Introdução as Estruturas de Concreto 26-2

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BEM-VINDOS NOSSO CURSO DE ESTRUTURAS!
Enfim chegou à matéria mais esperada pelos Alunos.
Quando unimos conceitos básicos envolvidos nestas disciplinas, entendemos que as estruturas de concreto armado são diretamente ligadas resistência dos materiais e teoria das estruturas.
 Ex.: Tensão em N/m² = Força em N / Área em m²
Carregamento distribuído sobre viga bi apoiada submetida as leis da estática.
 
1 - Breve Histórico do Concreto
Em 1824, o construtor inglês Joseph Aspdin queimou conjuntamente pedras calcárias e argila, transformando-as num pó fino. 
Percebeu que obtinha uma mistura que, após secar, tornava-se tão dura quanto as pedras empregadas nas construções. 
A mistura não se dissolvia em água e foi patenteada pelo construtor no mesmo ano, com o nome de cimento Portland, que recebeu esse nome por apresentar cor e propriedades de durabilidade e solidez semelhantes às rochas da ilha britânica de Portland. (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE CIMENTO PORTLAND, 2005)
O Cimento Portland teve produção industrial iniciada em 1850;
Primeira associação entre um metal e uma argamassa foi em 1770, em Paris. Associou-se ferro com pedra para formar vigas como as modernas, com barras longitudinais na tração e barras transversais ao cortante.
Dintéis (Parte superior das portas e janelas. 
Verga) da Igreja de Saint-Genevieve em Paris, 
também conhecida por Le Pantheon em 1770. 
Armaduras envolvidas por concreto primitivo de
cal hidráulica, em 1770, em dintéis estruturais. 
 http://estruturandocivil.blogspot.com/2015/05/primeiras-obras-e-o-pai-do-concreto.html
Cimento armado surgiu na Franca, no ano de 1849,
com o barco, do francês Lambot.
O barco foi construído com telas de fios finos de ferro, preenchidas com argamassa.
Em 1861, o francês, Mounier, fabricou uma enorme quantidade de vasos de flores de argamassa de cimento com armadura de arame, e depois reservatórios e uma ponte com vão de 16,5 m.
 
 Barco, do francês Lambot. Ponte de Mounier
Foi o início do que hoje se conhece como “Concreto Armado”. 
Até cerca do ano de 1920 o concreto armado era chamado de “cimento armado”.
Em 1850, o norte americano Hyatt fez uma série de ensaios e vislumbrou a verdadeira função da armadura no trabalho conjunto com o concreto.
De seus ensaios Hyatt obteve conclusões:
· O concreto deve ser considerado como um material de construção resistente ao fogo;
· Para que a resistência ao fogo possa ser garantida, o ferro deve estar totalmente envolvido por concreto;
· O funcionamento em conjunto do concreto com ferro chato ou
redondo é perfeito e constitui uma solução mais econômica do que com o uso de perfis "I" como armadura;
· O coeficiente de dilatação térmica dos dois materiais é suficientemente igual;
· A relação dos módulos de elasticidade deve ser adotada igual a 20;
· Concreto com ferro do lado tracionado presta-se não somente para estruturas de edificações como também para construções de abrigos.
A primeira teoria realista e consistente sobre o dimensionamento das peças de Concreto Armado surgiu com uma publicação, em 1902, de Emil Morsch.
Suas teorias resultaram de ensaios experimentais, dando origem as primeiras normas para o cálculo e construção em Concreto Armado. 
A treliça clássica de Morsch e uma das maiores invenções
em Concreto Armado.
2- Conceitos Iniciais Fundamentais: 
Qual o seu peso? 
Lembrou da época da escola?
Se respondeu seu 70 Kg....errou! - 70 Kg é sua massa.
Peso = Massa x Aceleração da gravidade 
Para facilitar utilizamos 10 m/s² ao invés dos 9,80665 m/s².
Seu peso é 700 N P = 70 kg x 10 m/s² = 700 kg .m/s²
Pulo do Gato 
 
De N para Kg Divide por 10 Ex: 700N = 70 Kgf
De Kg para N Multiplica por 10 Ex: 80 Kgf = 800 N
k = 1000 1 kN = 1000 N 100 Kgf
À medida que o curso for andando, vamos relembrando outros conceitos.
Como vimos lá no Início (Tensão) 
Agora sabemos que força é dada em N ou kN e área em m² ou cm².
A unidade de Tensão poderá ser encontrada de diferentes formas:
MPa (Mega Pascal) , kN/m² ou kN/cm²
3 - Concreto 
Concreto e suas propriedades já foi estudado em materiais de construção, porém apenas relembrando os conceitos básicos: 
 
Chamamos de concreto, a mistura homogênea formada por cimento, agregado graúdo, agregado miúdo, água e quando necessário aditivos.
 Fonte: Cimento Itambé
O concreto apresenta certas propriedades em seu estado fresco, que interferem em seu estado endurecido, onde o cimento exercendo a função de aglomerante hidráulico, juntamente com os agregados e basicamente água, após a mistura endurecida tem como resultado a reprodução de uma rocha artificial, onde se busca resistência a compressão.
 
 Fonte: Cimento Itambé Fonte: Cimento Itambé
 Resistência a Tração
O concreto tem baixa resistência a Tração.
Essa resistência gira em torno de 10% da resistência a Compressão.
Concreto (C) C-20 que tem resistência a compressão de 20 Mpa
Sua resistência a tração seria de aproximadamente 2 MPa
 
Compressão 20 MPa Tração 2 MPa
ANALISANDO UMA VIGA DE CONCRETO 
Fonte: Linkedin – Paulo Nishikawa
Durante a flexão de uma viga bi apoiada, as fibras superiores são comprimidas. Já as inferiores são destendidas.
Tecnicamente, temos um efeito binário entre a biela superior e a biela inferior.
O Concreto resiste bem a compressão. Mas e a Tração?
A Tração será suportada por barras de Aço.
Quando incluímos barras de aço exercendo a função de armadura passiva, chamamos de concreto armado.
Passiva porque está em estado natural(frouxo) dentro do concreto ao contrário do concreto protendido onde as barras ou cabos são pré tensionados.
Fonte: gerador de preços
Aderência
O que garante o trabalho do concreto armado é a aderência. O trabalho conjunto entre o aço e o concreto é item fundamental para que exista resistência e não aconteça escorregamento da armadura(aço).
Um fator fundamental para garantir a aderência é o adensamento do concreto que deve ser feito com a melhor técnica.
O adensamento de concreto consiste na movimentação do material em questão, tendo a finalidade de diminuir o número de vazios, bolhas de ar e excesso de água do interior da massa, de tal forma que se obtenha um concreto denso e compacto. (Tecnosil 2017)
A aderência pode ser mecânica (devido as nervuras), física (devido ao atrito) e química (adesão).
	
4 - SEGURANÇA EM ESTRUTURAS (NBR 8681)
Valores de cálculo das ações
Os valores de cálculo das ações são obtidos a partir dos valores representativos, multiplicando-os pelos respectivos coeficientes de ponderação γf. (Majoração)
Md = γf x Mk
Md Momento que será utilizado no cálculo estrutural
Mk Momento característico, resultado do cálculo do momento máximo no esquema estático.
Tabela de Coeficientes de Ponderação (NBR 6118)
Coeficientes de Segurança
Os principais materiais que compõem o concreto armado são o aço e o concreto simples. Ocorre que devido a variabilidade na composição e fabricação desses materiais precisamos adotar coeficientes de segurança para que não haja falha em sua utilização.
Os coeficientes de segurança adotados para o concreto γc e para o aço γs, onde a letra “s” de “steel” e letra “c” de “concrete” são os que mais utilizaremos em nossa matéria.
γc = 1,4 
γs = 1,15 
Pulo do Gato 
Fck = Resistência característica do concreto (natural)
Fcd = Resistência de Projetodo concreto (d design)
Fyk = Resistência característica do Aço (natural)
Fyd = Resistência de Projeto do Aço (d design)
Conclusão relativo à segurança:
Devemos majorar os esforços e minorar a resistência dos materiais:
Ex.: O concreto C-25 tem resistência de 25 MPa, mas no projeto estrutural será considerado 25/1,4 = 17,86 Mpa
Ex.: O aço CA-50 tem resistência de 50 kN/cm², mas no projeto estrutural será considerado 50/1,15 = 43,48 kN/cm²
Tudo isso nos arremete a um assunto muito importante no que diz respeito a segurança em estruturas.
E.L.U.
Estado Limite Último Sua definição completa se encontra o item 10.3 da NBR 6118/2014, mas em resumo diz respeito ao esgotamento capacidade resistente da estrutura, estabilidade, colapso entre outros.
Pergunta: Uma construção pode atingir seu estado limite último?
Nós Calculistas temos que prever inúmeras falhas, fenômenos e possibilidades.
 Resultante = 0
 Esforço = 100 Resistências dos Materiais = 100E.L.U.
 
 Esforço de Projeto Resistência de Projeto (concreto) 
 100 x 1,4 = 140 Diferença = 68,5 100 / 1,4 = 71,5
 Estado Limite de Serviço
Diferente do E.L.U é voltado para a utilização da construção.
Enquanto o primeiro se preocupa com a solidez da construção propriamente dita o E.L.S se preocupa com a durabilidade, estética e efeitos indesejáveis nas peças de concreto armado.
Segundo a NBR-6118/2014
10.4 Estados-limites de serviço (ELS)
Estados-limites de serviço 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.
Obs.: A segurança das estruturas de concreto pode exigir a verificação de alguns estados-limites de serviço definidos na Seção 3.
Neste curso utilizaremos basicamente 3 Estados Limite de Serviço.
Nos preocuparemos com formação de fissuras, flexas excessivas e vibrações excessivas.
 
 https://www.quartzolit.weber/blog/veja-como-resolver-rachaduras-na-laje https://lajesreal.blog/2018/10/08/erros-no-escoramento/
Segundo a NBR-6118/2014:
ELS-DEF (estado-limite de deformações excessivas)
Estado em que as deformações atingem os limites estabelecidos para a utilização normal, dados em
13.3 (ver 17.3.2)
ELS-F (estado limite de formação de fissuras)
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 fct,f (ver 13.4.2 e 17.3.4)
fct,f – resistência do concreto à tração na flexão
ELS-VE (estado limite de vibrações excessivas)
estado em que as vibrações atingem os limites estabelecidos para a utilização normal da construção
5 -Cobrimento
Cobrimento
Para que haja durabilidade em uma estrutura de concreto armado precisamos estar atentos com o cobrimento das armaduras. 
A NBR 6118/2014 no item 5.1.2.3 diz que Durabilidade consiste na capacidade de 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.
Passivação das armaduras 
A elevada alcalinidade (PH entre 12,5 e 13,5) da solução aquosa dos poros do concreto favorece a formação e manutenção ter um filme de oxido aderente à superfície do aço ponto que evita a dissolução anódica dos íons ferrosos portanto passiva o aço. 
Quando o filme de passivação não é formado ou é enfraquecido e destruído, pode haver corrosão.
(FARIAS e TEZUCA, 1992)
À NBR-6118, enumera os mecanismos de deterioração das armaduras em seu item 6.3.3 - Mecanismos preponderantes de deterioração relativos à armadura:
6.3.3.1 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.
6.3.3.2 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.
6.4 Agressividade do ambiente (Segundo a NBR 6118/2014)
6.4.1 A agressividade do meio ambiente está relacionada às ações físicas e químicas que atuam sobre as estruturas de concreto.
6.4.2 Nos projetos das estruturas correntes, a agressividade ambiental deve ser classificada de acordo com o apresentado na Tabela 6.1 e pode ser avaliada, simplificadamente, segundo as condições de exposição da estrutura ou de suas partes.
 Fonte: NBR-6118 /2014
Após a definição do Grau de agressividade, devemos definir sua resistência através da tabela pertencente a NBR-6118
 
 Fonte: NBR-6118 /2014
E por fim definir o cobrimento através da tabela abaixo:
 Fonte: NBR-6118 /2014
6 – Ações em Estruturas
Qual carga considerar para o carrinho Vermelho?
Infraestrutura
Segundo à NBR-8186:2003:
Ações: Causas que provocam esforços ou deformações nas estruturas. Do ponto de vista prático, as forças e as deformações impostas pelas ações são consideradas como se fossem as próprias ações. 
Ações permanentes: Ações que ocorrem com valores constantes ou de pequena variação em torno de sua média, durante praticamente toda a vida da construção. 
 
Ações variáveis: Ações que ocorrem com valores que apresentam variações significativas em torno de sua média, durante a vida da construção.
 Peso próprio
Cargas Permanentes Diretas Equipamentos fixos
 
 Indiretas deformações por retração
 deformação lenta (fluência) , deslocamentos de apoio;
 imperfeições geométricas
 protensão.
 Cargas Variáveis Ação do vento e da chuva
 (sobrecargas)		 Diretas Cargas Acidentais (uso)
													 (pessoas, mobiliário, veículos, materiais diversos, etc.).
 
 Indiretas Variação de temperatura 
 vibrações
 choques 
 
Ações Excepcionais
 
A NBR 8681/84 define ações excepcionais como “As que têm duração extremamente curta e muito baixa probabilidade de ocorrência durante a vida da construção, mas que devem ser consideradas nos projetos de determinadas estruturas... 
Consideram-se como excepcionais as ações decorrentes de causas tais como explosões, choques de veículos, incêndios, enchentes ou sismos excepcionais.”
A notação que utilizamos para ações (cargas) permanentes é a letra “G”. Ex.: Gpp – Ação permanente de peso próprio
Parte da Tabela de Cargas Permanentes da NBR 6120Fonte: NBR-6120:2019
Devemos atribuir as cargas variáveis (Q) sobre a laje segundo a tabela 10 da NBR-6120:2019.
Fonte: adaptado da tabela 10 da NBR-6120:1019
7) Vão Efetivo - Lajes ou placas
Segundo a NBR 6118:2014, quando os apoios puderem ser considerados suficientemente rígidos quanto à translação vertical, o vão efetivo deve ser calculado pela seguinte expressão:
Os valores de e , em cada extremidade do vão, podem ser determinados pelos valores apropriados de ai definidos na Figura 14.5.
 Fonte: NBR-6118:2014
Planta de Fôrmas
8) Módulo de Elasticidade - Ec
O valor da elasticidade do concreto cresce com a idade, assim como a resistência à compressão também aumenta com o tempo, mas a elasticidade aumenta em velocidade menor que a resistência.
O módulo de elasticidade é influenciado pelo módulo de elasticidade do tipo de agregado graúdo.
Gráfico Tensão-deformação
8.2.8 Módulo de elasticidade (NBR-6118:2014)
O módulo de elasticidade (Eci) deve ser obtido segundo o método de ensaio estabelecido na ABNT NBR 8522, sendo considerado nesta Norma o módulo de deformação tangente inicial, obtido aos 28 dias de idade.
Quando não forem realizados ensaios, pode-se estimar o valor do módulo de elasticidade inicial usando as expressões a seguir:
Módulo de elasticidade tangente
Módulo de elasticidade secante
 .
 = 1,2 para basalto e diabásio
 = 1,0 para granito e gnaisse
 = 0,9 para calcário
 = 0,7 para arenito
Laje de Concreto Armado
As lajes são também chamadas elementos de superfície, ou placas.
As lajes podem receber concentradas (Equipamentos de telecomunicações, refrigeração, cofre entre outros), lineares (paredes) e distribuídas (peso próprio, revestimento, sobrecargas).
O processo de cálculo das lajes maciças apresentado é aquele que foi desenvolvido no século passado, onde os esforços solicitantes atuantes e as flechas são determinados segundo a Teoria das Placas, desenvolvida com base na Teoria da Elasticidade. O cálculo é feito com auxílio de tabelas e pode ser desenvolvido manualmente, sem auxílio de programas computacionais. Tem o aval da NBR 6118/20142 e aplicação segura, demonstrada por milhares de edificações já executadas.
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Resistência dos Materiais
Teoria das Estruturas
Estruturas de Concreto
Professor Esp. Luiz Claudio P. dos Santos
Eng. Civil
Inspetor Técnico do CREA Regional Serrana
Inspetor Administrativo do CREA Barra da Tijuca
Diretor na AEANF
Voluntário na Defesa Civil