AULA 02 CA 1 Propriedades do Concreto

Prévia do material em texto

Curso: Engenharia Civil
Disciplina: Estruturas de Concreto Armado 1
Propriedades do Concreto
1
• CARGA HORÁRIA: 54 h/a
• 1º semestre 2017
• Prof. Me. Leandro Dias Küster
Esta apresentação foi feita pelo 
Prof. Dr. Artur Lenz Sartorti e
adaptada pelo
Prof. Me. Leandro Dias Küster
2Prof. Me.Leandro Dias Küster Estruturas de Concreto Armado 1
Aula 02 – Propriedades do concreto
PROPRIEDADES DO CONCRETO 
Introdução
3Prof. Me.Leandro Dias Küster Estruturas de Concreto Armado 1
Aula 02 – Propriedades do concreto
• Serão considerados os concretos de massa
específica normal (c), entre 2000 kg/m
3 e 2800
kg/m3.
• Para efeito de cálculo, pode-se adotar para o
concreto simples o valor 2400 kg/m3, e para o
concreto armado, 2500 kg/m3.
• Quando se conhecer a massa específica do
concreto utilizado, pode-se considerar, para valor
da massa específica do concreto armado, aquela
do concreto simples acrescida de 100 kg/m3 a
150 kg/m3.
Massa específica
4Prof. Me.Leandro Dias Küster Estruturas de Concreto Armado 1
Aula 02 – Propriedades do concreto
Estrutura interna
5Prof. Me.Leandro Dias Küster Estruturas de Concreto Armado 1
Aula 02 – Propriedades do concreto
Estrutura interna
6Prof. Me.Leandro Dias Küster Estruturas de Concreto Armado 1
Aula 02 – Propriedades do concreto
• Devido a sua complexidade, o concreto é
dividido em três fases constituintes:
– Pasta de cimento hidratada;
– Agregado;
– Zona de transição na interface da pasta de
cimento com os agregados.
Estrutura Interna
7Prof. Me.Leandro Dias Küster Estruturas de Concreto Armado 1
Aula 02 – Propriedades do concreto
• É o principal responsável pela massa unitária,
pelo módulo de elasticidade e pela
estabilidade dimensional.
– Essas propriedades do concreto dependem,
principalmente, da densidade e da resistência do
agregado, que por sua vez são determinadas mais
por suas características físicas do que pelas
químicas.
Estrutura interna
Agregado
8Prof. Me.Leandro Dias Küster Estruturas de Concreto Armado 1
Aula 02 – Propriedades do concreto
• A pasta de cimento hidratada é resultado das
complexas reações química do cimento com a
água.
• A hidratação do cimento evolui com o tempo,
o que resulta em diferentes fases sólidas,
vários tipos de vazios e água em diferentes
formas.
Estrutura interna
Pasta de cimento hidratada
9Prof. Me.Leandro Dias Küster Estruturas de Concreto Armado 1
Aula 02 – Propriedades do concreto
Estrutura interna
Principais componentes da pasta hidratada (1)
Parte resistente da Pasta
10Prof. Me.Leandro Dias Küster Estruturas de Concreto Armado 1
Aula 02 – Propriedades do concreto
Estrutura interna
Principais componentes da pasta hidratada (2)
Parte frágil da Pasta
11Prof. Me.Leandro Dias Küster Estruturas de Concreto Armado 1
Aula 02 – Propriedades do concreto
Estrutura interna
Principais componentes da pasta hidratada (3)
12Prof. Me.Leandro Dias Küster Estruturas de Concreto Armado 1
Aula 02 – Propriedades do concreto
Estrutura interna
Principais componentes da pasta hidratada (4)
13Prof. Me.Leandro Dias Küster Estruturas de Concreto Armado 1
Aula 02 – Propriedades do concreto
Estrutura interna – Poros e Vazios
14Prof. Me.Leandro Dias Küster Estruturas de Concreto Armado 1
Aula 02 – Propriedades do concreto
• Classificação da água presente na pasta de
cimento referente ao grau de dificuldade ou
de facilidade com que pode ser removida.
– Água capilar ou água livre;
– Água adsorvida;
– Água interlamelar;
– Água quimicamente combinada.
Estrutura interna
Água
15Prof. Me.Leandro Dias Küster Estruturas de Concreto Armado 1
Aula 02 – Propriedades do concreto
Estrutura interna
Água
16Prof. Me.Leandro Dias Küster Estruturas de Concreto Armado 1
Aula 02 – Propriedades do concreto
Estrutura interna – Zona de transição
17Prof. Me.Leandro Dias Küster Estruturas de Concreto Armado 1
Aula 02 – Propriedades do concreto
Estrutura interna – Zona de transição
18Prof. Me.Leandro Dias Küster Estruturas de Concreto Armado 1
Aula 02 – Propriedades do concreto
PROPRIEDADES DO CONCRETO 
Deformações
19Prof. Me.Leandro Dias Küster Estruturas de Concreto Armado 1
Aula 02 – Propriedades do concreto
• A fluência é o fenômeno do aumento gradual da
deformação ao longo do tempo, sob um dado nível de
tensão constante.
• Nas estruturas reais, a retração por secagem e a fluência
podem ser consideradas em conjunto, por conta dos
aspectos:
– Elas tem a mesma origem;
– Elas ocorrem ao mesmo tempo;
– As curvas deformação versus tempo são semelhantes;
– Os fatores que influem na retração por secagem também
normalmente interferem na fluência, da mesma forma;
– No concreto a microdeformação de cada fenômeno é
significativa e não pode ser ignorada em projetos estruturais
– Elas são parcialmente reversíveis.
Retração por Secagem e Fluência
20Prof. Me.Leandro Dias Küster Estruturas de Concreto Armado 1
Aula 02 – Propriedades do concreto
• Em estruturas massivas de concreto armado, a combinação
do calor produzido pela hidratação do cimento com as
condições desfavoráveis para sua dissipação, resultam em
grande elevação da temperatura do concreto, após o
lançamento, que pode provocar fissuração.
• A deformação associada à mudança de temperatura
depende do coeficiente de expansão térmica do material e
da magnitude da variação de temperatura.
• Define-se coeficiente de variação térmica a como a
variação na unidade de comprimento por variação na
unidade de temperatura. Para o concreto armado, para
variações normais de temperatura, a ABNT NBR 6118:2014
permite adotar a = 10-5 / C.
Expansão
21Prof. Me.Leandro Dias Küster Estruturas de Concreto Armado 1
Aula 02 – Propriedades do concreto
• A deformação imediata acontece por ocasião
do carregamento e ocorre de acordo com a
Teoria da Elasticidade. Corresponde ao
comportamento do concreto como sólido
verdadeiro, e é causada por uma acomodação
dos cristais que formam o material.
Deformação imediata
22Prof. Me.Leandro Dias Küster Estruturas de Concreto Armado 1
Aula 02 – Propriedades do concreto
PROPRIEDADES DO CONCRETO 
Resistência à Compressão
23Prof. Me.Leandro Dias Küster Estruturas de Concreto Armado 1
Aula 02 – Propriedades do concreto
• Medida através de ensaios em
corpos de prova com dimensões
de 10x20cm ou 15x30 cm
(diâmetro x altura).
• NBR 5738 – Moldagem e cura de
corpos-de-prova cilíndricos ou
prismáticos de concreto;
• NBR 5739 – Concreto – Ensaio de
compressão de corpos-de-prova
cilíndricos.
• Tem por objetivo encontrar a
resistência à compressão simples
fc.
Resistência à compressão
24Prof. Me.Leandro Dias Küster Estruturas de Concreto Armado 1
Aula 02 – Propriedades do concreto
fcm - resistência média do concreto à compressão;
fck - resistência característica do concreto à 
compressão. Ex: C30; C50 ...
Resistência à compressão
sff cmck .645,1
.cmfs 
2
1
.
1









 

N
i cm
cmci
f
ff
N

25Prof. Me.Leandro Dias Küster Estruturas de Concreto Armado 1
Aula 02 – Propriedades do concreto
Resistência à compressão
ckcj ff .1
]})/28(1[{2/1
1
2/1
]})/28(1[exp{ tsets 
26Prof. Me.Leandro Dias Küster Estruturas de Concreto Armado 1
Aula 02 – Propriedades do concreto
EXERCÍCIO
27Prof. Me.Leandro Dias Küster Estruturas de Concreto Armado 1
Aula 02 – Propriedades do concreto
• Determine a resistência estimada de um
concreto para os cimentos CPIII, CPII e CPV
para as seguintes idades:
– a) 3 dias;
– b) 15 dias.
Exercício
28Prof. Me.Leandro Dias Küster Estruturas de Concreto Armado 1
Aula 02 – Propriedades do concreto
• Para 3 dias:
– CPIII
– CPII
– CPV (ARI)
Exercício - Respostas
𝑓𝑐𝑗 = 𝛽1. 𝑓𝑐𝑘 𝛽1 = 𝑒
𝑠 1− 28/𝑡
𝛽1 = 𝑒
0,20 1− 28/3 =0,663
𝛽1 = 𝑒
0,25 1− 28/3 =0,598
𝛽1 = 𝑒
0,38 1− 28/3 =0,458
𝑓𝑐𝑗 = 0,663.30 = 𝟏𝟗, 𝟖𝟗MPa
𝑓𝑐𝑗 = 0,598.30 = 𝟏𝟕, 𝟗𝟓MPa
𝑓𝑐𝑗 = 0,458.30 = 𝟏𝟑, 𝟕𝟒MPa
29Prof. Me.Leandro Dias Küster Estruturas de Concreto Armado 1
Aula 02 – Propriedades do concreto
• Para 15 dias:
– CPIII
– CPII
– CPV (ARI)
Exercício - Respostas
𝑓𝑐𝑗 = 𝛽1. 𝑓𝑐𝑘 𝛽1 = 𝑒
𝑠 1− 28/𝑡
𝛽1 = 𝑒
0,20 1− 28/15 =0,929
𝛽1 = 𝑒
0,25 1− 28/15 =0,913
𝛽1 = 𝑒
0,38 1− 28/15 =0,87
𝑓𝑐𝑗 = 0,929.30 = 𝟐𝟕, 𝟖𝟖MPa
𝑓𝑐𝑗 = 0,913.30 = 𝟐𝟕, 𝟑𝟕MPa
𝑓𝑐𝑗 = 0,87.30 = 𝟐𝟔, 𝟏𝟎MPa
30Prof. Me.Leandro Dias Küster Estruturas de Concreto Armado 1
Aula 02 – Propriedades do concreto
PROPRIEDADES DO CONCRETO 
Resistência à tração
31Prof. Me.Leandro Dias Küster Estruturas de Concreto Armado 1
Aula 02 – Propriedades do concreto
• Os conceitos relativos à resistência do concreto à
tração direta, fct, são análogos aos expostos no item
anterior, para a resistência à compressão.
• Portanto, tem-se a resistência média do concreto à
tração, fctm, valor obtido da média aritmética dos
resultados, e a resistência característica do concreto à
tração, fctk ou simplesmente ftk, valor da resistência
que tem 5% de probabilidade de não ser alcançado
pelos resultados de um lote de concreto.
• Este valor também pode ser chamado de resistência
característica inferior do concreto à tração, fctk,inf.
Resistência à tração
32Prof. Me.Leandro Dias Küster Estruturas de Concreto Armado 1
Aula 02 – Propriedades do concreto
• Em alguns casos, como na determinação da
armadura mínima de tração, pode ser de
interesse a resistência característica superior do
concreto à tração, fctk,sup, relativa ao quantil de
95%.
• A diferença no estudo da tração encontra-se nos
tipos de ensaio. Há três normalizados:
– Tração direta;
– Compressão diametral;
– Tração na flexão.
Resistência à tração
33Prof. Me.Leandro Dias Küster Estruturas de Concreto Armado 1
Aula 02 – Propriedades do concreto
Resistência à Tração Direta, fct
34Prof. Me.Leandro Dias Küster Estruturas de Concreto Armado 1
Aula 02 – Propriedades do concreto
Resistência à Tração por Compressão 
Diametral, fct,sp
 CARGA 
Barra de aço suplementar 
Corpo-de-prova cilíndrico 
(15 cm x 30 cm) 
Plano de ruptura à tração 
Base de apoio da 
máquina de ensaio 
Talisca de 
madeira 
(3 mm x 25 mm) 
 
2 0 4 2 6 8 10 12 14 16 18 10 
0 
D 
D/6 
D/3 
D/2 
2D/3 
5D/6 
Tração Compressão 
Tensão x LD/2P 
spctct ff ,.9,0
35Prof. Me.Leandro Dias Küster Estruturas de Concreto Armado 1
Aula 02 – Propriedades do concreto
Resistência à Tração na Flexão, fct,f
fctct ff ,.7,0
 Extremidade da máquina de ensaio 
Elemento de apoio e 
aplicação da carga 
Estrutura rígida de 
carregamento 
Base de apoio da 
máquina de ensaio 
Barra 
de aço 
Corpo-de-prova 
L/3 L/3 L/3 
Vão 
Esfera de aço 
Esfera de aço 
25 mm no mínimo 
D=L/3 
36Prof. Me.Leandro Dias Küster Estruturas de Concreto Armado 1
Aula 02 – Propriedades do concreto
Resistência à Tração Valores da 
ABNT NBR 6118:2014
20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90
2,21 2,56 2,90 3,21 3,51 3,80 4,07 4,14 4,30 4,45 4,59 4,72 4,84 4,95 5,06
1,55 1,80 2,03 2,25 2,46 2,66 2,85 2,90 3,01 3,11 3,21 3,30 3,39 3,47 3,54
2,87 3,33 3,77 4,17 4,56 4,93 5,29 5,38 5,59 5,78 5,96 6,13 6,29 6,44 6,58
37Prof. Me.Leandro Dias Küster Estruturas de Concreto Armado 1
Aula 02 – Propriedades do concreto
PROPRIEDADES DO CONCRETO 
Módulo de Elasticidade
38Prof. Me.Leandro Dias Küster Estruturas de Concreto Armado 1
Aula 02 – Propriedades do concreto
• Sabe-se da Resistência dos Materiais que a
relação entre tensão e deformação, para
determinados intervalos, pode ser
considerada proporcional linear (Lei de
Hooke), ou seja,  =E. sendo  a tensão,  a
deformação específica e E o Módulo de
Elasticidade ou Módulo de Deformação
Longitudinal, que corresponde à inclinação da
reta.
Módulo de elasticidae
39Prof. Me.Leandro Dias Küster Estruturas de Concreto Armado 1
Aula 02 – Propriedades do concreto
ABNT NBR 8522 –
Concreto – Determinação
do módulo de
deformação estática e
diagrama tensão-
deformação.
Módulo de Elasticidade
T
e
n
s
ã
o
Deformação
Módulo
tangente
inicial
Módulo
tangente
Módulo
secante
Módulo
cordal
Carregamento
Descarregamento
40Prof. Me.Leandro Dias Küster Estruturas de Concreto Armado 1
Aula 02 – Propriedades do concreto
• Para o concreto, a expressão
do Módulo de Elasticidade é
aplicada somente à parte
retilínea da curva tensão
versus deformação ou,
quando não existir uma
parte retilínea, a expressão é
aplicada à tangente da curva
na origem. Desta forma, é
obtido o Módulo de
Deformação Tangente
Inicial, Eci, também
chamado, simplesmente, de
Módulo de Elasticidade
Inicial.
Módulo de Elasticidade
Tangente
 
 
 
Eci 
41Prof. Me.Leandro Dias Küster Estruturas de Concreto Armado 1
Aula 02 – Propriedades do concreto
Módulo de Elasticidade
TangenteInicial – 28d
42Prof. Me.Leandro Dias Küster Estruturas de Concreto Armado 1
Aula 02 – Propriedades do concreto
Módulo de Elasticidade
Tangente Inicial – inferior a 28d
43Prof. Me.Leandro Dias Küster Estruturas de Concreto Armado 1
Aula 02 – Propriedades do concreto
• O Módulo de Elasticidade Secante, Ecs, ou
simplesmente Módulo Secante, corresponde
à inclinação da reta que passa pela origem e
que corta a curva no ponto c = 0,4 u, sendo
u o máximo valor alcançado pela tensão c.
Módulo de Elasticidade
Secante
44Prof. Me.Leandro Dias Küster Estruturas de Concreto Armado 1
Aula 02 – Propriedades do concreto
Módulo de Elasticidade
Secante
45Prof. Me.Leandro Dias Küster Estruturas de Concreto Armado 1
Aula 02 – Propriedades do concreto
PROPRIEDADES DO CONCRETO 
Coeficiente de Poisson e Módulo de 
Elasticidade Transversal
46Prof. Me.Leandro Dias Küster Estruturas de Concreto Armado 1
Aula 02 – Propriedades do concreto
• Para tensões de compressão menores que 0,5
fc e de tração menores que fct, pode ser
adotado  = 0,2 e módulo de elasticidade
transversal igual a:
Coeficiente de Poisson e Módulo G
4,2/csE
47Prof. Me.Leandro Dias Küster Estruturas de Concreto Armado 1
Aula 02 – Propriedades do concreto
PROPRIEDADES DO CONCRETO 
Diagramas Tensão x Deformação
48Prof. Me.Leandro Dias Küster Estruturas de Concreto Armado 1
Aula 02 – Propriedades do concreto
Compressão
Diagrama tensão-deformação 
idealizado.
49Prof. Me.Leandro Dias Küster Estruturas de Concreto Armado 1
Aula 02 – Propriedades do concreto
Tração
Diagrama tensão-deformação bilinear de tração
50Prof. Me.Leandro Dias Küster Estruturas de Concreto Armado 1
Aula 02 – Propriedades do concreto
PROPRIEDADES DO CONCRETO 
Fatores de Influência
51Prof. Me.Leandro Dias Küster Estruturas de Concreto Armado 1
Aula 02 – Propriedades do concreto
• tipo e quantidade de cimento;
• qualidade da água e relação água-cimento;
• tipos de agregados, granulometria e relação agregado-
cimento;
• presença de aditivos e adições;
• procedimento e duração do processo de mistura;
• condições e duração do transporte e do lançamento;
• condições de adensamento e de cura;
• forma e dimensões dos corpos de prova;
• tipo e duração do carregamento;
• idade do concreto, umidade, temperatura etc.
Fatores de influência
52Prof. Me.Leandro Dias Küster Estruturas de Concreto Armado 1
Aula 02 – Propriedades do concreto
Efeito Rüsch
53Prof. Me.Leandro Dias Küster Estruturas de Concreto Armado 1
• ABNT, ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR
6118. Projeto de estruturas de concreto – Procedimento. Rio
de Janeiro: ABNT, 2014;
• PINHEIRO, L.M.; MUZARDO, C. D.; SANTOS, S. P.; CATOIA, T.;
CATOIA, B.; SARTORTI, A. L. Estruturas de Concreto – notas de
aula São Carlos, São Carlos: EESC-USP, 2016;
• SARTORTI, A. L. Notas de aula de concreto armado I –
apresentação.
Bibliografia
Aula 02 – Propriedades do concreto