Sistema lateral e diafragma

Quem segura a casa de lado

Em Fita e bloqueador e em Travamento você desenha as fitas em X e as linhas de cinta e bloqueador. Lá o assunto é a ferramenta. Aqui é o sistema: por onde o vento atravessa a casa, quanto chega em cada peça e o que o motor confere em cada uma.

A casa do exemplo tem X em quatro paredes: a frente, a Parede 2, a Parede 3 e a Parede 5. São oito fitas RET 50 x 0,95, duas por parede. No topo das paredes e no plano do telhado não há contraventamento desenhado. Nesses planos o motor assume que o forro e as águas trabalham como diafragma rígido, e avisa.

O cálculo da casa inteira, na tela, dá 1.113 verificações e 8 barras reprovadas, nenhuma do sistema lateral. As oito fitas passam, de 0,50 a 0,59, todas governadas pela tração: estão nas duas faces da parede, e o cálculo soma as duas. Esta página lê a fita que passa, mostra por que ela passa e, num ensaio desfeito no fim, o que acontece sem a segunda face.

O caminho da força horizontal

Uma parede de montantes e guias resiste bem ao vento que bate de frente nela: cada montante trabalha como viga entre a base e o topo. O que ela não segura sozinha é a força no próprio plano, a que tenta deitar o quadro. Essa força tem de ir por outro caminho, e o desenho mostra qual.

1. A parede de frente para o vento recebe a pressão no fechamento e a passa aos montantes.

2. Cada montante leva parte dessa força à guia de base e parte à guia de topo.

3. O diafragma, o plano rígido do forro no topo das paredes, recolhe a parte de cima e a reparte entre as paredes paralelas ao vento.

4. Nessas paredes, a fita em X leva a força da guia de topo à base. Trabalha uma diagonal por vez, a tracionada.

5. Na base, a componente vertical da fita puxa uma ponta da parede para cima e empurra a outra para baixo, e a horizontal passa para a fundação. É a ancoragem, que o projeto dimensiona à parte.

O diafragma reparte, a parede mais rígida leva mais

Na planta da casa, cada direção do vento tem duas paredes com X. O vento ao longo de x (casos V1 e V3) desce pela frente e pela Parede 5; o vento ao longo de z (V2 e V4), pelas Paredes 2 e 3. O diafragma assumido liga o topo de todas as paredes num plano rígido, e é ele que decide quanto cada uma recebe.

Força na fita que trabalha, por caso de vento

Força de cada caso sozinho, sem coeficiente, com a pressão interna do sinal "−". Com a do sinal "+", os números mudam menos de 0,1 kN.

Nenhuma parede leva tudo, e as duas de cada direção não levam o mesmo. Dois efeitos explicam a tabela.

A rigidez. O diafragma reparte o vento pela rigidez de cada parede. A frente tem o X mais estreito, 1,66 m a 59°, e cede mais: a fita dela leva 8,98 kN, que na horizontal são 8,98 × cos 59° ≈ 4,6 kN. A Parede 5, com X de 2,40 m a 49°, leva 9,31 × cos 49° ≈ 6,1 kN, cerca de 57% do vento da direção.

O ângulo. As Paredes 2 e 3 dividem o vento perto do meio, 5,5 e 5,9 kN na horizontal. Na fita, a diferença cresce: 9,54 kN na Parede 3, a 52°, contra 8,38 kN na Parede 2, a 49°. A força na fita é a horizontal dividida por cos θ, e a fita mais em pé precisa de mais força para dar a mesma componente.

Em V1 trabalha uma diagonal de cada X; em V3, a outra: cada fita é dimensionada pelo vento que a estica.

Tração no perfil formado a frio, e a contenção do montante

A fita é uma chapa fina, a RET 50 x 0,95, e o motor a verifica como barra tracionada da ABNT NBR 14762:2010; nas duas faces, ele soma as duas chapas. Cinta e bloqueador entram pela NBR 16970-2:2022, que diz quanto uma contenção precisa resistir e quão rígida ela precisa ser para travar o montante. O quadro liga cada verificação da tela ao item da norma.

1. Leia a fita pela tração

Na fita, a única verificação que pode reprovar é a tração. Compressão e flexão saem como N.P.: em cada caso de vento, o motor tira do cálculo a diagonal que ficaria comprimida e refaz a conta só com a esticada.

2. Nas duas faces, o cálculo soma as duas fitas

As oito fitas da casa estão nas duas faces da parede, e o cálculo conta as duas: a área no cartão de Tração é 0,91 cm², o dobro dos 0,457 cm² de uma fita, e a resistência vai de 11,63 kN para 23,27 kN. A rigidez do X também dobra, e a parede mais rígida puxa mais vento. Os passos 7 e 8 tiram a segunda face num ensaio e mostram a diferença na tela.

3. Prefira o X mais aberto

Para a mesma força horizontal, a fita mais deitada estica menos: a força na fita é a horizontal dividida pelo cosseno do ângulo. A faixa do mercado vai de 30° a 60°, com 45° de alvo, e é regra de mercado, não da norma (veja Fita e bloqueador).

4. Se ainda faltar, uma fita maior

A resistência à tração cresce na mesma proporção da área, e a área é largura vezes espessura de cálculo: fita mais larga ou mais grossa, como mostra Fita e bloqueador. A espessura que conta é a sem o zinco, 0,914 mm na fita de 0,95.

5. Ou divida a força com mais um X

Um segundo X na mesma direção reparte o vento entre mais fitas. É a saída quando a bitola mais grossa não existe no catálogo do mercado da obra.

As oito fitas da casa, no cálculo da tela

A pior diagonal de cada X fica entre 0,53 e 0,59. A frente acompanha as outras com o X mais estreito justamente porque, mais flexível, recebe menos vento: o diafragma manda a maior parte para a Parede 5. Cada diagonal de um X tem a sua razão, porque cada uma é a esticada num sentido do vento.

1. Calcule e abra a vista da Parede 3

Calcule a obra, com as cargas e o vento descritos em Ações. Na Planta, clique na Parede 3 e depois em Abrir vista. A parede aparece de frente, com o X perto da ponta da frente, entre z = 1,0 m e z = 3,2 m.

2. Ligue as cores

Ligue as cores da verificação no botão da barra de ferramentas. Verde passa; vermelho reprova. As duas diagonais do X ficam verdes: 0,56 e 0,59. Cintas e bloqueadores, as peças horizontais a um terço e a dois terços da altura, também.

3. Clique na fita e leia o cabeçalho

Com as cores ligadas, clique na diagonal que sobe para a frente. O relatório abre com o rótulo da fita (FX), o perfil, o comprimento de 3,56 m, a norma e o material. Na última linha, o veredito e a verificação que governa.

• 0,59: tração, a governante, em CB13
• 13,7 kN: força na fita esticada
• 23,27 kN: resistência: escoamento da seção bruta
• 0,91 cm²: área das duas faces, 2 × 0,457

O que cada campo diz. A = 0,91 cm² é a área das duas fitas, 2 × 5,0 cm × 0,0914 cm; a espessura de cálculo também dá 0,91, em mm, e é só coincidência. A alínea e a conta que governa dizem qual das três contas da norma deu o menor valor: aqui, a 9.6.2 a), o escoamento da seção bruta. A combinação CB13 é 1,4·PP1 + 1,4·PP2 + 0,7·SC + 1,4·V2− (90°): o vento ao longo de z, que as Paredes 2 e 3 seguram.

O que fica com você. A linha da seção líquida diz "não verificada: faltam furos e ligação". A alínea c) depende dos parafusos da ponta da fita, que se definem no detalhe da ligação. A ligação da fita no montante é conta do projeto.

4. Role o relatório até a Esbeltez

A fita é chapa de 0,9 mm. O raio de giração no eixo fraco é t/√12, cerca de 0,03 cm, e L/r passa de 13 mil; somar a segunda face dobra a área, mas não muda o raio de giração. A NBR 14762 só recomenda o limite de 300 para a barra tracionada (9.6.3), e a fita existe para trabalhar esticada: o motor anota o número e não reprova. Compressão e flexão saem como "N.P.: tirante, só a tração se verifica".

5. Confira na lista Verificação de Barras

O botão Verificação de Barras abre a lista da obra inteira. O topo conta as reprovadas: 8, e nenhuma é fita. Clique na linha de uma fita e ela se abre com cada verificação, solicitação sobre resistência.

6. Clique na cinta e no bloqueador

A cinta e o bloqueador não levam o vento da parede: travam o montante contra a flambagem no eixo fraco. O motor os tira do modelo, usa a linha deles como ponto travado no comprimento de flambagem do montante e depois os verifica como contenção, pela NBR 16970-2, 7.2. O desenho da linha está em Travamento.

A força. A linha soma a compressão dos montantes que trava, combinação por combinação. Na cinta da Parede 3 a soma governante é 27,05 kN, em CB7, e 0,004 × 27,05 dá 0,1 kN.

A rigidez. A cinta oferece E·A/s, com s o trecho entre dois montantes: 20.000 × 0,457 / 43,19 = 211,6 kN/cm. A cinta só trabalha à tração e fica numa face da parede: a resistência e a área dela são as de uma fita.

O bloqueador é um perfil C entre dois montantes, verificado à compressão. Com 0,56 m, quem governa é a esbeltez: 37,2 contra 200, pelo item 9.7.4.

Ensaio: a fita numa face só

Os passos 7 e 8 são um ensaio, feito só na tela: tiram a segunda face de uma fita, calculam e se desfazem no fim com Ctrl+Z. Nada vai para a obra salva.

7. Desmarque Nas duas faces na fita da Parede 3

Com as cores desligadas, clique numa diagonal da Parede 3: o inspetor da fita abre, como no passo 4. Clique em Nas duas faces para desmarcar. A troca é na hora: cada diagonal, que tinha duas fitas, fica com uma. O inspetor é de uma fita só: a Parede 3 muda, e as outras três paredes seguem nas duas faces.

8. Calcule e abra o relatório da fita

Calcule. Ligue as cores e clique na diagonal da Parede 3: o relatório abre na fita que ficou. É o mesmo relatório dos passos 3 e 4, agora com uma chapa em vez de duas.

• 0,99: tração da pior fita (era 0,59)
• 11,5 kN: força na fita, CB13 (era 13,7)
• 11,63 kN: resistência, com A = 0,46 cm² (era 23,27)
• 1.342,1 kg: aço da obra na barra de status (era 1.344,7)

A resistência caiu à metade, e a razão não dobrou. Numa face só, o X da Parede 3 fica mais flexível, e o diafragma passa parte do vento para a Parede 2, a outra parede da mesma direção. No vento V2, a fita da Parede 3 foi de 9,54 para 8,04 kN, e a da Parede 2 de 8,38 para 9,47 kN. Por isso a força caiu de 13,7 para 11,5 kN, e a razão parou em 0,99. É a conta que se confere no motor, e não na regra de três. As outras reprovadas da obra não mudam: as mesmas oito peças, com as mesmas razões.

O que cada escolha muda no cálculo

As opções da fita moram em três lugares, que Fita e bloqueador e Travamento mostram: a caixa da ferramenta Fita, o inspetor da fita lançada e a configuração da obra. Aqui o que importa é o efeito de cada uma nas peças que o motor verifica.

Os números que o motor usa

O que costuma enganar na leitura

1. Ler a esbeltez da fita como reprovação. A fita da Parede 3 tem L/r de 13.488 contra 300, e o cartão fica verde. Para a barra tracionada a norma recomenda, não exige, e o motor anota o número sem reprovar.
2. Desmarcar a segunda face achando que é só desenho. O cálculo soma as duas fitas. Sem a segunda face, a fita da Parede 3 foi de 0,59 a 0,99 no ensaio: passou, mas sem folga nenhuma.
3. Conferir só uma diagonal do X. Cada diagonal é a esticada num sentido do vento. Na Parede 3, uma dá 0,56 e a outra 0,59. As duas precisam passar.
4. Copiar o resultado de uma parede para a outra. A mesma fita RET 50x0.95, nas duas faces, dá 0,54 na frente e 0,59 na Parede 5. O vento se reparte pela rigidez, e cada parede se lê na sua vista.
5. Procurar a fita na lista de travamento. Cinta e bloqueador travam o montante e saem do modelo; a fita fica e leva o vento. Uma cinta com 0,01 não diz nada sobre o X da mesma parede.

Os avisos do diafragma

Depois do cálculo, o card de Combinações aberto mostra o botão das divergências no modelo. Três delas falam do diafragma desta casa:

Não são erros: são hipóteses do cálculo, ditas em voz alta. A repartição mostrada em Para que serve vale se o forro e o telhado funcionarem como diafragma. Ou o projeto garante isso pela placa e pelas ligações, ou desenha o contraventamento do plano, e aí ele entra no cálculo no lugar das barras fictícias.

Confere o caminho que está desenhado

O motor verifica cada peça do caminho que está no modelo: a fita à tração, pela NBR 14762, e a cinta e o bloqueador como contenção do montante, pela NBR 16970-2, 7.2. Onde não há contraventamento desenhado no topo das paredes ou no plano do telhado, ele assume o diafragma rígido e diz isso nas divergências do modelo.

Onde ler cada coisa

O que fica com o projetista

1. A ligação da fita na peça em pé. Os parafusos, e com eles a ruptura da seção líquida (NBR 14762, 9.6.2 c), que depende do número e do diâmetro dos furos. Dimensione a ligação pela mesma norma.
2. A ancoragem dos cantos. O memorial traz a força em cada canto de parede, tirada das reações de apoio nas combinações de ELU. O chumbador e a ancoragem dele no concreto se dimensionam à parte, com a resistência do fabricante.
3. O diafragma. Onde o cálculo assumiu o forro ou o telhado como plano rígido, a placa e as ligações precisam garantir isso. Se não garantem, desenhe o contraventamento do plano: ele entra no cálculo no lugar das barras fictícias.
4. O destino das linhas de travamento. O motor confere se a linha chega a uma parede contraventada e avisa quando a força fica sem destino. A ligação da linha à fita, e a do bloqueador ao montante, são detalhe do projeto.
5. A fita na montagem. Fita frouxa não trabalha até a parede andar o bastante para esticá-la: especifique a fita esticada.

O caminho, numa linha

Calcular → Planta, clique na parede, Abrir vista → ligar as cores → clicar na fita e ler a Tração → conferir a lista Verificação de Barras → ler as hipóteses do diafragma no card de Combinações. No ensaio: desmarcar Nas duas faces no inspetor, calcular, ler, desfazer com Ctrl+Z e calcular de novo.

O exemplo até aqui

• 0,59: fita nas duas faces, por tração
• 0,99: a mesma fita numa face só (ensaio)
• 0,01: cinta, travamento (força)
• 0,19: bloqueador, por esbeltez