Aços para Concreto Armado

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3) Generalidades e Mecanismos de Deterioração

O aço empregado em barras nas peças de concreto armado é uma liga constituída

principalmente de ferro e carbono, à qual são incorporados outros elementos para melhoria

das propriedades. O aço é usado em conjunto com o concreto com a finalidade principal de

resistir aos esforços de tração, que não são suportados pelo concreto.

Segundo a NBR 6118:2014, a massa específica dos aços para concreto armado pode ser

tomada como γ=7850kg/m3. O valor do coeficiente de dilatação térmica do aço, para

intervalos de temperatura entre –20oC e 150oC, pode ser considerado de α=10-5/oC.

Alguns mecanismos de deterioração das armaduras de concreto armado são apontados pela

NBR 6118:2014 dentre os quais podem-se destacar:

Lixiviação por ação de águas que dissolvem e carreiam os compostos hidratados da

pasta de cimento.

Trata-se de um fenômeno mais comum em lajes de concreto armado com impermeabilização

deficiente segundo ilustra a Figura 10.

Figura 10 – Processo de lixiviação em laje de concreto armado.

Expansão por ação de águas e solos que contenham ou estejam contaminados com

sulfatos, dando origem a reações expansivas e deletérias com a pasta de cimento

hidratado;

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Expansão por ação das reações entre os álcalis do cimento e certos agregados

reativos;

Trata-se da chamada reação álcali-agregado (RAA) que consiste numa reação química lenta

entre constituintes do agregado e hidróxidos alcalinos, na presença de água. Esta reação

provoca o surgimento de um gel expansível causador de alto processo de fissuração em

estruturas de concreto armado conforme ilustra a Figura 11.

Figura 11 – Presença de reações álcali-agregado em blocos de fundação de edifícios.

Segundo a NBR 6118:2014 os mecanismos preponderantes de deterioração relativos à

armadura são:

Despassivação por carbonatação, ou seja, por ação do gás carbônico da atmosfera;

O teste de carbontação pode ser facilmente realizado através da aplicação de fenolftaleína que

reage formando-se cores distintas segundo o tipo de ambiente (ácido – incolor, neutro –

incolor ou básico (10<PH<8 – rosa, PH>10 – roxa). A Figura 12 ilustra este procedimento.

Figura 12 – Teste de fenolftaleína para medição de carbonatação do concreto.

Fonte: [http://cimentoitambe.com.br]

Despassivação por elevado teor de íon cloro (cloreto).

A presença de cloretos é preponderante em estruturas de concreto em ambiente marinho

(Figura 13).

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Figura 13 – Degradação das armaduras em ponte de concreto armado por ação de cloretos em

ambiente marinho.

Visando-se garantir a durabilidade, qualidade e proteção adequada das estruturas de concreto

armado, a NBR 6118:2014 estipula algumas diretrizes a serem seguidas pelo projetista,

iniciando-se pela determinação da classe de agressividade ambiental conforme a Tabela 1.

Tabela 1 – Classes de agressividade ambiental segundo a NBR 6118:2014.

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 Urbana1,2 Pequeno

III Forte Marinha1

Grande Industrial1,2

IV Muito Forte Industrial1,3

Elevado Respingos de maré

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 da estrutura protegidas de chuva em ambientes

predominantemente secos, ou regiões onde chove raramente.

3) Ambientes quimicamente agressivos, tanques industriais, galvanoplastia, branqueamento em indústrias de

celulose e papel, armazéns de fertilizantes, indústrias químicas.

Frente a classe de agressividade, deve-se garantir uma quantidade mínima de relação

água/cimento, resistência à compressão e cobrimento segundo as tabelas abaixo:

Tabela 2 – Qualidade do concreto frente a classe de agressividade segundo a NBR 6118:2014.

Concreto Tipo Classe de Agressividade

I II III IV

Relação a/c

em massa

CA ≤ 0,65 ≤ 0,60 ≤ 0,55 ≤ 0,45

CP ≤ 0,60 ≤ 0,55 ≤ 0,50 ≤ 0,45

Classe do

concreto

CA ≥ C20 ≥ C25 ≥ C30 ≥ C40

CP ≥ C25 ≥ C30 ≥ C35 ≥ C40

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Tabela 3 – Cobrimento do concreto frente a classe de agressividade segundo a NBR

6118:2014.

Tipo de

Estrutura Elemento

Classe de agressividade ambiental

I II III IV

Cobrimento nominal (mm)

Concreto

Armado

Laje 20 25 35 45

Viga/Pilar 25 30 40 50

Contato com

o Solo 30 40 50

Concreto

Protendido

Laje 25 30 40 50

Viga/Pilar 30 35 45 55

O cálculo do cobrimento nominal estipulado na Tabela 3 leva-se em consideração uma

tolerância de execução:

𝑐𝑛𝑜𝑚 = 𝑐𝑚𝑖𝑛 + ∆𝑐

onde: 𝑐𝑛𝑜𝑚 representa o cobrimento nominal, 𝑐𝑚𝑖𝑛 é o cobrimento mínimo e ∆𝑐 é a tolerância

de execução para o cobrimento cujo valor estipulado por norma é igual a 10mm.

Para garantir o cobrimento mínimo (𝑐𝑚𝑖𝑛), o projeto e a execução devem considerar o

cobrimento nominal (𝑐𝑛𝑜𝑚), que é o cobrimento mínimo acrescido da tolerância de execução

(∆𝑐).

Assim, as dimensões das armaduras e os espaçadores devem respeitar os cobrimentos

nominais, estabelecidos na Tabela 3, para ∆𝑐 = 10 mm.

Quando houver um controle adequado de qualidade e limites rígidos de tolerância da

variabilidade das medidas durante a execução, pode ser adotado o valor ∆𝑐 = 5 mm, mas a

exigência de controle rigoroso deve ser explicitada nos desenhos de projeto. Permite-se,

então, a redução dos cobrimentos nominais, prescritos na Tabela 3, em 5 mm.

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

sempre ser:

𝑐𝑛𝑜𝑚 ≥ 𝜙 𝑏𝑎𝑟𝑟𝑎

𝑐𝑛𝑜𝑚 ≥ 𝜙 𝑓𝑒𝑖𝑥𝑒 = 𝜙𝑛 = 𝜙. √𝑛

onde: 𝜙 𝑏𝑎𝑟𝑟𝑎 corresponde ao diâmetro da armadura longitudinal de tração e 𝜙 𝑓𝑒𝑖𝑥𝑒

corresponde ao diâmetro considerado do feixe de barras igual ao produto entre o diâmetro de

uma barra pela raiz quadrada do número de barras que compoem o feixe.

4) Comportamento Mecânico e Classificação

O comportamento mecânico do aço usado em armaduras de concreto armado pode ser

avaliado segundo o procedimento experimental determinado pela NBR 6892-1:2013

(Materiais metálicos – Ensaio de tração à temperatura ambiente).

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Basicamente utiliza-se um ensaio de tração direta efetuado em uma máquina de ensaios

universal cujos valores de alongamento da barra são representados por um relógio

comparador (extensômetro) ligado diretamente à barra conforme ilustra a Figura 14 abaixo.

O comportamento mecânico tensão-deslocamento pode ser verificado na Figura 15. Nota-se

que o comportamento mecânico pré-pico (antes que a tensão de escoamento seja atingida) á

basicamente elástico-linear e, portanto, condizente com a Lei de Hooke.

Uma vez atingida a tensão de escoamento, percebe-se a formação de um patamar de

escoamento cujos valores de deslocamento são acrescidos para um mesmo nível de carga e

tensão. O trecho pós-pico caracteriza-se por um pequeno acréscimo de tensão sob grande

variação de deslocamentos.

Na Figura 15, o valor 𝑓𝑦 corresponde a tensão de escoamento média obtida em ensaio.

Figura 14 – Ensaio de tração direta em barras do tipo CA com diâmetro de 20mm.

Figura 15 – Resultado de ensaio de tração direta em barras do tipo CA-60.

O diagrama simplificado tensão-deformação usado em projeto pode ser visualizado na Figura

16.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

Deslocamento (mm)

Ten

são

(k

N/

cm

2)

cp 01

cp 02

cp 03

Trecho elástico-linear

(pré-pico)

Patamar de escoamento Trecho pós-pico

fy

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Figura 16 – Diagrama tensão-deformação simplificado usado em projeto.

Onde:

𝜎𝑠 = tensão normal nas armaduras;

𝜀𝑠 = deformação normal nas armaduras;

𝑓𝑦𝑘 = tensão de escoamento característica das armaduras levando-se em consideração que

95% das amostras possuam resistência mínima condizente com o valor característico;

𝜀𝑠 = 10‰ (dez por mil) corresponde a deformação de ruptura utilizada em projeto;

𝐸𝑠 = 𝑡𝑔(𝛼) é o módulo de elasticidade longitudinal das armaduras cujo valor assumido pela

NBR 6118:2007, na falta de ensaios de caracterização, é de 210000MPa;

A norma brasileira NBR 7480:2007 (Aço destinado a armaduras para estruturas de concreto

armado – Especificação) informa as diretrizes relacionadas à classificação das armaduras

usadas em concreto armado.

Segundo as prescrições da norma, a tensão de escoamento característica varia entre varia entre

250 MPa (25 kN/cm2) e 600MPa (60 kN/cm2), sendo sua nomenclatura baseada neste limite

de escoamentosendo feita a notação da seguinte forma: CA–25, CA-50 ou CA-60 em que:

• CA: Tipo de concreto no qual será aplicado, sendo CA correspondente a concreto armado;

• 50: Limite de escoamento (fyk) em kN/cm2;

O aço é vendido em forma de barras (para aços com φ ≥ 5mm) e fios (φ ≤10mm). Os fios são

vendidos em rolos e as barras possuem comprimento variando entre 10 e 12 m, sendo limitado

por norma o valor de 11,00 m ± 9%.

As Tabelas 4 e 5 apresentam as características dos fios e barras mais utilizados no mercado

brasileiro.

𝜎𝑠

𝜀𝑠

𝜀𝑦𝑘 10‰

𝑓𝑦𝑘

𝛼

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Tabela 4 – Características dos fios usados em estruturas de concreto armado segundo a NBR

7480:2007.

Diâmetro nominal φ

(mm)

Área de seção

(mm2)

Massa nominal

(kg/m) Perímetro (mm)

2,4 4,5 0,036 7,5

3,4 9,1 0,071 10,7

3,8 11,3 0,089 11,9

4,2 13,9 0,109 13,2

4,6 16,6 0,130 14,5

5,0 19,6 0,154 15,7

5,5 23,8 0,187 17,3

6,0 28,3 0,222 18,8

6,4 32,2 0,253 20,1

7,0 38,5 0,302 22,0

8,0 50,3 0,395 25,1

9,0 70,9 0,558 29,8

10,0 78,5 0,617 31,4

Tabela 5 – Características das barras usadas em estruturas de concreto armado segundo a

NBR 7480:2007.

Diâmetro nominal φ

(mm)

Área de seção

(mm2)

Massa nominal

(kg/m) Perímetro (mm)

6,3 31,2 0,245 19,8

8,0 50,3 0,395 25,1

10 78,5 0,617 31,4

12,5 122,7 0,963 39,3

16 201,1 1,578 50,3

20 314,2 2,466 62,8

22 380,1 2,984 69,1

25 490,9 3,853 78,5

32 804,2 6,313 100,5

40 1256,6 9,865 125,7

BIBLIOGRAFIA CONSULTADA

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 6118: Projeto de estruturas

de concreto: procedimento. Rio de Janeiro, 2014. 238 p.

______. NBR 7480: Aço destinado a armaduras para estruturas de concreto armado -

Especificação. Rio de Janeiro, 2007. 13 p.

______. NBR 6892-1: Materiais metálicos – Ensaio de tração à temperatura ambiente. Rio de

Janeiro, 2013. 70 p.

GAMINO, A.L., Modelagem física e computacional de estruturas de concreto reforçadas com

CFRP. Tese de Doutorado, Escola Politécnica da Universidade de São Paulo, 2007, 259p.