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AULA 01 ESTRUTURAS DE CONCRETO I 1 Definição de Concreto Armado: É obtido pela associação do concreto simples (cimento, agregados e água) com uma armadura convenientemente posicionada (armadura passiva) para resistir em conjunto aos esforços solicitantes. A armadura é dita passiva por não receber qualquer esforço prévio antes da ação do carregamento. Os principais materiais componentes do concreto armado, ou seja, o concreto e o aço, possuem coeficientes de dilatação térmica muito próximos, 1x10−5 × °C −1 e 1,2x 10−5 × °C −1 , respectivamente. 2 Idéia Básica: Para a utilização estrutural, o concreto simples não é adequado para a maioria das peças, salvo aquelas onde as tensões solicitantes sejam seguramente absorvidas. Embora a resistência à compressão do concreto seja satisfatória, a resistência à tração é aproximadamente 10 vezes menor. 3 Concreto Protendido: Obtido pela associação entre o concreto simples e a armadura ativa, ou seja, uma armadura que recebeu um alongamento elástico antes da atuação da solicitação. A armadura ativa introduz forças adicionais no concreto, normalmente de compressão nas regiões que teoricamente serão tracionadas durante o uso da peça estrutural, antes da fase de utilização da estrutura, de forma que as tensões de tração sejam minimizadas. O ato de tracionar a armadura ativa é chamado de protensão, e confere à estrutura maior capacidade resistente e menor grau de fissuração sob as mesmas condições de carregamento dos elementos em concreto armado. 4 Concreto Protendido: 5 Concreto Protendido: 6 Aplicações do Concreto Armado e Protendido: Algumas características que tornam a utilização do concreto viável: Aderência: É responsável pela solidarização das barras de aço ao concreto. É a principal característica do concreto armado. No caso da flexão, devido à baixa capacidade resistente à tração do concreto, o mesmo fissura mas permanece solidário às barras de aço; Otimização das seções: O correto posicionamento das armaduras possibilita o dimensionamento de seções esbeltas, coerentes e econômicas, com um rendimento muito próximo das estruturas metálicas. As armaduras suprem a necessidade de resistência à tração do concreto; 7 Aplicações do Concreto Armado e Protendido: Durabilidade: O concreto é alcalino, condição que, associada ao cobrimento satisfatório, protege as armaduras da corrosão. Cabe ressaltar que a porosidade do concreto pode propiciar a corrosão das armaduras quando a estrutura está sujeita a ambientes agressivos. Não só as armaduras podem ser deterioradas, mas o concreto também, ou seja, a dosagem correta do concreto prolonga a vida útil das estruturas de concreto armado e protendido. Dilatação térmica: o concreto protege as armaduras do calor e, apesar dos coeficientes de dilatação do aço e do concreto serem muito próximos, em situações de incêndio, por exemplo, as armaduras se deformam bem mais do que o concreto, gerando um estado de tensões inaceitável. 8 Campos de Aplicação: Em estruturas prediais; Obras Rodoviárias (Pontes e Viadutos); Obras hidráulicas (Barragens e Reservatórios); Obras Industriais (Silos, Chaminés, Postes) e pré-fabricados em geral; Fundações; Pavimentação (Pavimento Rígido); Obras de contenção dentre outras. 9 Vantagens: Boa resistência à maioria das solicitações; Boa trabalhabilidade, se adaptando a várias formas, podendo assim ser escolhida a mais conveniente do ponto de vista estrutural, dando maior liberdade ao projetista; Permite a obtenção de estruturas monolíticas, o que não ocorre com as de aço, madeira e a maioria das pré- fabricadas. Há aderência entre o concreto endurecido e o que é lançado posteriormente, facilita a transmissão dos esforços; As técnicas de execução são simples e de domínio geral. Em diversas situações pode competir economicamente com as estruturas de aço; 10 Vantagens: Apresenta durabilidade e resistência ao fogo superior à madeira e aço, desde que o cobrimento e a qualidade do concreto estejam de acordo com as condições do meio em que está inserida a estrutura (recomendações normativas); Possibilita a pré-fabricação, proporcionando velocidade e facilidade de execução às obras; Boa resistência a choques, vibrações, efeitos térmicos, atmosféricos e desgastes mecânicos. 11 Desvantagens: Resulta em elementos com maiores dimensões que o aço, o que, associado ao elevado peso próprio (25 kN/m3), limita sua utilização e eleva seu custo; As obras de reforma e adaptação são, em algumas situações, de difícil execução; É bom condutor de calor e som, exigindo, em algumas situações, a associação com outros materiais para suprir estas características; Necessita de fôrmas (exceto quando se utilizam os pré- fabricados), que permanecem na estrutura até que o concreto apresente resistência satisfatória para a desfôrma. Cabe ressaltar que a construção civil, devido às técnicas de moldagem das estruturas de concreto armado, ainda consome grande quantidade de madeira, contribuindo para a degradação do meio ambiente, sem contar com a exploração de jazidas minerais não renováveis.12 13 14 Propriedades dos Materiais: 1 – Concreto: 1.1 – Resistência à compressão: A resistência do concreto endurecido depende de vários fatores, dentre eles o consumo de cimento e água, o grau de adensamento e o tipo de agregado utilizado. De modo geral, quanto maior o consumo de cimento e menor a relação água-cimento, maior a resistência à compressão do concreto. A relação água cimento determina a porosidade da pasta de cimento endurecida e, portanto, as propriedades mecânicas do concreto. Concretos dosados com seixo rolado geralmente apresentam menor resistência mecânica que aqueles dosados com pedra britada (granito, basalto, etc.). 15 Propriedades dos Materiais: 1 – Concreto: 1.1 – Resistência à compressão: Sdfcjfck 65,1 1 1 2 n fcjfci Sd n i 16 Propriedades dos Materiais: 1 – Concreto: 1.1 – Resistência à compressão: 2/1 28 1 t sExpfckfckj c ck cd f f 17 Propriedades dos Materiais: 1 – Concreto: 1.1 – Resistência à compressão: 18 Propriedades dos Materiais: 1 – Concreto: 1.2 – Resistência à tração: A resistência à tração do concreto (fctk) pode ser obtida experimentalmente através da ruptura de corpos de prova no ensaio de compressão diametral (split cylinder test), também conhecido como ensaio brasileiro, idealizado pelo Engenheiro Fernando Lobo Carneiro. 19 Propriedades dos Materiais: 1 – Concreto: 1.2 – Resistência à tração: Utiliza-se Corpos-de-prova de 150 x 300mm para a realização destes ensaios. Na ausência de dados experimentais a NBR 6118/03 recomenda que a resistência característica à tração pode ser estimada. lD P fctk 2 MPaff ckmct 3/2 , 3,0 c ctk ctd f f 4,1c 20 Propriedades dos Materiais: 1 – Concreto: 1.3 – Módulo de Elasticidade: O módulo de elasticidade do concreto (Ec), ou módulo de deformação longitudinal, pode ser determinado através de ensaios de compressão axial de acordo com a NBR 8522/84. Como a não linearidade do concreto está presente em todos os estágios de carregamento, a NBR 6118/03 recomenda que o valor do módulo de elasticidade pode ser estimado considerando algumas simplificações 2 002,0 1185,0 ccdc f 21 Propriedades dos Materiais: 1 – Concreto:1.3 – Módulo de Elasticidade: Visando a praticidade do cálculo estrutural, a norma brasileira recomenda a utilização de um digrama de deformação simplificado, composto por um trecho parabólico e outro reto. 2 002,0 1185,0 ccdc f 22 Propriedades dos Materiais: 1 – Concreto: 1.3 – Módulo de Elasticidade: Na ausência de ensaios para a determinação do módulo de elasticidade, a norma recomenda a equação para estimar o módulo tangente inicial cordal. Para determinação de deformações em peças sob flexão a NBR 6118 utiliza o módulo de elasticidade secante correspondente a 0,85×EcTg. O CEB-MC90 estima o valor do módulo de deformação longitudinal do concreto através da equação. Resultados experimentais têm confirmado a proximidade dos resultados estimados com os observados para resistências à compressão em torno de 50 MPa. ckcTg fE 5600 3/1 4 10 1015,2 ckc f E 23 Propriedades dos Materiais: 2 – Aço para Concreto Armado: 2.1 – Resistência a Tração: Os aços para concreto armado podem ser fabricados através do processo de laminação à quente (com patamar de escoamento) ou por deformação a frio (sem patamar de escoamento), onde predomina a trefilação. Estes aços também são chamados de encruados, e surgiram com a necessidade do cálculo considerando o estádio III de dimensionamento (diagrama parábola-retângulo). A resistência à tração dos aços brasileiros para concreto armado pode ser determinada pelo ensaio de tração de acordo com a NBR 6152. s yk yd f f 15,1s 24 Propriedades dos Materiais: 2 – Aço para Concreto Armado: 2.2 – Módulo de Elasticidade: São utilizados com muita freqüência dois tipos de aço. Um de dureza natural, e que apresenta diagrama tensão-deformação com patamar de escoamento bem definido, e outro com propriedades mecânicas alteradas. Para este último, que passam por um processo de encruamento a frio, o diagrama tensão-deformação não apresenta patamar de escoamento, devendo seu módulo de elasticidade ser determinado com o auxílio de uma reta com origem na deformação residual de 2‰ paralela ao trecho reto da curva. A NBR 6118 (2003) permite a utilização de um diagrama simplificado de cálculo com patamar de escoamento para aços com e sem patamar real de escoamento. O limite de 10‰ para a deformação específica do aço é recomendado para evitar deformações excessivas nas peças de concreto armado sob flexão. 25 Propriedades dos Materiais: 2 – Aço para Concreto Armado: 2.2 – Módulo de Elasticidade: Com Patamar de Escoamento Sem Patamar de Escoamento 26 Propriedades dos Materiais: 2 – Aço para Concreto Armado: 27 28
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