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1 FACULDADE ESTACIO Unidade San Martin ESCOLA DE ENGENHARIA Departamento de Engenharia Civil ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO I FUNDAMENTOS DO CONCRETO ARMADO Prof. DIEGO BASTOS 2 INTRODUÇÃO Principal norma brasileira para projeto de estruturas de Concreto Armado e Concreto Protendido: NBR 6118/2014 “Projeto de Estruturas de Concreto – Procedimento”. Aplica-se a estruturas com concretos normais, com massa específica seca maior que 2.000 kg/m3, não excedendo 2.800 kg/m3, do grupo I de resistência (C20 a C50), e do grupo II de resistência (C55 a C90), conforme a NBR 8953. 3 Outras normas importantes: - MC-90 - COMITÉ EURO-INTERNATIONAL DU BÉTON (CEB) - Eurocode 2/2005 - EUROPEAN COMMITTEE STANDARDIZATION - ACI 318/11 - AMERICAN CONCRETE INSTITUTE 4 cimento, água, agregados miúdo e graúdo, aditivos e adições. Pasta = cimento + água COMPOSIÇÃO DO CONCRETO ARMADO 5 Argamassa = pasta + agregado miúdo Concreto simples = argamassa + agreg. graúdo 6 “elementos estruturais elaborados com concreto que não possui qualquer tipo de armadura ou que a possui em quantidade inferior ao mínimo exigido para o concreto armado.” “Elementos de concreto simples estrutural” 7 Primeiros materiais empregados nas construções: pedra natural, madeira e ferro. Pedra resistência à compressão e durabilidade muito elevadas. Madeira razoável resistência, mas durabilidade limitada. Ferro resistências elevadas, mas requer produtos protetores para apresentar durabilidade. 8 http://www.englishoakbuildings.com/2012/01/30/ medieval-harmondsworth-barn-bought-by-english- heritage/ Figura – Madeira em construções antigas. 9 Concreto Armado = concreto simples + armadura 10 Concreto Armado Alia as qualidades da pedra (resistência à compressão e durabilidade) com as resistên- cias do aço, com as vantagens de poder assumir qualquer forma com rapidez e facilidade e proporcionar a necessária proteção do aço contra a corrosão. 11 CONCEITO DE CONCRETO ARMADO Alta resistência às tensões de compressão; Baixa resistência à tração (cerca de 10 % da resistência à compressão); Obrigatório juntar uma armadura (aço) ao concreto. CONCRETO ARMADO: o concreto absorve as tensões de compressão e as barras de aço, convenientemente dispostas, absorvem as tensões de tração. 12 Porém, é imprescindível a aderência entre os dois materiais: real solidariedade entre o concreto e o aço, para o trabalho conjunto, tal que: s = c 13 Concreto Armado = concreto simples + armadura + aderência 14 Figura – Vergalhão de aço inserido no concreto. Estudo com resina. http://dc362.4shared.com/doc/9SFT7m6h/preview.html 15 “aqueles cujo comportamento estrutural depende da aderência entre concreto e armadura, e nos quais não se aplicam alongamentos iniciais das armaduras antes da materialização dessa aderência”. “Armadura passiva”: “qualquer armadura que não seja usada para produzir forças de protensão, isto é, que não seja previamente alongada”. “Elementos de Concreto Armado”: Uma viga de concreto simples (sem armadura) rompe bruscamente logo que aparece a primeira fissura, após a tensão de tração atuante igualar a resistência do concreto à tração. Entretanto, colocando-se uma armadura convenientemente posicionada na região das tensões de tração, eleva-se significativamente a capacidade de carga da viga. Figura 1 - Viga de Concreto Simples (a) e Armado (b). COMPRESSÃOCONCRETO TRAÇÃO FISSURAS ARMADURA 17 Idéia básica: aplicar tensões prévias de compressão nas regiões da peça que serão tracionadas pela ação do carregamento externo aplicado. Objetivo: diminuir ou anular as tensões de tração. São diversos os sistemas de protensão. CONCEITO DE CONCRETO PROTENDIDO 18 “aqueles nos quais parte das armaduras é previamente alongada por equipamentos especiais de protensão, com a finalidade de, em condições de serviço, impedir ou limitar a fissuração e os deslocamentos da estrutura, bem como propiciar o melhor aproveitamento de aços de alta resistência no estado-limite último (ELU).” “Elementos de concreto protendido”: “Armadura ativa (de protensão)”: “armadura constituída por barras, fios isolados ou cordoalhas, destinada à produção de forças de protensão, isto é, na qual se aplica um pré-alongamento inicial.” 19 O aço de protensão é fixado numa das extremidades da pista de protensão, e na outra extremidade um cilindro hidráulico estira (traciona) o aço, nele aplicando uma tensão de tração pouco menor que a tensão correspondente ao limite elástico. Em seguida, o concreto é lançado na fôrma, envolve e adere ao aço de protensão. Após o endurecimento e decorrido o tempo necessário para o concreto Sistema de pré-tensão: 20 adquirir resistência, o aço de protensão é solto (relaxado) das ancoragens e, como o aço tende elasticamente a voltar à deformação inicial (nula), ele aplica uma força (de protensão) que comprime o concreto de parte ou de toda a seção transversal da peça. Esse processo de aplicação da protensão é geralmente utilizado na produção intensiva de grandes quantidades de peças, geralmente em pistas de protensão. Sistema de pré-tensão: 21 cilindro hidráulico ("macaco") armadura de protensão fôrma da peça pista de protensão bloco de reação ancoragem passiva Figura – Aplicação de protensão com pré-tensão. 22 Na pós-tensão primeiramente é fabricada a peça de concreto, contendo dutos (bainhas) ao longo do comprimento da peça, para serem posteriormente preenchidos com o aço de protensão, de uma extremidade a outra da peça. Quando o concreto apresenta a resistência suficiente, o aço de protensão, fixado numa das extremidades da peça, é estirado (tracionado) pelo cilindro hidráulico na outra extremidade, Sistema de pós-tensão: 23 com o cilindro apoiando-se na própria peça. Esta operação provoca a aplicação de uma força que comprime o concreto de parte ou de toda a seção transversal na peça. Terminada a operação de estiramento, o próprio cilindro hidráulico fixa o aço na extremidade da peça. Posteriormente a bainha pode ser preenchida com nata de cimento para criar aderência entre o aço e o concreto da peça. Sistema de pós-tensão: 24Figura – Aplicação de protensão com pós-tensão. a) Peça concretada duto vazado Ap Ap b) Estiramento da armadura de protenção c) Armadura ancorada e dutos preenchidos com nata de cimento 25 Figura 15 - Sistema de protensão pós-tensão (Dywidag, 2000). 26 FISSURAÇÃO NO CONCRETO ARMADO - A armadura tracionada pode alongar-se até 10 ‰ (10 ‰ = 1 % = 10 mm/m). O concreto, aderente à armadura, fissura sob tal alongamento. Armadura longitudinal dez fissuras com abertura de 1 mm + 1 m = 10 ‰ Diagrama de deformações sd,máx Estribo 27 - Eliminar completamente as fissuras seria antieconômico, pois teria-se que aplicar tensões de tração muito baixas na peça e na armadura. As fissuras devem ser limitadas a aberturas aceitáveis ( 0,3 mm) em função do ambiente, e que não prejudiquem a estética e a durabilidade. - Dispor barras de diâmetros pequenos e distribuídas (fissuras capilares, não levando ao perigo de corrosão ao aço). - Retração também origina fissuras. Fazer cuidadosa cura nos primeiros dez dias de idade do concreto e utilizar armadura suplementar (armadura de pele) quando necessário. 28 Figura – Fissuras em uma viga após ensaio experimental em laboratório. 29BREVE HISTÓRICO DO CONCRETO ARMADO - Cal hidráulica e cimento pozolânico (vulcânico) aplicados como aglomerante pelos romanos. - Primeira associação de um metal à argamassa de pozolana na época dos romanos. Figura – Panteão romano. 30 Figura – Coliseu romano. 31 - O cimento Portland foi descoberto na Inglaterra em 1824. - Em Paris (1770), associou-se ferro com pedra para formar vigas como as modernas, com barras longitudinais na tração e barras transversais ao cortante. - O cimento armado surgiu na França (1849) - barco de Lambot. Construído com telas de fios finos de ferro preenchidas com argamassa (sem sucesso comercial). - 1861, francês Mounier fabricou vasos de argamassa de cimento com armadura de arame, reservatórios e ponte (vão = 16,5 m). 32 - 1850, americano Hyatt fez ensaios e vislumbrou a verdadeira função da armadura no trabalho conjunto com o concreto. - Hennebique (França) foi o primeiro após Hyatt a compreender a função das armaduras no concreto. “Percebeu a necessidade de dispor outras armaduras além da armadura reta de tração. Imaginou armaduras dobradas, prolongadas em diagonal e ancoradas na zona de compressão. Foi o primeiro a colocar estribos com a finalidade de absorver tensões oriundas da força cortante e o criador das vigas T, levando em conta a colaboração da laje como mesa de compressão”. 33 - Os alemães estabeleceram a teoria mais completa do novo material, baseada em experiências e ensaios. “O verdadeiro desenvolvimento do concreto armado no mundo iniciou-se com Gustavo Adolpho Wayss”. - A primeira teoria realista (consistente) sobre o dimensionamento das peças de concreto armado surgiu em 1902, por E. Mörsch, engenheiro alemão, professor da Universidade de Stuttgart (Alemanha). Suas teorias resultaram de ensaios experimentais, dando origem às primeiras normas para o projeto de estruturas em concreto armado. 34 NO BRASIL Rio de Janeiro: - Construção de galerias de água em cimento armado - 47 m e 74 m de comprimento (1901). Construídas casas e sobrados no (1904). - Construída a ponte na Rua Senador Feijó, com vão de 5,4 m (1909). Construção de uma ponte com 9 m de vão, com projeto e cálculo de François Hennebique (1908). 35 São Paulo: - Construída em Socorro uma ponte de concreto armado com 28 m de comprimento, na Av. Pereira Rebouças sobre o Ribeirão dos Machados (1910 - existe ainda hoje em ótimo estado de conservação). http://martaiansen.blogspot.com.br/2010/04/primeira-ponte-de- concreto-armado-no.html 36 São Paulo: - Primeiro edifício (1907/1908 - um dos mais antigos do Brasil em “cimento armado”), com três pavimentos. - A partir de 1924 os cálculos estruturais passaram a serem feitos no Brasil, com destaque para o engenheiro Emílio Baumgart. 37 - Marquise do Jockey Clube do Rio de Janeiro, com balanço de 22,4 m (recorde mundial em 1926); Recordes do Brasil no Século Passado Figura – Marquise do Jockey Club do Rio de Janeiro. 38 - Ponte Presidente Feliciano Sodré em Cabo Frio, em 1926, com arco de 67 m de vão (recorde na América do Sul); Figura – Ponte em Cabo Frio. 39 - Edifício “A Noite” no Rio de Janeiro em 1928, com 22 pavimentos, o mais alto do mundo em concreto armado, com 102,8 m de altura, projeto de Emílio Baumgart; Figura – Edifício A Noite em construção e em uso. Projetado pelo arquiteto francês Joseph Gire (Copacabana Palace). 40 Figura – Edifício A Noite. Hoje é sede do INPI. 41 - Edifício Martinelli (São Paulo - 1925), com 106,5 m de altura (30 pavimentos – recorde mundial); Figura – Edifício Martinelli em S.Paulo. 42 - Elevador Lacerda (Salvador - 1930), com altura total de 73 m; - Ponte Emílio Baumgart – “dos Arcos” (Indaial/SC, 1926), com 175 m de comprimento e 6 m de largura. Figura – Ponte Emílio Baumgart. http://www.indaial.com.br/saudosa-indaial/2013/8/15/19251926-a-histria-da-ponte-emlio-baumgart-dos-arcos 43 Figura – Inauguração da Ponte Emílio Baumgart em 1926. Figura – Ponte Emílio Baumgart em teste de carga. http://www.indaial.com.br/saudosa-indaial/2013/8/15/19251926-a-histria-da-ponte-emlio-baumgart-dos-arcos 44 - Elevador Lacerda (Salvador - 1930), com altura total de 73 m; - Ponte do Herval, projetada por Emílio Baumgar, entre Herval do Oeste e Joaçaba/SC, de 1930, com o maior vão do mundo (68 m), onde foi utilizado pela primeira vez o processo de balanços sucessivos; Figura – Ponte do Herval (fotos de P. B. Fusco). 45 - Museu de Arte de São Paulo (1969), com laje de 30 x 70 m livres, recorde mundial de vão, com projeto estrutural de Figueiredo Ferraz; - Ponte da Amizade em Foz do Iguaçu em 1962, com o maior arco de concreto armado do mundo, com 290 m de vão; Figura – Ponte da Amizade entre Brasil e Paraguai. 46 Figura – Ponte da Amizade entre Brasil e Paraguai. 47 - Edifício Itália (São Paulo - 1962), o mais alto edifício em Concreto Armado do mundo durante alguns meses; - Ponte Colombo Salles em Florianópolis em 1975, a maior viga contínua protendida do mundo, com 1.227 m de comprimento, projeto estrutural de Figueiredo Ferraz; - Usina Hidroelétrica de Itaipu em 1982, a maior do mundo com 190 m de altura, projetada e construída por brasileiros e paraguaios, com coordenação americano-italiana; - Em 1913, a “vinda da firma alemã Wayss & Freytag constituiu o ponto mais importante para o desenvolvimento do concreto armado no Brasil”. Importaram mestres de obras da Alemanha, e a firma serviu de escola para a formação de especialistas nacionais, evitando a importação de mais estrangeiros. 48 ASPECTOS POSITIVOS DO CONCRETO ARMADO a) Custo: especialmente no Brasil, os seus componentes são facilmente encontrados e relativamente a baixo custo; b) Adaptabilidade: favorece à arquitetura pela sua fácil modelagem; c) Resistência ao fogo: As estruturas de concreto, sem proteção externa, tem uma resistência natural de 1 a 3 horas. d) Resistência a choques e vibrações: os problemas de fadiga são menores; e) Conservação: em geral, o concreto apresenta boa durabilidade, desde que seja utilizado com a dosagem correta. É muito importante a execução de cobrimentos mínimos para as armaduras; f) Impermeabilidade: desde que dosado e executado de forma correta. 49 a) Baixa resistência à tração; b) Fôrmas e escoramentos dispendiosos; c) Baixa resistência por unidade de volume Peso próprio elevado relativo à resistência: conc = 25 kN/m 3 = 2,5 tf/m3 = 2.500 kgf/m3 d) Alterações de volume com o tempo; e) Reformas e adaptações de difícil execução; f) Transmite calor e som. ASPECTOS NEGATIVOS DO CONCRETO ARMADO 50 PRINCIPAIS NORMAS BRASILEIRAS PARA CONCRETO ARMADO NBR 6118/2014 - Projeto de estruturas de concreto – Procedimento. NBR 6120/80 - Cargas para o cálculo de estruturas de edificações - Procedimento; NBR 7480/07 - Aço destinado a armaduras para estruturas de concreto armado - Especificação; NBR 8681/03 - Ações e segurança nas estruturas – Procedimento; NBR 8953/09 - Concreto para fins estruturais - Classificação pela massa específica, por grupos de resistência e consistência; NBR 9062/06 - Projeto e execução de estruturas de concreto pré-moldado; 51 ELEMENTOS ESTRUTURAIS EM CONCRETO ARMADO Elementos lineares: Aqueles que têm a espessura da mesma ordem de grandeza da altura, mas ambas muito menores que o comprimento. São as “barras” (vigas, pilares, etc.). Elementos lineares de seção delgada: Aqueles cuja espessura é muito menor que a altura. Construídos em “Argamassa Armada” (elementos com espessurasmenores que 40 mm) e perfis de aço. CLASSIFICAÇÃO GEOMÉTRICA Figura 3 – Classificação geométrica dos elementos estruturais. 3 h w 3 2 b = 2 3 1 2 1 1 h =3 2 1 3 53 Elementos bidimensionais: Aqueles onde duas dimensões, o comprimento e a largura, são da mesma ordem de grandeza e muito maiores que a terceira dimensão (espessura). São os elementos de superfície (lajes, as paredes de reservatórios, etc.). Cascas - quando a superfície é curva; Placas ou chapas - quando a superfície é plana. Placas - superfícies que recebem o carregamento perpendicular ao seu plano (lajes). Chapas - tem o carregamento contido neste plano (viga-parede) Elementos tridimensionais: Aqueles onde as três dimensões têm a mesma ordem de grandeza. São os elementos de volume (blocos e sapatas de fundação, consolos, etc.). 54 Figura – Exemplos de estrutura em forma de casca. a) placas b) chapas Figura – Características dos carregamentos nas placas e nas chapas. 56 PRINCIPAIS ELEMENTOS ESTRUTURAIS DE CONCRETO ARMADO a) Lajes São elementos planos que recebem a maior parte das ações (cargas) aplicadas numa construção. As ações, comumente perpendiculares ao plano da laje, podem ser: distribuídas na área, distribuídas linearmente e forças concentradas. As ações são transferidas para as vigas de apoio nas bordas da laje. As ações nas lajes são provenientes de pessoas, móveis, pisos, paredes, etc. Figura – Laje maciça. CORTE A LAJE 2 PLANTA DE FÔRMA V 1 0 2 P 4 A V 1 0 3 V 101 LAJE 1 P 1 V 100 V 1 0 4 P 3 A P 2 58 As lajes maciças tem geralmente espessuras de 7 cm a 15 cm. São comuns em construções de grande porte, como edifícios de múltiplos pavimentos, escolas, indústrias, hospitais, pontes, etc.). Não são geralmente aplicadas em construções de pequeno porte (casas, sobrados, galpões, etc.). As lajes maciças são geralmente apoiadas nas bordas, mas podem também ter bordas livres. Tipos lajes de concreto: maciça, nervurada, lisa e cogumelo. Lajes Maciças 59 Lajes Maciças de Concreto http://www.nativaguaratuba.com.br/Obra%2 0Firenze%202008.html http://jasmimdosacores.blogspot.com.br/2 011/04/2-laje_01.html 60 Lajes Maciças de Concreto http://residencialvivendasdoatlantico.blogspot.com.br/2012/07/segunda-laje-estava-tao-bonita-que-deu.html 61 Figura – Vibração do concreto de laje maciça de edifício. Figura – Vista por baixo de laje maciça de edifício. “Lajes cogumelo são lajes apoiadas diretamente em pilares com capitéis, enquanto lajes lisas são as apoiadas nos pilares sem capitéis”. São também chamadas lajes sem vigas. Vantagens: custos menores e maior rapidez de construção. No entanto, são suscetíveis a maiores deformações (flechas). Laje lisa Pilares Capitel Piso Laje cogumelo Figura – Exemplos de lajes lisa e cogumelo. 63 Figura – Lajes lisa, convencional e nervurada. 64 Figura - Exemplo de laje lisa com capitel. http://arci53.blogspot.com.br/2012/02/para-nao-interferir-em-patrimonio.html 65 http://projest- engenharia.com/forum/viewtopic.php?t=31 Figura - Laje lisa com capitel. 66 “Lajes nervuradas são as lajes moldadas no local ou com nervuras pré-moldadas, cuja zona de tração para momentos positivos está localizada nas nervuras entre as quais pode ser colocado material inerte” Figura – Exemplo de laje nervurada moldada no local. Lajes Nervuradas As lajes nervuradas podem ser do tipo moldada no local ou pré-fabricadas (também chamadas lajes mistas). 67 Figura – Laje nervurada com molde plástico. http://www.skyscrapercity.com/showthread.php?t=756068&page=111 68http://www.atex.com.br/ Figura – Dimensões de molde plástico. 69http://www.flickr.com/photos/atex Figura – Laje nervurada. 70 Figura – Laje nervurada com enchimento em isopor. http://residencialvivendasdoatlantico.blogspot.com.br/ 71 http://www.flickr.com/photos/atex Figura – Laje nervurada. 72http://www.flickr.com/photos/atex Figura – Laje nervurada. 73 http://www.flickr.com/photos/atex Figura – Laje nervurada. 74 http://www.flickr.com/photos/atex Figura – Laje nervurada. 75 Figura – Planta de fôrma do pavimento de um edifício com laje nervurada moldada com fôrmas plásticas. 76 Figura – Exemplo de laje nervurada moldada no local, com enchimento de bloco de concreto celular autoclavado. 77 Laje Nervurada Protendida 78 Existem alguns tipos no mercado - nervurada treliçada; - nervurada convencional; - nervurada protendida; - alveolar protendida; - pré-laje; - steel deck. Lajes Pré-Fabricadas 79Figura – Armadura espacial da laje treliçada. Lajes pré-fabricadas do tipo treliçada apresentam bom custo e bom comportamento estrutural e facilidade de execução. São comumente aplicadas em construções residenciais de pequeno porte e edifícios de baixa altura. Laje Pré-Fabricada Treliçada 80 Figura – Nervuras unidirecionais na laje treliçada. 81 Figura – Aspecto das nervuras pré-fabricadas com armadura em forma de treliça espacial. Laje Pré-Fabricada Treliçada 82 Figura – Aspecto inferior de laje treliçada com enchimento em isopor. Figura – Posicionamento das nervuras pré-fabricadas de laje treliçada. Laje Pré-Fabricada Treliçada 83 Figura – Laje treliçada pré- fabricada com enchimento cerâmico e isopor (EPS) para melhor isolamento térmico. Laje Pré-Fabricada Treliçada 84 Figura – Laje treliçada pré- fabricada com enchimento cerâmico e isopor (EPS) para melhor isolamento térmico. Laje Pré-Fabricada Treliçada 85 Figura – Lajes pré-fabricadas com nervuras protendidas e enchimento com blocos cerâmicos. Laje Pré-Fabricada Protendida http://residencialvivendasdoat lantico.blogspot.com.br/ 86 Figura – Fabricação das nervuras protendidas em pista de protensão. Laje Pré-Fabricada Protendida 87 http://tanaracastro.blogspot.com.br/ Figura – Lajes pré-fabricadas. 88 Laje Pré-Fabricada Protendida 89 Figura – Escoramento de laje pré-fabricada com pontaletes de eucalipto. Figura – Laje pré-fabricada protendida com enchimento de blocos cerâmicos. Laje Pré-Fabricada Protendida 90 Figura – Laje pré-fabricada com enchimento de bloco de concreto. Figura – Escoramento de laje pré-fabricada com pontaletes metálicos. Laje Pré-Fabricada Protendida 91 Figura – Laje pré-fabricada apoiada em vigas metálicas. Laje Pré-Fabricada Protendida 92 Há longos anos existem também as lajes alveolares protendidas, largamente utilizadas nas construções de concreto pré-moldado. Figura – Laje alveolar de concreto protendido. (TATU PRÉ-MOLDADOS). Laje Pré-Fabricada Alveolar 93 b) Viga - “São elementos lineares em que a flexão é preponderante”. - São elementos de barras, normalmente retas e horizontais. Recebem ações (cargas) das lajes, de outras vigas, de paredes de alvenaria, e eventualmente de pilares, etc. - A função é basicamente vencer vãos e transmitir as ações nelas atuantes para os apoios, geralmente os pilares. - As ações (concentradas ou distribuídas) são geralmente perpendicularmente ao seu eixo longitudinal. Mas podem receber forças normais de compressão ou de tração, na direção do eixo longitudinal. - As vigas também fazem parte da estrutura de contraventamento responsável por proporcionar a estabilidade global dos edifíciosàs ações verticais e horizontais. PILARES p1 p2 F VIGA VIGA TRANSVERSAL Figura – Viga reta de concreto. 95 N4 - 412,5 C = 270 (2° cam) N5 - 110 C = 270 (3° cam) N3 - 412,5 C = 450 N1-14c/11 135 135 N2 - 210 C = 576 N1-24c/23 35 10 P1 N8 - 212,5 C = 742 N7 - 212,5 C = 468 N6 - 2 x 44,2 CORR 203 135 135 N1-14c/11 154 225 40 P2 N2 - 210 C = 576 N1-24c/23 N8 - 212,5 C = 742 N7 - 212,5 C = 468 203 A 40 A 225 154 35 N1 - 76 5 mm C=152 10 56 4 N3 1 N5 2 x 4 N6 P3 15 2 N7 2 N8 4 N4 VS1 = VS3 (19 x 60) N9 - 2 6,3 C = 140 14 63 63 14 N9 - 2 6,3 C = 140 Figura – Exemplo de armação de uma viga contínua. 96 Figura – Construção de pequeno porte em execução mostrando vigas com pequena altura, sem projeto. 97 Figura – Construção de pequeno porte com estruturação em concreto armado. 98 Figura – Escada de edifício com lajes maciças apoiadas em vigas. 99 Figura – Escada de edifício com lajes maciças apoiadas em vigas. 100 Figura – Vista de viga em fachada de sobrado em construção. 101 Figura – Vistas de vigas internas para apoio de lajes pré-fabricadas e paredes do pavimento superior de sobrado. 102 Figura – Viga em balanço para apoio de telhado em sobrado. Figura – Vista de vigas internas do pavimento superior de sobrado. 103 Figura – Vistas de vigas internas do pavimento superior de sobrado. 104 Figura – Vistas sobrado em construção. 105 Figura – Vista de piscina e vigas internas do pavimento superior de sobrado. 106 Figura – Escada em balanço com peças pré-fabricadas de concreto. 107 Figura – Trançado exagerado de vigas do pavimento superior de sobrado. 108 Figura – Vigas baldrames de residência com três fiadas de tijolos revestidos com argamassa impermeabilizante. 109 Figura – Produto aplicado nos tijolos sobre as vigas baldrames. 110 Figura – Detalhe dos tijolos sobre as vigas baldrames. 111 Figura – Corte em viga para passagem de tubulação. 112 Figura – Detalhe da escada e vigas do pavimento superior. 113 Figura – Vigamento do pavimento superior do sobrado. 114 Figura – Vigas na fachada do sobrado em construção. 115 Figura – Detalhe de vigas e viga com mudança de direção. 116 Figura – Verga feita como viga de concreto e viga invertida na base da parede. 117 Figura – Viga com mudança de direção e blocos com furos na vertical sobre abertura. 118 Figura – Fachada de sobrado. 119 Figura – Viga com mudança de direção e viga para apoio de telhado. 120 Figura – Vigamento e detalhe de escada. 121 Figura – Pequena laje em balanço e pilar com seção exagerada. 122 Figura – Vigamento do pav. superior de sobrado. 123 Figura – Fachada de sobrado. 124 Figura – Detalhe dos degraus da escada apoiados no centro. 125 Figura – Detalhes da escada. 126 Figura – Vigamento da varanda com pilares circulares em concreto aparente. 127 Figura – Vigamento do sobrado e tubulações de água e esgoto. 128 Figura – Vigamento de pavimento de edifício com lajes maciças (vigas apoiadas sobre vigas). 129 Figura – Vigas em balanço do edifício com lajes maciças. 130Figura – Exemplo de viga em concreto aparente. 131 c) Pilar - “São elementos lineares de eixo reto, usualmente dispostos na vertical, em que as forças normais de compressão são preponderantes”. - Transmitem as ações às fundações, mas podem também transmitir para outros elementos de apoio. - As ações são provenientes geralmente das vigas, bem como de lajes também. - São os elementos estruturais de maior importância nas estruturas (capacidade resistente dos edifícios e segurança). - Comumente fazem parte do sistema de contraventamento responsável por garantir a estabilidade global dos edifícios às ações verticais e horizontais. PILAR VIGA Figura - Pilar. 133 Figura – Armadura de pilar. 134 http://www.ufrgs.br/eso/content/?m=201109 Figura – Pilar de edifício. 135http://blog.construtoralaguna.com.br/soul-batel-soho/page/3/ Figura – Pilar de edifício. 136 Figura – Pilares em construção. 137 Figura – Pilares em construção. 138 http://www.ufrgs.br/eso/content/?m=201109 Figura – Pilares em edifício. 139 Figura – Armação junto ao pilar. 140 http://www.skyscrapercity.com/showthread. php?t=756068&page=111 Figura – Primeiro lance de pilar de edifício. 141 http://www.skyscrapercity.com/sho wthread.php?t=756068&page=111 Figura – Primeiro lance de pilar de edifício. 142 http://www.skyscrapercity.com/showthread.php?t=756068&page=111 Figura – Pilares em edifício. 143 Figura – Pilares em construção com fôrmas pré- fabricadas e cura com sacos de pano úmidos. 144 Figura – Concretagem de pilar com auxílio de caminhão com guincho. 145 Figura – Detalhe de pilares em edifícios. 146 Figura – Pilar moldado com fôrma de papelão e pilar sob estrutura metálica. 147 Figura – Estrutura de concreto armado de edifício de vários pavimentos. 148 Figura – Detalhe da estrutura do edifício. 149 Figura – Detalhe da tela para ligação dos pilares com as paredes de alvenaria. 150 Figura – Pilarete na extremidade de parede e ligação do topo da parede com a viga por meio de argamassa com expansor. 151 Figura – Detalhes de contra- vergas feitas em aberturas com blocos canaleta. 152 Figura – Detalhes de utilização de telas de aço para ligação dos pilares com a alvenaria. 153 Figura – Detalhes de utilização de telas de aço para ligação dos pilares com a alvenaria. 154 Figura – Vinculação de vigas com pilar no pavimento tipo de edifício. 155 Figura – Exemplos de pilares. 156 Figura – Exemplos de pilares. 157 Figura – Pilar de edifício de pavimentos. 158 d) Bloco de Fundação - São utilizados para receber as ações dos pilares e transmiti-las ao solo, diretamente ou através de estacas ou tubulões. - Estacas são elementos destinados a transmitir as ações ao solo, por meio do atrito ao longo da superfície de contato e pelo apoio da ponta inferior no solo. Há uma infinidade de tipos diferentes de estacas, cada qual com finalidades específicas. - Tubulões são também elementos destinados a transmitir as ações diretamente ao solo, por meio do atrito do fuste com o solo e da superfície da base. - Os blocos sobre tubulões podem ser suprimidos, com um reforço de armadura na parte superior do fuste (cabeça do tubulão). ESTACA PILAR TUBULÃO BLOCO a) b) Figura 13 - Bloco sobre: a) estacas e b) tubulão. 160 Figura – Desenho de tubulão. 161 Figura – Visão de um tubulão já executado. 162 http://osgavioescivil.blogspot.com.br/2012/05/armacao-das-estacas.html Figura – Armação de bloco de fundação. 163 Figura – Desenho de blocos sobre três, quatro e cinco estacas. 164https://sites.google.com/site/obra20072/oitavavisita Figura – Bloco sobre uma estaca. 165 http://www.skyscrapercity.com/showthread.php?t=756068&page=111 Figura – Esquema dos blocos sobre estaca da edificação. 166 http://www.skyscrapercity.com/showthread.php?t=756068&page=111 Figura – Esquema dos blocos sobre estaca da edificação. 167 Figura - Bloco com 44 m3 de concreto e 3820 kg deaço. http://www.skyscrapercity.com/showthread.php?t=756068&page=111 168http://www.skyscrapercity.com/showthread.php?t=756068&page=111 Figura - Bloco com 60 m3 de concreto e 6360 kg de aço. 169 http://blog.construtoralaguna.com.br/soul-batel-soho/page/3/ Figura – Blocos de fundação e vigas de equilíbrio. 170http://jasmimdosacores.blogspot.com.br/2010/12/poco-do-elevadorservico-parachocho.html Figura – Armação de bloco sobre estaca. 171 http://residencialvivendasdoatlantico.blogspot.com.br/20 12/02/bloco-de-fundacao-cuidados-importantes.html Figura – Armação de bloco sobre estaca. 172 http://www.cimentoitambe.com.br/itambe-utiliza-formas-de-blocos- de-concreto-na-fundacao-de-seu-novo-moinho/ Figura – Vista de blocos de fundação. 173 http://juuuninho.blogspot.com.br/ Figura – Armação de bloco sobre estaca. 174 http://www.consultoriaeanalise.com/2012/10/concretagem-de-bloco-de-fundacao-com.html Figura - Ed. com 44 pav. (Curitiba), bloco de fundação com 3 m de altura, 800 m3 de concreto e 120 t de aço. 175 Figura – Bloco sobre quatro estacas. 176 Figura – Bloco sobre três estacas. 177 Figura – Bloco sobre uma estaca. 178 Figura – Escavação manual da base de tubulão de edifício. 179 Figura – Escavação mecanizada de fuste de tubulão. 180 Figura – Armadura do fuste do tubulão e concretagedo fuste com adição de matacões de basalto no concreto. 181 Figura – Vista geral e concretagem do fuste do tubulão. 182 Figura – Vibração do concreto do fuste do tubulão. 183 Figura – Posicionamento das barras de vinculação da armadura do pilar com o topo do fuste (chamada armadura de espera). 184 http://www.sepais.com.br/site/lerConteudo.php?id_noticia=507 Figura – Bloco de fundação. 185 e) Sapata - As sapatas recebem as ações dos pilares e as transmitem diretamente ao solo. Podem ser localizadas (para apenas um pilar), conjuntas (para a transmissão simultânea do carregamento de dois ou mais pilares), corridas (são dispostas ao longo de todo o comprimento do elemento que lhe aplica o carregamento, geralmente paredes de alvenaria ou de concreto). São comuns em construções de pequeno porte onde o solo tem boa capacidade de suporte de carga a baixas profundidades. SAPATA PILAR SAPATA CORRIDA PAREDE DE ALVENARIA Figura 14 – Sapata isolada. Figura 15 – Sapata corrida. 187 Figura – Sapata corrida sob parede de alvenaria. 188 Figura – Sapatas isoladas. 189 Figura – Sapata isolada. 190http://www.geodactha.com.br/obras/tiberio1.htm Figura – Sapata de fundação. 191http://www.geodactha.com.br/obras/pse1.htm Figura – Sapatas em construção para edifício. 192http://www.geodactha.com.br/obras/seisamester5.htm Figura – Sapatas em construção para edifício. 193 MATERIAIS COMPONENTES DO CONCRETO ARMADO CONCRETO A NBR 6118/14 aplica-se a estruturas com concretos normais, com massa específica seca maior que 2.000 kg/m3, não excedendo 2.800 kg/m3, do grupo I de resistência (C20 a C50), e do grupo II de resistência (C55 a C90), conforme classificação da NBR 8953. 194 1 m Concreto simples 1 m 1 m + 2.400 kg/m 3 3 100 kg/m Aço 3 2.500 kg/m Concreto armado= Massa Específica Se a massa específica real do concreto simples não for conhecida, pode-se adotar 2.400 kg/m3. Para o Concreto Armado pode-se considerar 2.500 kg/m3 (25 kN/m3 ). 195 Resistência à Compressão Concretos com classes de resistência à compressão dos Grupos I e II (NBR 8953): Grupo I: C20, C25, C30, C35, C40, C45, C50; Grupo II: C55, C60, C70, C80, C90, C100. NBR 6118/14 (item 1.2) aplica-se a concretos dos Grupos I e II (C20 ao C90). O concreto C100 não é considerado pela norma. Os concretos C10 e C15 não podem ter função estrutural. 196 Figura – Corpos de prova cilíndricos 15 x 30 cm e 10 x 20 cm para determinação da resistência à compressão de concretos (Foto de Obede B. Faria). Figura – Corpo de prova cilíndrico em ensaio para determinação da resistência à compressão do concreto (Foto de Obede B. Faria). Resistência do Concreto à Tração Figura – Resistência do concreto à tração determinada por ensaio de compressão diametral. F F d h F F ll l _+ l ll hd F2 f sp,ct Resistência à tração indireta (fct,sp) - determinada no ensaio de compressão diametral. Figura – Ensaio de resistência à tração na flexão. _ + P 2 P 2 h = 15 b = 15 20 20 20 5 = 60 cm 5 70 = P b h 2 Diagrama de tensões t A resistência à tração na flexão (fct,f) é determinada em uma viga de concreto simples num ensaio de flexão simples: 2f,ct hb P f 199 Figura – Ensaio de resistência de uma viga à tração na flexão. A resistência à tração máxima na flexão é também chamada “módulo de ruptura”. 200 A NBR 6118 permite estimar a resistência à tração direta como: fct = 0,9 fct,sp fct = 0,7 fct,f 201 Na falta de valores para fct,sp e fct,f , a resistência média à tração direta pode ser avaliada por meio de expressões. a) para concretos de classes até C50 com: fctk,inf = 0,7 fct,m fctk,sup = 1,3 fct,m 3 2 ckm,ct f3,0f 202 b) para concretos de classes C55 até C90 fct,m = 2,12 ln (1 + 011fck) com fct,m e fck em MPa Módulo de Elasticidade O módulo de elasticidade (ou módulo de deformação longitudinal), é um parâmetro relativo à deformabilidade do concreto sob tensões de compressão. Figura 24 – Determinação do módulo de elasticidade do concreto à compressão. 0 c c A Eci = tg ’ Ecs = tg ’’ 204 Na falta de resultados de ensaios a NBR 6118 permite estimar os módulos. ckEci f5600E a) para fck de 20 a 50 MPa sendo: E = 1,2 para basalto e diabásio; E = 1,0 para granito e gnaisse; E = 0,9 para calcário; E = 0,7 para arenito. 205 Na falta de resultados de ensaios a NBR 6118 permite estimar os módulos. b) para fck de 55 a 90 MPa 3/1 ck E 3 ci 25,1 10 f 10.5,21E com Eci e fck em MPa. 206 Para o dimensionamento de seções transver- sais de peças de concreto armado no Estado Limite Último (ELU) deve ser utilizado o diagrama tensão-deformação à compressão simplificado, composto por uma parábola do 2º grau e de uma reta entre as deformações 2 ‰ e 3,5 ‰ (ou cu ). Diagrama Tensão-Deformação do Concreto à Compressão Figura – Diagrama tensão–deformação idealizado para o concreto à compressão. 2 ‰ 3,5 ‰ f 0,85 fcd ck c c a) para concretos de classes até C50 2 c cdc 002,0 11f85,0 No trecho curvo (parábola): Figura – Diagrama tensão–deformação idealizado para o concreto à compressão. b) para concretos de classes C55 até C90 No trecho curvo (parábola): cd0,85 f ck f c c c2 cu n 2c c cdc 11f85,0 No caso de concretos de baixa e média resistência, a resistência máxima é alcançada com deformações de encurtamento que variam de 2 ‰ a 2,5 ‰ . a) b) Figura – Diagramas x de concretos com diferentes resistências: a) velocidade de deformação constante; b) velocidade de carregamento constante. 1 2 3 f = 18 cf = 25 c c ( ‰ ) cf = 50 cf = 38 30 0 0 20 10 f = 38 cf = 504 c MPa 30 ( ‰ ) 5 6 cf = 25 cf = 18 c 0 0 10 20 40 50 c 21 3 MPa 50 40 c fc 210 A deformação máxima de 3,5 ‰ é convencional e foi escolhida entre valores que podem variar desde 2 ‰ para seção transversal com a linha neutra fora da seção transversal, até 5 ‰ para seções triangulares. A deformação última de 3,5 ‰ indica que nas fibras mais comprimidas a máxima deformação de encurtamento que o concreto pode sofrer é de 3,5 mm em cada metro de extensão da peça. Convenciona-se que, ao atingir esta deformação, o concreto estaria na iminência de romper por esmagamento (ELU). O fator 0,85 é devido ao efeito Rüsch: “Quanto maior é o tempo de carregamento para se alcançar a ruptura, menor é a resistência do concreto”, ou “é a diminuição da resistência do concreto com o aumento do tempo na aplicação da carga”. Figura - Diagramas tensão-deformação do concreto com variação no tempo de carregamento do corpo-de-prova. 0 1 2 3 4 5 6 t = 70 dias Limite de ruptura t = 3 d ias t = 20 m in t = 2 mi nf c c t = 1 00 m in c 8 ( ‰ )7 t = duração do carregamento 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 212 Deformações do Concreto O concreto, sob ação dos carregamentos e das forças da natureza, apresenta deformações que aumentam ou diminuem o seu volume, poden- do dar origem a fissuras, que, dependendo da sua abertura e do ambiente a que a peça está exposta, podem ser prejudiciais para a estética e para a durabilidade da estrutura. As principais deformações que ocorrem no concreto são as devidas à retração, à fluência e à variação de temperatura. 213 Deformação por Variação de Temperatura Coeficiente de dilatação térmica do concreto: te = 10 -5/ºC Junta de dilatação Bloco A Bloco B Figura – Separação da estrutura por junta de dilatação. 214 Retração É a diminuição de volume do concreto ao longo do tempo, provocada principalmente pela evaporação da água (“retração hidráulica”) não utilizada nas reações químicas de hidratação do cimento. A retração do concreto ocorre mesmo na ausência de ações ou carregamentos externos. “Retração química” é a que decorre das reações de hidratação do cimento ocorrerem com diminuição de volume. 215 “Retração por carbonatação” os componentes secundários do cimento, como o hidróxido de cálcio, ao reagirem com o gás carbônico presente na atmosfera, levam também a uma diminuição de volume do concreto. Os fatores que mais influem na retração são: a) Composição química do cimento: os cimentos mais resistentes e os de endurecimento mais rápido causam maior retração; b) Quantidade de cimento: quanto maior a quantidade de cimento, maior a retração; c) Água de amassamento: quanto maior a relação água/cimento, maior a retração; 216 d) Umidade ambiente: o aumento da umidade ambiente dificulta a evaporação, diminuindo a retração; e) Temperatura ambiente: o aumento da temperatura, aumenta a retração; f) Espessura dos elementos: a retração aumenta com a diminuição da espessura do elemento, por ser maior a superfície de contato com o ambiente em relação ao volume da peça, possibilitando maior evaporação. Os efeitos da retração podem ser diminuídos executando uma cuidadosa cura, durante pelo menos durante os primeiros dez dias após a concretagem, além da chamada "armadura de pele“, colocada próxima às superfícies da peça. 217 Fluência (Deformação Lenta) Define-se fluência (cc) como o aumento da deformação no concreto ao longo do tempo quando submetido à tensão de compressão permanente e constante. A deformação que antecede a deformação lenta é chamada “deformação imediata” (ci), aquela que ocorre imediatamente após a aplicação das primeiras tensões de compres- são no concreto, devida basicamente à acomodação dos cristais que constituem a parte sólida do concreto. Figura – Fluência e deformação imediata. c 0t ci ci cc, tempo cc, ci cc A 219 Os fatores que mais influem na fluência: a) Idade do concreto quando a carga começa a agir; b) Umidade do ar - a deformação é maior ao ar seco; c) Tensão que a produz - a fluência é proporcional à tensão que a produz; d) Dimensões da peça - a fluência é menor em peças de grandes dimensões. Da mesma forma que a retração, pode-se reduzir a fluência utilizando armadura complementar. 220 AÇOS PARA ARMADURA Barras: são vergalhões (aços) de diâmetro nominal 5 mm ou superior, obtidos exclusivamente por laminação a quente. Fios: são os aços de diâmetro nominal 10 mm ou inferior, obtidos por trefilação ou processo equivalente, como estira- mento e laminação a frio. 221 Categorias: Barras - CA-25 e CA-50; Fios - CA-60. CA: concreto armado; Números: fyk (kgf/mm 2 ou kN/cm2) CA-25 e CA-50 laminação a quente; CA-60 trefilação a frio. Tipos de Superfície Pode ser lisa (geralmente o CA-25), conter nervuras (saliências ou mossas – CA-50) ou entalhes (geralmente o CA-60), com a rugosidade medida pelo coeficiente de aderência (η1). Figura – Superfície com saliências, mossas ou nervuras em vergalhões de aço para Concreto Armado. 223 Superfície lisa Superfície entalhada Tabela 9 – Valor do coeficiente de aderência (η1 ). Tipo de superfície η1 Lisa 1,0 Entalhada 1,4 Nervurada 2,25 225 Características Geométricas Comprimento = barras de 12 m e outras formas, como rolos. Diâmetros (mm) da NBR 7480: - Barras: 5, 6,3, 8, 10, 12,5, 16, 20, 22, 25, 32 e 40. - Fios: 2,4, 3,4, 3,8, 4,2, 5, 5,5, 6, 6,4, 7, 8, 9,5 e 10. 226 Figura – Acondicionamento de fios em rolo e barras retas. http://www.ferrominas.com.br/produto.php?produto=23 http://www.arcelormittal.com/br/belgo/ Diagrama Tensão-Deformação a) b) Figura – Diagrama real x dos aços: a) laminados; b) trefilados. y yf s s 0,7fy 2 ‰ fy s s Diagrama simplificado para cálculo nos estados-limites de serviço e último: Figura - Diagrama tensão-deformação para aços de armaduras passivas com ou sem patamar de escoamento. yd f yk f s s yd 10 ‰ Deformação de início de escoamento: s yd yd E f CA-25: yd = 1,04 ‰ CA-50: yd = 2,07 ‰ CA-60: yd = 2,48 ‰ Es = tg = 2.100.000 kgf/cm 2 = 210.000 MPa 230 Figura – Armadura pronta para colunas (Catálogos Gerdau). Armaduras prontas (dobradas, montadas) 231 Figura – Tela soldada (Catálogos Arcelor Mittal). Tela soldada 232 Figura – Arame duplo recozido (Catálogos Arcelor Mittal). Arame recozido 233 REQUISITOS DE QUALIDADE DA ESTRUTURA E DO PROJETO As estruturas de concreto devem possuir os requisitos mínimos de qualidade durante o período de construção e durante a sua utili- zação. 234 As estruturas de concreto, delineadas pelo projeto estrutural, devem obrigatoriamente apresentar: a) Capacidade Resistente: “Consiste basicamente na segurança à ruptura.” Significa que a estrutura deve ter a capacidade de suportar as ações previstas de ocorrerem na construção, com conve- niente margem de segurança contra a ruína ou a ruptura. 235 b) Desempenho em Serviço: “Consiste na capacidade da estrutura manter-se em condições plenas de utilização durante sua vida útil, não podendo apresentar danos que comprometam em parte ou totalmente o uso para o qual foi projetada.” c) Durabilidade: “Consiste na capacidadede a estrutura resistir às influências ambientais previstas e definidas em conjunto pelo autor do projeto estrutural e pelo contratante, no início dos trabalhos de elaboração do projeto.” 236 “Por vida útil de projeto, entende-se o período de tempo durante o qual se mantêm as características das estru- turas de concreto, sem intervenções significativas, desde que atendidos os requisitos de uso e manutenção prescritos pelo projetista e pelo construtor, conforme 7.8 e 25.3, bem como de execução dos reparos necessários decorrentes de danos acidentais.” (NBR 6118/14, item 6.2.1). 237 O projeto estrutural deve ser feito de forma a atender aos três requisitos, bem como considerar as condições arquitetô- nicas, funcionais, construtivas, de integra- ção com os demais projetos (elétrico, hidráulico, ar-condicionado e outros), e exigências particulares, como resistência a explosões, ao impacto, aos sismos, ou ainda relativas à estanqueidade e ao isolamento térmico ou acústico. 238 O projeto estrutural pode ser conferido por um profissional habilitado, de responsabilida- de do contratante. A conferência ou avaliação da conformidade do projeto deve ser realizada antes da fase de construção e, de preferência, simultaneamente com o projeto, como condição essencial para que os resultados da conferência se tornem efetivos e possam ser aproveitados. Na seção 25 da NBR 6118 encontram-se os critérios de aceitação do projeto, do recebimento do concreto e do aço, entre outros. 239 O projeto estrutural deve proporcionar as informações necessárias para a execução da estrutura, sendo constituído por desenhos, especificações e critérios de projeto. Figura – Exemplo de armação de pilares. Figura – Exemplo de planta de fôrma de projeto estrutural. Figura – Exemplo de legenda e informações de projeto. Figura 16 – Detalhe de parte da planta de fôrma do pavimento de um edifício. 243 DURABILIDADE DAS ESTRUTURAS DE CONCRETO “As estruturas de concreto devem ser projetadas e construídas de modo que, sob as condições ambientais previstas na época do projeto e quando utilizadas conforme preconizado em projeto, conservem sua segurança, estabilidade e aptidão em serviço durante o prazo correspondente à sua vida útil.” (NBR 6118/14, item 6.1). 244 MECANISMOS DE DETERIORAÇÃO DO CONCRETO a) lixiviação: “É o mecanismo responsável por dissolver e carrear os compostos hidratados da pasta de cimento por ação de águas puras, carbônicas agressivas, ácidas e outras. Para prevenir sua ocorrência, recomenda-se restringir a fissuração, de forma a minimizar a infiltração de água, e proteger as superfícies expostas com produtos específicos, como os hidrófugos.” 245 MECANISMOS DE DETERIORAÇÃO DO CONCRETO b) expansão por sulfato: “por ação de águas ou solos que contenham ou estejam contaminados com sulfatos, dando origem a reações expansivas e deletérias com a pasta de cimento hidratado. A prevenção pode ser feita pelo uso de cimento resistente a sulfatos, conforme a ABNT NBR 5737.” 246 MECANISMOS DE DETERIORAÇÃO DO CONCRETO c) reação álcali-agregado: “É a expansão por ação das reações entre os álcalis do concreto e agregados reativos. O projetista deve identificar no projeto o tipo de elemento estrutural e sua situação quanto à presença de água, bem como deve recomendar as medidas preventivas, quando necessárias, de acordo com a ABNT NBR 15577-1.” 247 MECANISMOS DE DETERIORAÇÃO DA ARMADURA a) despassivação por carbonatação: “É a despassivação por carbonatação, ou seja, por ação do gás carbônico da atmosfera sobre o aço da armadura. As medidas preventivas consistem em dificultar o ingresso dos agentes agressivos ao interior do concreto. O cobrimento das armaduras e o controle da fissuração minimizam este efeito, sendo recomendável um concreto de baixa porosidade.” 248 A carbonatação é um fenômeno que ocorre devido as reações químicas entre o gás carbônico presente na atmosfera, que penetra nos poros do concreto, e o hidróxido de cálcio e outros constituintes provenientes da hidratação do cimento. A carbonatação inicia-se na superfície da peça e avança progressivamente para o interior do concreto, ocasionando a diminuição da alta alcalinidade do concreto, de pH próximo a 13, para valores próximos a 8. 249 A alta alcalinidade do concreto origina a formação de um filme passivante de óxidos, resistente e aderente à superfície das barras de armadura existentes no interior das peças de Concreto Armado, que protege a armadura contra a corrosão. 250 A frente de carbonatação, ao atingir a armadura, destrói o filme protetor, possibili- tando o início da corrosão da armadura, que ocorre com expansão de volume e leva ao surgimento de fissuras, descolamento do concreto de cobrimento aderente à armadura, e principalmente a redução da área de armadura. A corrosão obriga à necessidade de reparos nas peças, com sérios prejuízos financeiros aos proprietários. A espessura do cobrimento de concreto é o principal fator para a proteção das armaduras, ao se interpor entre o meio corrosivo e agressivo e a armadura, evitando que a frente de carbonatação alcance as armaduras. 251 b) despassivação por ação de cloretos: “Consiste na ruptura local da camada de passivação, causada por elevado teor de íon- cloro. As medidas preventivas consistem em dificultar o ingresso dos agentes agressivos ao interior do concreto. O cobrimento das armaduras e o controle da fissuração minimizam este efeito, sendo recomendável o uso de um concreto de pequena porosidade. O uso de cimento composto com adição de escória ou material pozolânico é também recomendável nestes casos.” 252 O cobrimento da armadura é uma ação isolante, ou de barreira, sendo exercida pelo concreto interpondo-se entre o meio corrosivo e a armadura, principalmente em se tratando de um concreto bem dosado, muito pouco permeável, compacto e apresentando uma espessura adequada de cobrimento. nom nom Estribo C CFigura – Cobrimento da armadura. 253 MECANISMOS DE DETERIORAÇÃO DA ESTRUTURA “São todos aqueles relacionados às ações mecânicas, movimentações de origem térmica, impactos, ações cíclicas, retração, fluência e relaxação, bem como as diversas ações que atuam sobre a estrutura.” (NBR 6118/14, item 6.3.4). 254 As movimentações de origem térmica são provocadas pelas variações naturais nas temperaturas ambientes, que causam a variação de volume das estruturas e fazem surgir consequentemente esforços adicionais nas estruturas. As variações de temperatura podem ser também de origem não natural, como aquelas que ocorrem em construções para frigoríficos, siderúrgicas, metalúrgicas, etc., como fornos e chaminés. MECANISMOS DE DETERIORAÇÃO DA ESTRUTURA 255 As ações cíclicas são aquelas repetitivas, que causam fadiga nos materiais. Podem ou não variar o esforço de tração para compressão e vice-versa. A retração e a fluência são deformações que ocorrem no concreto e que levam a diminuição do seu volume, o que pode induzir esforços adicionais nas estruturas. MECANISMOS DE DETERIORAÇÃO DA ESTRUTURA 256 Alguns exemplos de medidas preventivas são (NBR 6118/14, item 6.3.4): - “barreiras protetoras em pilares (de viadutos, pontes e outros) sujeitos a choques mecânicos; - período de cura após a concretagem (para estruturas correntes, ver ABNT NBR 14931); - juntas de dilatação em estruturas sujeitas a variaçõesvolumétricas; - isolamentos isotérmicos, em casos específicos, para prevenir patologias devidas a variações térmicas.” NBR 14931 - Execução de estruturas de concreto - Procedimento, 2004, 53p. MECANISMOS DE DETERIORAÇÃO DA ESTRUTURA 257 AGRESSIVIDADE DO AMBIENTE “A agressividade do meio ambiente está relacionada às ações físicas e químicas que atuam sobre as estruturas de concreto, independentemente das ações mecânicas, das variações volumétricas de origem térmica, da retração hidráulica e outras previstas no dimensionamento das estruturas.” (NBR 6118/14, item 6.4.1). 258 AGRESSIVIDADE DO AMBIENTE Nos projetos das estruturas correntes, a agressividade ambiental deve ser classificada de acordo com o apresentado na Tabela 1 e pode ser avaliada, simplificadamente, segundo as condições de exposição da estrutura ou de suas partes. Tabela 3.1 - Classes de agressividade ambiental (NBR 6118/14, Tabela 6.1). Classe de agressividade Ambiental Agressividade Classificação geral do tipo de ambiente para efeito de Projeto Risco de deterioração da estrutura I Fraca Rural Insignificante Submersa II Moderada Urbana 1, 2 Pequeno III Forte Marinha 1 Grande Industrial 1, 2 IV Muito forte Industrial 1, 3 Elevado Respingos de maré NOTAS: 1) Pode-se admitir um microclima com uma classe de agressividade mais branda (uma classe 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 (uma classe acima) em obras em regiões de clima seco, com umidade média relativa do ar menor ou igual a 65 %, partes da estrutura protegidas de chuva em ambientes predominantemente secos ou regiões onde raramente chove. 3) Ambientes quimicamente agressivos, tanques industriais, galvanoplastia, branqueamento em indústrias de celulose e papel, armazéns de fertilizantes, indústrias químicas. 260 QUALIDADE DO CONCRETO DE COBRIMENTO “... a durabilidade das estruturas é altamente dependente das características do concreto e da espessura e qualidade do concreto do cobrimento da armadura.” (NBR 6118/14, item 7.4). Tabela 3.2 - Correspondência entre classe de agressividade e qualidade do concreto armado. (NBR 6118/14, Tabela 7.1) Concreto Classe de agressividade ambiental (CAA) I II III IV Relação água/cimento em massa ≤ 0,65 ≤ 0,60 ≤ 0,55 ≤ 0,45 Classe de concreto (NBR 8953) ≥ C20 ≥ C25 ≥ C30 ≥ C40 ESPESSURA DO COBRIMENTO DA ARMADURA Cobrimento de armadura é a espessura da camada de concreto responsável pela proteção da armadura em um elemento. Essa camada inicia-se a partir da face mais externa da barra de aço e se estende até a superfície externa do elemento em contato com o meio ambiente. nom nom Estribo C CFigura – Cobrimento da armadura. 263 Para garantir o cobrimento mínimo (cmín) o projeto e a execução devem considerar o cobrimento nominal (cnom): Nas obras correntes c deve ser maior ou igual a 10 mm, que pode ser reduzido para 5 mm quando houver um adequado controle de qualidade e rígidos limites de tolerância da variabilidade das medidas durante a execução das estruturas de concreto. ccc mínnom 264 Em geral, o cobrimento nominal de uma determinada barra deve ser: nc c nfeixenom barranom A dimensão máxima característica do agregado graúdo (dmáx) utilizado no concreto não pode superar em 20 % a espessura nominal do cobrimento. nommáx c2,1d Tabela 3.3 - Correspondência entre classe de agressividade ambiental e cobrimento nominal para c = 10 mm. (NBR 6118/14, Tabela 7.2) Tipo de estrutura Componente ou elemento Classe de agressividade ambiental (CAA) I II III IV 2 Cobrimento nominal (mm) Concreto Armado 4 Laje 1 20 25 35 45 Viga/Pilar 25 30 40 50 Elementos estruturais em contato com o solo 3 30 40 50 Notas: 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, como pisos de elevado desempenho, pisos cerâmicos, pisos asfálticos e outros tantos, as exigências desta tabela podem ser substituídas pelas de 7.4.7.5, respeitado um cobrimento nominal 15 mm.” 2) “Nas superfícies expostas a ambientes agressivos, como reservatórios, estações de tratamento de água e esgoto, condutos de esgoto, canaletas de efluentes e outras obras em ambientes química e intensamente agressivos, devem ser atendidos os cobrimentos da classe de agressividade IV.” 3) “No trecho dos pilares em contato com o solo junto aos elementos de fundação, a armadura deve ter cobrimento nominal 45 mm.” 4) Para parâmetros relativos ao Concreto Protendido consultar a Tabela 7.2 da NBR 6118. “No caso de elementos estruturais pré-fabricados, os valores relativos ao cobrimento das armaduras (Tabela 7.2) devem seguir o disposto na ABNT NBR 9062.” (item 7.4.7.7). 266 SEGURANÇA E ESTADOS LIMITES Todos os tipos de estrutura devem possuir uma margem de segurança contra o colapso e deformações, vibrações e fissurações exces- sivas, sob o risco de perdas de vidas humanas e danos materiais de grande valor. Deverá existir, portanto, uma folga de resistência da estrutura, isto é, para ocorrer a ruína a estrutura teria que estar submetida a carregamentos muito supe- riores àqueles para os quais foi projetada. A “distância” entre o que a estrutura pode resistir e os esforços solicitantes provenientes do carre- gamento de serviço é a margem de segurança da estrutura. 267 Em resumo: “Todo o conjunto da estrutura, bem como as partes que a compõe, deve resistir às solicitações externas na sua combinação mais desfavorável, durante toda a vida útil, e com uma conveniente margem de segurança”. O dimensionamento da estrutura é feito no Estado Limite Último (ELU), isto é, na situação relativa ao colapso. Entretanto, os coeficientes de ponderação fazem com que, em serviço, as estruturas trabalhem “longe” da ruína. Os coeficientes de ponderação majoram as ações (ou os esforços solicitantes) e minoram a resistência dos materiais. 268 ESTADO LIMITE ÚLTIMO (ELU) É o “estado-limite relacionado ao colapso, ou a qualquer outra forma de ruína estrutural, que determine a paralisação do uso da estrutura.” (NBR 6118/14, 3.2.1). Deduz-se, portanto, que, em serviço, a estrutura não deve ou não pode alcançar o Estado Limite Último (ruína). 269 Estados Limites Últimos a serem verificados: a) “da perda do equilíbrio da estrutura, admitida como corpo rígido; b) de esgotamento da capacidade resistente da estrutura, no seu todo ou em parte; c) de esgotamento da capacidade resistente da estrutura, no seu todo ou em parte, consideran- do os efeitos de segunda ordem; 270 d) provocado por solicitações dinâmicas; e) de colapso progressivo; f) de esgotamento da capacidade resistente da estrutura, no seu todo ou em parte, considerando exposição ao fogo, conforme NBR 15200; g) de esgotamento da capacidade resistente da estrutura, considerando ações sísmicas, de acordo com a NBR 15421; g) outros estados-limites últimos que eventualmente possam ocorrer em casos especiais.” 271 “Em relação aos ELU, além de se garantir a segurança adequada, isto é, uma probabi- lidade suficientemente pequena de ruína, é necessário garantir umaboa ductilidade, de forma que uma eventual ruína ocorra de forma suficientemente avisada, alertando os usuários.” 272 ESTADOS LIMITES DE SERVIÇO (ELS) “são aqueles relacionados ao conforto do usuário e à durabilidade, aparência e boa utilização das estruturas, seja em relação aos usuários, seja em relação às máquinas e aos equipamentos suportados pelas estruturas.” (NBR 6118/14, item 10.4). 273 Os estados limites de serviço definidos são: a) Estado limite de formação de fissuras (ELS-F): estado em que se inicia a formação de fissuras. Admite-se que este Estado Limite é atingido quando a tensão de tração máxima na seção transversal for igual a resistência do concreto à tração na flexão (fct,f); 274 b) Estado limite de abertura das fissuras (ELS-W): este estado é alcançado quando as fissuras tem aberturas iguais aos valores máximos especificados pela norma no item 13.4.2. As estruturas de Concreto Armado trabalham fissuradas, porque essa é uma de suas características básicas, porém, no projeto estrutural as fissuras devem ter aberturas pequenas, não prejudiciais à estética e à durabilidade; 275 c) Estado limite de deformações excessivas (ELS-DEF): este estado é alcançado quando as deformações (flechas) atingem os limites estabelecidos para a utilização normal, dados em 13.3 da norma. Os elementos fletidos como as vigas e lajes apresentam flechas em serviço. O cuidado que o projetista estrutural deve ter é de limitar as flechas a valores aceitáveis, que não prejudiquem a estética e causem insegurança aos usuários; 276 d) Estado limite de vibrações excessivas (ELS- VE): este estado é alcançado quando as vibrações atingem os limites estabelecidos para a utilização normal da construção. O projetista deverá eliminar ou limitar as vibrações de tal modo que não prejudiquem o conforto dos usuários na utilização das estruturas. 277 A NBR 6118/14 estabelece que “as resistências não podem ser menores que as solicitações e devem ser verificadas em relação a todos os estados-limites e todos os carregamentos especificados para o tipo de construção considerado, ou seja, em qualquer caso deve ser respeitada a condição:” Rd ≥ Sd Rd = resistência de cálculo; Sd = solicitação de cálculo. RESISTÊNCIAS CARACTERÍSTICAS E DE CÁLCULO CONCEITO DE VALOR CARACTERÍSTICO Figura – Diagrama de frequências de um concreto (RÜSCH, 1981). Fr eq uê nc ia - 27 0 31 0 35 0 39 0 43 0 47 0 51 0 55 0 59 0 f f = 415 s = 62 s = 62 30 20 10 0 Figura – Curvas de dois concretos com qualidades diferentes (RÜSCH, 1981). fV al or ca ra ct er ís tic o 1 2 Quantil de 5% Resistência à compressão f = f1 2 - - Fr eq uê nc ia Figura – Concretos com qualidades diferentes mas mesma resistência característica. Resistência à compressão f - 5% 1 Va lo r ca ra ct er ís tic o 2 f Fr eq uê nc ia 1 f f - 2 Figura – Curva de distribuição normal para definição do valor característico da resistência do material. 1,65 s kf Fr eq uê nc ia 5 % Resistência ( f ) mf s65,1ff mk 282 RESISTÊNCIA CARACTERÍSTICA DO CONCRETO E DO AÇO Por exemplo, para um concreto ensaiado em laboratório, a possibilidade de um corpo de prova ter sua resistência inferior a fck é de 5 %; melhor ainda, pode-se dizer que, dos corpos de prova ensaiados, 95 % terão sua resistência superior ao valor fck, enquanto 5 % poderão ter valor inferior. fck = fcm – 1,65s fyk = fym – 1,65s RESISTÊNCIA DE CÁLCULO DO CONCRETO c ck cd f f a) “quando a verificação se faz em data j igual ou superior a 28 dias:” c = coeficiente de ponderação da resistência do concreto. RESISTÊNCIA DE CÁLCULO DO CONCRETO b) “quando a verificação se faz em data j inferior a 28 dias:” c ck 1 c ckj cd ff f 2 1 1 t 28 1sexp s = 0,38 para concreto de cimento CPIII e IV; s = 0,25 para concreto de cimento CPI e II; s = 0,20 para concreto de cimento CPV-ARI. t = idade efetiva do concreto, em dias. RESISTÊNCIA DE CÁLCULO DO AÇO s = coeficiente de ponderação da resistência do aço. s yk yd f f 286 Coeficientes de Ponderação das Resistências As resistências devem ser minoradas por: m = m1 . m2 . m3 m1 – considera a variabilidade da resistência dos materiais envolvidos; m2 – considera a diferença entre a resistência do material no corpo de prova e na estrutura; m3 – considera os desvios gerados na cons- trução e as aproximações feitas em projeto do ponto de vista das resistências. 287 Tabela 3.4 - Valores dos coeficientes de ponderação c e s dos materiais no ELU. (NBR 6118/14, Tabela 12.1). Combinações Concreto (γc) Aço (γs) Normais 1,4 1,15 Especiais ou de construção 1,2 1,15 Excepcionais 1,2 1,0 Na situação de serviço, as resistências devem ser tomadas conforme medidas em laboratório, de modo a refletir a resistência real do material. Assim, os limites estabelecidos para os Estados Limites de Serviço (ELS) não necessitam de minoração, portanto, m = 1,0. 288 Segundo a NBR 61183 (item 12.4.1): “Para a execução de elementos estruturais nos quais estejam previstas condições desfavoráveis (por exemplo, más condições de transporte, ou adensamento manual, ou concretagem deficiente por concentração de armadura), o coeficiente c deve ser multiplicado por 1,1. Para elementos estruturais pré-moldados e pré- fabricados, deve ser consultada a ABNT NBR 9062. Admite-se, no caso de testemunhos extraídos da estrutura, dividir o valor de c por 1,1. Admite-se, nas obras de pequena importância, o emprego de aço CA-25 sem a realização do controle de qualidade estabelecido na ABNT NBR 7480, desde que o coeficiente de ponderação para o aço seja multiplicado por 1,1.” 289 VALORES DE CÁLCULO DAS AÇÕES “Os valores de cálculo Fd das ações são obtidos a partir dos valores representativos, multiplicando-os pelos respectivos coeficientes de ponderação f .” 290 COEFICIENTES DE PONDERAÇÃO DAS AÇÕES As ações devem ser majoradas pelo coeficiente f : f = f1 . f2 . f3 291 Tabela 3.5 - Coeficiente f = f1 . f3 no ELU (NBR 6118, Tabela 11.1). Combinações de ações Ações Permanentes (g) Variáveis (q) Protensão (p) Recalques de apoio e retração D F G T D F D F Normais 1,4 1 1,0 1,4 1,2 1,2 0,9 1,2 0 Especiais ou de construção 1,3 1,0 1,2 1,0 1,2 0,9 1,2 0 Excepcionais 1,2 1,0 1,0 0 1,2 0,9 0 0 onde: D é desfavorável, F é favorável, G representa as cargas variáveis em geral, T é temperatura. 1. “Para as cargas permanentes de pequena variabilidade, como o peso próprio das estruturas, especialmente as pré-moldadas, esse coeficiente pode ser reduzido para 1,3.” 292 Tabela 3.6 - Valores do coeficiente f2 no ELU (NBR 6118, Tabela 11.2). Ações γf2 ψo ψ1 1 ψ2 Cargas acidentais de edifícios Locais em que não há predominância de pesos de equipamentos que permanecem fixos por longos períodos de tempo, nem de elevadas concentrações de pessoas 2 0,5 0,4 0,3 Locais em que há predominância de pesos de equipamentos que permanecem fixos por longos períodos de tempo, ou de elevada concentração de pessoas 3 0,7 0,6 0,4 Biblioteca, arquivos, oficinas e garagens0,8 0,7 0,6 Vento Pressão dinâmica do vento nas estruturas em geral 0,6 0,3 0 Temperatura Variações uniformes de temperatura em relação à média anual local 0,6 0,5 0,3 1. “Para os valores de ψ1 relativos às pontes e principalmente para os problemas de fadiga, ver seção 23. 2. Edifícios residenciais. 3. Edifícios comerciais, de escritórios, estações e edifícios públicos.” 293 Estado Limite de Serviço (ELS) “Em geral, o coeficiente de ponderação das ações para estados-limites de serviço é dado pela expressão: f = f2 .” a) f2 = 1 para combinações raras; b) f2 = ψ1 para combinações frequentes; c) f2 = ψ2 para combinações quase permanentes. 294 ESTÁDIOS DE CÁLCULO Podem ser definidos como os “estágios de tensão pelo qual um elemento fletido passa, desde o carregamento inicial até a ruptura”. 295 -Estádio Ia – o concreto resiste à tração com diagrama triangular; -Estádio Ib – corresponde ao início da fissuração no concreto tracionado; -Estádio II – despreza-se a colaboração do concreto à tração; - Estádio III – corresponde ao início da plastificação (esmagamento) do concreto à compressão. Figura – Diagramas de tensão indicativos dos estádios de cálculo. d h bw x As LN c t stR ctR Rcc c Rcc t R R st ct c Rcc t Rst Rcc c stR LN x Ia Ib II III
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