Resumo Unidade 01

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As Estruturas de Concreto e suas aplicações
Um material de construção civil precisa apresentar duas características fundamentais: resistência e durabilidade. Tendo como exemplo a pedra, empregada desde a antiguidade em obras que até hoje são monumentos, podemos dizer que ela tem alta durabilidade e elevada resistência à compressão, mas baixa resistência à tração.
A madeira e o aço são materiais largamente utilizados na construção civil, embora tenham deficiências particulares. A madeira tem resistência à compressão e tração limitadas, além de baixa durabilidade. Já o aço, apesar de reagir de forma satisfatória aos esforços, está sujeito ao processo de deterioração (ROMANO; CARDOSO; PILEGGI, 2011).
Pode-se presumir que o concreto armado tenha surgido do anseio de gerar uma estrutura que apresentasse a durabilidade da pedra natural, tivesse a vantagem de ser moldada nas dimensões desejadas e associada ao aço, fornecendo alta resistência ao material e, ao mesmo tempo, protegendo-o, aumentando sua durabilidade aos agentes de deterioração. 
O concreto é um material de construção heterogêneo procedente da mistura, em proporção adequada, de aglomerante hidráulico, materiais inertes e água. É possível adicionar componentes minoritários como adições (pozolanas, escória de alto forno, dentre outras) e aditivos químicos (plastificantes, retardadores de pega e incorporadores de ar). O aglomerante comumente empregado ao concreto é o cimento Portland, embora possam ser aplicados outros tipos de cimento (BATTAGIN, 2010).
Segundo a Sociedade Americana de Testes e Materiais (ASTM), o concreto é um material compósito e se constitui de um meio aglomerante no qual estão aglutinadas partículas de diferentes origens. Os materiais inertes adicionados ao concreto são titulados por agregados agrupados conforme sua granulometria e recebem a denominação de agregados miúdos ou graúdos. O agregado miúdo mais utilizado é a areia natural e o agregado graúdo mais frequente é a brita. 
Segundo a ABNT NBR 7211 (2005), o agregado miúdo é aquele que provém da areia natural, da britagem de rochas ou da combinação de ambas, com seus grãos passantes pela peneira 4,8 mm, mas ficam retidos na peneira 0,075 mm. Já o agregado graúdo é o pedregulho ou a brita proveniente de rochas ou da combinação de ambos, com seus grãos passantes na peneira com abertura nominal de 152 mm e que ficam retidos na peneira de 4,8 mm.
O conhecimento da curva granulométrica do agregado, tanto graúdo quanto miúdo, é de fundamental importância para o estabelecimento da dosagem dos concretos e argamassas, influenciando na quantidade de água a ser adicionada e na sua trabalhabilidade.
Em função da construção de edifícios cada vez mais altos, há uma exigência cada vez maior quanto à qualidade do concreto para que ele atenda a todos os requisitos, a fim de garantir segurança e durabilidade. 
Desse modo, houve uma necessidade de evoluir o concreto comum, feito da mistura de cimento Portland com agregados, para que certos parâmetros fossem atingidos. Como consequência, a construção civil desenvolveu inúmeras categorias de concreto, cada uma com um objetivo específico. 
Os tipos de concreto amplamente aplicados em projetos de construção civil são:
Histórico
O concreto simples foi aplicado em centenas de quilômetros de rodovias e pavimentos no Império Romano. O atual, no entanto, teve início somente após a patente do cimento Portland, por John Aspdin, em 1824, na Inglaterra, tendo poucas aplicações significativas no período, destacando-se apenas a patente de Joseph Monier para construir vasos, postes e vigas em 1878. 
A primeira ponte em argamassa armada foi feita por Monier em 1875. No mesmo ano, Gustav Afolf Wayss comprou a patente de Monier e desenvolveu o concreto armado propriamente dito. Em 1893, nos Estados Unidos, Thaddeus Hyatt construiu o primeiro edifício em concreto armado.
No século XIX, vários pesquisadores trataram de tornar o concreto de cimento Portland o material mais conhecido e o mais confiável, resultando em um uso generalizado para estruturas. O concreto armado foi exportado para o Brasil, Argentina, Uruguai e outros países, sendo considerado o material mais importante na construção civil.
No ano de 1903, a Suíça e a Alemanha publicaram as duas primeiras normas de projeto e execução de estruturas de concreto armado, seguidas pela França, em 1906, Inglaterra, em 1907, e pelos Estados Unidos, em 1910. O Brasil publicou sua primeira norma no ano de 1931.
A construção civil de edificações nos países desenvolvidos fazia uso intensivo do aço estrutural. Era notável o enorme desenvolvimento da engenharia de estrutura metálica, que inaugurava, em 1931, um surpreendente edifício metálico, o Empire State Building.
O Empire State Building foi construído em Nova York e tem 383 metros de altura. Ele surpreendeu a engenharia e a arquitetura mundial, colocando-se como grande marco de poder e de desenvolvimento da população americana.
Ao longo dos primeiros 90 anos do século XX, as estruturas metálicas para edifícios altos prevaleceram sobre as de concreto. Alterações notáveis, entretanto, passaram a ocorrer apenas no fim da década de 90, conforme mostrado no Quadro 1.
O concreto de cimento Portland é o material estrutural mais valorizado da construção civil, sendo considerado o mais utilizado para realização das construções no Brasil (90%) e no mundo. Seu consumo anual é da ordem de 1,90 toneladas por habitante.
Além disso, entre os materiais utilizados pelo homem, o concreto perde apenas para a água (PEDROSO, 2009). Outros materiais como madeira, alvenaria e aço também são de uso popular, entretanto, suas aplicações são bem mais limitadas. 
É importante pontuar que, como material estrutural, o concreto apresenta várias vantagens em relação a outros materiais, que estão mostradas no Diagrama 2.
Como é possível perceber, trata-se de um material que apresenta algumas restrições e requerem cuidados. Por isso, algumas providências adequadas devem ser tomadas para atenuar suas consequências. As fundamentais são:
Com a finalidade de suprir as deficiências do concreto, há inúmeras opções. A baixa resistência à tração pode ser revertida com o uso de armadura. Além de resistência à tração, o aço assegura ductilidade e eleva a resistência à compressão. A fissuração pode ser sitiada com armação correta e limitação do diâmetro das barras e da tensão na armadura. Também é comum a associação de armadura ativa, gerando o concreto pretendido. Sua utilização tem como principal objetivo aumentar a resistência da peça, o que possibilita a execução de grandes vãos ou elementos de seções menores, obtendo melhorias na peça ou estrutura com relação à fissuração.
O concreto de alto desempenho apresenta características melhores do que o concreto tradicional, tais como elevadas resistências mecânicas, seja ela inicial ou final, baixa permeabilidade, alta durabilidade, baixa segregação, boa trabalhabilidade, alta aderência, reduzida exsudação e menor deformabilidade por retração e fluência.
Qualidade das Estruturas
A maior parte das avarias identificadas em elementos estruturais é de ordem evolutiva. Isso significa que em um período mais ou menos curto elas poderão comprometer sua estabilidade. Diante disso, Bauer (2009) instrui que a deterioração de uma estrutura poderá estar vinculada com as seguintes causas, relacionadas em grupos:
- Erros de projeto estrutural;
- Emprego de materiais inadequados;
- Erros de execução; 
- Agressividade do meio ambiente.
Ainda segundo Bauer (2009), as principais causas de deterioração de estruturas de concreto decorrentes de erro de projeto estrutural são:
Em geral, a maior parte das falhas verificadas nas construções civis decorre de erros de projeto, sendo essencial que seja direcionada mais atenção no sentido de melhorar a qualidade dos projetos. Isso acontece porque quem solicita um projeto, muitas vezes, se preocupa demais com o preço, deixando a qualidade em segundo plano. Outro fator condicionante é o prazo, que acaba sendo o objetivoprimordial, resultando em relevantes prejuízos para a eficiência das estruturas, pois prazos curtos impossibilitam a busca para uma melhor solução ou compatibilização de projeto.
Isso posto, uma das formas encontradas para conseguir a evolução da qualidade dos projetos estruturais é um sistema de garantia da qualidade atuando em todas as fases do processo construtivo, ou seja, desde o planejamento, projeto, produção de materiais e componentes, execução, utilização e manutenção. Um projeto devidamente elaborado, dessa maneira, deve transmitir segurança às estruturas e garantir um desempenho satisfatório em serviço, além de ter uma aparência desejável.
Segundo Diez (2012), a funcionalidade e estética são de extrema importância, entretanto, o equilíbrio, a estabilidade, a resistência e a economia são requisitos básicos que qualificam uma estrutura. Assim, devem ser observadas as exigências com relação à capacidade resistente, às condições em uso normal e excepcional da obra e aos critérios referentes à durabilidade.
Frequentemente os requisitos de segurança são seguidos e as exigências de desempenho em serviço e durabilidade são deixadas em segundo plano. No entanto, cabe salientar que a durabilidade está relacionada à qualidade das estruturas, sendo, portanto, imprescindível a adoção de medidas mitigadoras e especificações apropriadas ainda na fase de projeto,
de modo a garantir, com grau apropriado de confiabilidade, que as estruturas apresentem desempenho satisfatório em serviço e resistam adequadamente aos agentes externos sem mostrar sinais precoces de deterioração na estrutura (PRADO FILHO, 2014).
Ainda, é possível verificar uma nítida relação entre os seguintes aspectos: agressividade, durabilidade e qualidade das estruturas.
A agressividade diz respeito ao comportamento das estruturas e de seus materiais componentes (concreto e aço) diante dos ataques por agentes externos e internos, presentes no meio ambiente e nos próprios materiais, de modo que possam ser tomadas medidas preventivas de proteção com o intuito de assegurar que as estruturas apresentem durabilidade. Assim, observa-se que a garantia da durabilidade contribui de forma considerável para garantir a qualidade das estruturas, visto que ambos os parâmetros estão diretamente relacionados.
Ao longo de muito tempo, o concreto foi considerado um material extremamente durável, uma vez que ele pode ser visto em obras muito antigas e que ainda apresentam bom estado de conservação. Contudo, a deterioração relativamente precoce de estruturas recentes remete aos porquês das patologias do concreto, resultantes de uma somatória de fatores: erros de projeto, de execução, uso inadequado dos materiais ou materiais com baixa qualidade, má utilização da obra, agressividade do meio ambiente, falta de manutenção e ineficiência ou ausência de controle da qualidade no processo da construção civil.
Tendo isso em mente, qual a melhor solução estrutural que atenderia a todos os requisitos básicos apontados? Segundo Rebello (2001, p. 20) “A melhor estrutura na efetividade não existe. Existe, sim, uma boa solução que resolve bem alguns pré-requisitos”. O papel fundamental do profissional, portanto, diz respeito às decisões inerentes do projeto arquitetônico, que guarda características únicas, e não soluções genéricas.
Sistemas de estruturas verticais: estruturas de edifícios
Os sistemas estruturais verticais são formados por elementos sólidos rígidos que se estendem em sentido vertical, são estabilizados contra esforços laterais e firmemente ancorados ao solo, podendo absorver cargas de planos horizontais, em grandes elevações do solo e transmitindo as fundações.
Devido à sua extensão em altura, esse sistema fica vulnerável a forças horizontais, tornando a estabilização lateral essencial para as estruturas verticais. Sendo assim, a partir de uma certa altura acima do solo, a reorientação das forças horizontais pode se tornar um fator determinante da forma do projeto.
Os sistemas estruturais verticais requerem continuidade dos elementos que transportam as cargas até a base, portanto necessitam da congruência das pontas de agrupamento de carga para cada planta. A distribuição dos pontos de carga deve ser determinada não apenas por consideração de eficiência estrutural, mas também pela utilização do pavimento. 
Nas construções esbeltas, o sistema de absorção de cargas está relacionado à configuração e à organização da planta. Com o objetivo de proporcionar condições adequadas para uma planta flexível e possibilidades de reorganização de compartimentos individuais, o projeto de sistemas estruturais verticais tem como intuito uma maior redução de elementos de transmissão de carga, seja em seção ou seja em número de elementos.
Estruturas de Edifícios
Estrutura é a parte componente resistente da construção e tem a função de resistir às ações, transmitindo-as para o solo. A Figura 2 exemplifica como ocorre esse caminho das forças na estrutura.
Os principais elementos estruturais dos edifícios são:
Fundação
Essa estrutura é responsável por transmitir as cargas das construções ao solo e, por isso, deve apresentar resistência adequada para suportar todas as tensões. Existem diferentes tipos de fundações. As superficiais podem ser exemplificadas em: blocos, sapatas corridas, sapatas isoladas ou associadas, radier e viga de fundação. Já as fundações profundas são as estacas, os tubulões e os caixões.
Fundações Superficiais
A carga é majoritariamente transmitida ao terreno pelas pressões, ficando disposta sob a base dos elementos da fundação. Assim, a profundidade de escavação é inferior ou igual a três metros, sendo caracterizada como uma fundação para cargas modestas. Um dos exemplos mais frequentes em construções com uso de fundações superficiais são as residências térreas em solo estável.   
Fundações profundas
Caracterizadas como elementos que podem tanto transmitir a carga por atrito lateral quanto pelo fuste. Geralmente são utilizadas em projetos de porte maior, como edifícios nos quais os esforços do vento são significativos e, nestes casos, o solo atinge resistência, suprida devido à elevada profundidade.
Pilares
Definidos pela forma de barras verticais, receptoras das ações de outros elementos estruturais, como as vigas, as lajes, e dos andares superiores, que transmitem a ação para os elementos inferiores, principalmente para a fundação.
Os formatos mais realizados em obras são: retangulares, circulares, seção no formato de cruz, seção U, seção L, seção retangular vazada, seção I e seção T. Em síntese, o elemento pilar tem a função de:
Os pilares alinhados em projeto e executados, ligados por vigas, formam os chamados pórticos, que devem resistir às ações do vento e a outras ações que atuam no edifício, sendo o elemento mais utilizado como contraventamento e ajudando na estabilidade da estrutura. Em edificações esbeltas, o travamento também pode ser feito por paredes estruturais, pórticos treliçados ou núcleos. Esses elementos encontram-se, de modo geral, nas extremidades do edifício. Os núcleos envolvem a parte da escada ou da caixa de elevadores.
O elemento pilar geralmente está submetido a esforços de flexão composta oblíqua, ou seja, são solicitados por momentos fletores nas duas direções (x, y) e por esforço normal de compressão.
Algumas das principais variáveis que envolvem o cálculo de pilares são: o efeito de segunda ordem, o índice de esbeltez, o raio de giração, a excentricidade e o comprimento da flambagem.
Os primeiros elementos lançados são os pilares, que são contínuos ao longo de toda a edificação. Desse modo, para que não ocupem o espaço de futuras vagas de garagem em um edifício, os vãos de passagem de pedestres devem ser observados, bem como os de portas e das janelas. A ideia principal é começar posicionando os pilares nos cantos quando não houver balanço. 
Além disso, é interessante, sempre que possível, “esconder” o pilar na alvenaria, valorizando a edificação como um todo. Para isso, deve-se prever o pilar com uma dimensãoprovavelmente inferior. Por conta disso, é fundamental conhecer a espessura da parede. Nesse caso, a espessura do pilar deve ser igual à espessura da alvenaria (descontando o revestimento), pois esse revestimento deve revestir parede e pilar.
Planta de fôrma de uma Laje Maciça
No dimensionamento, as lajes são posicionadas após o lançamento de todas as vigas. Em princípio, em um modelo estrutural típico, as lajes descarregam suas cargas sobre as vigas. Além disso, elas não precisam necessariamente se apoiar sobre o limite de quatro vigas, como é o que ocorre com as sacadas. As lajes devem ser lançadas no projeto estrutural em cada pavimento.
Durabilidade das Estruturas
A durabilidade das estruturas é uma das premissas básicas do usuário, definida no conceito de desempenho formulado pela ASTM E 632 e pela ISO 6241 ainda nos anos 80. Trata-se de um conceito incorporado há muitos anos no âmbito das edificações, embora tenha sido incorporado tardiamente às normas de estruturas de concreto no Brasil pela ABNT NBR 6118.
Deste modo, considera-se que a durabilidade não é uma propriedade inerente ou intrínseca à estrutura, à armadura ou ao concreto. Já para a ABNT NBR 6118, no item 5.1.2.3, a definição de durabilidade consiste na “capacidade da estrutura resistir às influências ambientais previstas e definidas em conjunto pelo autor do projeto estrutural e o contratante, no início dos trabalhos de elaboração do projeto” (ABNT, 2014). Já o item 6.1 preconiza que 
as estruturas de concreto devem ser projetadas e construídas de modo que sob as condições ambientais previstas na época do projeto e quando utilizadas conforme projeto, conservem sua segurança, estabilidade e aptidão em serviço durante o período correspondente à sua vida útil (ABNT, 2014). 
Segundo a ISO 13823 (2008), entende-se por vida útil “o período efetivo de tempo durante o qual uma estrutura ou qualquer um de seus componentes satisfazem os requisitos de desempenho do projeto, sem ações imprevistas de manutenção ou reparo”. Para a NBR 6118, no item 6.2, vida útil de projeto é o 
período de tempo durante o qual se mantêm as características das estruturas de concreto, desde que atendidos os requisitos de uso e manutenção prescritos pelo projetista e pelo construtor, conforme itens 7.8 e 25.4, bem como de execução dos reparos necessários decorrentes de danos acidentais (ABNT, 2014). 
O item 7.8 entende que “o conjunto de projetos relativos a uma obra deve orientar-se sob uma estratégia explícita que facilite todos os procedimentos de inspeção e manutenção preventiva da obra e que deve ser produzido um manual de manutenção da estrutura” (ABNT, 2014). Esse manual deve exemplificar claramente os requisitos básicos para a utilização e a manutenção preventiva, necessárias para garantir a vida útil prevista a uma estrutura qualquer.
A vida útil também depende da explicitação dos requisitos de desempenho ou estados-limites de utilização ou de serviço (ELS) que não estão na ABNT NBR 6118, pois esta se dirige quantitativamente a fissuras de flexão e flechas máximas em vãos de vigas e lajes. 
Não há limites diretos para fissuras de corrosão, expansões, lixiviação, fungos, manchas, carbonatação e outras formas de deterioração das estruturas de concreto. 
A metodologia à introdução da segurança no projeto das estruturas de concreto utiliza os seguintes termos e critérios de verificação da segurança e estabilidade global da estrutura:
Por fim, a vida útil deve sempre ser analisada de um ponto de vista geral e amplo, que envolve o projeto, a execução, os materiais, o uso, a operação e a manutenção sob uma perspectiva de desempenho, qualidade e sustentabilidade. Sua aplicação, todavia, ainda esbarra em deficiências graves da normalização nacional em vigor.
DOMÍNIOS DA ABNT NBR 6118
São frequentes os casos de estruturas de concreto armado que apresentam deterioração excessiva antes do término da vida útil prevista no dimensionamento, segundo Thiebaut et al (2018). O ambiente de exposição, a não utilização de materiais adequados e, principalmente, a falta de cuidados na execução dos elementos estruturais interferem diretamente na durabilidade e no desempenho das estruturas de concreto. 
Em relação à durabilidade, a ABNT NBR 6118 orienta o dimensionamento das estruturas de concreto e relaciona os principais mecanismos de deterioração do concreto, da armadura e da estrutura como um todo. A normativa técnica evidencia a importância do uso de medidas que previnem as manifestações patológicas, como a verificação da classe de agressividade ambiental, para dimensionar adequadamente o cobrimento nominal da armadura, lixiviação, expansão por sulfato, reação álcali-agregado, despassivação da armadura por carbonatação e ação de cloretos.
No caso dos projetos das estruturas correntes, é possível considerar as classes adotadas na Tabela 1.
aPode-se admitir um microclima com uma classe de agressividade mais branda (uma classe acima) para ambientes internos secos (salas, dormitórios, banheiros, cozinhas e áreas de serviço de apartamentos residenciais e conjuntos comerciais ou ambientes com concreto revestido com argamassa e pintura).
bPode-se admitir uma classe de agressividade mais branda (uma classe acima) em obras em regiões de clima seco, com umidade média relativa do ar menor ou igual a 65%, partes da estrutura protegidas de chuva em ambientes predominantemente secos ou regiões onde raramente chove.
cAmbientes quimicamente agressivos, tanques industriais, galvanoplastia, branqueamento em indústrias de celulose e papel, armazéns de fertilizantes e indústrias químicas.
Tabela 1. Classes de agressividade. Fonte: ABNT, 2014.
No geral, a resistência do concreto aos diferentes meios agressivos depende dos requisitos listados a seguir:
O mais importante é a resistência da estrutura ao meio ambiente. Desse modo, para evitar envelhecimento precoce e satisfazer às exigências de durabilidade, devem ser observados os seguintes critérios de projeto (HELENE, [s.d.]):
a) Prever drenagem eficiente; 
b) Evitar formas arquitetônicas e estruturais inadequadas; 
c) Garantir concreto de qualidade apropriada, particularmente nas regiões superficiais dos elementos estruturais (pilares e vigas principalmente); 
d) Controlar a fissuração das peças; 
e) Garantir cobrimentos para gerar proteção às armaduras; 
f) Detalhar adequadamente as armaduras em projeto; 
g) Prever espessuras protetoras em regiões sob condições de exposição ambiental muito agressivas; 
h) Definir um plano de inspeção e manutenção preventiva. 
Deve-se dar preferência a certos tipos de cimento Portland, como aqueles resistentes a sulfatos (RS), a adições minerais e a aditivos mais adequados para resistir à agressividade ambiental. Além disso, uma diretriz geral e única encontrada na literatura técnica evidência que a durabilidade da estrutura de concreto é determinada por quatro fatores, identificados como regra dos 4C:
A ABNT NBR 6118:2014 também relaciona os principais mecanismos de deterioração das estruturas de concreto armado, classificando-os em: deterioradores do concreto; deterioradores da armadura e deterioradores de estrutura como um todo.
Para atender aos requisitos estabelecidos nesta norma, o cobrimento mínimo da armadura é o menor valor que deve ser respeitado ao longo de todo o elemento considerado.
Chegando até aqui, passamos a nos questionar sobre o lançamento dos elementos estruturais. Sabemos que no momento do lançamento dos elementos estruturais, o projeto arquitetônico já deve ser completamente conhecido e explorado. Dessa forma, começamos a nos perguntar:
· As lajes apoiam-se sobre as vigas?
· Quantas vigas são necessárias?
· Qual o comprimento e a altura das vigas?
· Qual a posição dos pilares?
· Qual será as dimensões dos pilares, suas seções transversais e quantos pilares são necessários?