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PROFESSOR: BRUNO BICA, ME. Estrutura de concreto ESTRUTURAS DE CONCRETO AULA 03 E 04: PROPRIEDADES DO CONCRETO E DO AÇO PROPRIEDADES DO CONCRETO PROPRIEDADES DO AÇO AÇÕES ELU 1. 2. 3. 4. O QUE É CONCRETO ARMADO? PROPRIEDADES DO CONRETO O concreto é um material de construção resultante da mistura, em quantidades racionais, de aglomerante (cimento), agregados (pedra e areia) e água. Logo após a mistura o concreto deve possuir plasticidade suficiente para as operações de manuseio, transporte e lançamento em formas, adquirindo coesão e resistência com o passar do tempo, devido às reações que se processam entre aglomerante e água. Em alguns casos são adicionados aditivos que modificam suas características físicas e químicas. Principais propriedades: consistência, trabalhabilidade e homogeneidade. O que buscamos? Um concreto sólido, de boa resistência e poucos vazios! Como obtemos isso??? PROPRIEDADES DO CONRETO Para se obter um concreto resistente, durável, econômico e de bom aspecto, deve-se estudar: As propriedades de cada um dos materiais componentes; O proporcionamento correto e execução cuidadosa da mistura; O modo de executar o controle do concreto durante a fabricação e após o endurecimento. PROPRIEDADES DO CONRETO FATORES QUE INFLUENCIAM NA QUALIDADE DO CONCRETO Para obterem-se as características essenciais do concreto, como a facilidade de manuseio quando fresco, boa resistência mecânica, durabilidade e impermeabilidade quando endurecido, é preciso conhecer os fatores que influem na sua qualidade. FATORES QUE INFLUENCIAM NA QUALIDADE DO CONCRETO Qualidade dos materiais Proporcionamento adequado Manipulação adequada Materiais de boa qualidade produzem concreto de boa qualidade; Deve-se considerar a relação entre as quantidades: de cimento e de agregados, de agregados graúdo e miúdo, água e o cimento. Após a mistura, o concreto deve ser transportado, lançado nas formas e adensado corretamente. FATORES QUE INFLUENCIAM NA QUALIDADE DO CONCRETO Cura cuidadosa A hidratação do cimento continua por um tempo bastante longo e é preciso que as condições ambientes favoreçam as reações que se processam. Desse modo, deve-se evitar a evaporação prematura da água necessária à hidratação do cimento. É o que se denomina cura do concreto. PROPRIEDADES DO CONRETO MATERIAL MAIS PESADO DO QUE OUTROS SISTEMAS CONSTRUTIVOS! Consistência Maior ou menor capacidade do concreto fresco se deformar. Uniformidade e compacidade do concreto Importante nas etapas de transporte, lançamento e adensamento. Relação direta com: água empregada, granulometria, aditivos. Consistência Consistência Alta taxa de armadura (melhora o adensamento) Peças pouco armadas Consistência Ensaio de abatimento ou slump test. Abatimento de uma quantidade de massa pré-determinada em um molde metálico (tronco cônico). ABNT NBR NM 67:1998 Trabalhabilidade diretamente ligado com o adensamento do concreto. Concreto com slump elevado apresentam uma boa trabalhabilidade. Concreto autoadensáveis: quase fluídos. Não necessitam de energia externa +++ aditivos (não pelo aumento a/c) Depende da granulometria, relação a/c, aditivos a/c : determinada por norma salvo casos comprovados (experimentais) Trabalhabilidade Outro aspecto que deve ser considerado no estudo da trabalhabilidade do concreto é a segregação. A ausência de segregação é essencial para que se consiga a conveniente compacidade da mistura. A segregação compreende a separação dos constituintes da mistura, impedindo a obtenção de um concreto com características de uniformidade satisfatórias. A segregação pode ocorrer também como resultado de uma vibração exagerada. Um concreto em que isso venha a ocorrer será um concreto mais fraco e sem uniformidade. Trabalhabilidade Exsudação é a tendência da água de amassamento de vir à superfície do concreto recém lançado. Em conseqüência, a parte superior do concreto torna-se excessivamente úmida, produzindo um concreto poroso e menos resistente. A água, ao subir à superfície, pode carregar partículas finas de cimento, formando uma pasta, que impede a ligação de novas camadas de material e deve ser removida cuidadosamente. Exsudação Exsudação A exsudação pode ser controlada pelo proporcionamento adequado de um concreto trabalhável, evitando-se o emprego de água além do necessário. Ás vezes corrige-se a exudação adicionando-se grãos relativamente finos, que compensam as deficiências dos agregados. Agregados distribuidos de forma uniforme e envolvidos pela pasta. Influenciam na permeabilidade e porosidade. Melhor acabamento das peças. Necessário para uma boa mistura, transporte e lançamento adequado e adensamento. ABNT NBR 14931:2004 Homogeneidade Geralmente é feito por aplicação de energia mecânica ao concreto. Serve para que o concreto preencha corretamente as fôrmas Evita aparecimento de vazios (bicheiras) ou segregação (adensamento excessivo) ABNT NBR 14931:2004. Adensamento Pega Inicia pouco tempo depois de sua produção. Período entre o início e o estado que possa ser desformado = pega O início da pega = trabalhabilidade praticamente nula Ensaios de penetração ABNT 14931:2004: tempo entre inicio da mistura e final da concretagem não seja maior que 2h e 30 min. Cuidados com a perda de água para o ambiente após lançamento e adensamento. Pega CURA A hidratação se desenvolve rapidamente no concreto e a água tende a evaporar. A evaporação compromete a hidratação do cimento Causa retração que é impedida parcialmente pelas fôrmas = tensão de tração em idades iniciais = fissuração = menor resistência. Durante a cura é necessário conservar a umidade das peças!!! A água de mistura em parte controla as reações exotérmicas da hidratação A cura consiste em molhar as peças de concreto ou as fôrmas de madeira. Em laje, por exemplo, pode-se usar materiais que permaneçam encharcados e/ou protejam contra a exposição ao sol. ABNT NBR 14931:2004: definições e técnicas de cura Cura a vapor - principalmente em peças pré-moldadas CONCRETO ENDURECIDO Resistência à compressão Resistência à tração ABNT NBR 6118:2014 (relações empíricas entre diferentes resistências) A resistência tem relação com o tempo de duração da solicitação (em construções geralmente são permanentes = reduz resistência ao longo do tempo) CONCRETO ENDURECIDO CONCRETO ENDURECIDO A resistência à compressão é calculada pela equação: Onde: Fcj = Resistência a compressão do conreto aos (j) dias Nrup = Carga de ruptura A = área da seção do corpo de prova (15x30 cm / 10x20 cm) CONCRETO ENDURECIDO Resistência característica à compressão do concreto Conhecido através da realização de ensaios = valores dispersos, dependentes de muitas variáveis Conhecidos os resultados de ensaio de vários CPs, qual será o valor de resistência representativo deste concreto??? Média Aritmética? Seleção de amostra? CONCRETO ENDURECIDO Resistência característica = medida estatística que leva em consideração não somente a média dos resultados, mas também o desvio padrão da série. CONCRETO ENDURECIDO Convencionou-se dosar o concreto para uma resistência tal que apenas 5% dos valores de resistência atingidos pelo concreto estariam abaixo do fck . A resistência à compressão do concreto é aleatória por natureza. A variabilidade das propriedades finais do concreto, decorre da heterogeneidade dos materiais constituintes, dos equipamentos de produção empregados, dos procedimentos de ensaio e da influência do fator humano. O desvio padrão (Sd) é o parâmetro que determina a maior ou menor dispersão dos valores em torno da média. CONCRETO ENDURECIDO Na prática: o engenheiro estipula um concreto com Fck para os cálculos estruturais e construtor que lute = produzir ou comprar um concreto com as especificações de projeto. Testar diferentes traços e realizar ensaios! CONCRETO ENDURECIDO Resistência à tração Relaciona-se com peças sujeitas a esforço cortante e diretamente com a fissuração CONCRETO ENDURECIDO Traçãona flexão Tração indireta Tração pura A norma estabelece algumas relações entre os resultados dos ensaios A resistência pura é aprox. 85% da tração indireta e 60% da resistência por flexocompressão. A norma estabelece equações que correlacionam as resistências quando há falta de dados experimentais (resgataremos estas equações se necessário) ABNT NBR 7222:2011 ABNT NBR 12142:2010 Coeficiente de Poisson = 0,2 Módulo de elasticidade transversal = E/2,4 GPa CONCRETO ENDURECIDO Relação entre tensão e deformação durante o ensaio de compressão (o que nos importa). Módulo de elasticidade (E) = mede a rigidez do material Diagrama tensão-deformação e módulo de elasticidade Na falta de dados experimentais = NBR 8522:2008; Quando não se especifica nível de tensão para Módulo secante = 0,4fc Diagrama tensão-deformação e módulo de elasticidade Diagrama tensão-deformação e módulo de elasticidade PROPRIEDADES DO AÇO PROPRIEDADES DO AÇO Segundo a composição química, os aços utilizados em estruturas são divididos em dois grupos: aços-carbono e aços de baixa liga. Os dois tipos podem receber tratamentos térmicos que modificam suas propriedades mecânicas. Aço carbonoAço carbonoAço carbono O aumento de resistência em relação ao ferro puro é produzido pelo carbono e, em menor escala, pelo manganês. PROPRIEDADES DO AÇO Aço carbonoAço carbonoAço carbono O aumento de teor de carbono eleva a resistência do aço, porém diminui a sua ductilidade (capacidade de se deformar), o que conduz a problemas na soldagem. Em estruturas usuais de aço, utilizam-se aços com baixo teor de carbono, que podem ser soldados sem precauções especiais. PROPRIEDADES DO AÇO PROPRIEDADES DO AÇO Os principais tipos de aço-carbono usados em estruturas, segundo os padrões da ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas), da ASTM (American Society for Testing and Materiais) e das normas europeias EN: PROPRIEDADES DO AÇO Baixa ligaBaixa ligaBaixa liga Os aços de baixa liga são aços-carbono acrescidos de elementos de liga (cromo colúmbio, cobre, manganês, molibdênio, níquel, fósforo, vanádio, zircônio), os quais melhoram algumas propriedades mecânicas. PROPRIEDADES DO AÇO Baixa ligaBaixa ligaBaixa liga Alguns elementos de liga produzem aumento de resistência do aço através da modificação da microestrutura para grãos finos . Graças a esse fato, pode-se obter resistência elevada com teor de carbono de ordem de 0,20%, o que permite a soldagem dos aços sem preocupações especiais. Muito utilizados no Brasil são os aços de baixa liga, de alta e média resistências mecânicas, soldáveis e com características de elevada resistência atmosférica (obtida pela adição de 0,25% a 0,40% de cobre). PADRONIZAÇÃO ABNT Segundo a especificação N B R 7007 - Aços para perfis laminados para uso estrutural da ABNT, os aços podem ser enquadrados nas seguintes categorias, designadas a partir do limite de escoamento de aço fy: MR250, aço de média resistência ( f = 250 MPa; f,, = 400 MPa) AR350, aço de alta resistência ( f. 350 MPa; f,, = 450 MPa) AR-COR415 , aço de alta resistência (f = 4 1 5 MPa; f,, = 520 MPa), resistente à corrosão. O aço MR250 corresponde ao aço ASTM A36. PROPRIEDADES DO AÇO Os dois últimos dígitos representam uma porcentagem de carbono em 0,0 1 %. Os dígitos intermediários restantes (em geral um só dígito) representam a porcentagem aproximada do elemento de liga predominante. Por exemplo: Aço SAE 1 020 (aço-carbono, com 0,20% de carbono) Aço SAE 2320 (aço-níquel, com 3,5% de níquel e 0,20% de carbono). Elevada resistência mecânica Maior índice de resistência (razão entre resistência e peso específico). Elementos estruturais com menor seção transversal. PROPRIEDADES DO AÇO Os dois últimos dígitos representam uma porcentagem de carbono em 0,0 1 %. Os dígitos intermediários restantes (em geral um só dígito) representam a porcentagem aproximada do elemento de liga predominante. Por exemplo: Aço SAE 1 020 (aço-carbono, com 0,20% de carbono) Aço SAE 2320 (aço-níquel, com 3,5% de níquel e 0,20% de carbono). Ductilidade Resistente ao impacto e a concentração de tensões (redistribuição pelo elemento). Altas deformações sob ação de cargas (def de ruptura entre 15 a 40%). Grande deformação plástica PROPRIEDADES DO AÇO Os dois últimos dígitos representam uma porcentagem de carbono em 0,0 1 %. Os dígitos intermediários restantes (em geral um só dígito) representam a porcentagem aproximada do elemento de liga predominante. Por exemplo: Aço SAE 1 020 (aço-carbono, com 0,20% de carbono) Aço SAE 2320 (aço-níquel, com 3,5% de níquel e 0,20% de carbono). Fragilidade Oposto da ductilidade. Aço pode se tornar frágil devido agentes externos. Se rompe bruscamente, sem aviso prévio. Pode ser analisado por dois aspectos: inicio da fratura e propagação. (a) rompimento altamente ductil(a) rompimento altamente ductil(a) rompimento altamente ductil (b) rompimento dúctil(b) rompimento dúctil(b) rompimento dúctil (c) rompimento frágil(c) rompimento frágil(c) rompimento frágil Fonte: Fakury (2017) PROPRIEDADES DO AÇO Os dois últimos dígitos representam uma porcentagem de carbono em 0,0 1 %. Os dígitos intermediários restantes (em geral um só dígito) representam a porcentagem aproximada do elemento de liga predominante. Por exemplo: Aço SAE 1 020 (aço-carbono, com 0,20% de carbono) Aço SAE 2320 (aço-níquel, com 3,5% de níquel e 0,20% de carbono). Dureza Resistência ao risco ou abrasão Efeito de temperatura Temperaturas > 100 ºC tendem a eliminar o limite de esocamento bem definido ( tensão x deformação fica arredondado) Temperatura elevada: reduz resistência de escoamento, de ruptura e módulo E 250 a 300 ºC: fluência Fonte: Fakury (2017)Fonte: Fakury (2017) PROPRIEDADES DO AÇO Os dois últimos dígitos representam uma porcentagem de carbono em 0,0 1 %. Os dígitos intermediários restantes (em geral um só dígito) representam a porcentagem aproximada do elemento de liga predominante. Por exemplo: Aço SAE 1 020 (aço-carbono, com 0,20% de carbono) Aço SAE 2320 (aço-níquel, com 3,5% de níquel e 0,20% de carbono). Fonte: Fakury (2017)Fonte: Fakury (2017) Resiliência e Tenacidade Capacidade de absorver energia em regime elástico Capacidade de abosrver energia total (elástico + plástico) Fadiga Quando o aço trabalha sob efeitos de esforços repetidos pode haver ruptura em tensões menores que as obtidas em ensaios com cargas estáticas. Importante para dimensionamentos de peças sob ação dinâmica (pontes, peças mecânicas) PROPRIEDADES DO AÇO Fonte: Fakury (2017) Elevado grau de confiança Canteiro menor, mais limpo e organizado Facilidade reforço e ampliação Reciclagem e reaproveitamento Rápida execução PROPRIEDADES DO AÇO Fonte: Fakury (2017) Solicitação em função do emprego da barra São utilizadas para barrase fios de aço os aços classificados em CA25, CA50 e CA60 (fios) de acordo com o valor característico da resistência de escoamento (fyk) Peso específico (ys) = 78,5 kN/m³ Coeficiente de dilatação térmica (∆T) = 10-5 (para -20º ≤ t ≤ +150º) Módulo de Elasticidade CA (Es) = 210 GPa (21000 kN/cm²) Resistência de escoamento de cálculo: PROPRIEDADES DO AÇO Resistência característica de escoamento à tração: máxima tensão que suportam. A partir dela o aço sofre deformação permanente (antes = obedece a Lei de Hooke). Limite de resistência: força máxima suportada pelo material. Onde ele se rompe. A tensão é a relação entre F/A Alongamento na ruptura: aumento do comprimento do CP (%) O C60 não tem patamar definido. o valor corresponde a uma deformação específica permanente de 0,002 (0,2%) PROPRIEDADES DO AÇO PROPRIEDADES DO AÇO PROPRIEDADES DO AÇO Métodos de Cálculo Os objetivos de um projeto estrutural são: Garantia de segurança estrutural evitando-se o colapso da estrutura. Garantia de bom desempenho da estrutura evitando-se a ocorrência de grandes deslocamentos, vibrações, danos locais. Métodos de Cálculo Nas fases de dimensionamento e detalhamento, utiliza-se, além dos conhecimentosde análise estrutural e resistência dos materiais, grande número de regras e recomendações: critérios de garantia de segurança; padrões de testes para caracterização dos materiais e limites dos valores de características mecânicas; definição de níveis de carga que representem a situação mais desfavorável; limites de tolerâncias para imperfeições na execução; regras construtivas. Estados Limites Um estado limite ocorre sempre que a estrutura deixa de satisfazer um de seus objetivos Estado Limite último Estado Limite de Serviço ou utilização Os estados limites últimos estão associados à ocorrência de cargas excessivas e consequente colapso da estrutura!!! Estado Limite último Fachada do edifício que desabou em Miami Beach, nos EUA, Os estados limites últimos estão associados à ocorrência de cargas excessivas e consequente colapso da estrutura!!! Estado Limite último Os estados limites últimos estão associados à ocorrência de cargas excessivas e consequente colapso da estrutura!!! Estado Limite último Estado Limite último Os estados limites últimos estão associados associados a cargas em serviço, incluindo: Estado Limite de utilização Os estados limites últimos estão associados associados a cargas em serviço Estado Limite de utilização Estado Limite de utilização Os estados limites últimos estão associados associados a cargas em serviço Estado Limite de utilização O que são ações? A DEFINIÇÃO SEGUNDO A NBR 6118/2014 São qualquer influência, ou seu conjunto, capaz de produzir um estado de tensão ou de deformação em uma estrutura. AS AÇÕES PODEM SER: Permanentes Variáveis Excepcionais A ANÁLISE ESTRUTURAL devem ser consideradas a influência de todas as ações que possam produzir efeitos significativo para a segurança da estrutura em exame,. O que são ações? A DEFINIÇÃO SEGUNDO A NBR 6118/2014 São qualquer influência, ou seu conjunto, capaz de produzir um estado de tensão ou de deformação em uma estrutura. AS AÇÕES PODEM SER: Permanentes Variáveis Excepcionais A ANÁLISE ESTRUTURAL devem ser consideradas a influência de todas as ações que possam produzir efeitos significativo para a segurança da estrutura em exame,. Ações Permanentes DIRETAS Valores praticamente constantes durante a vida útil da construção. Devem ser consideradas seus valores representativos mais desfavoráveis visando a segurança. INDIRETAS Retração e fluência do concreto, deslocamento de apoios, imperfeições geométricas. Ações Variáveis DIRETAS São as cargas que podem atuar sobre as estruturas em função do seu uso ou cargas de fatores externos. Ações Excepcionais Ataque terrorista, terremoto no Brasil. Variações de temperatura e ações dinâmicas. INDIRETAS Aplicação (NBR 6120/2019) PERMANENTE VARIÁVEIS DE UTILIZAÇÃO A garantia de segurança no método dos estados limites é traduzida pela equação de conformidade, para cada seção da estrutura Baseia-se na aplicação de coeficientes de segurança tanto às ações nominais quanto às resistências nominais Método dos estados limites Os coeficientes y de majoração das cargas (ou ações), e ym de redução da resistência interna, refletem as variabilidades dos valores característicos dos diversos carregamentos e das propriedades mecânicas do material e outros fatores como discrepâncias entre o modelo estrutural e o sistema real. Trata- se de um método que considera as incertezas de forma mais racional. Método dos estados limites Os esforços e deformações devem ser menores que determinados valores limites, satisfazendo a inequação: Método dos estados limites Onde Sd é definida por uma combinação de carregamentos em que os esforços nominais são majorados! Combinações normais e construtivas Onde Combinações excepcionais Onde link da fonte: http://professor.pucgoias.edu.br/SiteDocente/admin/arquivosUpload/17448/material/3%20-%20SOLICITACOES%20DE%20CALCULO.pdf link da fonte: http://professor.pucgoias.edu.br/SiteDocente/admin/arquivosUpload/17448/material/3%20-%20SOLICITACOES%20DE%20CALCULO.pdf link da fonte: http://professor.pucgoias.edu.br/SiteDocente/admin/arquivosUpload/17448/material/3%20-%20SOLICITACOES%20DE%20CALCULO.pdf Exemplo de aplicação (Exemplo 3) Vamos calcular os esforços atuante em uma estrutura de concreto armado Peso próprio da estrutura = 1,2 kN (permanente) Peso próprio de elementos construtivos = 2,00 kN (permanente) Vento de sobrepressão = 1,45 kN (variável) Sobrecarga variável = 1,15 kN (variável) Calcular o esforço normal solicitante de projeto para a combinação normal de ações Exemplo de aplicação (Exemplo 3) 1º Combinação PESO PROPRIO 1 + PESO PRÓPRIO 2 + SOBRECARGA + VENTO DE SOBREPRESSÃO Ação principal Ação SecundáriaAções permanentes (sempre presentes) Sd1 = 1,4 x 1,20 + 1,5 x 2,00 + 1,5 x 1,15 + 1,40 x 0,60 x 1,45 Sd1 = 7,62 kN Ação principal Ação SecundáriaAções permanentes (sempre presentes) Sd2 = 1,4 x 1,20 + 1,5 x 2,00 + 1,4 x 1,45 + 1,50 x 0,50 x 1,15 Sd2 = 7,57 kN Exemplo de aplicação (Exemplo 3) 2º Combinação PESO PROPRIO 1 + PESO PRÓPRIO 2 + VENTO DE SOBREPRESSÃO + SOBRECARGA Exemplo de aplicação (Exemplo 3) Combinações calculadas: Sd1 = 7,62 kN Sd2 = 7,57 kN Até a próxima aula! PROF. BRUNO BICA BRUNOBICA01@GMAIL.COM
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