Estruturas de Concreto - Qualidade das Estruturas

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SQualidade das estruturas2
2.1 CONDIÇÕES GERAIS
As estruturas de concreto devem atender aos requisitos mı́nimos de qualidade, durante sua construção
e serviço, e aos requisitos adicionais estabelecidos em conjunto entre o autor do projeto estrutural e o
contratante.
Os requisitos da qualidade de uma estrutura de concreto são classificados em três grupos distintos:
� capacidade resistente, que consiste basicamente na segurança à ruptura;
� desempenho em serviço, que consiste na capacidade da estrutura manter-se em condições plenas
de utilização, não devendo apresentar danos que comprometam em parte ou totalmente o uso para o
qual foi projetada; e
� durabilidade, que consiste na capacidade da estrutura resistir às influências ambientais previstas e
definidas em conjunto pelo autor do projeto estrutural e o contratante, no ińıcio dos trabalhos de
elaboração do projeto.
A solução estrutural adotada em projeto deve atender aos requisitos de qualidade estabelecidos nas
normas técnicas, relativos:
� à capacidade resistente (estado limite último - ELU);
� ao desempenho em serviço (estados limites de serviço - ELS); e
� à durabilidade da estrutura.
� A qualidade da solução adotada deve ainda considerar as condições:
� arquitetônicas;
� funcionais;
� construtivas;
� estruturais;
� de integração com os demais projetos (elétrico, hidráulico, ar condicionado, etc.).
Todas as condições impostas ao projeto devem ser estabelecidas previamente e em comum acordo entre o
autor do projeto estrutural e o contratante. Para atender aos requisitos de qualidade impostos às estruturas
de concreto, o projeto deve atender a todos os requisitos estabelecidos na ABNT NBR 6118 e em outras
complementares e espećıficas, conforme o caso.
As exigências relativas à capacidade resistente e ao desempenho em serviço deixam de ser satisfeitas
quando são ultrapassados os respectivos estados limites. As exigências de durabilidade deixam de ser
atendidas quando não são observados os critérios de projeto definidos na seção 7 da ABNT NBR 6118.
Para tipos especiais de estruturas, devem ser atendidas exigências particulares estabelecidas em Normas
Brasileiras. Exigências particulares podem, por exemplo, consistir em resistência a explosões, ao impacto,
aos sismos, ou ainda relativas a estanqueidade, ao isolamento térmico ou acústico.
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2.2 ESTADOS LIMITES
2.2.1 Estado limite último
Estado limite relacionado ao colapso, ou a qualquer outra forma de rúına estrutural, que determine a
paralisação do uso da estrutura.
A segurança das estruturas de concreto deve sempre ser verificada em relação aos seguintes estados
limites últimos:
� estado limite último da perda do equiĺıbrio da estrutura, admitida como corpo ŕıgido;
� estado limite último de esgotamento da capacidade resistente da estrutura, no seu todo ou em parte,
devido às solicitações normais e tangenciais, admitindo-se a redistribuição de esforços internos, desde
que seja respeitada a capacidade de adaptação plástica, e admitindose, em geral, as verificações sepa-
radas das solicitações normais e tangenciais;
� estado limite último de esgotamento da capacidade resistente da estrutura, no seu todo ou em parte,
considerando os efeitos de segunda ordem;
� estado limite último provocado por solicitações dinâmicas;
� estado limite de colapso progressivo;
� outros estados limites últimos que eventualmente possam ocorrer em casos especiais.
2.2.2 Estados limites de serviço
Estados limites de serviço são aqueles relacionados à durabilidade das estruturas, aparência, conforto do
usuário e a boa utilização funcional das mesmas, seja em relação aos usuários, seja em relação às máquinas
e aos equipamentos utilizados.
A segurança das estruturas de concreto pode exigir a verificação de alguns dos seguintes estados limites
de serviço:
� estado limite de formação de fissuras (ELS-F), quando se iniciam as formações de fissuras na peça;
� estado limite de abertura das fissuras (ELS-W), quando as fissuras apresentam valores iguais aos
máximos estabelecidos;
� estado limite de deformações excessivas (ELS-DEF), quando as deformações atingem os limites para
utilização normal;
� estado limite de vibrações excessivas (ELS-VE), quando as vibrações atingem os limites estabelecidos
para a utilização normal da construção.
Em construções especiais pode ser necessário verificar a segurança em relação a outros estados limites
de serviço diferentes dos acima definidos.
2.3 ESTÁDIOS
Os estádios servem para caracterizar o comportamento de uma seção de concreto armado. Representam
as diferentes fases de comportamento apresentadas pela seção de concreto armado quando submetida à
flexão, desde o ińıcio do carregamento até o momento que ela atinge um estado limite último.
Essa caracterização é feita em 3 fases: Estádio I, Estádio II e Estádio III.
2.3.1 Estádio I
O estádio I é a fase de ińıcio do carregamento. A peça pouco se deforma e as tensões são de pequena
intensidade, tanto que o concreto consegue ainda resistir às tensões de tração, ou seja, teoricamente não
há a necessidade de armadura nessa peça utilizando-se a resistência à tração do concreto, porém não se
dimensionam peças de concreto para o estádio I. Ainda não existem fissuras na peça na região tracionada e as
tensões apresentam variação linear na seção transversal. Conforme aumenta-se o carregamento, aumentam-
se as tensões de compressão e tração na seção. No momento que a fibra mais tracionada atinge o valor limite
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de resistência à tração do concreto a peça está na eminência de inciar a fissuração na região tracionada.
Continuando o carregamento a peça começa a fissurar e atinge-se o final do estádio I.
t
L.N.
t = t
Figura 2.1: Estádio I, fase inicial do carregamento.
O estádio I é utilizado para o cálculo do momento de fissuração, valor que define o final do estádio I e
determina o cálculo da armadura mı́nima da seção.
2.3.2 Estádio II
O estádio II se caracteriza pela não mais resistência do concreto à tração na seção, pela ocorrência da
fissuração na região tracionada. Ainda que exista uma certa resistência do concreto a tração na região
mais próxima da linha neutra, essa é desconsiderada por ser de valor irrisório. A peça já precisa de uma
armadura de tração, para que exista o equiĺıbrio entre a compressão resistente do concreto e a seção tenha
um momento resistente. O comportamento das tensões ainda é linear na região do concreto comprimido.
L.N.
=
Figura 2.2: Estádio II, fase de serviço do carregamento.
O estádio II é utilizado para a verificação das peças em situação de serviço, como o estado limite de
formação de fissuras, o estado limite de abertura das fissuras e o estado limite de deformações excessivas.
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Continuando o carregamento, as fissuram e a linha neutra se movimentam em direção à borda mais
comprimida, com aumento da tensão nas armaduras podendo atingir a tensão de escoamento. Na região
comprimida, o concreto está saindo da região elástica, com variação linear das tensões, e entrando na
plastificação. O estádio II termina com o ińıcio da plastificação do concreto comprimido.
2.3.3 Estádio III
A última fase, o estádio III, a região de concreto comprimido já está plastificada e o concreto está na
eminência da ruptura por compressão. O carregamento atingiu o seu valor limite. As tensões tem uma
distribuição idealizada pela diagrama parábola retângulo (Figura 1.3b), para questões de projeto.
L.N.
=
Figura 2.3: EstádioIII, fase última do carregamento.
O estádio III é utilizado para o dimensionamento ou verificação estrutural da seção da peça de concreto
armado e é o estádio onde se desenvolvem os domı́nios de deformação ou domı́nios de ruptura (no caso de
vigas, os domı́nios 2, 3 e 4), apresentados mais no item 4.3.
2.4 DURABILIDADE DAS ESTRUTURAS DE CONCRETO
As estruturas de concreto devem ser projetadas e constrúıdas de modo que sob as condições ambien-
tais previstas na época do projeto e quando utilizadas conforme preconizado em projeto conservem suas
segurança, estabilidade e aptidão em serviço durante o peŕıodo correspondente à sua vida útil.
Por vida útil de projeto, entende-se o peŕıodo de tempo durante o qual se mantêm as caracteŕısticas das
estruturas de concreto, desde que atendidos os requisitos de uso e manutenção prescritos pelo projetista e
pelo construtor, bem como de execução de reparos necessários decorrentes de danos acidentais.
O conceito de vida útil aplica se à estrutura como um todo ou às suas partes. Desta forma, determinadas
partes das estruturas podem merecer consideração especial com valor de vida útil diferente do todo.
A durabilidade das estruturas de concreto requer cooperação e esforços coordenados de todos os envol-
vidos nos processos de projeto, construção e utilização, devendo, como mı́nimo, ser seguido o que estabelece
a ABNT NBR 12655, sendo também obedecidas as disposições constantes de manual de utilização, inspeção
e manutenção.
O manual de utilização, inspeção e manutenção deve ser produzido por profissional habilitado, devi-
damente contratado pelo contratante, de acordo com o porte da construção, a agressividade do meio, as
condições de projeto, materiais e produtos utilizados na execução da obra. Esse manual deve especificar
de forma clara e sucinta, os requisitos básicos para a utilização e a manutenção preventiva, necessária para
garantir a vida útil prevista para a estrutura, conforme indicado na ABNT NBR 5674.
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2.4.1 Mecanismos de envelhecimento e deterioração
Os mecanismos de envelhecimento e deterioração são referentes ao concreto, a armadura e a estrutura
propriamente dita.
Os mecanismos preponderantes de deterioração relativos ao concreto são:
� lixiviação, por ação de águas puras, carbônicas agressivas ou ácidas que dissolvem e carreiam os
compostos hidratados da pasta de cimento;
� expansão por ação de águas e solos que contenham ou estejam contaminados com sulfatos, dando
origem a reações expansivas e deletérias com a pasta de cimento hidratado;
� expansão por ação das reações entre os álcalis do cimento e certos agregados reativos; e
� reações deletérias superficiais de certos agregados decorrentes de transformações de produtos ferrugi-
nosos presentes na sua constituição mineralógica.
� Os mecanismos preponderantes de deterioração relativos à armadura são:
� despassivação por carbonatação, ou seja, por ação do gás carbônico da atmosfera;
� despassivação por elevado teor de ı́on cloro (cloreto).
Os mecanismos de deterioração da estrutura propriamente dita são todos aqueles relacionados às ações
mecânicas, movimentações de origem térmica, impactos, ações ćıclicas, retração, fluência e relaxação.
2.4.2 Agressividade do ambiente
A agressividade do meio ambiente está relacionada às ações f́ısicas e qúımicas que atuam sobre as estru-
turas de concreto, independentemente das ações mecânicas, das variações volumétricas de origem térmica,
da retração hidráulica e outras previstas no dimensionamento das estruturas de concreto.
Nos projetos das estruturas correntes, a agressividade ambiental deve ser classificada de acordo com o
apresentado na tabela 2.1 e pode ser avaliada, simplificadamente, segundo as condições de exposição da
estrutura ou de suas partes.
O responsável pelo projeto estrutural, de posse de dados relativos ao ambiente em que será constrúıda
a estrutura, pode considerar classificação mais agressiva que a estabelecida na tabela 2.1.
Tabela 2.1: Classes de agressividade ambiental.
Classe de
agressividade
ambiental
Agressividade
Classificação geral do tipo
de ambiente para efeito de projeto
Risco de deterioração
da estrutura
Fraca
Rural
InsignificanteI
Submersa
II Moderada Urbana 1) 2) Pequeno
Forte
Marinha 1)
GrandeIII
Industrial 1) 2)
Muito Forte
Industrial 1) 3)
ElevadoIV
Respingos de maré
1) Pode-se admitir um microclima com uma classe de agressividade mais branda (um ńıvel 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).
2) Pode-se admitir uma classe de agressividade mais branda (um ńıvel acima) em: obras em regiões de clima seco,
com umidade relativa do ar menor ou igual a 65%, partes de estrutura protegidas de chuva em ambientes
predominantemente secos, ou regiões onde chove raramente.
3) Ambientes quimicamente agressivos, tanques industriais, galvanoplastia, branqueamento em industrias de celulose
e papel, armazéns de fertilizantes, industrias qúımicas.
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2.5 CRITÉRIOS DE PROJETO VISANDO A DURABILIDADE
2.5.1 Drenagem
Deve ser evitada a presença ou acumulação de água proveniente de chuva ou decorrente de água de
limpeza e lavagem, sobre as superf́ıcies das estruturas de concreto.
As superf́ıcies expostas que necessitam ser horizontais, tais como coberturas, pátios, garagens, estacio-
namentos, e outras, devem ser convenientemente drenadas, com disposição de ralos e condutores.
Todas as juntas de movimento ou de dilatação, em superf́ıcies sujeitas à ação de água, devem ser conve-
nientemente seladas, de forma a torná-las estanques à passagem (percolação) de água.
Todos os topos de platibandas e paredes devem ser protegidos por chapins. Todos os beirais devem ter
pingadeiras e os encontros a diferentes ńıveis devem ser protegidos por rufos.
2.5.2 Formas arquitetônicas e estruturais
Disposições arquitetônicas ou construtivas que possam reduzir a durabilidade da estrutura devem ser
evitadas.
Deve ser previsto em projeto o acesso para inspeção e manutenção de partes da estrutura com vida útil
inferior ao todo, tais como aparelhos de apoio, caixões, insertos, impermeabilizações e outros.
2.5.3 Qualidade do concreto de cobrimento
A durabilidade das estruturas é altamente dependente das caracteŕısticas do concreto e da espessura e
qualidade do concreto do cobrimento da armadura.
Ensaios comprobatórios de desempenho da durabilidade da estrutura frente ao tipo e ńıvel de agressi-
vidade previsto em projeto devem estabelecer os parâmetros mı́nimos a serem atendidos. Na falta destes e
devido à existência de uma forte correspondência entre a relação água/cimento, a resistência à compressão
do concreto e sua durabilidade, permite se adotar os requisitos mı́nimos expressos na tabela 2.2.
Tabela 2.2: Correspondência entre classe de agressividade e qualidade do concreto.
Classe de agressividade (tabela 2.1)
Concreto
I II III IV
Relação água/cimento
em massa
≤ 0,65 ≤ 0,60 ≤ 0,55 ≤ 0,45
Classe de concreto
(ABNT NBR 8953)
≥ C20 ≥ C25 ≥ C30 ≥ C40
Os requisitos das Tabela 2.2 e Tabela 2.3 são válidos para concretos executados com cimento Portland
que atenda, conforme seu tipo e classe, às especificações das ABNT NBR 5732, ABNT NBR 5733, ABNT
NBR 5735, ABNT NBR 5736, ABNT NBR 5737, ABNT NBR 11578, ABNT NBR 12989 ou ABNT NBR
13116, com consumos mı́nimos de cimento por metro cúbico de concreto de acordo com a ABNT NBR 12655.
Não é permitido o uso de aditivos contendo cloreto na sua composição em estruturasde concreto armado.
2.5.3.1 Cobrimento
O cobrimento mı́nimo da armadura é o menor valor que deve ser respeitado ao longo de todo o elemento
considerado e que se constitui num critério de aceitação.
Para garantir o cobrimento mı́nimo cmin o projeto e a execução devem considerar o cobrimento nominal
cnom, que é o cobrimento mı́nimo acrescido da tolerância de execução (∆c). Assim as dimensões das armadu-
ras e os espaçadores devem respeitar os cobrimentos nominais, estabelecidos na tabela 2.3 para ∆c = 10 mm.
Nas obras correntes o valor de ∆c deve ser maior ou igual a 10 mm.
Quando houver um adequado controle de qualidade e ŕıgidos limites de tolerância da variabilidade das
medidas durante a execução pode ser adotado o valor c = 5 mm, mas a exigência de controle rigoroso deve
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ser explicitada nos desenhos de projeto. Permite-se, então, a redução dos cobrimentos nominais prescritos
na tabela 2.3 em 5 mm.
Os cobrimentos nominais e mı́nimos estão sempre referidos à superf́ıcie da armadura externa, em geral
à face externa do estribo, figura 2.4.
Tabela 2.3: Correspondência entre classe de agressividade ambiental e cobrimento nominal para ∆c = 10 mm.
Classe de agressividade
ambiental (tabela 2.1)
I II III IV 2)Componente ou elemento
Cobrimento nominal (cnom)
Laje 1) 20 mm 25 mm 35 mm 45 mm
Viga e Pilar 25 mm 30 mm 40 mm 50 mm
Elementos em contato com o solo 2) 30 mm 30 mm 40 mm 50 mm
1) Para a face superior de lajes e vigas que serão revestidas com argamassa
de contrapiso, com revestimentos finais secos tipo carpete e madeira, com
argamassa de revestimento e acabamento tais como pisos de elevado desempenho,
pisos cerâmicos, pisos asfálticos, e outros tantos, as exigências desta tabela
podem ser substitúıdas pelo cobrimento nominal referente à barra ou feixe
(cnom ≥ φbarra ou cnom ≥ φfeixe), respeitado um cobrimento nominal de
no mı́nimo 15 mm (cnom ≥ 15mm).
2) Nas faces inferiores de lajes e vigas de reservatórios, estações de
tratamento de água e esgoto, condutos de esgoto, canaletas de efluentes
e outras obras em ambientes qúımica e intensamente agressivos a armadura
deve ter cobrimento nominal igual ou maior que 50 mm (cnom ≥ 50mm).
Figura 2.4: Cobrimentos de barras longitudinais c` e transversais ct e relação com suas respectivas bitolas
φ` e φt.
O cobrimento nominal de uma barra ou de um feixe de barras, figura 2.5, deve sempre ser:
Cnom ≥ φbarra (2.1)
Cnom ≥ φfeixe = φn = φ
√
n (2.2)
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Figura 2.5: Cobrimento de feixe de barras.
A dimensão máxima caracteŕıstica do agregado graúdo utilizado no concreto não pode superar em 20%
a espessura nominal do cobrimento, ou seja:
dmax ≤ 1, 2cnom (2.3)
2.5.4 Controle da fissuração
O risco e a evolução da corrosão do aço na região das fissuras de flexão transversais à armadura principal
dependem, essencialmente, da qualidade e da espessura do concreto de cobrimento da armadura.
A abertura máxima caracteŕıstica wk das fissuras, desde que não exceda valores da ordem de 0,2 mm
para classe de agressividade ambiental IV, 0,3 mm para classes de agressividade II e III e 0,4 mm para classe
de agressividade I sob ação das combinações frequentes (será visto no item 3.5.2), não tem importância
significativa na corrosão das armaduras passivas.
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	Qualidade das estruturas
	Condições gerais
	Estados limites
	Estado limite último
	Estados limites de serviço
	Estádios
	Estádio I
	Estádio II
	Estádio III
	Durabilidade das estruturas de concreto 
	Mecanismos de envelhecimento e deterioração
	Agressividade do ambiente
	Critérios de projeto visando a durabilidade
	Drenagem
	Formas arquitetônicas e estruturais
	Qualidade do concreto de cobrimento
	Cobrimento
	Controle da fissuração