Baixe o app para aproveitar ainda mais
Prévia do material em texto
UUNNIIPP -- UUnniivveerrssiiddaaddee PPaauulliissttaa ECA – ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO Fernando de Moraes Mihalik - 1 - UUNNIIPP -- UUnniivveerrssiiddaaddee PPaauulliissttaa EESSTTRRUUTTUURRAASS DDEE CCOONNCCRREETTOO AARRMMAADDOO EECCAA NNOOTTAASS DDEE AAUULLAA -- 0033 PP RR OO PP RR II EE DD AA DD EE SS DD OO SS MM AA TT EE RR II AA II SS UUNNIIPP -- UUnniivveerrssiiddaaddee PPaauulliissttaa ECA – ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO Fernando de Moraes Mihalik - 2 - NA_03/2013A EESSTTRRUUTTUURRAASS NNOOTTAASS DDEE AAUULLAA -- PPAARRTTEE 33 PPRROOPPRRIIEEDDAADDEESS DDOOSS MMAATTEERRIIAAIISS 1. PROPRIEDADES DOS AÇOS 1.1. Diagrama Tensão-Deformação A - Limite de proporcionalidade B - Limite de escoamento BC - Patamar de escoamento D - Limite de resistência. E - Ruptura do material NB 6118 (item 8.3.6) : Simplificação do Diagrama fyk: tensão característica do aço à tração * fyd: resistência de cálculo do aço à tração fyck: tensão característica do aço à compressão fycd: resistência de cálculo do aço à compressão yd: deformação específica de escoamento Notações: S: steel (aço) d: cálculo (design) k: característica y: escoamento (yield) Quando estivermos referindo ao aço na tração a letra correspondente (t) pode ser suprimida. Porém, quando for compressão, coloca-se a letra (c) Valores de s para combinações de ações: Normais s = 1,15 (grande maioria dos casos) Especiais ou de Construção s = 1,15 Excepcionais s = 1,0 x f f s yk yd s yck ycd f f yd yd s ε f E UUNNIIPP -- UUnniivveerrssiiddaaddee PPaauulliissttaa ECA – ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO Fernando de Moraes Mihalik - 3 - TIPOS DE AÇO DISPONÍVEIS NO MERCADO BRASILEIRO CA-25 fyk = 2500 kgf / cm2 (fyk = 250 MPa) - Barras lisas CA-50 fyk = 5000 kgf / cm2 (fyk = 500 MPa) - Barras de alta aderência (ver figura) CA-60 fyk = 6000 kgf / cm2 (fyk = 600 MPa) - Barras entalhadas / Fios lisos Valores Usuais (combinações normais) CA-25 fyd = 2500/1,15 =2174kgf/cm2 = 217MPa CA-50 fyd = 5000/1,15 = 4350kgf/cm2 = 435MPa CA-60 fyd = 6000/1,15 = 5217kgf/cm2 = 522MPa Barras de Alta Aderência 1.2. Alongamento de Ruptura/ de Escoamento LO = Comprimento Inicial L = Comprimento de Ruptura / de Escoamento 1.3. Fluência e Relaxação São fenômenos que dependem do tempo e estão relacionados às cargas e às deformações. Fluência: É o aumento de uma deformação com tempo sob a ação de cargas ou tensões permanentes. Relaxação: É a diminuição da tensão inicial ao longo do tempo em um comprimento mantido constante. x100% L LLλ 0 0 UUNNIIPP -- UUnniivveerrssiiddaaddee PPaauulliissttaa ECA – ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO Fernando de Moraes Mihalik - 4 - 1.4. Barras utilizadas em Concreto Armado (NBR 7480) Barras: Produtos obtidos por laminação Fios: São os de bitola 10 mm obtidos por trefilação BITOLA Ø (mm) VALOR NOMINAL PARA CÁLCULO ÁREA DA SEÇÃO (cm2) FIOS BARRAS DIÂMETRO (cm) PESO LINEAR (kg /m) PERÍMETRO (cm) 5 5 0,50 0,16 1,60 0,20 6,3 6,3 0,63 0,25 2,00 0,315 8 8 0,80 0,40 2,50 0,50 10 10 1,00 0,63 3,15 0,80 12,5 1,25 1,00 4,00 1,25 16 1,60 1,60 5,00 2,00 20 2,00 2,50 6,30 3,15 25 2,50 4,00 8,00 5,00 Observações: 1 Os fios são fornecidos em rolos. 2 Existem fios de diâmetros inferiores a 5mm, que dificilmente são utilizados para armações, apenas em armações secundárias ou de distribuição. 3 O comprimento de fornecimento normal das barras é de 12 metros. 4 A bitola mínima do CA-50 é 6,3mm 1.5. RESUMO: PROPRIEDADES DO AÇO (NBR-6118) DIAGRAMA DE CÁLCULO UTILIZADO PESO ESPECÍFICO aço = 7,85 tf/m3 ou seja: aço = 78,5 kN/m3 MÓDULO DE ELASTICIDADE kgf/cm 2.100.000ε f E 2 yd yd s ou seja: Es = 210 GPa COEFICIENTE DE DILATAÇÃO TÉRMICA s= 10 –5 oC -1 UUNNIIPP -- UUnniivveerrssiiddaaddee PPaauulliissttaa ECA – ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO Fernando de Moraes Mihalik - 5 - 2. PROPRIEDADES DO CONCRETO 2.1. Conceito de Pseudo-Sólido Pode-se considerar o concreto como um material constituído de 3 fases: sólido, água e ar (estrutura semelhante aos solos poroso). Nos poros existentes no concreto se formam meniscos de água que produzem esforços de compressão devido aos fenômenos capilares, durante sua secagem. Esta estrutura confere ao concreto características especiais, que diferenciam de um corpo sólido não poroso, razão pela qual o classificamos como PSEUDO-SÓLIDO, ou seja, suas características físicas se alteram o longo de sua vida, em especial nos primeiros meses, onde o concreto apresenta grandes alterações de funcionamento, com ganho de resistência e aumento de rigidez. 2.2. Deformações Próprias ou Intrínsecas - RETRAÇÃO: deformação do concreto sem atuação de cargas externas, produzida pelas forças capilares, devidas às tensões superficiais provocadas pelos meniscos de água nas paredes do concreto. Ou seja, durante o período de secagem, existem forças capilares internas que provocam a retração do concreto, fenômeno que é forte nos primeiros dias e vai diminuindo de intensidade, cessando após a eliminação dos meniscos, com a secagem total do elemento. VARIAÇÃO DA DEFORMAÇÃO DO CONCRETO POR RETRAÇÃO AO LONGO DO TEMPO . cs: Deformação do concreto devido à retração NBR 6118: cs = -15 x 10 -5(caso geral) UUNNIIPP -- UUnniivveerrssiiddaaddee PPaauulliissttaa ECA – ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO Fernando de Moraes Mihalik - 6 - Nas peças em concreto armado, como as barras da armadura estão aderidas ao concreto, e o aço não apresenta retração, a deformação final da peça será menor: Ilustração do Efeito: Isto é, há uma tensão de tração no concreto devido à inclusão de armadura, causada pelo efeito de retração. Esse é um dos motivos para nos ajudar a entender dois aspectos considerados no cálculo desestrutras de concreto, que são: A não consideração da resistência do concreto à tração. Porque se adota uma “armadura mínima” ao se armar uma peça. - DEFORMAÇÃO DEVIDO À VARIAÇÃO DA TEMPERATURA: Assim como todo material, o concreto sofre a influência do efeito da variação da temperatura, se dilatando quando a temperatura do meio ambiente sobe, e se retraindo quando a temperatura diminui. Portanto, se a estrutura apresenta grandes dimensões ou está sujeita a grande variação de temperatura, ocorrerão esforços adicionais provocados pelo efeito da dilatação. A variação da temperatura a ser considerada nos cálculos, de acordo com a NBR6118, no caso geral é de 10ºC a 15ºC em torno da temperatura média – ver quadro adiante. Já para as estruturas de pequenas dimensões ou que estão sujeitas a pequenas variações de temperatura, os esforços adicionais provocados pelo efeito da dilatação podem ser desprezados. Portanto, se uma estrutura possui grandes dimensões em planta, um recurso muito utilizado para evitar esses esforços é o de se criar juntas de dilatação, dividindo a estrutura em trechos menores. Dessa forma,cada trecho trabalha de forma isolada, se a influência da variação da temperatura. 1-5 ttc Cº10=t .t DDeevviiddoo àà pprreesseennççaa ddaa aarrmmaadduurraa aa ddeeffoorrmmaaççããoo ddoo ccoonnccrreettoo ppoorr rreettrraaççããoo sseerráá mmeennoorr.. ((aa aarrmmaadduurraa nnããoo ssee rreettrraaii,, ee ooppõõee--ssee àà rreettrraaççããoo ddoo ccoonnccrreettoo ddeevviiddoo àà aaddeerrêênncciiaa)) UUNNIIPP -- UUnniivveerrssiiddaaddee PPaauulliissttaa ECA – ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO Fernando de Moraes Mihalik - 7 - Assim sendo, como orientação usual, recomenda-se a colocação de juntas de dilatação em estruturas que tenham dimensões em planta superiores a 30 metros. Essa recomendação toma como base o texto da NB1 de 1978 (NBR-6118), já substituída pela versão de 2003, mas que serve de orientação, para que os esforços na estrutura não sofram a ação dos efeitos da variação de temperatura, muito embora isso deva ser adotado com cautela. RReeccoommeennddaaççõõeess ddaass vveerrssõõeess aanntteerriioorreess ddaa NNBB66111188:: -- EEmm ppeeççaass ppeerrmmaanneenntteemmeennttee eennvvoollvviiddaass ppoorr tteerrrraa oouu áágguuaa ee eemm eeddiiffíícciiooss qquuee nnããoo tteennhhaamm,, eemm ppllaannttaa,, ddiimmeennssããoo mmaaiioorr ddee 3300mm..,, nnããoo iinntteerrrroommppiiddaa ppoorr jjuunnttaa ddee ddiillaattaaççããoo,, ÉÉ DDIISSPPEENNSSAADDOO OO CCÁÁLLCCUULLOO DDAA IINNFFLLUUÊÊNNCCIIAA DDEE tt VVaarriiaaççããoo ddaa tteemmppeerraattuurraa aa ssee ccoonnssiiddeerraarr nnooss ccáállccuullooss ((NNBBRR66111188 aattuuaall)):: ppaarraa eelleemmeennttooss eessttrruuttuurraaiiss ccoomm mmeennoorr ddiimmeennssããoo nnããoo ssuuppeerriioorr aa 5500ccmm:: tt eennttrree 1100ººCC ee 1155ººCC eemm ttoorrnnoo ddaa mmééddiiaa.. ppaarraa ppeeççaass mmaacciiççaass oouu ooccaass ccoomm mmeennoorr ddiimmeennssããoo mmaaiioorr ddee 7700ccmm,, ddeessddee qquuee ooss eessppaaççooss vvaazziiooss eesstteejjaamm ffeecchhaaddooss:: tt eennttrree 55ººCC ee 1100ººCC ppaarraa ccaassooss iinntteerrmmeeddiiáárriiooss,, iinntteerrppoollaarr.. UUNNIIPP -- UUnniivveerrssiiddaaddee PPaauulliissttaa ECA – ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO Fernando de Moraes Mihalik - 8 - 2.3. Deformações Provocadas por Cargas Externas - IMEDIATAS: curva x - FLUÊNCIA: Deformação que sofre um sólido quando submetido a uma carga constante DEFORMAÇÃO IMEDIATA: é a que se verifica ao se aplicar a carga. DEFORMAÇÃO LENTA (ou FLUÊNCIA): é o acréscimo de deformação que se dá com o tempo, se a solicitação continuar. cc: Deformação lenta no concreto UUNNIIPP -- UUnniivveerrssiiddaaddee PPaauulliissttaa ECA – ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO Fernando de Moraes Mihalik - 9 - A Deformação Lenta Depende: - da idade do concreto no momento da aplicação da carga (diminui com a idade do carregamento). - das condições ambientes: é maior em ambientes mais secos e em lugares mais quentes. - da constituição do concreto: menor quanto mais rico em cimento. RESUMO: DEFORMAÇÕES TOTAIS NO CONCRETO AO LONGO DO TEMPO A ocorrência do efeito da deformação lenta tem como consequência o fato de um carregamento aplicado no concreto em uma idade baixa provocar, além da deformação imediata, um acréscimo de deformação crescente ao longo do tempo. Caso a carga seja aplicada em uma baixa idade, a estrutura irá apresentar deformação inicial muito maior do que apresentaria caso essa carga fosse aplicada a uma idade avançada. Além disso, o acréscimo de deformação devido à fluência (ou deformação lenta) será muito maior, podendo chegar até 4 vezes a deformação inicial. Esse é um dos principais motivos de se evitar a retirada do cimbramento em idade baixa; recorre-se muitas vezes à retirada parcial de cimbramento, deixando pontaletes para serem retirados em uma idade mais avançada, no sentido de diminuir os efeitos de elevadas deformações na estrutura. UUNNIIPP -- UUnniivveerrssiiddaaddee PPaauulliissttaa ECA – ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO Fernando de Moraes Mihalik - 10 - 2.4. A Resistência do Concreto 2.4.1. Determinação da Resistência - Ensaios a) Ruptura por Compressão A tensão por ruptura à compressão do concreto é o principal parâmetro definidor de sua qualidade Ensaio de ruptura por compressão: (MB3) Corpo de prova cilíndrico (d = 15cm ; h = 30 cm) Idade padrão para ruptura: 28 dias b) Resistência à Tração Simples Procedimentos para determinação da resistência do concreto à tração axial. (muito susceptíveis ao tipo de aplicação da carga) c) Ensaio da tração por compressão diametral (mais confiável) A tensão de ruptura por tração é dada por: como L = 30cm e d = 15cm na maioria dos corpos de prova , temos: rupt 2F dL rupt 2 F d UUNNIIPP -- UUnniivveerrssiiddaaddee PPaauulliissttaa ECA – ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO Fernando de Moraes Mihalik - 11 - d) Resistência a Tração por Flexão (ensaio dos dois cutelos) Corpos de prova prismáticos A ruptura se dará entre B e C. Empregam-se 2 cargas: Para eliminar o efeito da força cortante Para se criar várias seções mais solicitadas 2.4.2. Diagrama Tensão - deformação a) Diagrama do 1º Carregamento (obtido com carga crescente de zero até a ruptura, aplicada a concreto não solicitado anteriormente) b) Diagrama de Repetição de Carga Carregando e descarregando sucessivamente um corpo de prova o diagrama x terá o aspecto ao lado; a curva OABC corresponde ao caso do concreto carregado pela primeira vez (carregamento crescente) UUNNIIPP -- UUnniivveerrssiiddaaddee PPaauulliissttaa ECA – ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO Fernando de Moraes Mihalik - 12 - 2.4.3. Diagrama da Resistência Mínima Característica Diagrama de Frequência Se i for a tensão de ruptura de cada corpo de prova, a tensão média será para n corpos de prova: Sendo j a idade em dias do concreto no momento do ensaio. A idade padrão adotada é de 28 dias (quando j não estiver indicada, implica em j = 28 dias) Resistência à compressão do concreto: Resistência à tração do concreto: Os valores dos desvios padrões de dosagem a serem utilizados estão indicados na NBR-12655 – Concreto – Preparo, controle e recebimento – Procedimento. fcm nj ij RReessiissttêênncciiaa ccaarraacctteerrííssttiiccaa == tteennssããoo mmíínniimmaa ddee rruuppttuurraa ppaarraa uummaa pprroobbaabbiilliiddaaddee ddee ooccoorrrrêênncciiaa eemm 9955%% ddooss ccaassooss.. c1,65s-fcm=fck t1,65s-fctm=fctk UUNNIIPP -- UUnniivveerrssiiddaaddee PPaauulliissttaa ECA – ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO Fernando de Moraes Mihalik - 13 - 2.4.4. Fatores que Influenciam a Resistência a) Formato e dimensões do corpo de prova b) Qualidade dos materiais água sem substâncias orgânicas ou impurezas agregado - livre de impurezas e com resistência maior que a pasta qualidade (composiçãoquímica e finura) do cimento idade do cimento - a resistência diminui com a idade do cimento c) Relação água - cimento A partir de um determinado valor do fator água - cimento a resistência é inversamente proporcional ao fator água - cimento. d) Idade do concreto A resistência do concreto aumenta com a idade; rapidamente à princípio e mais lenta depois. e) Forma e aplicação da carga A resistência diminui em função da duração da carga. Efeito da duração da carga sobre a resistência do concreto - ENSAIOS DE RÜSCH t = tempo de aplicação da carga idade do concreto na época da aplicação da carga: 28 dias Os estudos de Rüsch mostraram que uma carga aplicada de forma constante e por um longo tempo provoca a ruptura do concreto a uma tensão inferior àquela observada quando se aplica a carga de uma forma rápida, que é o caso dos ensaios de ruptura dos corpos de prova. UUNNIIPP -- UUnniivveerrssiiddaaddee PPaauulliissttaa ECA – ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO Fernando de Moraes Mihalik - 14 - 2.4.5. Variação da Resistência com a idade A resistência do concreto deve ser referida à idade do corpo de prova. Quando não houver referência, a resistência é a correspondente aos 28 dias. A tabela abaixo ilustra a evolução da resistência de um concreto com determinada composição ao longo do tempo: IDADE j (dias) 3 7 28 90 360 Concreto Comum 0,40 0,65 1,00 1,15 1,35 Concreto com cimento inicial de alta resistência 0,55 0,75 1,00 1,20 1,20 2.5. Módulo de Elasticidade do Concreto (módulo de deformação longitudinal = E) Variação do módulo de elasticidade do concreto com o instante de aplicação da carga: Ec cresce com a idade do concreto; quanto mais velho o concreto maior o módulo de elasticidade ao aplicar uma carga. Porém ao aplicarmos uma carga, constante, o valor de Ec diminui devido à deformação lenta UUNNIIPP -- UUnniivveerrssiiddaaddee PPaauulliissttaa ECA – ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO Fernando de Moraes Mihalik - 15 - 2.6. RESUMO: PROPRIEDADES DO CONCRETO – NBR-6118 DIAGRAMA TENSÃO / DEFORMAÇÃO DE CÁLCULO UTILIZADO RESISTÊNCIA CARACTERÍSTICA À COMPRESSÃO: fck RESISTÊNCIA DE CÁLCULO À COMPRESSÃO: fcd c ck cd ff onde c = Coeficiente de minoração da resistência do concreto RESISTÊNCIA CARACTERÍSTICA À TRAÇÃO: fctk CORRELAÇÃO APROXIMADA ENTRE A RESISTÊNCIA À TRAÇÃO E A RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO: Pode-se adotar, como valor médio: Valores de c para combinações de ações: Normal c = 1,4 Especiais ou de Construção c = 1,2 Excepcionais c = 1,2 OBSERVAÇÃO SOBRE O COEFICIENTE 0,85 APLICADO NO DIAGRAMA TENSÃO DEFORMAÇÃO O coeficiente 0,85 aplicado no diagrama tensão-deformação de cálculo leva em conta a superposição de 3 fatores: - perda da resistência sob a ação de carga constante (efeito Rusch) = 0,72 - ganho de resistência com o tempo entre 28 dias e o final da vida da estrutura (para cimento tipo CP1) = 1,23 - coeficiente de correção da forma do corpo de prova padrão (cilindro 15x30) = 0,96 f 0,3 f 3 ckmct, 2 (valores em MPa) UUNNIIPP -- UUnniivveerrssiiddaaddee PPaauulliissttaa ECA – ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO Fernando de Moraes Mihalik - 16 - CLASSES DE CONCRETO – DEFINIÇÃO EM FUNÇÃO DA RESISTÊNCIA CARACTERÍSTICA À COMPRESSÃO: C20 – fck = 20 MPa (200 kgf/cm²) C25 – fck = 25 MPa (250 kgf/cm²) C30 – fck = 30 MPa (300 kgf/cm²) C35 – fck = 35 MPa (350 kgf/cm²) C40 – fck = 40 MPa (400 kgf/cm²) C45 – fck = 45 MPa (450 kgf/cm²) C50 – fck = 50 MPa (500 kgf/cm²) ** ** - Os concretos com fck igual ou superiores a 50 MPa são considerados “Concretos de Alta Resistência”, também denominados “Concretos de Alto Desempenho (CAD)”, e seu cálculo, análise e detalhamento não é normatizado pela NBR-6118 na versão atual. Observações: a. Concretos com resistências inferiores às apresentadas C15 – fck = 15 MPa (150 kgf/cm²) – só para fundações Concreto magro – para lastro, sem função estrutural. b. Concretos com valores intermediários: não estão considerados pelas normas brasileiras. PESO ESPECÍFICO – CONCRETO ARMADO CONCRETO ARMADO = 2,50 tf/m3 = 25 kN/m3 MÓDULO DE ELASTICIDADE Módulo de Elasticidade Inicial: ckci f5600E Módulo de Elasticidade Secante – Utilização em Projeto: cics E85,0E COEFICIENTE DE DILATAÇÃO TÉRMICA s= 10 –5 oC -1 DEFORMAÇÃO DO CONCRETO NA RUPTURA - NA FLEXÃO - NA COMPRESSÃO COEFICIENTE DE POISSON (deformação transversal) C 0 00 = 3,5 C 0 00= 2 0,2 G Ec 2(1 ) (Eci e fck em MPa) UUNNIIPP -- UUnniivveerrssiiddaaddee PPaauulliissttaa ECA – ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO Fernando de Moraes Mihalik - 17 - 3. COBRIMENTOS DE ARMADURA – NBR-6118 3.1. CLASSES DE AGRESSIVIDADE AMBIENTAL Tabela 1 Classes de agressividade ambiental Agressividade Classificação geral do tipo de ambiente para efeito de projeto Risco de deterioração da estrutura Rural Submersa Marinha(1) Industrial(1,2) Industrial(1,3) Com respingos de maré I Fraca Insignificante II Moderada PequenoUrbana (1,2) III Forte Grande IV Muito Forte Elevado 1) Pode-se admitir um microclima com uma classe de agressividade mais branda (um nível 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 (um nível acima) em: obras em regiões de clima seco, com umidade relativa do ar menor ou igual a 65%, partes de estrutura protegidas de chuva em ambientes predominantemente secos, ou regiões onde chove raramente. 3) Ambientes quimicamente agressivos, tanques industriais, galvanoplastia, branqueamento em industrias de celulose e papel, armazéns de fertilizantes, industrias químicas. 3.2. CORRESPONDÊNCIA ENTRE CLASSE DE AGRESSIVIDADE E QUALIDADE DO CONCRETO Tabela 2 UUNNIIPP -- UUnniivveerrssiiddaaddee PPaauulliissttaa ECA – ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO Fernando de Moraes Mihalik - 18 - 3.3. COBRIMENTOS DE ARMADURA O cobrimento nominal das armaduras para cada tipo de elemento está apresentado na Tabela 3, abaixo. Para garantir o cobrimento mínimo, (cmin), o projeto e a execução devem considerar o cobrimento nominal (cnom), que é o cobrimento mínimo acrescido de uma tolerância de execução, c. Nas obras usuais, deve-se adotar c = 10 mm. Porém, quando houver rígido controle e rígidos limites de tolerância das variabilidades das medidas durante a execução pode-se adotar o valor de c = 5mm, desde que o controle rigoroso seja explicitado nos desenhos de projeto. CORRESPONDÊNCIA ENTRE CLASSE DE AGRESSIVIDADE E COBRIMENTO NOMINAL PARA c = 10mm Tabela 3
Compartilhar