06 Propriedades do Concreto e do Aço Concreto Armado

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ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO I 
Prof. Dr. Esperidião Fecury Pinheiro de Lima 
Propriedades do Concreto e do Aço 
Concreto Armado 
1855 -> Barco de Lambot (Argamassa de cimento + Ferro) 
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Histórico do Concreto Armado 
Histórico do Concreto Armado 
1861 -> Monier constrói vaso de flores(Argamassa de 
cimento + armadura de arame) 
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Por quê funcionou? 
Concreto + Ferro União Perfeita 
Histórico do Concreto Armado 
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Viabilidade do Concreto Armado 
O Concreto Armado pode ser considerado 
uma solução viável, durável e de enorme 
confiabilidade, devido a três razões básicas: 
1. Aderência; 
 
2. Coeficiente de dilatação térmica; 
 
3. O Concreto protege o aço da oxidação. 
Viabilidade do Concreto Armado 
1. Aderência 
 
A tendência de deslizamento entre um bloco de 
concreto e uma barra de ferro é combatida por 
tensões de aderência. 
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Ex.: Banana x Palito 
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• Principal causa do comportamento estático do 
concreto e das barras de aço; 
 
• A aderência tem sido quantificada e 
comprovada em todos os ensaios realizados; 
 
• A aderência assegura inteiramente a 
transmissão de esforços do aço para o concreto 
e vice-versa. 
1. Aderência (cont.) 
O concreto e o aço trabalham em conjunto, isto 
devido a aderência entre os dois materiais 
Viabilidade do Concreto Armado 
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Se não acontecesse este processo, a peça 
entraria em ruína; 
Nas regiões tracionadas(resistência do 
concreto é quase nula) ele fissura e tende a se 
deformar; 
A aderência arrasta consigo as barras de aço 
forçando-as a trabalhar, absorvendo os 
esforços de tração; 
1. Aderência (cont.) 
Viabilidade do Concreto Armado 
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2. Os Coeficientes de dilatação térmica. 
 
𝛼𝑐 = 0,9 𝑎 1,4 × 10
−5/℃ 
𝛼𝑠 = 1,2 × 10
−5/℃ 
𝛼𝑐 = 1 × 10
−5/℃ 
Viabilidade do Concreto Armado 
 Praticamente Iguais. 
NBR 6118, admite 𝛼𝑐 = 𝛼𝑠 = 10
−5/℃ (análise 
estrutural) 
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2. Coeficientes de dilatação térmica (cont.) 
Diferença irrisória, não encontramos diferenças 
superiores a 50°C e se processam lentamente; 
Surgem pequenas tensões internas entre aço e 
concreto, desprezíveis nestas condições; 
Verifica-se ainda que somente uma parcela desta 
variação chega ao aço, devido a dissipação de 
calor no trecho de concreto(mesmo com 
cobrimentos pequenos); 
Viabilidade do Concreto Armado 
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2. Coeficientes de dilatação térmica (cont.) 
Peças que receberão grande quantidade de calor 
devem ter maior cobrimento; 
Em catástrofes (incêndios) com enorme variação 
de temperatura (𝛼𝑐 ≠ 𝛼𝑎ç𝑜); 
Como o aço alonga-se bem mais que o concreto, 
este último fragmenta-se em torno da armadura. 
Viabilidade do Concreto Armado 
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3. O concreto protege o aço da oxidação. 
Viabilidade do Concreto Armado 
• Proteção física – Através do cobrimento 
(espessura de concreto que envolve a barra de 
aço até a superfície externa da peça). 
 
• Proteção química – o ambiente alcalino 
(causado pela presença do cal na pega do 
concreto) faz surgir uma camada quimicamente 
inibidora na armadura. 
Concreto Armado 
Viga de Concreto Armado executado com 
concreto simples e barras de aço, de tal forma 
que resista aos esforços a que a peça estiver 
submetida 
 
BLOCO MONOLÍTICO 
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Concreto – resiste a compressão na 
parte superior 
Ferro – resiste a tração na parte 
inferior 
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Utiliza-se também ao invés de ferros, outros materiais com 
resistências suficientes a tração: 
Sisal Fibra de Sisal 
Viabilidade do Concreto Armado 
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Concreto Armado 
Além do sisal e bambu, alguns outros tipos de fibras 
naturais e sintéticas têm sido objeto de pesquisas similares 
a armaduras. 
Bambu 
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Vantagens 
 
 Facilmente moldável; 
 
Maior resistência ao fogo, influências atmosféricas e 
desgastes mecânicos; 
 
Matéria-prima barata; 
 
 Não requer mão-de-obra especializada; 
 
 Próprio para estruturas monolíticas; 
 
Manutenção praticamente nula. 
Concreto Armado 
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Desvantagens 
 
 Baixa relação resistência/peso ( 𝛾 = 25 𝐾𝑁/𝑚3); 
 
 Detalhes e ligações não são visíveis para 
inspeção após a execução; 
 
 Bom condutor de calor e som; 
 
 Reformas e demolições complexas e caras; 
 
 Considerável variabilidade das propriedades; 
 
 Maior prazo de execução. 
 
 
Concreto Armado 
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Concreto Armado X Concreto Protendido 
 
Concreto armado → armadura é dita passiva → 
tensões e deformações existentes devem-se 
exclusivamente a ações externas aplicadas na peça 
 
• Sem armadura, a viga rompe logo que inicia a primeira 
fissura, pois a tensão de tração atuante alcança a 
resistência do concreto a tração. 
 
• Com armadura aumenta-se bastante a resistência a 
flexão. 
Concreto Armado 
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Concreto Armado X Concreto Protendido 
 
Concreto Protendido→ armadura é dita ativa→ são 
aplicadas tensões prévias de compressão na região da 
seção transversal da peça e depois serão tracionadas por 
carregamentos externos. 
Concreto Armado 
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I. Comportamento Elétrico 
 
 
Quando o concreto armado está úmido e sob ação de 
corrente contínua, pode ser atacado devido a eletrólise. 
 
Como a eletrólise favorece a corrosão das armaduras, 
temos um grande problema nestas circunstâncias. 
 
Devem ser feitos perfeitos isolamentos nas estruturas 
ferroviárias, de metrô, etc. que possam ficar sujeitas a tais 
perigos. 
Concreto Armado 
Tópicos relativos ao concreto armado 
 
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Tópicos relativos ao concreto armado (cont.) 
 
 
II. Defesa contra agentes químicos 
 
Para evitar o perigo da agressão às armaduras do 
concreto armado, fazemos um cobrimento de 
concreto nas peças. 
 
 
TRABALHO SOBRE COBRIMENTO 
 
Concreto Armado 
Durabilidade das estruturas de Concreto 
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 Devido a falta de atenção dos projetista e construtores 
para obterem maior durabilidade, bem como aceleradas 
deteriorações em obras relativamente novas; 
 
 As novas normas (inclusive a 6118) aplicaram maiores 
exigências relativas a durabilidade (projetos e 
execuções); 
 
 Estas exigências destinam-se a garantir a conservação 
das estruturas durante a vida útil; 
 
 
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Durabilidade das Estruturas 
 Vida útil de projeto – períodos de tempo que a estrutura 
desempenha suas funções projetadas sem necessidade 
de reparos; 
 
 Vida útil total – período de tempo que vai até a ruptura 
total ou parcial da estrutura; 
 
Geralmente a vida útil de projeto finaliza na despassivação 
da armadura (início do processo de corrosão) 
 
 
 Tempo necessário para que a frente de carbonatação ou a 
de cloreto atinjam a armadura. 
 
 
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Lixiviação 
No processo de corrosão das armaduras aparecem: 
manchas e fissuras na superfície do concreto. 
 
Durabilidade das Estruturas 
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Reações expansivas (sulfatos e álcali-agregado) 
No processo de corrosão das armaduras aparecem: 
manchas e fissuras na superfície do concreto. 
 
Durabilidade das Estruturas 
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Deslocamento do cobrimento com exposição da armadura 
 
Durabilidade das Estruturas 
Despassivação da armadura 
por carbonatação ou por ação 
de cloretos 
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Deslocamento do cobrimento com exposição da armadura 
 
Durabilidade das Estruturas 
Despassivação da armadura por carbonatação ou por ação 
de cloretos 
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As normas de projeto consideram uma vida útil mínima de 
50 anos para estruturas usuais de edifícios e para obras 
de maior importânciapodem ser estabelecidos critérios 
correspondentes a uma vida útil maior, por exemplo 100 
anos. 
 
 
Durabilidade das Estruturas 
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Durabilidade das Estruturas 
Critérios para aumento da durabilidade: 
• Drenagem; 
• Formas arquitetônicas e estruturais; 
• Qualidade do concreto e proteção da armadura (cobrimento); 
• Detalhamento adequado; 
• Controle da fissuração; 
• Manutenção preventiva. 
 
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Classes de agressividade ambiental (CAA) 
Durabilidade das Estruturas 
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Durabilidade das Estruturas 
 Classe I – Fraca: As estruturas que estão expostas a um ambiente mais 
limpo, com baixos índices de poluição não sofrem com as agressões 
químicas desencadeadas pela poluição urbana, como a chuva ácida, por 
exemplo. Usual na zona rural. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Durabilidade das Estruturas 
 
 Classe II – Moderada: Nessa classe os ambientes estão mais expostos a 
agressões ambientais, como a emissão de gás carbônico e dos cloretos 
presentes no ar. Como exemplo temos os centros urbanos 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Durabilidade das Estruturas 
• Classe III – Forte: Encontram-se as edificações expostas à atmosfera 
marinha, como exemplo as construções em cidades litorâneas. 
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Durabilidade das Estruturas 
 Classe IV – Muito Forte: Nessa classe estão inseridas as estruturas 
construídas em locais úmidos, dentro de indústrias, em contato direto com 
a água do mar. 
 
 
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Qualidade do concreto 
Durabilidade das Estruturas 
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Durabilidade das Estruturas 
 Cobrimento é a espessura da 
camada entre a barra de aço e a 
superfície externa de concreto; 
 
 A função do concreto de 
cobrimento é propiciar proteção 
física, química e mecânica ao 
concreto armado; 
 
 Maior espessura → Maior 
proteção contra os agentes externos. 
 
Camada de cobrimento da armadura 
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Proteção da armadura (cobrimento) 
Durabilidade das Estruturas 
 Para atender aos requisitos estabelecidos nessa Norma, o cobrimento 
mínimo da armadura é o menor valor que deve ser respeitado ao longo 
de todo o elemento considerado e que se constitui num critério de 
aceitação. 
 
 No projeto e execução deve considerar-se o cobrimento nominal 
(cnom), que é o cobrimento mínimo acrescido da tolerância de execução. 
Assim, as dimensões das armaduras e os espaçadores devem respeitar 
os cobrimentos nominais, estabelecidos na tabela, para Δc = 10 mm. 
 
 
DETERMINAÇÃO DO COBRIMENTO MÍNIMO 
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Proteção da armadura (cobrimento) 
Durabilidade das Estruturas 
DETERMINAÇÃO DO COBRIMENTO MÍNIMO 
 Os cobrimentos nominais e mínimos estão sempre referidos à 
superfície da armadura externa, em geral à face externa do estribo. 
 
 O cobrimento nominal de uma determinada barra deve ser: 
 cnom ≥Φ barra; 
cnom ≥ Φ fiexe = Φn =Φ√n; 
cnom ≥0,5 Φ bainha. 
 
 A dimensão máxima do agregado graúdo utilizado no concreto não 
pode superar em 20% a espessura nominal do cobrimento, ou seja: 
dmáx ≤ 1,2 cnom 
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NBR 9062:2017 
• Sem os ensaios, sendo garantido fck ≥ 40 MPa e relação água/cimento ≤ 
0,45, os cobrimentos podem ser reduzidos em mais 5 mm em relação ao 
item anterior, não sendo permitidos cobrimentos menores que: 
 
Lajes em concreto armado ≥ 15 mm; 
Demais peças em concreto armado (vigas / pilares) ≥ 20 mm; 
Peças em concreto protendido ≥ 25 mm; 
Peças delgadas protendidas (telhas/nervuras) ≥ 15 mm; 
Lajes alveolares protendidas ≥ 20 mm. 
 
 
 ESPAÇADORES 
 Com os espaçadores, pode-se garantir a durabilidade e a integridade da 
armadura de aço. O uso de espaçadores garante que a estrutura fique 
recoberta e isso aumenta sua vida útil; 
 
 Meio centímetro de diferença no cobrimento pode significar 10 a 15 anos 
de vida útil a menos da estrutura. 
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Espaçadores Circulares 
COBRIMENTO 
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Tipos de 
Espaçadores 
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Tipos de 
Espaçadores 
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Tipos de 
Espaçadores 
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ESPECIFICAÇÃO NORMATIVA 
• Para garantir um bom adensamento, é necessário prever no detalhamento 
da disposição das armaduras espaço suficiente para entrada da agulha do 
vibrador. 
 
 
CONSEQUÊNCIAS DO NÃO COBRIMENTO 
 Grande parte das estruturas em concreto armado sofrem com o processo 
de deterioração precoce, que ocorre de forma rápida e prematura na maioria 
das obras. 
 
 Manifestação patológica de maior ocorrência: 
Corrosão da armadura. 
 
 Em virtude da sua propriedade de resistência a tração, a deterioração 
desse elemento em caso extremo pode levar a estrutura ao colapso. 
 
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Durabilidade das Estruturas 
Processo evolutivo da corrosão 
Fonte: MENEZES E AZEVEDO (2009) 
a) Penetração de agentes 
agressivos por difusão, 
absorção ou permeabilidade. 
b) Fissuração devido as 
forças de expansão dos 
produtos de corrosão. 
c) Lascamento do concreto e 
corrosão acentuada. 
d) Lascamento acentuado e 
redução significativa da secção 
da armadura. 
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Durabilidade das Estruturas 
Exemplos das consequências do cobrimento inadequado 
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Durabilidade das Estruturas 
Exemplos de Pilares com armaduras expostas 
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Durabilidade das Estruturas 
Exemplo de Viga com armadura exposta 
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Durabilidade das Estruturas 
Exemplo de Viga com armadura exposta 
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Elevado do Joá 
Durabilidade das Estruturas 
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Viaduto Faria Timbó 
Durabilidade das Estruturas 
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Então, 
 
Para evitar a degradação precoce do concreto armado, 
temos que tomar medidas no projeto e na execução da 
estrutura: 
 
 Concreto com baixo fator água/cimento (menos poroso); 
 
 Cobrimento satisfatório (retarda as frentes de 
carbonatação e cloretos até a armadura); 
 
Durabilidade das Estruturas 
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 Limitação das aberturas das fissuras (permeabilidade); 
 
 Evitar congestionamento de barras nas armações 
(vibração satisfatória); 
 
Proteção física da estrutura contra impactos (danos 
superficiais ao concreto); 
 
Drenagem eficiente (acúmulo de água); 
 
Durabilidade das Estruturas 
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 Prevenção de acesso de inspeção e manutenção das 
partes das estruturas que têm menor vida útil (aparelhos 
de apoio, caixões, impermeabilizações, etc.); 
 
 Prevenção de espessura de sacrifício em regiões sob 
condições de exposição ambiental muito agressiva; 
 
 Definição de um plano de inspeção e manutenção 
preventiva. 
 
Durabilidade das Estruturas *