capÍtulo 1: materiais e caracterÍsticas bÁsicas ouro preto, 2015/1 universidade federal de ouro...

CAPÍTULO 1: MATERIAIS E CARACTERÍSTICAS BÁSICAS

Ouro Preto, 2015/1

Universidade Federal de Ouro Preto - Escola de MinasDepartamento de Engenharia Civil

CIV620-Construções de Concreto ArmadoCurso: Arquitetura e Urbanismo

Rovadávia Aline Jesus Ribas

1. Normas técnicas

2. Concreto simples

3. Composição e características mecânicas

4. Aços para concreto armado

5. Características mecânicas

6. Concreto armado

7. Fundamentos do comportamento conjunto dos materiais

8. Concreto protendido

9. Exercícios

1. Normas técnicas

2. Concreto simples

3. Composição e características mecânicas

4. Aços para concreto armado

5. Características mecânicas

6. Concreto armado

7. Fundamentos do comportamento conjunto dos materiais

8. Concreto protendido

9. Exercícios

Plano de aula

ABNT NBR 6118:2014 - Projeto de estruturas de concreto armado – Procedimento

ABNT NBR 6120:1980 - Cargas para o cálculo de estruturas de edificações – Procedimento

ABNT NBR 7480:2007 - Aço destinado a armaduras para estruturas de concreto armado – Especificação

ABNT NBR 8681:2003 - Ações e segurança nas estruturas – Procedimento

ABNT NBR 14931:2004 - Execução de estruturas de concreto – Procedimento

ABNT NBR 7191:1982 - Execução de desenhos para obras de concreto simples ou armados

ABNT NBR 5732:1991 – Cimento Portland comum

ABNT NBR 12655:2006 – Concreto de cimento Portland – Preparo, controle e recebimento – Procedimento

Concreto: normas técnicas

Concreto simples

O concreto é o material de construção mais utilizado no mundo!

Porque?

Excelente resistência à água Facilidade com que os elementos estruturais são moldados Material mais barato e disponível no canteiro

Concreto simples: composição

argamassa

pasta

Concreto simples

Aplicações:

Cimento + água + Agregado miúdo + Agregado graúdo

Não tem armadura ou, se tiver, ela é inferior à taxa mínima.

- blocos, tubulões- barragens- pisos compactados

Conceitos introduzidos pela norma NBR 6118

Valor característico: Ao invés de tensões de ruptura estimada como a média aritmética dos resultados, aplica-se o conceito de valor característico, que é o valor que apresenta uma probabilidade prefixada de não se ultrapassar no sentido desfavorável.

O coeficiente de segurança é substituído pelo coeficiente de ponderação de resistência e coeficiente de ponderação das ações.

O conceito de tensão admissível é substituído pelo conceito de tensão admissível de cálculo ( fd ; d : design = projeto).

Conceito Antigo Conceito Novo

Tensão média: c, t Tensão característica do material: fk

Tensão admissível: Tensão admissível de cálculo: fdCoeficiente de segurança: Coef. de ponderação de resistência do material:

tc ,

/R dkm ff /

Concreto simples: características mecânicas

mkd ff /


1. Massa específica do concreto simples (conc)

Se a massa específica real não for conhecida, para efeito de cálculo, pode-se adotar para o concreto simples o valor 2400 kg/m3 (conc = 24 kN/m3).

A resistência à compressão (fc) é obtida em ensaios de cilindros moldados segundo a norma NBR 5738, realizados de acordo com a norma NBR 5739. Quando não for indicada a idade do concreto exigida para os ensaios, as resistências são obtidas para a idade de 28 dias.

2. Resistência à compressão (fc)

Depois de endurecido, o concreto apresenta razoável resistência à compressão e baixa resistência à tração (a resistência à tração é da ordem de 1/10 da resistência à compressão).

fck = resistência característica do concreto à compressão. É o valor da resistência que tem 5% de probabilidade de não ser alcançado nos ensaios de corpos de prova de um determinado lote de concreto

Em função da resistência característica do concreto à compressão (fck), a norma NBR 8953 divide os concretos nas classes I e II.

Classe I: C10, C15, C20, C25, C30, C35, C40, C45, C50 fck = 50 MPa Classe II: C55, C60, C70, C80

fcm = resistência média à compressão (média aritmética dos valores de fc) para o conjunto de corpos de prova ensaiados

s = desvio-padrão (distância entre a abscissa de fcm ao ponto de inflexão da curva)


sff cmck 65,1

s

Pode ser obtida por 3 ensaios diferentes, segundo as normas NBR 7222 e NBR 12142:

- Tração direta- Compressão diametral- Tração na flexão

3. Resistência à tração (fct)

Na falta de ensaios, as resistências à tração direta podem ser obtidas a partir da resistência à compressão.

3/23.0 ckctm ff

ctmctk ff 7.0inf,

ctmctk ff 3.1sup, Cada um desses valores é utilizado em situações específicas.


[MPa]

4. Módulo de elasticidade (Ec)

Eci = módulo de elasticidade tangente inicial

O módulo de elasticidade deve ser obtido segundo ensaio descrito na norma NBR 8522. Quando não forem feitos ensaios e não existirem dados mais precisos sobre o concreto na idade de 28 dias, pode-se estimar o valor do módulo de elasticidade:

ckci fE 5600

Na avaliação do comportamento de um elemento estrutural ou seção transversal pode ser adotado um módulo de elasticidade único, à tração e à compressão, igual ao módulo de elasticidade secante (Ecs).

cics EE 85,0


[MPa]

σ

5. Coeficiente de Poisson () e Módulo de elasticidade transversal (Gc)

Quando uma força uniaxial é aplicada sobre uma peça de concreto, resulta uma deformação longitudinal na direção da carga e uma deformação transversal com sinal contrário.

A relação entre a deformação transversal e a longitudinal é denominada coeficiente de Poisson. Para tensões de compressão menores que 0,5 fc e tensões de tração menores que fct, o coeficiente de Poisson pode ser tomado como igual a 0,2 e o módulo de elasticidade transversal Gc igual a 0,4 Ecs (módulo de elasticidade secante).


csc EG 4,0 = 0,2

1. Retração: fenômeno de redução espontânea de volume que ocorre no concreto, mesmo na ausência de tensões mecânicas e de variações de temperatura.

Causa principal: perda de água (que não reagiu com o cimento durante o processo de cura do concreto) por meio de evaporação.

2. Fluência: é o fenômeno de aumento gradual da deformação ao longo do tempo, sob um dado nível de tensão constante.

Os valores da deformação específica de retração e do coeficiente de fluência são encontrados na tabela 8.1 da NBR 6118 ou, para casos mais precisos, utiliza-se o anexo A dessa norma.

Concreto simples: propriedades reológicas

Um diagrama tensão-deformação idealizado pode ser empregado para análises no estado limite último, onde é suposto que a variação de tensões no concreto ocorre de acordo com o diagrama parábola-retângulo, definido com a seguinte tensão máxima:

cdc f 85,0

Concreto simples: diagrama tensão-deformação

σc = tensão máxima do concreto; εc = defomação específica do concreto;

fcd = resistência à compressão de cálculo do concreto

Categorias dos açosNos projetos de estruturas de concreto armado deve ser utilizado aço classificado pela NBR 7480:2007 – Aço destinado a armaduras para estruturas de concreto armado – Especificação.

Barras: ≥ 5 mm (obtidas por laminação a quente)

Fios: 10 mm (obtidos por trefilação - tratamento a frio - ou processo equivalente, como por exemplo estiramento)

O aço usado na armação do concreto recebe sua nomenclatura de acordo com o valor característico da resistência ao escoamento:

Categoria fyk (MPa)

CA-25 250

CA-50 500

CA-60 600

Aços para concreto armado

Diâmetros

Os diâmetros ( em mm) padronizados pela NBR 7480 são:

O comprimento normal de fabricação de barras e fios é de 12m, com tolerância de 1%.


Superfícies

a) Lisas


b) Nervuradas (saliências ou mossas)

c) Entalhadas


Aços da categoria CA-25: superfície obrigatoriamente lisas

Aços da categoria CA-50: superfície com nervuras transversais

Aços da categoria CA-60: fios lisos, entalhados ou com nervuras


No aço que recebe tratamento a quente (T>720°C), ocorre homogeneização e recristalização com redução do tamanho dos grãos, que melhoram as características mecânicas do material. O aço possui melhor trabalhabilidade, aceita solda comum, possui diagrama tensão-deformação com patamar de escoamento, e resiste a incêndios moderados, perdendo resistência, apenas, em temperaturas acima de 1150 oC. São classificados como aços CA-25 e CA-50A.

O tratamento a frio (T<720°C) consiste na deformação dos grãos por meio de tração, compressão ou torção, e resulta no aumento da resistência mecânica e dureza, e diminuição da resistência à corrosão e ductilidade (decréscimo do alongamento e da estricção). Os grãos permanecem deformados e diz-se que o aço está encruado, torna-se mais difícil a solda. O diagrama tensão-deformação apresenta patamar de escoamento convencional. Desse grupo faz parte o aço CA-60B.

Diagrama tensão-deformação

Segundo a NBR 6118 (item 8.3.6), para cálculo nos estados-limites pode-se utilizar um diagrama simplificado, para os aços com ou sem patamar de escoamento. O diagrama é válido para intervalos de temperatura entre – 20ºC e 150ºC e pode ser aplicado para tração e compressão.


fyk: resistência característica do aço à tração

fyd: resistência de cálculo do aço à tração, igual a fyk / 1,15

fyck: resistência característica do aço à compressão; se não houver determinação experimental: fyck = fyk

fycd: resistência de cálculo do aço à compressão, igual a fyck /1,15

: deformação específica de escoamento (valor de cálculo), igual a fyd /Es

yd

O diagrama representa um material elastoplástico perfeito.

As deformações últimas (εs) são limitadas a 10 ‰ (10 mm/m) para a tração (alongamento), e 3,5 ‰ para a compressão (encurtamento).

Esse encurtamento é fixado em função dos valores máximos adotados para o material concreto.


1. Massa específica: O aço para armadura passiva tem massa específica de 7850 kg/m3

2. Coeficiente de dilatação térmica: α = 10-5 /oC para -20 oC < T < 150 oC

3. Módulo de elasticidade: na falta de ensaios ou valores fornecidos pelo fabricante, o módulo de elasticidade do aço pode ser admitido igual a 210 GPa

Aços para concreto armado: características mecânicas

CONCRETO SIMPLES + ARMADURA PASSIVA (barras/fios de aço)

Viabilidade do uso do concreto armado: Trabalho solidário (aderência) entre aço e concreto

Viga de concreto simples

Viga de concreto armado

ruptura

Aço resiste melhor à tração

Concreto armado

A primeira teoria consistente sobre o dimensionamento das peças de concreto armado surgiu em 1902, por E. Mörsch, engenheiro e 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

No Brasil: Rio de Janeiro: Construção de galerias de água em cimento armado (1901), casas e sobrados (1904); ponte na Rua Senador Feijó, com vão de 5,4 m (1909); ponte com 9 m de vão com projeto e cálculo de François Hennebique (1908).

Concreto armado

São Paulo: ponte com 28 m de comprimento, na Av. Pereira Rebouças sobre o Ribeirão dos Machados (1910 - existe ainda hoje em ótimo estado de conservação); Edifício “A Noite” (1928, com 22 pavimentos, o mais alto do mundo em concreto armado, com 102,8 m de altura, projeto de Emílio Baumgart). A partir de 1924 os cálculos estruturais passaram a ser feitos no Brasil, com destaque para o engenheiro Emílio Baumgart.

É moldável, permitindo grande variabilidade de formas e de concepções arquitetônicas.

Apresenta boa resistência à maioria dos tipos de solicitações, desde que seja feito um correto dimensionamento e um adequado detalhamento das armaduras.

A estrutura é monolítica, fazendo com que todo o conjunto trabalhe quando a peça é solicitada.

Baixo custo dos materiais - água e agregados graúdos e miúdos.

Baixo custo de mão-de-obra, pois em geral não exige profissionais com elevado nível de qualificação.

Processos construtivos conhecidos e bem difundidos em quase todo o país.

Concreto armado: vantagens

Concreto armado: vantagens

Continuação....

Facilidade e rapidez de execução, principalmente se forem utilizadas peças pré-moldadas.

O concreto é durável e protege a armação contra a corrosão.

Os gastos de manutenção são reduzidos, desde que a estrutura seja bem projetada e adequadamente construída.

O concreto é pouco permeável à água, quando executado em boas condições de plasticidade, adensamento e cura.

É um material seguro contra fogo, desde que a armadura seja convenientemente protegida pelo cobrimento.

É resistente a choques e vibrações, efeitos térmicos, atmosféricos e desgastes mecânicos.

Peso próprio elevado, em torno de 25 kN/m3 (2,5 ton/m3)

Custo de formas para moldagem

Dificuldade de reformas e adaptações

Fissuração aparente

Fragilidade

Corrosão das armaduras

Concreto armado: desvantagens

1. Aderência entre concreto e aço

Aderência é o fenômeno que permite o funcionamento do concreto armado como material estrutural. Sem aderência, as barras da armadura não seriam submetidas aos esforços de tração, pois deslizariam dentro da massa de concreto, e a estrutura se comportaria como sendo apenas de concreto simples. A aderência faz com que os dois materiais, de resistências diferentes, tenham a mesma deformação e trabalhem juntos, de modo que os esforços resistidos por uma barra de aço sejam transmitidos para o concreto e vice-versa.

Concreto armado: fundamentos do comportamento conjunto dos materiais

Materiais com coeficiente de dilatação térmica próximos

α conc situa-se entre (0,9 e 1,4) x 10-5 /ºC (valor utilizado = 1,0 x 10-5 /ºC)

α aço =1,0 x 10-5 /ºC

O concreto protege o aço (armadura) da oxidação por:• Proteção física: devido ao cobrimento; as armaduras não ficam

expostas ao meio ambiente, o que as levaria à oxidação; por isso, atenção especial deve ser dada ao cobrimento das peças, que deve ser o mais uniforme e homogêneo possível.

• Proteção química: o concreto, por ser um meio alcalino, inibe a oxidação das armaduras.

2. Coeficiente de dilatação térmica

3. Proteção contra a corrosão


4. Estanqueidade e isolamento térmico e acústico

A estanqueidade (impermeabilidade à água) é obtida, em geral, com o uso de aditivos impermeabilizantes e cuidadosa vibração do concreto fresco. No entanto, uma peça de concreto com baixo fator água-cimento (0,4 a 0,5), cuidadosa granulometria e espessura mínima de 20 cm para a região comprimida do elemento estrutural, possui boa estanqueidade.

Comparados com outros materiais de construção, o concreto é um mal isolante térmico, sendo recomendável, principalmente nas coberturas, seu revestimento com material que melhore seu isolamento térmico e a impermeabilização (manta refletiva composta de Kraft reforçado por uma trama de fios selada em ambas as faces por folha de alumínio).

O concreto é um bom isolante acústico para ruídos aéreos, pois as ondas sonoras de baixa energia, trazidas pelo ar, não faz o concreto vibrar de forma sensível, não propagando a onda sonora. No caso de ruídos produzidos pelo contato direto com o concreto, por exemplo, o ruído de um móvel sendo arrastado, o concreto é um mau isolante acústico, pois o concreto diretamente provocado, vibra com maior intensidade transmitindo barulho, sendo aconselhável a utilização de revestimentos capazes de absorver som em pisos de concreto.


CONCRETO SIMPLES + ARMADURA ATIVA

Da NBR 6118 (item 3.1.6):

Armadura ativa (de protensão): constituída por barra, fios isolados ou cordoalhas, destinada à produção de forças de protensão, isto é, na qual se aplica um pré-alongamento inicial.

Os aços da armadura ativa tem propriedades mecânicas ≠ daqueles usados na armadura passiva.

Concreto protendido

Aplicações: Elementos pré-moldados Lajes de grandes vãos Vigas de grandes vãos

Limitações: Alto custo Equipamentos especiais Menor flexibilidade arquitetônica etc

Concreto protendido

EXERCÍCIOS

capÍtulo 1: materiais e caracterÍsticas bÁsicas ouro preto, 2015/1 universidade federal de ouro...

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