CONCRETO ARMADO Aula 1 Comportamento mecânico dos materiais

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Comportamento mecânico dos
materiais: Estudo das propriedades
do concreto; Estudo das propriedades
do aço; Estudo dos materiais
associados: vantagens e
desvantagens, normas, propriedades
APRESENTAR A PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS DO CONCRETO ARMADO
AUTOR(A): PROF. EDNILSON SILVA RIBEIRO
Concreto simples: Definição
Concreto é um material de construção resultante da mistura de um aglomerante (cimento), com agregado
miúdo (areia), agregado graúdo (brita) e água em proporções exatas e bem definidas.
Atualmente, é comum a utilização de um novo componente - os “aditivos”, destinados a melhorar ou
conferir propriedades especiais ao concreto.
A pasta formada pelo cimento e água atua envolvendo os grãos dos agregados, enchendo os vazios entre
eles e unindo esses grãos, formando uma massa compacta e trabalhável.
A função dos agregados é dar ao conjunto condições de resistência aos esforços e ao desgaste, além de
redução no custo e redução na contração.
Após a mistura, obtém-se o concreto fresco, material de consistência mais ou menos plástica que permite a
sua moldagem em fôrmas.
Ao longo do tempo, o concreto endurece em virtude de reações químicas entre o cimento e a água
(hidratação do cimento).
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A resistência do concreto aumenta com o tempo, propriedade esta que o distingue dos demais materiais de
construção.
A propriedade marcante do concreto é sua elevada resistência aos esforços de compressão aliada a uma
baixa resistência à tração. A resistência à tração é da ordem de 1/10 da resistência à compressão.
 
A viabilidade do concreto armado:
Devido à baixa resistência à tração, procurou-se adicionar ao concreto outros materiais mais resistentes à
tração, melhorando suas qualidades de resistência.
A utilização de barras de aço juntamente com o concreto, só é possível devido às seguintes razões:
 
1ª) Trabalho conjunto do concreto e do aço, assegurado pela aderência entre os dois materiais:
Na região tracionada, onde o concreto possui resistência praticamente nula, ele sofre fissuração, tendendo
a se deformar, o que graças à aderência, arrasta consigo as barras de aço forçando-as a trabalhar e
consequentemente, a absorver os esforços de tração.
Nas regiões comprimidas, uma parcela de compressão poderá ser absorvida pela armadura, no caso do
concreto, isoladamente, não ser capaz de absorver a totalidade dos esforços de compressão.
 
2ª) Os coeficientes de dilatação térmica do aço e do concreto são praticamente iguais:
concreto: (0,9 a 1,4) x 10 / C (mais freqüente 1,0 x 10 / C)
aço: 1,2 x 10 / C
Esta diferença de valores é insignificante.
adota-se para o concreto armado = 1,0 x 10 / C
 
3ª) O concreto protege de oxidação o aço da armadura garantindo a durabilidade da estrutura:
O concreto exerce dupla proteção ao aço:
     - proteção física: através do cobrimento das barras protegendo-as do meio exterior
-5 0 -5 0
-5 0
-5 0
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     - proteção química: em ambiente alcalino que se forma durante a pega do concreto, surge uma camada
quimicamente inibidora em torno da armadura.
 
Concreto armado: Definição
Concreto Armado é um material de construção resultante da união do concreto simples e de barras de aço,
envolvidas pelo concreto, com perfeita aderência entre os dois materiais, de tal maneira que resistam
ambos solidariamente aos esforços a que forem submetidos.
Para a composição do concreto armado, pode-se indicar esquematicamente:
1. cimento + água = pasta
2. pasta + agregado miúdo = argamassa
3. argamassa + agregado graúdo = concreto
4. concreto + armadura de aço = concreto armado. Nesse item pode-se fazer uma nova subdivisão em função
da forma de trabalho da armadura:
      4.1 - concreto + armadura passiva = concreto armado
      4.2 - concreto + armadura ativa = concreto protendido; neste caso a armadura (ou a cordoalha) é
preliminarmente submetida a esforços de tração visando melhorar o desempenho estrutural da peça a ser
concretada.
Deve-se destacar a possibilidade de utilização da “argamassa armada” (algumas vezes também chamada de
“microconcreto”) que tem a mesma origem do concreto armado só com a ausência do agregado graúdo.
Normalmente, como armação, são utilizadas as tradicionais telas soldadas. Os elementos de argamassa
armada são caracterizados pela pequena espessura - da ordem de 20 mm em média.
Atualmente, está sendo cada vez mais empregado nas estruturas o “Concreto de Alto Desempenho” - CAD. É
um concreto obtido com um aditivo superfluidificante e com a adição de sílica ativa. O CAD é um concreto
com propriedades superiores às do concreto tradicional, sobretudo quanto à durabilidade e à resistência.
Ele é mais resistente, menos poroso, mais impermeável, mais resistente à ambientes agressivos,
apresentando maior proteção para as armaduras e possui maior durabilidade. Enquanto as resistências
características (fck) dos concretos tradicionais normalmente não ultrapassam 21 MPa, com o CAD é
possível se atingir resistências superiores a 100 MPa.
Outra alternativa existente é a possibilidade de se adicionar às misturas de argamassas e de concretos
determinadas fibras sintéticas, de materiais poliméricos (propileno), vidro (com restrições), poliéster ou
náilon, fibras de aço e carbono. Estas fibras melhoram o
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comportamento dos elementos com elas fabricados, trazendo vários benefícios técnicos como: redução da
retração plástica, aumento das resistências ao impacto, à abrasão, ao fogo e à penetração de substâncias
químicas e da água. Entretanto, não possuem função estrutural e não devem substituir as armaduras
convencionais.
Legenda: COMPOSIçãO GERAL DOS DIVERSOS TIPOS DE CONCRETO.
Características do Concreto
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Serão apresentadas as principais características e propriedades do material concreto.
 
1         Massa específica
Serão considerados os concretos de massa específica normal ( c), entre 2000 kg/m e 2800 kg/m .
Para efeito de cálculo, pode-se adotar para o concreto simples o valor 2400 kg/m , e para o concreto
armado, 2500 kg/m .
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/m a 150 kg/m .
 
2         Propriedade mecânicas
As principais propriedades mecânicas do concreto são: resistência à compressão, resistência à tração e
módulo de elasticidade. Essas propriedades são determinadas a partir de ensaios, executados em condições
específicas.
Geralmente, os ensaios são realizados para controle da qualidade e atendimento às especificações.
 
2.1  Resistência à compressão
A resistência à compressão simples, denominada fc, é a característica mecânica mais importante.
Para estimá-la em um lote de concreto, são moldados e preparados corpos de prova segundo a NBR 5738 –
Moldagem e cura de corpos-de-prova cilíndricos ou prismáticos de concreto, os quais são ensaiados de
acordo com a NBR 5739 – Concreto – Ensaio de compressão de corpos-de-prova cilíndricos.
O corpo de prova padrão brasileiroé o cilíndrico, com 15 cm de diâmetro e 30 cm de altura, e a idade de
referência é 28 dias.
Após ensaio de um número muito grande de corpos de prova, pode ser feito um gráfico com os valores
obtidos de fc versus a quantidade de corpos de prova relativos a determinado valor de fc, também
denominada densidade de frequência. A curva encontrada denomina-se Curva Estatística de Gauss ou
Curva de Distribuição Normal para a resistência do concreto à compressão.
3 3
3
3
3 3
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Legenda: CURVA DE GAUSS.
Na curva de Gauss encontram-se dois valores de fundamental importância: resistência média do concreto à
compressão, fcm, e resistência característica do concreto à compressão, fck.
O valor fcm é a média aritmética dos valores de fc para o conjunto de corpos de prova ensaiados, e é
utilizado na determinação da resistência característica, fck, por meio da fórmula:
f = f 1,65s
O desvio padrão s corresponde à distância entre a abscissa de fcm e a do ponto de inflexão da curva (ponto
em que ela muda de concavidade).
O valor 1,65 corresponde ao quantil de 5 %, ou seja, apenas 5 % dos corpos de prova possuem fc < fck, ou,
ainda, 95 % dos corpos de prova possuem fc ≥ fck.
Portanto, pode-se definir fck como sendo o valor da resistência que tem 5 % de probabilidade de não ser
alcançado, em ensaios de corpos de prova de um determinado lote de concreto.
A NBR 8953 define as classes de resistência em função de fck. Concreto classe C30, por exemplo,
corresponde a um concreto com fck = 30 MPa.
Nas obras, devido ao pequeno número de corpos de prova ensaiados, calcula-se fck,est, valor estimado da
resistência característica do concreto à compressão.
 
2.2  Resistência à tração
ck cm = -
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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.
A diferença no estudo da tração encontra-se nos tipos de ensaio. Há três normalizados: tração direta,
compressão diametral e tração na flexão.
 
a) Ensaio de tração direta
Neste ensaio, considerado o de referência, a resistência à tração direta, fct, é determinada aplicando-se
tração axial, até a ruptura, em corpos de prova de concreto simples. A seção central é retangular, com 9 cm
por 15 cm, e as extremidades são quadradas, com 15 cm de lado.
Legenda: ENSAIO DE TRAçãO DIRETA.
b) Ensaio de tração na compressão diametral (spliting test)
o ensaio mais utilizado, por ser mais simples de ser executado e utilizar o mesmo corpo de prova cilíndrico
do ensaio de compressão (15 cm por 30 cm). Também é conhecido internacionalmente como Ensaio
Brasileiro, pois foi desenvolvido por Lobo Carneiro, em 1943.
Para a sua realização, o corpo de prova cilíndrico é colocado com o eixo horizontal entre os pratos da
máquina de ensaio, e o contato entre o corpo de prova e os pratos deve ocorrer somente ao longo de duas
geratrizes, onde são colocadas tiras padronizadas de madeira, diametralmente opostas, sendo aplicada uma
força até a ruptura do concreto por fendilhamento, devido à tração indireta.
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Legenda: ENSAIO DE TRAçãO POR COMPRESSãO DIAMETRAL.
O valor da resistência à tração por compressão diametral, fct,sp, encontrado neste ensaio, é um pouco
maior que o obtido no ensaio de tração direta.
 
c) Ensaio de tração na flexão
Para a realização deste ensaio, um corpo de prova de seção prismática é submetido à flexão, com
carregamentos em duas seções simétricas, até à ruptura.
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O ensaio também é conhecido por “carregamento nos terços”, pelo fato das seções carregadas se
encontrarem nos terços do vão.
Analisando os diagramas de esforços solicitantes, pode-se notar que na região de momento máximo tem-se
cortante nula.
Portanto, nesse trecho central ocorre flexão pura.
Os valores encontrados para a resistência à tração na flexão, fct,f, são maiores que os encontrados nos
ensaios descritos anteriormente (tração direta e compressão diametral).
ENSAIO DE TRAçãO NA FLEXãO.
L. M. PINHEIRO
d) Relações entre os resultados dos ensaios
Como os resultados obtidos nos dois últimos ensaios são diferentes dos relativos ao ensaio de referência, de
tração direta, há coeficientes de conversão.
Considera-se a resistência à tração direta, fct, igual a 0,9 fct,sp ou 0,7 fct,f, ou seja, coeficientes de
conversão 0,9 e 0,7, para os resultados de compressão diametral e de flexão, respectivamente.
Na falta de ensaios, as resistências à tração direta podem ser obtidas a partir da resistência à compressão
fck:
f =0,3f ctk,inf = ctm ctk,sup = ctm
Nessas equações, as resistências são expressas em MPa.
 
2.3  Módulo de elasticidade
Outro aspecto fundamental no projeto de estruturas de concreto consiste na relação entre as tensões e as
deformações.
Sabe-se da Resistência dos Materiais que a relação entre tensão e deformação, para determinados
intervalos, pode ser considerada linear (Lei de Hooke), ou seja, σ = E ε , sendo σ a tensão, ε a deformação
específica e E o Módulo de elasticidade ou de deformação longitudinal.
Objeto disponível na plataforma
Informação:
Ensaio de tração na flexão.
Ensaio de tração na flexão.
ctm ck
2/3 f 0,7f f 1,3f
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Legenda: MóDULO DE ELASTICIDADE OU DEFORMAçãO LONGITUDINAL
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.
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Legenda: MóDULO DE DEFORMAçãO TANGENTE INICIAL (ECI).
O módulo de deformação tangente inicial é obtido segundo ensaio descrito na  NBR 8522 – Concreto –
Determinação do módulo de deformação estática e diagrama tensão-deformação.
Quando não forem feitos ensaios e não existirem dados mais precisos sobre o concreto, para a idade de
referência de 28 dias, pode-se estimar o valor do módulo de elasticidade inicial usando a expressão:
E 5600 f
Eci e fck são dados em MPa.
O Módulo de Elasticidade Secante, Ecs, a ser utilizado nas análises elásticas de projeto, especialmente para
determinação de esforços solicitantes e verificação de estados limites de serviço, deve ser calculado pela
expressão:
Ecs = 0,85 Eci
Na avaliação do comportamento de um elemento estrutural ou de uma seção transversal, pode seradotado
um módulo de elasticidade único, à tração e à compressão, igual ao módulo de elasticidade secante (Ecs).
ci = ck1/2
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2.4  Coeficiente de Poisson
Quando uma força uniaxial é aplicada sobre uma peça de concreto, resulta uma deformação longitudinal na
direção da carga e, simultaneamente, uma deformação transversal com sinal contrário.
Legenda: DEFORMAçõES LONGITUDINAIS E TRANSVERSAIS
A relação entre a deformação transversal e a longitudinal é denominada coeficiente de Poisson e indicada
pela letra ν. Para tensões de compressão menores que 0,5 fc e de tração menores que fct, pode ser adotado
ν= 0,2.
 
2.5  Módulo de elasticidade transversal
O módulo de elasticidade transversal pode ser considerado Gc = 0,4 Ecs.
 
2.6  Estados múltiplos de tensão
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Na compressão associada a confinamento lateral, como ocorre em pilares cintados, por exemplo, a
resistência do concreto é maior do que o valor relativo à compressão simples.
O cintamento pode ser feito com estribos, que impedem a expansão lateral do pilar, criando um estado
múltiplo de tensões. O cintamento também aumenta a dutilidade do elemento estrutural.
Na região dos apoios das vigas, pode ocorrer fissuração por causa da força cortante. Essas fissuras, com
inclinação aproximada de 45 , delimitam as chamadas bielas de compressão.
Portanto, as bielas são regiões comprimidas com tensões de tração na direção perpendicular, caracterizando
um estado biaxial de tensões. Nesse caso tem-se uma resistência à compressão menor que a da compressão
simples.
Portanto, a resistência do concreto depende do estado de tensão a que ele se encontra submetido.
 
3 Estrutura interna do concreto
O concreto tem uma estrutura interna altamente complexa e heterogênea, sendo esta a dificuldade de sua
compreensão. Entretanto, o conhecimento da estrutura e das propriedades individuais dos materiais
constituintes e da relação entre eles auxilia a compreensão das propriedades dos vários tipos de concreto.
Por isso o concreto é dividido em três constituintes:
- pasta de cimento hidratada,
- agregado e 
- zona de transição na interface entre a pasta de cimento e o agregado.
A fase agregado é a 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.
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.
As quatro principais fases sólidas são:
- silicato de cálcio hidratado (C-S-H), parte resistente da pasta;
- hidróxido de cálcio (CH), parte frágil da pasta;
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- sulfoaluminato de cálcio e
- grão de clinquer não hidratado.
Os vazios presentes na pasta de cimento hidratada são classificados de acordo com o tamanho:
- espaço interlamelar no C-S-H, que são os menores vazios;
- vazios capilares, espaço entre os componentes sólidos da pasta;
- ar incorporado, que são os maiores vazios, só superados pelos relativos ao ar aprisionado, que ocupam os
maiores vazios.
A classificação da água presente na pasta de cimento hidratada é baseada no grau de dificuldade ou de
facilidade com que pode ser removida. São elas, na ordem crescente de dificuldade de remoção:
- água capilar ou água livre;
- água adsorvida;
- água interlamelar e
- água quimicamente combinada.
A zona de transição, na interface das partículas grandes de agregado e da pasta de cimento, embora
composta pelos mesmos elementos que a pasta de cimento hidratada, apresenta propriedades diferentes da
matriz. Esse fato se deve principalmente ao filme de água formado em torno das partículas de agregado, que
alteram a relação água/cimento nessa região, formando uma estrutura mais porosa e menos resistente.
 
4 Deformações
O concreto apresenta deformações elásticas e inelásticas, no carregamento, e deformações de retração por
secagem ou por resfriamento. Quando restringidas, as deformações por retração ou térmicas resultam em
padrões de tensão complexos, que costumam causar fissuração.
As deformações do concreto dependem essencialmente de sua estrutura interna. A contração térmica é de
maior importância nos elementos de grande volume de concreto. Sua magnitude pode ser controlada por
meio do coeficiente de expansão térmica do agregado, consumo e tipo de cimento e da temperatura dos
materiais constitutivos do traço do concreto.
 
a)  Retração por Secagem e Fluência
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Denomina-se retração a redução de volume que ocorre no concreto, mesmo na ausência de tensões
mecânicas e de variações de temperatura. A retração por secagem é a deformação associada à perda de
umidade.
A fluência é o fenômeno do aumento gradual da deformação ao longo do tempo, sob um dado nível de
tensão constante.
No caso de muitas estruturas reais, a fluência e a retração ocorrem ao mesmo tempo. Assim, por uma série
de motivos, é pertinente discutir os fenômenos de retração por secagem e de fluência conjuntamente,
considerando os aspectos:
- primeiramente, tanto a retração por secagem quanto a fluência têm a mesma origem, ou seja, a pasta de
cimento hidratado;
- segundo, as curvas deformação versus tempo são muito semelhantes;
- terceiro, os fatores que influenciam a retração por secagem também normalmente influenciam a fluência,
da mesma forma;
- quarto, no concreto a microdeformação de cada fenômeno é significativa e não pode ser ignorada em
projetos estruturais;
- quinto, tanto a retração por secagem quanto a fluência são parcialmente reversíveis.
Presume-se que tanto as deformações de retração por secagem quanto as de fluência sejam relativas,
principalmente, à remoção da água adsorvida da pasta de cimento hidratada. A diferença é que, em um
caso, a umidade diferencial relativa entre o concreto e o ambiente é a força motriz, enquanto, no outro, é a
tensão constante aplicada.
As causas da fluência no concreto são mais complexas. Além dos movimentos de umidade, há outras causas
que contribuem para a fluência, principalmente a microfissuração da zona de transição e a resposta elástica
retardada no agregado.
Além da retração por secagem, também denominada de retração capilar, que ocorre por evaporação parcial
da água capilar e perda da água adsorvida, gerando tensão superficial e fluxo de água nos capilares que
provocam a retração, há também a retração química, que é a contração da água não evaporável, durante as
reações de hidratação do cimento.
A retração por carbonatação também pode ser considerada uma retração química. Entretanto, ocorre pela
reação de um produto do cimento já hidratado, o hidróxido de cálcio (CH), com o dióxido de carbono (CO2),
produzindo o carbonato de cálcio mais água [Ca(OH)2 + CO2 CaCO3 + H2O]; esta reação ocorre com
diminuição de volume.
A carbonatação pode melhoraralgumas características do concreto. Porém, devido ao cobrimento
insuficiente e a fissuração, a carbonatação pode despassivar a armadura, deixando-a suscetível à corrosão.
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b)  Expansão
Expansão é o aumento de volume do concreto, que ocorre em peças submersas e em peças tracionadas,
devido à fluência.
Nas peças submersas, no início tem-se retração química. Porém, o fluxo de água é de fora para dentro. Por
conta disso, as decorrentes tensões capilares anulam a retração química e, em seguida, provocam a
expansão da peça.
 
c)  Deformações térmicas
Em geral, sólidos se expandem com o aquecimento e se retraem com o resfriamento. A não ser sob
condições extremas de temperatura, as estruturas comuns de concreto sofrem pouco ou nenhum dano com
as alterações da temperatura ambiente.
No entanto, em estruturas massivas, a combinação do calor produzido pela hidratação do cimento e
condições desfavoráveis de dissipação de calor resultam em grande elevação da temperatura do concreto,
poucos dias após o lançamento.
A deformação associada à mudança de temperatura depende do coeficiente de expansão térmica do material
e da magnitude de queda ou de elevação de temperatura.
Define-se coeficiente de variação térmica como a variação na unidade de comprimento por variação na
unidade de temperatura. Para o concreto armado, para variações normais de temperatura, a NBR 6118:2003
permite adotar = 10 / C.
 
d)  Deformação imediata
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. Os valores dessas deformações são apresentados nas
Tabelas de Lajes e nas Tabelas de Vigas.
 
5         Fatores que influem nas propriedades do concreto
Os principais fatores que influem nas propriedades do concreto são:
- Tipo e quantidade de cimento;
- Qualidade da água e relação água-cimento;
-5
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- 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.
 
 
Aços para armaduras
Serão apresentadas as principais características e propriedades do material aço.
 
1 Definição e importância
O aço é uma liga de ferrocarbono com outros elementos adicionais (silício, manganês, fósforo, enxofre etc.),
resultante da eliminação total ou parcial de elementos inconvenientes que se fazem presentes no produto
obtido na primeira redução do minério de ferro. O teor de carbono nessa liga varia de 0 a 1,7%.
Os aços estruturais para construção civil possuem teores de carbono da ordem de 0,18% a 0,25%. Esse
material tem grande aplicação na Engenharia graças às seguintes características: ductilidade;
incombustibilidade; facilidade de ser trabalhado; resistência a tração, compressão, flexão e torção;
resistência a impacto, abrasão e desgaste. Em condições adequadas, apresenta também resistência a
variações de temperatura, intempéries e agressões químicas.
Como o concreto simples apresenta pequena resistência a tração e é frágil, é altamente conveniente a
associação do aço ao concreto, obtendo-se o concreto armado.
Esse material, adequadamente dimensionado e detalhado, resiste muito bem à maioria dos tipos de
solicitação. Mesmo em peças comprimidas, além de fornecer ductilidade, o aço aumenta a resistência do
concreto à compressão.
 
2 Tratamento mecânico dos aços
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Para aplicações estruturais, o aço precisa sofrer modificações, o que é feito por dois tipos de tratamento: a
quente e a frio.
 
a) Tratamento a quente
Chama-se tratamento mecânico a quente quando a temperatura de trabalho
é maior 720 (zona crítica), em que ocorre a recristalização do aço. Nessa situação o aço é mais mole, sendo
mais fácil de trabalhar, pois os grãos deformados recristalizam-se em seguida sob a forma de pequenos
grãos.
Este tratamento consiste na laminação, no forjamento e na extrusão, realizados em temperaturas acima de
720 C.
Nessas temperaturas há uma modificação da estrutura interna do aço, ocorrendo homogeneização e
recristalização com a redução do tamanho dos grãos, melhorando as características mecânicas do material.
O aço obtido nessa situação apresenta melhor trabalhabilidade, aceita solda comum, possui diagrama
tensão-deformação com patamar de escoamento, e resiste a incêndios moderados. Perde resistência,
apenas, com temperaturas acima de 1150  C.
Estão incluídos neste grupo os aços CA-25 e CA-50.
Legenda: DIAGRAMA TENSãO X DEFORMAçãO DO AçO CA-25 E CA-50.
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A laminação consiste na passagem do material entre dois rolos que gira com a mesma velocidade periférica
em sentidos opostos e estão espaçados de uma distância algo inferior à espessura da peça a laminar. Nessas
condições, em função do atrito entre o metal e os rolos, a peça é “puxada” pelos rolos, tendo sua espessura
reduzida, o comprimento alongado e a largura levemente aumentada. O controle do atrito é fundamental,
na medida que ele define a maior redução possível, sem forças externas que empurrem a peça.
O forjamento é o processo de conformação com que se obtém a forma desejada da peça por martelamento
ou por aplicação gradativa de pressão. A maioria das operações de forjamento ocorre a quente, embora
certos metais possam ser forjados a frio.
Existem duas classes principais de equipamentos de forjamento: os martelos e as prensas. Os martelos
provocam deformação do metal por impacto, e as prensas submetem o metal a uma força de compressão a
baixa velocidade.
O processo de forjamento subdivide-se em duas categorias: o forjamento livre e o forjamento em matriz.
No forjamento livre o material é deformado entre ferramentas planas ou de formato simples. O processo de
deformação é efetuado por compressão direta e o material escoa no sentido perpendicular à direção de
aplicação da força. Esse processo é usado geralmente para grandes peças, ou quando o número a ser
produzido é pequeno, não compensando a confecção de matrizes, que são caras.
No forjamento em matriz o material é deformado entre duas metades de matriz, que fornecem a forma
desejada à peça.
O forjamento é possivelmente o processo mais antigo de tratamento mecânico.
No processo da extrusão, o tarugo é refundido e forçado a passar, sob pressão, por orifícios com a forma
desejada.
 
b) Tratamento a frio ou encruamento
Neste tratamento ocorre uma deformação dos grãos por meio de tração, compressão ou torção. Resulta no
aumento da resistência mecânica e da dureza, e diminuição da resistência à corrosão e da ductilidade, ou
seja, decréscimo do alongamento e da estricção.
O processo é realizado abaixo da zona de temperatura crítica (720 C). Os grãos permanecem deformados e
diz-se que o aço está encruado.Nesta situação, os diagramas tensão-deformação dos aços apresentam patamar de escoamento
convencional, a solda torna-se mais difícil e, à temperatura da ordem de 600 C, o encruamento é perdido.
Neste grupo está incluído o aço CA-60.
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Legenda:
O trefilamento é o mais utilizado processo de tratamento mecânico a frio.
Nesse processo o metal é forçado a passar por orifícios de moldagem. É o processo das fieiras de arames e
geralmente é realizado a frio. No trefilamento de arames, os fios endurecem rapidamente e têm que ser
recozidos a cada passagem.
 
3 Barras e fios
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A NBR 7480:2007 “Aço destinado a armaduras para estruturas de concreto armado” fixa as condições
exigíveis na encomenda, fabricação e fornecimento de barras e fios de aço destinados a armaduras para
concreto armado, com ou sem revestimento superficial.
Classificam-se como barras os produtos de diâmetro nominal 6,3 mm ou superior, obtidos exclusivamente
por laminação a quente, sem processo posterior de deformação mecânica, sendo permitido o
endireitamento do material produzido em rolos. O diâmetro nominal de 5 mm foi retirado em relação à
versão anterior dessa norma, a NBR 7480:1996. De acordo com o valor característico da resistência de
escoamento, as barras de aço são classificadas nas categorias: CA-25 e CA-50.
Os fios são aqueles de diâmetro nominal 10 mm ou inferior, obtidos a partir de fio-máquina por trefilação
ou laminação a frio. Segundo o valor característico da resistência de escoamento, os fios são classificados
na categoria CA-60.
Esta classificação pode ser visualizada na Tabela abaixo.
Legenda:
4 Características mecânicas
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As características mecânicas mais importantes para a definição de um aço são o limite elástico, a
resistência e o alongamento na ruptura. Essas características são determinadas em ensaios de tração.
O limite elástico é a máxima tensão que o material pode suportar sem que se produzam deformações
plásticas ou remanescentes, além de certos limites.
Resistência é a máxima força de tração que a barra suporta, dividida pela área de seção transversal inicial
do corpo de prova.
Alongamento na ruptura é o aumento do comprimento do corpo de prova correspondente à ruptura,
expresso em porcentagem.
Os aços para concreto armado devem obedecer aos requisitos:
- Ductilidade e homogeneidade;
- Valor elevado da relação entre limite de resistência e limite de escoamento;
- Soldabilidade;
- Resistência razoável a corrosão.
A ductilidade é a capacidade do material de se deformar plasticamente sem romper. Pode ser medida por
meio do alongamento específico ( ) ou da estricção.
 
Quanto mais dúctil o aço, maior é a redução de área ou o alongamento antes da ruptura.
Um material não dúctil, como, por exemplo, o ferro fundido, não se deforma plasticamente antes da
ruptura. Diz-se, então, que o material possui comportamento frágil.
Adota-se, para aço destinado a armadura passiva (para concreto armado), massa específica de 7850 kg/m ,
coeficiente de dilatação térmica = 10 / C, para temperatura entre -20 C e 150 C, e módulo de elasticidade
de 210 GPa.
 
5 Aderência
A própria existência do material concreto armado decorre da solidariedade existente entre o concreto
simples e as barras de aço. Qualitativamente, a aderência pode ser dividida em: aderência por adesão,
aderência por atrito e aderência mecânica.
A adesão resulta de ligações físico-químicas que se estabelecem na interface dos dois materiais, durante as
reações de pega do cimento.
3
-5
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O atrito é notado ao se processar o arrancamento da barra de aço do volume de concreto que a envolve. As
forças de atrito dependem do coeficiente de atrito entre aço e o concreto, o qual é função da rugosidade
superficial da barra, e decorrem da existência de uma pressão transversal, exercida pelo concreto sobre a
barra e pela retração do concreto.
A aderência mecânica é decorrente da existência de nervuras ou entalhes na superfície da barra. Este efeito
também é encontrado nas barras lisas, em razão da existência de irregularidades próprias, originadas no
processo de laminação das barras.
As nervuras e os entalhes têm como função aumentar a aderência da barra ao concreto, proporcionando
melhor atuação conjunta do aço e do concreto.
A influência desse comportamento solidário entre o concreto simples e as barras de aço é medida
quantitativamente pelo coeficiente de conformação superficial das barras (Æ¿). A NBR 7480:2007 estabelece
os valores mínimos para Æ¿, apresentados na Tabela abaixo.
Legenda: VALORES MíNIMOS DE ƞ PARA Ø ≥10 MM CONFORME A NBR 7480:2007.
A      NBR        6118:2003        “Projeto        de        Estruturas        de        Concreto”      estabelece o coeficiente de
conformação superficial  Æ¿1 para cálculo, de acordo com o estabelecido na Tabela abaixo.
Legenda: VALORES MíNIMOS DE ƞ1 PARA Ø ≤ 10MM CONFORME A NBR 6118.
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6 Diagrama de cálculo
O diagrama a ser empregado no cálculo, tanto para aço tratado a quente quanto o tratado a frio, é o
indicado na Figura abaixo.
Legenda:
Vantagens e desvantagens do concreto armado:
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Apenas para efeito de comparação, examinam-se agora as vantagens e desvantagens do concreto armado:
 Vantagens:
 a) Economia - o concreto se revela mais barato que a estrutura metálica, exceto em casos de vãos muitos
grandes. Em muitos casos os agregados podem ser obtidos no próprio local da obra. Não exige mão de obra
especializada.
b) Durabilidade - a resistência do concreto aumenta com o tempo.
c) Adaptação a qualquer tipo de fôrma.
d) Manutenção e conservação praticamente nulas.
e) Resistência ao fogo.
f) Impermeabilidade.
g) Monolitismo.
h) Resistência ao desgaste mecânico (choques, vibrações).
i) Facilidade de execução (fácil emprego e manuseio).
 
Desvantagens:
a) Grande peso-próprio 2500 kg / m3 (pode ser reduzido com utilização de agregados leves).
b) Reforma e demolições difíceis ou até impossíveis.
c) Baixo grau de proteção térmica.
d) Demora de utilização (o prazo pode ser reduzido com a utilização de aditivos).
 
Normas Técnicas:
A principal norma para o projeto de estruturas de concreto armado e protendido é a NBR 6118/2014 -
Projeto de estruturas de concreto – Procedimento.
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Outras normas que regulamentam o projeto e a execução de obras de concreto são: 
- NBR 6120/80 - Cargas para o cálculo de estruturas de edificações - Procedimento; 
- NBR 6122/96 - Projeto e execuçãode fundações – Procedimento; 
- NBR 6123/87 - Forças devido ao vento em edificações - Procedimento; 
- NBR 6349/91 - Fios, barras e cordoalhas de aço para armaduras de protensão - Ensaio de tração – Método
de ensaio; 
- NBR 7187/03 – Projeto de pontes de concreto armado e de concreto protendido - Procedimento; 
- NBR 7188/84 - Cargas móveis em ponte rodoviária e passarela de pedestre; 
- NBR7189/85 - Cargas móveis para projeto estrutural em obras ferroviárias; 
- NBR 7191/82 - Execução de desenhos para obras de concreto simples ou armado; 
- NBR 7477/82 - Determinação do coeficiente de conformação superficial de barras e fios de aço destinados
a armaduras de concreto armado - Método de ensaio; 
- NBR 7480/96 - Barras e fios destinados a amaduras de concreto armado – Especificação; 
- NBR7481/90 - Tela de aço soldada – Armadura para concreto – Especificação; 
- NBR 8522/84 - Concreto - Determinação do módulo de deformação estática e diagrama - 
Tensão-deformação - Método de ensaio; 
- NBR 8548/84 - Barras de aço destinadas a armaduras para concreto armado com emenda mecânica ou por
solda - Determinação da resistência à tração - Método de ensaio; 
- NBR 8681/84 - Ações e segurança nas estruturas – Procedimento; 
- NBR 8953/92 - Concreto para fins estruturais - Classificação por grupos de resistência – Classificação; 
- NBR 8965/85 - Barras de aço CA 42S com características de soldabilidade destinadas a armaduras para
concreto armado – Especificação; 
- NBR 9062/85 - Projeto e execução de estruturas de concreto pré-moldado – Procedimento; 
- NBR 11919/78 - Verificação de emendas metálicas de barras de concreto armado – Método de ensaio; 
- NBR 12142/92 - Concreto - Determinação da resistência à tração na flexão em corpos-de-prova
prismáticos - Método de ensaio; 
- NBR 14432/00 - Exigências de resistência ao fogo de elementos construtivos de edificações –
Procedimento.
REFERÊNCIA
PINHEIRO, Libânio M. Fundamentos do Concreto e Projeto de Edifícios. São Carlos, EESC-USP. 2007.
http://www.set.eesc.usp.br/mdidatico/concreto/Textos/
NBR 6118: Projeto de Estruturas de Concreto Armado – Procedimento. ABNT, 2014.
http://www.abnt.org.br
Comportamento mecânico dos materiais: Estudo das propriedades do concreto; Estudo das propriedades do aço;
Estudo dos materiais associados: vantagens e desvantagens, normas, propriedades 26 / 27
CARVALHO, Roberto Chust; FIGUEIREDO FILHO, Jasson Rodrigues de. Cálculo e Detalhamento de
Estruturas Usuais de Concreto Armado segundo a NBR 6118:2003. 3ª edição, Ed. UFSCar. 2007. ISBN: 978-
85-7600-086-0, http://www.editora.ufscar.br
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