong>de</strong>pen<strong>de</strong> das taxas <strong>de</strong> armadura ρ e ρ′ .Neste caso, utilizam-se as taxas que realmenteserão empregadas na viga, as quais são obtidas emfunção das armaduras existentes nas seçõescríticas.Entretanto, po<strong>de</strong> ser conveniente avaliar as<strong>flechas</strong> das <strong>vigas</strong> antes mesmo dodimensionamento e <strong>de</strong>talhamento das armaduras.Neste caso, as <strong>flechas</strong> po<strong>de</strong>riam ser <strong>de</strong>terminadasjuntamente com o cálculo dos esforçossolicitantes, utilizando-se o mesmo programa <strong>de</strong>cálculo <strong>de</strong> esforços.Para isto, admite-se que as armadurasexistentes na viga sejam exatamente iguais àsarmaduras efetivamente obtidas nodimensionamento. Assim, dado o momento fletorM , realiza-se o dimensionamento e calcula-se aflecha com as armaduras obtidas.Empregando-se essa solução e a equação (10),chegou-se a uma segunda fórmula prática através<strong>de</strong> regressão.Nessa segunda fórmula, a flecha da viga éobtida através da expressãoon<strong>de</strong> β <strong>de</strong>pen<strong>de</strong> da relação3⎛ h ⎞W = ⎜ ⎟ β W c(24)⎝ d ⎠1 2⎛ M ⎞α = ⎜ r⎟(25)⎝ M ⎠Se α ≥ 1, o coeficiente β é dado porβ = 0 ,75 + 0, 65ϕ(26)Se α < 1, tem-se( 1+0,2ϕ)( 5,50α− 0,75)1+0,01( − 30)β =≥ 0 (27)f ckNa equação (27), f ck <strong>de</strong>ve estar em MPa.Deve-se observar que a equação (24) não serve<strong>para</strong> <strong>de</strong>terminar uma resposta completa da viga.Essa fórmula pressupõe que as áreas <strong>de</strong> aço sãoaquelas requeridas pelo dimensionamento <strong>para</strong> omomento fletor <strong>de</strong> cálculo M d = 1, 4Mk . Logo, osresultados somente são corretos <strong>para</strong> o momentofletor M = M k , ou seja, <strong>para</strong> o carregamento <strong>de</strong>serviço da viga.Para <strong>de</strong>terminar uma resposta carga-flecha,<strong>de</strong>ve-se empregar a primeira fórmula prática,como mostrado anteriormente.Havendo necessida<strong>de</strong>, a retração po<strong>de</strong> serincluída como na primeira fórmula, po<strong>de</strong>ndo-seadotar r cs2 = 1, 0 a favor da segurança.Observa-se que o coeficiente β diminui com aredução <strong>de</strong> α , ou seja, com o aumento domomento fletor M . Isto ocorre porque, quantomaior for o momento M , maior será a área <strong>de</strong> açoda viga.5 – VERIFICAÇÃO DA SEGUNDAFÓRMULA PRÁTICAA viga da fig. 1 é empregada <strong>para</strong> a verificaçãoda segunda fórmula prática.Na tabela 4, apresentam-se os resultados <strong>para</strong>carga <strong>de</strong> curta duração ( ϕ = 0 ). Na tabela 5,apresentam-se os resultados <strong>para</strong> ϕ = 2 .Tabela 4 – Flechas <strong>para</strong> curta duraçãop k(kN/m)W a(mm)W d(mm)WdW5 0,53 0,56 1,0610 5,71 6,16 1,0815 7,16 7,23 1,0120 7,98 8,05 1,0125 8,56 8,70 1,0230 8,99 9,24 1,0335 9,32 9,68 1,0440 9,59 10,06 1,05Método bilinear: WSegunda fórmula proposta:aW da


Teoria e Prática na Engenharia Civil, n.18, p.63-70, Novembro, 2011 69 .p k(kN/m)Tabela 5 – Flechas <strong>para</strong> ϕ = 2W a(mm)W d(mm)WdWa5 1,52 1,54 1,0110 7,48 8,62 1,1515 9,47 10,12 1,0720 10,76 11,27 1,0525 11,77 12,18 1,0330 12,61 12,93 1,0335 13,32 13,56 1,0240 13,96 14,09 1,01Método bilinear: W aSegunda fórmula proposta:W dConforme se observa pelas tabelas 4 e 5, osresultados obtidos com a segunda fórmula práticasão muito próximos do método bilinear. O nível<strong>de</strong> precisão é o mesmo obtido com a primeirafórmula, cujos resultados encontram-se nastabelas 2 e 3.Deve-se observar que os resultados das tabelas2 e 3 também correspon<strong>de</strong>m ao caso em que aarmadura existente é igual à armadura calculada.Porém, uma vez que a primeira fórmula <strong>de</strong>pen<strong>de</strong><strong>de</strong> ρ e ρ′ <strong>de</strong> maneira explícita, ela po<strong>de</strong> serempregada mesmo que a armadura existente sejabem diferente da armadura calculada. Com isso,po<strong>de</strong>-se obter a flecha <strong>de</strong> uma viga nos diversosestágios do carregamento.Por outro lado, na segunda fórmulasubenten<strong>de</strong>-se que a armadura existente é igual àarmadura calculada. Logo, essa segunda fórmulasó po<strong>de</strong> ser usada <strong>para</strong> avaliar a flecha das <strong>vigas</strong>sob as cargas <strong>de</strong> serviço.6 – A RIGIDEZ EQUIVALENTEAo se fazer a análise estrutural <strong>de</strong> umaestrutura mais complexa, como, por exemplo, opavimento completo <strong>de</strong> um edifício, composto porvárias <strong>vigas</strong> e lajes, po<strong>de</strong> ser convenienteintroduzir a não linearida<strong>de</strong> física <strong>de</strong> maneiraaproximada, sem a necessida<strong>de</strong> da realização <strong>de</strong>uma análise iterativa e incremental. Isto po<strong>de</strong> serfeito adotando-se rigi<strong>de</strong>zes equivalentes <strong>para</strong> oselementos estruturais.Quando se emprega o Método dos ElementosFinitos, as <strong>vigas</strong> são discretizadas em váriospequenos elementos, <strong>de</strong>vendo-se atribuir umarigi<strong>de</strong>z equivalente <strong>para</strong> cada um <strong>de</strong>sseselementos.Um procedimento bastante utilizado consisteem fazer uma primeira análise elástica linear,consi<strong>de</strong>rando as rigi<strong>de</strong>zes das seções <strong>de</strong> concretosimples das <strong>vigas</strong> e das lajes no estado nãofissurado. Dessa análise, obtêm-se os esforçossolicitantes <strong>de</strong> cálculo, com os quais sãodimensionadas as armaduras. Em seguida, aestrutura é analisada novamente, consi<strong>de</strong>rando ascombinações <strong>de</strong> serviço das ações e atribuindo-serigi<strong>de</strong>zes equivalentes <strong>para</strong> os elementos finitos.Com isso, avaliam-se as <strong>de</strong>formações da estruturacom a consi<strong>de</strong>ração dos efeitos da fissuração e dafluência do concreto e incluindo as armadurasobtidas no dimensionamento.Uma vez que a primeira fórmula práticaproposta permite obter a flecha das <strong>vigas</strong> nosdiversos estágios do carregamento, ou seja, <strong>para</strong>diversos valores do momento fletor M , elatambém po<strong>de</strong> ser empregada <strong>para</strong> a <strong>de</strong>terminaçãoda rigi<strong>de</strong>z equivalente dos elementos finitos <strong>de</strong><strong>vigas</strong>.De modo análogo à equação (7), a equação(16) também po<strong>de</strong> ser escrita na formaCW = (28)EI eqon<strong>de</strong> EI eq é a rigi<strong>de</strong>z equivalente.Substituindo a equação (7) em (16) econsi<strong>de</strong>rando a equação (28), obtém-seEIeq3⎛ d ⎞ EcsIc= ⎜ ⎟(29)⎝ h ⎠ ( 1+ϕ )( [ 1−η)f + ηf]O coeficiente η é dado nas equações (2) e (3),consi<strong>de</strong>rando o momento fletor máximo M queatua no elemento finito <strong>de</strong> viga. As funções f 1 ef 2 são <strong>de</strong>terminadas a partir das taxas <strong>de</strong>armadura ρ e ρ′ do elemento.Observa-se que, <strong>para</strong> o emprego da equação(29), M é o momento máximo em cada elementoe não mais o momento na seção crítica da viga.Desse modo, cada elemento finito terá umarigi<strong>de</strong>z equivalente diferente, mesmo que aarmadura seja constante em todo o vão da viga. Aanálise estrutural é feita <strong>para</strong> uma viga <strong>de</strong> rigi<strong>de</strong>zvariável.12


70 Teoria e Prática na Engenharia Civil, n.18, p.63-70, Novembro, 2011.7 - CONCLUSÕESNeste trabalho foi apresentada a origem dafórmula prática do CEB <strong>para</strong> o cálculo <strong>de</strong> <strong>flechas</strong>das <strong>vigas</strong> <strong>de</strong> concreto armado. Essa fórmulapossui boa precisão <strong>para</strong> o nível <strong>de</strong> carregamento<strong>de</strong> serviço a que as <strong>vigas</strong> dos edifícios estãosubmetidas usualmente. A fórmula apresentavalores razoáveis da flecha <strong>para</strong> concretos comresistência característica à compressão f ck daor<strong>de</strong>m <strong>de</strong> 20 a 25 MPa e coeficiente <strong>de</strong> fluênciaϕ ≅ 2 .Com base no mesmo procedimento, foram<strong>de</strong>senvolvidas duas fórmulas práticas <strong>para</strong> ocálculo <strong>de</strong> <strong>flechas</strong> <strong>de</strong> <strong>vigas</strong>. A primeira fórmula<strong>de</strong>pen<strong>de</strong> das taxas <strong>de</strong> armadura efetivamenteusadas na viga e serve <strong>para</strong> o cálculo das <strong>flechas</strong>em vários estágios do carregamento. Essa fórmulaé i<strong>de</strong>al <strong>para</strong> verificações, após a escolha dasarmaduras das <strong>vigas</strong>. Ela também permite ocálculo da rigi<strong>de</strong>z equivalente, como foi mostrado.A segunda fórmula foi <strong>de</strong>terminada,consi<strong>de</strong>rando que as armaduras existentes na <strong>vigas</strong>ão aquelas obtidas no dimensionamento. Dessemodo, a fórmula não <strong>de</strong>pen<strong>de</strong> explicitamente dasarmaduras. Essa fórmula permite calcular a flechada viga <strong>para</strong> a carga <strong>de</strong> serviço, antes dodimensionamento, po<strong>de</strong>ndo ser inseridadiretamente no programa <strong>de</strong> cálculo dos esforços.A precisão das duas fórmulas foi <strong>de</strong>monstradaatravés <strong>de</strong> com<strong>para</strong>ções com os resultados dométodo bilinear.4. Araújo, J. M. Improvement of the ACI methodfor calculation of <strong>de</strong>flections of reinforcedconcrete beams. Revista Teoria e Prática naEngenharia Civil, n. 7, p.49-60, Ed. Dunas, RioGran<strong>de</strong>, Setembro, 2005.5. Comité Euro-International du Béton – CEBDesign Manual on Cracking and Deformations.Lausanne, 1985.6. Comité Euro-International du Béton - CEB-FIPMo<strong>de</strong>l Co<strong>de</strong> 1990. Lausanne, 1993.7. Associação Brasileira <strong>de</strong> Normas Técnicas -Projeto <strong>de</strong> Estruturas <strong>de</strong> Concreto. NBR-6118.Rio <strong>de</strong> Janeiro, 2003.8. Araújo, J. M. Curso <strong>de</strong> Concreto Armado, v.2,3.ed., Ed. Dunas, Rio Gran<strong>de</strong>, 2010.REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS1. Araújo, J. M. – Mo<strong>de</strong>lo <strong>para</strong> análise <strong>de</strong> <strong>vigas</strong><strong>de</strong> concreto armado. Revista Portuguesa <strong>de</strong>Engenharia <strong>de</strong> Estruturas, No. 32, p.9-14, Lisboa,Julho, 1991.2. Araújo, J. M. Processos simplificados <strong>para</strong>cálculo <strong>de</strong> <strong>flechas</strong> <strong>de</strong> <strong>vigas</strong> <strong>de</strong> concreto armado.Revista Teoria e Prática na Engenharia Civil, n. 5,p.1-10, Ed. Dunas, Rio Gran<strong>de</strong>, Agosto, 2004.3. Araújo, J. M. Simplified procedures forcalculation of instantaneous and long-term<strong>de</strong>flections of reinforced concrete beams. RevistaEngenharia Civil da Universida<strong>de</strong> do Minho, n.24,p.57-68, Setembro, 2005, Portugal.

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