CONCRETO ARMADO 1
NOTAS DE AULA
Prof. Esp. EMÍLIO AUGUSTO E QUEIROZ VELOIS
www.emilioqueiroz.com.br
Vitória da Conquista – BA
Fevereiro – 2019
Concreto Armado 1 | Prof. Esp. Emílio Augusto de Queiroz Velois
1. CONCEITOS
O concreto é um material constituído por aglomerante (cimento), água, agregado miúdo (areia) e agregado graúdo (brita), e pode conter aditivos químicos e adições minerais.
Os aglomerantes têm a função de unir fragmentos dos outros materiais. No concreto o aglomerante usado é o cimento Portland, que é um aglomerante hidráulico, ou seja, este reage com a água e endurece com o tempo.
Os agregados são materiais que aumentam o volume da mistura e reduzem seu custo sem que a qualidade do material seja muito prejudicada. São responsáveis pelo aumento do módulo de elasticidade do concreto. Dividem-se em dois grupos: Miúdos, com tamanho entre 0,075 mm e 4,8 mm (Areias) e Graúdos, com tamanhos superiores a 4,8 mm (Britas).
Os aditivos químicos têm a função de melhorar ou modificar as propriedades básicas do concreto. Os principais aditivos são: plastificantes (P), retardadores de pega (R), aceleradores de pega (A), plastificantes retardadores (PR), plastificantes aceleradores (PA), incorporadores de ar (IAR), superplastificantes (SP), superplastificantes retardadores (SPR) e superplastificantes aceleradores (SPA).
As adições minerais atuam substituindo parcialmente o cimento, melhorando o desempenho do concreto. Podem ser incorporadas aos concretos ou inseridas nos cimentos ainda na fábrica, o que resulta na diversidade de cimentos comerciais. São materiais extremamente finos, diminuem o volume de vazios (contribuindo para uma menor porosidade), reduzem a permeabilidade e, conseqüentemente, melhoram a resistência mecânica. Os exemplos mais comuns de adições são: escória de alto forno, cinza volante, sílica ativa de ferro-silício e metacaulinita.
Através da mistura dos materiais citados acima podemos obter:
a) Pasta: Mistura do aglomerante (cimento) com água. Quando há água em excesso denomina-se nata.
b) Argamassa: Mistura do aglomerante (cimento), água e agregado miúdo (areia). c) Concreto simples: Mistura de aglomerante (cimento), água, agregado miúdo
(areia) e agregado graúdo (brita).
O concreto simples é obtido a partir de uma minuciosa junção (traço) de materiais a fim de proporcionar a este, diversas características desejadas, tanto no estado fresco quando no estado endurecido.
Quando endurecido apresenta características como elevada resistência à compressão, baixa resistência à tração, comportamento frágil para pequenas deformações.
Ao submeter uma viga biapoiada a ação de um carregamento conforme a figura 1 são geradas tensões de tração na fibra inferior do concreto e tensões de compressão na fibra superior. Como o concreto simples tem baixa resistência à tração e alta resistência a compressão, é necessário o uso do aço na região tracionada para resistir a estas tensões, pois este possui ótima resistência à tração. Estas são chamadas estruturas em concreto
armado. Os dois materiais, concreto e aço, deverão trabalhar solidariamente, o que é
possível devido às forças de aderência entre a superfície do aço e o concreto, pois as armaduras serão tracionadas quando o concreto que as envolve começa a deformar,
Concreto Armado 1 | Prof. Esp. Emílio Augusto de Queiroz Velois caracterizando assim o que conhecemos como armaduras passivas. É a aderência que faz com que o concreto armado se comporte como material estrutural.
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Figura 1 – Viga de concreto armado
Fonte: Arquivo pessoal
O aço também possui boa resistência a compressão, sendo assim o mesmo pode colaborar com o concreto em regiões comprimidas.
Em estruturas de concreto armado adotam-se armaduras em forma de barras com seção circular, chamadas armaduras passivas, ou seja, amaduras que sofrem tensões e deformações provenientes exclusivamente de ações externas
De modo geral, na execução de uma peça de concreto armado, a armadura é previamente posicionada na fôrma, em seguida o concreto fresco é lançado. Após o preenchimento da fôrma pelo concreto fresco é realizado o adensamento para que este possa envolver a armadura e gerar aderência. Após a cura do concreto a fôrma pode ser retirada, originando assim a peça de concreto armado.
O projeto de estruturas em concreto armado tem como base a norma regulamentadora ABNT NBR 6118:2014 - Projeto de estruturas de concreto - Procedimento.
A ABNT NBR 6118:2014 (itens 3.1.2, 3.1.3 e 3.1.5) fornece algumas definições importantes:
Elementos de concreto simples estrutural: elementos estruturais elaborados com
concreto que não possui qualquer tipo de armadura ou que a possui em quantidade inferior ao mínimo exigido para o concreto armado.
Elementos de concreto armado: aqueles cujo comportamento estrutural depende da
aderência entre concreto e armadura, e nos quais não se aplicam alongamentos iniciais das armaduras antes da materialização dessa aderência.
Armadura passiva: qualquer armadura que não seja usada para produzir forças de
protensão, isto é, que não seja previamente alongada.
O bom desempenho das estruturas de concreto armado deve-se a três fatores:
Aderência entre o concreto e o aço;
Valores próximos dos coeficientes de dilatação térmica;
Proteção do aço contra corrosão feita pelo concreto envolvente.
A aderência entre o concreto e o aço é o principal fator da utilização destes materiais. Devido à aderência, as deformações das barras de aço são praticamente iguais às
Concreto Armado 1 | Prof. Esp. Emílio Augusto de Queiroz Velois deformações do concreto que as envolve. Em virtude da baixa resistência à tração o concreto fissura na região tracionada. Desse momento em diante os esforços de tração passam a ser absorvidos pela armadura.
Os coeficientes de dilatação térmica do concreto e do aço possuem valores próximos. Desse modo, quando a estrutura de concreto armado for submetida a moderadas variações de temperatura, as tensões internas entre o aço e o concreto serão pequenas.
O concreto protege o aço contra corrosão. Apesar da fissuração quase sempre inevitável em uma estrutura de concreto armado, a durabilidade das estruturas não fica prejudicada desde que as aberturas de fissuras sejam limitadas e os cobrimentos das armaduras respeitados. A fissura é uma abertura de pequena espessura no concreto. O aparecimento de fissuras deve-se à baixa resistência do concreto à tração, sendo um fenômeno natural, embora indesejável. A abertura das fissuras deve ser controlada, geralmente até 0,3 mm, a fim de atender condições de funcionalidade, estética, durabilidade e impermeabilização. Deve-se garantir que as fissuras apresentem aberturas menores que as aberturas limites estabelecidas pela ABNT NBR 6118:2014. Dispondo-se barras de aço de pequeno diâmetro e de maneira distribuída, as fissuras terão apenas características capilares, não levando ao perigo de corrosão do aço. As fissuras surgem também devido ao fenômeno da retração no concreto, que pode ser significativamente diminuída com uma cura cuidadosa nos primeiros dias de idade do concreto, e com o uso de barras de aço dispostas próximas às superfícies externas da peça, a chamada ―armadura de pele‖.
1.1 Vantagens do concreto armado
Apresenta boa resistência à maioria das solicitações, desde que a estrutura seja corretamente dimensionada;
Tem boa trabalhabilidade, e por isso se adapta a várias formas, podendo, assim, ser escolhida a mais conveniente do ponto de vista estrutural, dando maior liberdade ao projetista;
Permite obter estruturas monolíticas, onde existe aderência entre o concreto já endurecido e o concreto lançado posteriormente, facilitando a transmissão de esforços, onde todo o conjunto trabalha quando a peça é solicitada;
As técnicas de execução são razoavelmente dominadas em todo o país, o que ocasiona o baixo custo de mão-de-obra;
É um material durável, desde que bem executado;
Baixo custo dos materiais – água e agregados graúdos e miúdos;
Apresenta bom comportamento em situações de incêndio, desde que adequadamente projetado para essas situações;
Possui resistência significativa a choques e vibrações, efeitos térmicos, atmosféricos e a desgastes mecânicos.
1.2 Desvantagens do concreto armado
Retração e fluência;
Resulta em elementos com grandes dimensões, o que acarreta em um peso próprio elevado, limitando seu uso em determinadas situações ou aumentado seu custo;
As reformas e adaptações são de difícil execução;
É necessário um sistema de fôrmas e escoramentos que precisam permanecer no local até que o concreto alcance resistência adequada;
Concreto Armado 1 | Prof. Esp. Emílio Augusto de Queiroz Velois Tanto a retração quanto a fluência dependem da estrutura interna do concreto. A retração do concreto é a diminuição do seu volume, geralmente motivada pela eliminação da água contida em seu interior ou por penetração do gás carbônico no interior do concreto, causando a oxidação da ferragem com a consequente retração do material. Portanto, para minimizar seus efeitos, adequada atenção deve ser dada a todas as fases de preparação, desde a escolha dos materiais e da dosagem até o adensamento e a cura do concreto colocado nas fôrmas. A fluência depende das forças que atuam na estrutura. É um fenômeno onde há um aumento gradual de deformação com o tempo, sob tensão constante. Portanto, um programa adequado das fases de carregamento, tanto na fase de projeto quanto durante a construção, podem atenuar os efeitos da fluência. As fases de carregamento incluem um programa de retirada de escoramento também conhecido como projeto de cimbramento.
A corrosão das armaduras pode ser evitada utilizando o adequado cobrimento da armadura, cujo valor depende da classe de agressividade ambiental (CAA) do local onde a estrutura será executada.
1.3 Principais Normas
No projeto de estruturas de concreto armado as normas mais importantes são:
ABNT NBR 6118:2014 - Projeto de estruturas de concreto — Procedimento;
ABNT NBR 6120:1980 - Cargas para o cálculo de estruturas de edificações – Procedimento;
ABNT NBR 6123:1988 - Forças devidas ao vento em edificações - Procedimento;
ABNT NBR 7480:2007 - Aço destinado a armaduras para estruturas de concreto armado – Especificação;
ABNT NBR 8681:2003 - Ações e segurança nas estruturas – Procedimento;
ABNT NBR 14931:2004 - Execução de Estruturas de Concreto – Procedimento;
ABNT NBR 15575:2013 - Desempenho de edificações habitacionais.
ABNT NBR 7191:1982 - Execução de desenhos para obras de concreto simples ou armado.
Outras normas também importantes e de interesse no estudo das estruturas de concreto são as normas estrangeiras: MC-90[14], do COMITÉ EURO-INTERNATIONAL DU BÉTON, o Eurocode 2[15] , do EUROPEAN COMMITTEE STANDARDIZATION, e o ACI 318[16] , do AMERICAN CONCRETE INSTITUTE.
1.4 Sistemas e elementos estruturais
Uma estrutura é a parte da construção que resiste às diversas ações e as transmite ao solo garantindo o equilíbrio das edificações. Os elementos desta estrutura, também chamados de elementos estruturais são as peças que compõem a estrutura. O modo como estes elementos estruturais são arranjados é conhecido como sistema estrutural. Os principais elementos estruturais em edificações convencionais de concreto armado são as lajes, vigas e pilares.
a) Lajes: elementos planos que recebem ações perpendiculares ao seu plano tendo o comportamento estrutural de uma placa.
b) Vigas: elementos em geral horizontais que delimitam as lajes, suportam
paredes e recebem ações das lajes ou de outras vigas e as transmitem para os seus apoios.
Concreto Armado 1 | Prof. Esp. Emílio Augusto de Queiroz Velois c) Pilares: elementos em geral verticais que recebem as ações das vigas ou
das lajes e dos andares superiores e as transmitem para os elementos inferiores ou para a fundação;
d) Fundação: São elementos como blocos, sapatas, estacas e tubulões que transferem os esforços para o solo.
Pilares alinhados e conectados por vigas formam os pórticos, estes tem a função de resistir às ações do vento e às outras ações que atuam na estrutura, sendo o mais utilizado sistema de contraventamento. Em edifícios esbeltos podemos ter outros tipos de sistemas de contraventamento como pórticos treliçados, paredes estruturais e núcleos.
Em andares com lajes e vigas, o conjunto destes elementos é denominado pavimento. Nos edifícios, há elementos estruturais denominados complementares, tais como: escadas, caixas d’água, muros de arrimo, consolos, marquises, vigas parede, etc.
As estruturas em concreto armado possuem um comportamento real complexo e sua interpretação requer modelos físicos e matemáticos reproduzidos a partir de uma técnica chamada de discretização, que consiste em desmembrar os elementos estruturais e estudar seu comportamento isoladamente.
Figura 2 – Discretização de uma estrutura
Fonte: CARVALHO (2013)
É importante ressaltar que para determinar a carga que a fundação irá transmitir ao solo deve-se realizar o cálculo na seguinte sequência: lajes, vigas, pilares e fundações. Podemos observar que o cálculo é efetuado na sequência inversa ao da construção.
BIBLIOGRAFIA
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS: NBR 6118:2014 - Projeto de estruturas de concreto - Procedimento. Rio de Janeiro, ABNT, 2014.
BASTOS, P. S. S. Introdução. Bauru: UNESP, 2015. Disponível em:
Concreto Armado 1 | Prof. Esp. Emílio Augusto de Queiroz Velois CARVALHO, R. C.; FIGUEIREDO FILHO, J. R. Cálculo e Detalhamento de
Estruturas Usuais de Concreto Armado: Segundo a NBR 6118:2014. 4. ed. São Carlos:
EdUFSCar, 2013.
PINHEIRO, L. M. Fundamentos do concreto e projeto de edifícios. São Carlos: USP, 2007. Disponível em:
<http://coral.ufsm.br/decc/ECC1006/Downloads/Apost_EESC_USP_Libanio.pdf>. Acesso em: 18 fev. 2018.
