concreto armado

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Universidade Estadual de Maringá Centro de Tecnologia Departamento de Engenharia Civil O aço para concreto armado O concreto Estruturas de Concreto Armado O concreto “armado” João Dirceu N. Carvalho Maringá, DEC/UEM, 2009

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Concreto armado

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Page 1: Concreto Armado

Universidade Estadual de MaringáCentro de Tecnologia

Departamento de Engenharia Civil

O aço para concreto armado

O concreto

Estruturas de Concreto Armado

O concreto “armado”

João Dirceu N. Carvalho

Maringá, DEC/UEM, 2009

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Sumário

1 O aço para concreto armado..................................................................................................................1

1.1 A produção do aço para concreto armado......................................................................................1 1.1.1 A aciaria .................................................................................................................................1 1.1.2 A laminação............................................................................................................................1 1.1.3 A trefilação ou a laminação a frio ..........................................................................................2

1.2 NBR 7480 - Armaduras para concreto armado..............................................................................3 1.2.1 Características dos fios e barras..............................................................................................3 1.2.2 Requisitos de propriedades mecânicas de tração e de dobramento ........................................5

1.3 NBR 6118 - Propriedades dos aços de armaduras passivas. ..........................................................6 1.3.1 Massa específica.....................................................................................................................7 1.3.2 Coeficiente de dilatação térmica.............................................................................................7 1.3.3 Módulo de elasticidade...........................................................................................................7 1.3.4 Diagrama tensão-deformação, resistência ao escoamento e à tração .....................................7

2 O concreto .............................................................................................................................................9

2.1 Introdução ......................................................................................................................................9 2.1.1 Agregados graúdos: a brita .....................................................................................................9 2.1.2 Agregados miúdos: a areia ...................................................................................................11 2.1.3 A água...................................................................................................................................11 2.1.4 O aglomerante: cimento portland .........................................................................................12 2.1.5 O concreto ............................................................................................................................14

2.2 Classes de Concreto .....................................................................................................................16 2.2.1 Massa específica...................................................................................................................16 2.2.2 Coeficiente de dilatação térmica...........................................................................................17 2.2.3 Resistência à compressão .....................................................................................................17 2.2.4 Resistência à tração ..............................................................................................................20 2.2.5 Módulo de elasticidade.........................................................................................................22 2.2.6 Coeficiente de Poisson e módulo de elasticidade transversal...............................................23 2.2.7 Diagramas tensão-deformação .............................................................................................23

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ii

3 O projeto das estruturas de concreto armado...................................................................................... 24

3.1 Introdução ................................................................................................................................... 24 3.2 O Projeto Estrutural..................................................................................................................... 26

3.2.1 O anteprojeto ....................................................................................................................... 27 3.2.2 O Projeto.............................................................................................................................. 28

3.3 A Apresentação do Projeto - NBR 7191 e NBR 10067 .............................................................. 28 3.3.1 Tipos de desenhos................................................................................................................ 28 3.3.2 Definição dos elementos estruturais .................................................................................... 29 3.3.3 Desenhos para execução de armaduras................................................................................ 30

4 O concreto “armado”.......................................................................................................................... 34

5 Referências ......................................................................................................................................... 38

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1

1 O aço para concreto armado

1.1 A produção do aço para concreto armado

O aço é um produto siderúrgico composto basicamente de ferro com teor de carbono entre 0,002% e

2% de carbono, sendo que para o aço para concreto armado esses teores de carbono variam entre

0,08% e 0,25%.

Nos aços para a construção civil usa-se o ferro gusa e a sucata. Essa sucata é constituída por retalhos

de chapas metálicas, cavacos de usinagem, latarias de carros usados, peças de aço e ferro de

equipamentos em desuso, etc., e além de seu menor custo, maior disponibilidade, e por ser reciclável,

gera um produto final de melhor desempenho na construção civil. Os elementos químicos residuais

normalmente existentes em maior porcentagem na sucata, tais como cobre, níquel, cromo e estanho,

entre outros, fazem com que se obtenham materiais com características mecânicas mais altas quando

comparados com aços provenientes da matéria-prima minério de ferro.

1.1.1 A aciaria

É na aciaria que a sucata, o ferro gusa e outras matérias-primas são transformados em aço, na forma de

tarugos prontos para laminar. A proporção dos materiais carregados está indicada no processo de

fabricação para cada tipo de aço a ser fabricado. É nesta etapa que é gerado o número da corrida que

acompanhará o produto até o término de fabricação, e serve para a sua rastreabilidade.

A temperatura do aço líquido atinge o valor aproximado de 1.600 ºC. Após a fusão é feito o acerto na

composição química do aço através da retirada de amostras para análises químicas em laboratório

através das quais os técnicos processam os ajustes necessários na composição química para que o

produto obedeça às especificações químicas estabelecidas.

A etapa final do processo da aciaria é o lingotamento, onde são produzidos os tarugos, barras de aço

com seção quadrada e comprimento de acordo com a sua utilização.

1.1.2 A laminação

Para fabricação do aço CA 25 e CA 50 os tarugos são colocados no forno de reaquecimento e

aquecidos a uma temperatura de aproximadamente 1200 ºC pelo tempo de 30 minutos a 1,0 hora,

dependendo do tarugo ser enfornado a quente ou a frio. O tarugo aquecido é dirigido para a uma calha

transportadora que o direciona ao laminador (Figura 1.1).

O processo de laminação é dividido em três etapas: o desbaste, a preparação e o acabamento. Calhas

transportadoras levam os tarugos nessas três etapas. No trem desbastador são pressionados,

sucessivamente, entre cilindros, sofrendo redução em sua seção, com conseqüente aumento de

comprimento. No trem preparador novos desbastes são realizados e o tarugo começa a adquirir o

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2

formato de barra laminada. Finalmente, no trem acabador é dada a forma final da barra laminada. No

último passe, ao passar pela pressão de dois cilindros, a barra recebe a marcação das nervuras e as

gravações da bitola nominal e do nome “BELGO 50”, dando origem ao CA50. Para o CA25, no

último passe é dado o acabamento liso na barra, já que normalmente este material é ofertado liso ao

mercado.

Figura 1.1 Esquema de laminação

A laminação pode dar origem a produtos em barras e em rolos. As barras são cortadas por uma tesoura

mecânica, ou seguem para uma bobinadeira para a formação dos rolos.

1.1.3 A trefilação ou a laminação a frio

Os processos da trefilação ou da laminação a frio são usados para a fabricação do CA 60 obtendo-se,

com ambos os processos, produtos de mesmas propriedades mecânicas.

A matéria-prima utilizada para este processo é um fio-máquina em rolo obtido por laminação a quente.

Esse rolo de fio-máquina é colocado em um desenrolador e puxado por uma de suas pontas, sofrendo

uma redução de diâmetro através da passagem por fieiras, no caso da trefilação (Figura 1.2), ou através

de rolos, no caso da laminação a frio. A redução total poderá ser feita através da passagem por duas,

três ou mais fieiras de diâmetros diferentes, ou através da passagem por dois, três ou mais conjuntos

de cilindros.

Após todas as reduções necessárias o material, no seu diâmetro final, passa por um sistema de roletes

entalhadores para a gravação dos entalhes superficiais, conforme exigido por norma. Na saída deste

equipamento há um sistema formador de rolos, os quais são posteriormente amarrados. Esse produto

pode ser comercializado em rolos, em barras retas ou dobradas ou em spiders, sendo esse último

normalmente destinado às indústrias.

Cilindros

Page 7: Concreto Armado

3

Figura 1.2 Esquema de trefilação

1.2 NBR 7480 - Armaduras para concreto armado.

As armaduras para concreto armado são especificadas pela NBR 7480 (2007). Conforme o processo de

fabricação classificam-se em barras ou fios, sendo as barras os produtos com diâmetro nominal igual

ou superior a 5,0 mm, obtidos por laminação a quente, e os fios, aqueles com diâmetro nominal igual

ou inferior a 10,0 mm, obtidos por trefilação ou processo equivalente (estiramento, por exemplo).

As armaduras para concreto armado são denominadas pelas letras “CA” indicando serem para

concreto armado (para concreto protendido seria usado CP) seguida por um número que representa o

valor característico da resistência de escoamento, em Kgf/mm2. A NBR 7480 (1996) classifica as

barras de aço nas categorias CA-25 e CA-50, e os fios de aço na categoria CA-60.

1.2.1 Características dos fios e barras

As barras e os fios de aço destinados a armadura para concreto armado devem ser isentos de defeitos

prejudiciais. Uma oxidação do produto pode ser admitida, quando for uniforme, leve e superficial, ou

seja, após sua remoção com um tecido grosseiro ou uma escova qualquer não fique evidência de

pontos localizados de corrosão. Dobras, esfoliações, corrosão e carepa não são consideradas defeitos

prejudiciais, desde que não se apresentem após a limpeza do material.

A massa real das barras deve ser igual à sua massa nominal, obtida pelo produto da área da seção

nominal em m2 por 7850 kg/m3. Para os aços CA25 e CA50 admite-se uma tolerância de ±7% para as

bitolas 6,3 e 8,0 mm, de ±6% para as bitolas 10,0 e 12,5 mm, de ±5% para as bitolas 16,0 e 20,0 mm, e

de ±4% para as bitolas superiores a 20 mm. Para os aços CA60 admite-se uma tolerância de ±6% para

todas as bitolas.

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4

O CA 25 não mais poderá ser produzido com nervuras, devendo sua superfície ser obrigatoriamente

lisa e o CA 60 poderá continuar com a superfície lisa, entalhada ou nervurada. devendo, em todos os

casos, ter gravado em relevo na superfície do produto a Categoria (60) e o diâmetro do fio.

Todas as barras nervuradas devem apresentar marcas de laminação em relevo, identificando o produtor

(Figura 1.3), com registro no INPI (Instituto Nacional de Propriedade Industrial), a categoria do

material e o respectivo diâmetro nominal. A identificação de fios e barras lisas deve ser feita por

etiqueta (barras lisas) ou, no caso do CA 60, marcas em relevo indicando a categoria do material e o

diâmetro nominal.

O comprimento normal de fabricação das barras e fios é de 12,0 m com uma tolerância de

comprimento é de 1% (a norma anterior fixava o comprimento em 11 m com tolerância de mais ou

menos 9% permitindo, ainda, a existência de até 2% de barras curtas, com comprimento não inferior a

6,0 m). A Tabela 1.1 apresenta as características dos fios e barras, observa-se que outros diâmetros

nominais podem ser produzidos a pedido do consumidor, mantendo-se as faixas de tolerâncias.

As nervuras (ou mossas) têm a função de se oporem ao giro da barra dentro do concreto e aumentar

significativamente a aderência concreto/aço através da aderência mecânica devida às saliências das

barras. Devem estar espaçadas entre 0,5 e 0,8 do diâmetro nominal e abranger pelo menos 85% do

perímetro nominal da seção transversal da barra (Figura 1.3).

A altura média das nervuras transversais ou oblíquas deve ser maior ou igual a 4% do diâmetro

nominal para as barras com diâmetros maiores ou iguais a 10,0 mm e, maior ou igual a 2% do

diâmetro nominal para as barras com diâmetros inferiores a 10,0 mm.

Figura 1.3 Mossas e identificação do produtor.

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Tabela 1.1 Características de fios e barras (NBR 7480, 2007)

Diâmetro nominal(A) (mm) Massa nominal Valores nominais (mm)

Fios Barras (kg/m) Área da seção Perímetro 2,4 0,036 4,5 7,5 3,4 0,071 9,1 10,7 3,8 0,089 11,3 11,9 4,2 0,109 13,9 13,2 4,6 0,130 16,6 14,5 5,0 0,154 19,6 17,5 5,5 0,187 23,8 17,8 6,0 0,222 28,3 18,8 - 6,3 0,245 31,2 19,8

6,4 0,253 32,2 20,1 7,0 0,302 38,5 22,0 8,0 8,0 0,395 50,3 25,1 9,5 0,558 70,9 29,8 10,0 10,0 0,617 78,5 31,4

12,5 0,963 122,7 39,3 16,0 1,578 201,1 50,3 20,0 2,466 314,2 62,8 22,0 2,984 380,1 69,1 25,0 3,853 490,9 78,5 32,0 6,313 804,2 100,5 40,0 9,865 1256,6 125,7

1.2.2 Requisitos de propriedades mecânicas de tração e de dobramento

A resistência de escoamento de barras e fios de aço pode ser caracterizada por um patamar no

diagrama tensão/deformação ou calculada pelo valor da tensão sob carga correspondente à deformação

permanente de 0,2%. A resistência de escoamento de barras e fios de aço também pode ser calculada

pelo valor da tensão sob carga correspondente à deformação de 0,5%, prevalecendo, em caso de

divergência, o valor obtido anteriormente.

Os requisitos de propriedades mecânicas de tração, o diâmetro do pino de dobramento a 180° e os

coeficientes de conformação superficial (η), são dados na Tabela 1.2.

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Tabela 1.2 Propriedades mecânicas exigíveis de barras e fios de aço destinados a armaduras

para concreto armado (NBR 7480, 2007).

Ensaio de tração (valores mínimos) Ensaio de dobramento a 180°

Aderência

Resistência característica

de escoamentoA

Limite de resistênciaB

Alongamento em 10 φC

Diâmetro de pinoD (mm)

Coeficiente de conformação superficial

mínimo para φ ≥10 mm

Categoria

fy (MPa)(F) fst (MPa)(F) (%) φ <20 φ ≥ 20 η CA-25 250 1,20 fy 18 2 φ 4 φ 1,0 CA-50 500 1,08 fy 8 3 φ 6 φ 1,5 CA-60 600 1,05 fy 5 5 φ - 1,5

(A) Valor característico do limite superior de escoamento (LE ou σe da NBR 6152 ou fy da NBR 6118).

(B) O mesmo que resistência convencional à ruptura ou resistência convencional à tração. Conforme a

NBR 6152, o símbolo LR ou σt.

(C) φ é o diâmetro nominal, conforme 3.4.

(D) As barras de diâmetro nominal φ maior ou igual a 32 das categorias CA-50 devem ser dobradas

sobre pinos de 8 φ.

(E) fst mínimo de 660 MPa.

(F) Para efeitos práticos de aplicação desta Norma, pode-se admitir 1 MPa = 0,1 kgf/mm2.

1.3 NBR 6118 - Propriedades dos aços de armaduras passivas.

Os aços para armaduras de concreto armado, CA-25, CA-50 e CA-60 têm seus diâmetros, seções

transversais nominais e valores característicos da resistência de escoamento conforme estabelecidos na

NBR 7480.

As barras da categoria CA-50 são obrigatoriamente providas de saliências transversais ou mossas, o

mesmo se aplicando para os fios de bitola igual ou superior a 10.

As barras e fios de bitola 10 ou superior devem apresentar as propriedades de aderência exigidas para

a categoria correspondente, definidas pêlos coeficientes de conformação superficial (ηb). Para cada

categoria de aço, o coeficiente de conformação superficial mínimo, ηb, deve atender ao indicado na

NBR 7480. A conformação superficial é medida pelo coeficiente η1, cujo valor está relacionado ao

coeficiente de conformação superficial ηb, como estabelecido na Tabela 1.3.

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Tabela 1.3 Relação entre η1 e ηb (NBR 7480, 2007)

Coeficiente de conformação superficial Tipo de barra ηb η1

Lisa (CA-25) 1,0 1,0 Entalhada (CA-60) 1,2 1,4

Alta aderência (CA-50) ≥1,5 2,25

1.3.1 Massa específica

Para os aços de armadura passiva adota-se uma massa específica de 7850 kg/m3.

1.3.2 Coeficiente de dilatação térmica

Para intervalos de temperatura entre –20°C e 150°C adota-se para o coeficiente de dilatação térmica

do aço o valor 10-5/°C.

1.3.3 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 (210.000 MPa ou 2.100.000 kgf/cm2).

1.3.4 Diagrama tensão-deformação, resistência ao escoamento e à tração

Nos diagramas apresentados a seguir tomar-se-á para as resistências de cálculo as resistências

características minoradas pelo coeficiente γs (γs =1,15), admitindo-se, na falta de determinação

experimental fyck = fyk ambas iguais ao valor mínimo, nominal, de fyk fixado na EB- 3.

Na Figura 1.4 apresenta-se o diagrama tensão-deformação para aços de armaduras passivas.

Observa-se que o aço é um material elasto-plástico perfeito. No diagrama tensão/deformação

apresentado na Figura 1.5, os alongamentos específicos são limitados em 10 ‰ e os encurtamentos

específicos são limitados em 3,5 ‰. Observa-se que o encurtamento específico limitado em 3,5 ‰,

deve-se ao fato de que aço e concreto, no concreto armado devem trabalhar solidariamente (hipótese

de cálculo do concreto armado), e como o concreto não admite encurtamentos específicos superiores a

3,5 ‰, o encurtamento específico do aço é bloqueado neste valor.

Page 12: Concreto Armado

8

Figura 1.4 Diagrama tensão-deformação para aços de armaduras passivas.

Figura 1.5 Diagrama tensão deformação de cálculo para aços de armaduras passivas

σs

εs

fyk

fyd

Ecs

εs Eyd

σs

fyd

10‰

3,5‰

fycd

Page 13: Concreto Armado

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2 O concreto

2.1 Introdução

Na disciplina de materiais de construção estudamos que o concreto é um material resultante da mistura

de agregados graúdo e miúdo, aglomerante, água e vazios (sendo que os vazios são produzidos pelo

aglomerante, pelo agregado e principalmente pela evaporação da água).

Os agregados são materiais granulares, inertes, que dão volume ao concreto, tornando-o mais

econômico. De uma forma simplista pode-se dizer que o agregado miúdo ocupa os vazios do agregado

graúdo e o cimento ocupa os vazios do agregado miúdo.

Em função de seu diâmetro os agregados são classificados como agregados graúdos (φ ≥ 4,8 mm) ou

miúdos (4,8 ≥ φ ≥ 0,075 mm) e, podem ter formas, volumes, e densidades variáveis que influenciam e

definem várias características entre as quais a resistência e a retração.

2.1.1 Agregados graúdos: a brita

Também podem ser classificados de origem natural ou artificial. Naturais são aqueles encontrados na

natureza prontos para uso, e artificiais aqueles modificados pela ação do homem. Entre os agregados

graúdos naturais (φ ≥ 4,8 mm) estão os pedregulhos (seixos rolados) e os cascalhos e, entre os

artificiais estão a brita (de uso mais comum), a argila expandida (muito usada para concretos leves), a

escória, etc.

Os agregados graúdos ainda podem ser classificados em relação à forma e à sua massa específica e em

relação à forma, podendo ser esféricos (circulares) ou lamelares.

Os grãos de forma arredondada são melhores que os lamelares por possibilitarem um melhor

preenchimento dos vazios pelos grãos menores. Os grãos lamelares dificultam essa interpenetração dos

grãos, e conseqüentemente, dificultam o adensamento do concreto. Desse modo, a forma ideal dos

grãos é a arredondada, porem, com irregularidades para facilitar e melhorar aderência entre a

argamassa e a brita.

Em relação à sua massa específica aparente os agregados graúdos podem ser classificados como leves,

normais e pesados. Entre os exemplos dados acima as britas, os seixos rolados e os cascalhos são

agregados normais, as argilas expandidas, as cinazitas e as vermiculitas são agregados leves e as

escórias de alto forno ou as hematitas (o Brasil é um grande produtor mundial de óxido de ferro –

Fe2O3 – o principal minério de ferro, com densidade de 5,3 g/cm3) são agregados pesados.

Observe que um concreto “normal” usando a brita como agregado tem um peso específico variando

entre 2000 e 2700 kg/m3 (usualmente 2200 e 2500 kg/m3). Substituindo-se a brita pela argila

Page 14: Concreto Armado

10

expandida obtêm-se os concretos leves com peso específico entre 1300/1400 a 2000 kg/m3 e, com a

escoria de alto forno obtém-se os concretos pesados, com peso específico entre 2800 a 3500 kg/m3.

A brita é o agregado graúdo mais utilizado, sendo obtida nas pedreiras através da desintegração de

rochas (normalmente o granito ou basalto), trituradas em britadores primários e secundários para

atingirem suas dimensões finais. Através do peneiramento os grãos são separados e classificados

conforme sua granulometria. A Tabela 2.1 apresenta uma classificação comercial de britas e sua

destinação mais comum.

Tabela 2.1 Classificação comercial das britas usada pelas pedreiras (em mm)

Brita Mínima Máxima

Brita 0 Pedrisco - Fabricação do concreto convencional e bombeado;

fabricação de manilhas, blocos de concreto, pré-moldados de

concreto, lajes pré-fabricadas, fabricação da massa asfáltica etc.

4,8 9,5

Brita ½ Faixa granulométrica intermediária entre a Brita 0 e 1. Indústria

de Pré-moldados e de pavimentação asfáltica.

9,5 16,0

Brita 1 Concreto usinado ou feito em obra, para lançamento

convencional ou bombeado, para edificações (lajes, vigas,

pilares etc.).

9,5 19,0

Brita 2 Concreto ciclópico e concretagem de grandes volumes, tais

como elementos de fundações (blocos, baldrames, estacas,

tubulões, sapatas) etc.

19,0 25,0

Brita 3 Concreto ciclópico, lastros, drenos, filtros, etc. 25,0 38,0

Brita 4 Concreto ciclópico, lastros, drenos, filtros, enrocamentos 38,0 76,0

A escolha da dimensão do agregado graúdo depende:

• das dimensões dos elementos a serem concretados

a dimensão da brita deve ser menor que 1/4 da menor dimensão da peça em planta; ou menor

que 1/3 da espessura das lajes);

Page 15: Concreto Armado

11

• da forma de lançamento do concreto

no caso de concretos bombeados o diâmetro da brita deve ser menor que 1/3 do diâmetro da

tubulação.

• da disponibilidade de espaço para a colocação da armadura

o espaçamento horizontal entre as barras da armadura deve ser maior ou igual a 1,2 vezes o

diâmetro máximo do agregado (1,2 dmax)

2.1.2 Agregados miúdos: a areia

A areia mais usada como agregado miúdo para concretos é a areia lavada ou areia de rio, uma areia

classificada como natural. É comum o uso do pó de brita (resíduo fino de pedreiras com φ < 4,8 mm),

um agregado miúdo artificial, para correções da granulometria da areia lavada.

Em relação ao tamanho de seus grãos as areias podem ser classificadas em: muito fina, fina, média,

grossa. Em relação á granulometria do agregado miúdo, Prudêncio (1999, p.7) observa que existem

faixas granulométricas em que se conseguem melhores resultados, econômico e tecnicamente, em

termos de dosagens. Aconselha, para tanto, que se façam composições de agregados miúdos de modo

a se obter uma mistura com características granulométricas o mais próximo possível da Zona 3 (NBR

7211) apresentadas na Tabela 2.2.

Tabela 2.2 Limites granulométricos de agregado miúdo (NBR 7211 – Zona 3)

Abertura (mm) 6,3 4,8 2,4 1,2 0,6 0,3 0,15

% retidas acumuladas 0 - 7 0 - 11 0 - 25 10 - 45 41 - 65 70 - 92 90-100

E finalmente, não custa lembrar, assim como a brita a areia deve estar limpa, isenta de torrões de terra,

galhos, folhas, raízes, etc.

2.1.3 A água

A água a ser adicionada no concreto é a água fornecida pela rede pública. Deve ser limpa, e límpida,

ou seja, aquela água que, dependendo do calor e da sede ..., pode ser bebida.

Page 16: Concreto Armado

12

2.1.4 O aglomerante: cimento portland

O cozimento até a fusão insipiente (30% da fase líquida aos 1450ºC) da mistura de calcário e argila

produz o clínquer que, ainda incandescente, é bruscamente resfriado e moído tornando-se um material

pulverulento, constituído de silicatos e aluminatos de cálcio, com propriedades aglomerantes,

aglutinantes ou ligantes, que misturado à água, endurece adquirindo elevada resistência mecânica e

durabilidade. O problema é que esse endurecimento é muito rápido, inviabilizando sua utilização.

O cimento portland é composto de clínquer (aglomerante) e de adições que são misturadas a ele na

fase de moagem, com a finalidade de aprimorar diferentes características do cimento. A adição básica,

comum a todos os tipos de cimentos, é o gesso. Como o clínquer é um aglomerante de endurecimento

extremamente rápido, o gesso tem a função de controlar o tempo de pega, ou seja, o início do

endurecimento do clínquer pulverizado e hidratado. Outras matérias-primas usadas como adições ao

cimento, além do gesso, são as escórias de alto-forno, os materiais pozolânicos e os materiais

carbonáticos.

Esse cimento básico (3% de gesso para 97% de clínquer, em massa) é conhecido como cimento

comum e foi o único cimento fabricado no Brasil até 1991, quando passaram a ser fabricados os

cimentos compostos, com composição intermediária entre os cimentos portland comuns e os cimentos

portland com adições (alto-forno e pozolânico), estes últimos já disponíveis há algumas décadas.

A Tabela 2.3 apresenta a composição dos cimentos portland comuns e compostos e a Tabela 2.4 a dos

cimentos portland de alto-forno e pozolânicos.

As escórias de alto-forno são resíduos siderúrgicos obtidos durante a produção de ferro-gusa e se

assemelham aos grãos de areia. Esse material tem características aglomerantes semelhantes à do

clínquer. Essa adição melhora a durabilidade e aumenta a resistência final.

Os materiais pozolânicos são rochas vulcânicas, matérias orgânicas fossilizadas, certos tipos de argilas

queimadas em elevadas temperaturas (550ºC a 900ºC), derivados da queima de carvão mineral nas

usinas termelétricas, cinzas da queima de cascas de arroz, a sílica ativa (pó finíssimo resíduo de

fundições de ferro-silício), etc. Esses materiais apresentam propriedades aglomerantes quando

pulverizados e colocados em presença de outros materiais, como o clínquer, por exemplo, que no

processo de hidratação libera hidróxido de cálcio (cal) que reage com a pozolana. Com os cimentos

pozolânicos se produzem concretos e às argamassas com maior impermeabilidade.

Os materiais carbonáticos são obtidos pela moagem de rochas calcáreas. Essa adição, conhecida como

fíler calcário, confere maior trabalhabilidade aos concretos e às argamassas. Os grãos ou partículas

desses materiais moídos têm dimensões adequadas para se alojar entre os grãos ou partículas dos

demais componentes do cimento, funcionando como um verdadeiro lubrificante.

Page 17: Concreto Armado

13

Tabela 2.3 Composição dos cimentos portland comuns e compostos.

Composição (% em massa) Tipo de cimento portland

Sigla Clínquer + gesso

Escória granulada de alto-forno

(sigla E)

Material pozolânico (sigla Z)

Material carbonático

(sigla F) CP I 100 -

Comum CP I-S 99-95 1 - 5

CP II-E 94-56 6-34 - 0-10

CP II-Z 94-76 - 6-14 0-10 Composto

CP II-F 94-90 - - 6-10

Tabela 2.4 Composição dos cimentos portland de alto-forno e pozolânicos

Composição (% em massa) Tipo de cimento portland

Sigla Clínquer + gesso

Escória granulada de alto-forno

Material pozolânico

Material carbonático

Alto-Forno CP III 65-25 35-70 - 0-5

Pozolânico CP IV 85-45 - 15-50 0-5

O cimento portland de alta resistência inicial (CP V-ARI), como o nome diz, atinge altas resistências

já nos primeiros dias após a hidratação. Esse cimento é na realidade uma variedade do cimento

portland comum, com uma dosagem diferente de calcário e argila na produção do clínquer, e uma

moagem mais fina do cimento, de modo que, ao reagir com a água, ele adquira elevadas resistências,

com maior velocidade.

Tabela 2.5 Composição do cimento portland de alta resistência inicial

Composição (% em massa) Tipo de cimento portland Sigla Clínquer + gesso Material carbonático

Alta Resistência CP V-ARI 100-95 0-5

Page 18: Concreto Armado

14

Os diferentes tipos de cimentos devem ser designados pela sigla e pela classe de resistência. A sigla

corresponde ao prefixo CP acrescido de algarismos romanos I a V, e as classes de resistências dadas

pelos números 25, 32 e 40, que indicam os valores característicos da resistência à compressão (MPa),

aos 28 dias.

Sem dúvida, esses diferentes tipos de cimentos terão cada qual características próprias, e distintos

comportamentos das resistências à compressão. Isso pode ser facilmente visualizado através da Figura

2.1, onde se apresenta as curvas das resistências médias à compressão dos distintos tipos de cimento

portland nos primeiros 28 dias.

Figura 2.1 Evolução média de resistência à compressão dos distintos tipos de cimento portland

(fonte: ABCP, 1996 apud ABCP, 2002)

2.1.5 O concreto

Como vimos anteriormente o concreto é uma mistura de cimento, pedra, areia e água. Mas, um bom

concreto não depende apenas da qualidade e das características de cada um desses materiais, depende

também do proporcionamento desses materiais.

O proporcionamento, ou a dosagem desses materiais componentes do concreto (ou da argamassa) é

denominado “traço” do concreto. Através do traço pode-se modificar as características do concreto

aumentando ou diminuindo a quantidade da água, do cimento e dos agregados, portanto, o traço ideal

constitui o melhor proporcionamento, a melhor composição dos materiais escolhidos para a obtenção

do melhor resultado com o menor custo. Como melhor resultado deve-se entender a obtenção de um

concreto resistente, econômico, durável, com boa trabalhabilidade e, depois de endurecido, de boa

aparência.

Page 19: Concreto Armado

15

Não se pode esquecer os aditivos químicos para concreto, com o uso dos quais determinadas

características do concreto podem ser reduzidas ou aumentadas. Por exemplo, sabemos que a redução

do teor de água/cimento aumenta a resistência, diminui os vazios tornando o concreto mais durável,

etc., porém reduz a trabalhabilidade. O uso de um aditivo plastificante permitiria a redução da água

sem prejuízo à trabalhabilidade.

No caso dos concretos misturados na obra não se pode esquecer de alguns cuidados para a carga da

betoneira, observando-se que a betoneira deve estar limpa (livre de pó, água suja e restos da última

utilização) antes de ser usada.

• Coloque a pedra na betoneira;

• Adicione metade de água e misture por um minuto;

• Ponha o cimento;

• Por último, ponha a areia e o resto da água.

Os materiais devem ser colocados com a betoneira girando e no menor espaço de tempo possível.

Após a colocação de todos os componentes do concreto, a betoneira ainda deve girar por, no mínimo,

3 minutos.

Finalmente, não se pode esquecer que após todos os cuidados para se fazer um bom concreto, alem

dos cuidados com as formas e com o posicionamento das barras da armadura, o concreto deve ser

lançado nas formas, adensado (vibrado) e curado. Nos próximos sete dias deve-se impedir a perda de

água pela ação do calor ou do vento, protegendo o concreto com camadas de areia sobre as lajes, sacos

molhados, acolchoados de areia (nos pilares) etc. molhando-os para que se mantenham sempre

úmidos.

O objetivo dessa introdução é mostrar que o concreto é um produto artesanal. A resistência

característica à compressão é apenas uma das características do concreto, ou seja, concretos de mesma

resistência podem ter características muito diferentes.

A resistência à tração do concreto é aproximadamente um décimo de sua resistência à compressão, ou

seja, resiste bem aos esforços de compressão e mal aos esforços de tração. Também tem baixa

resistência ao cisalhamento em virtude das tensões de distensão.

A resistência mecânica do concreto depende de vários fatores, entre os quais: a relação água/cimento,

o tipo de cimento, a idade, a forma e granulometria dos agregados, a duração dos carregamentos

(longa ou curta duração), a forma e dimensões do corpo-de-prova, da velocidade de aplicação de carga

de ensaio, etc.

Page 20: Concreto Armado

16

2.2 Classes de Concreto

A NBR 8953 (1992) classifica o concreto estrutural por grupos de resistência, grupo I (Tabela 2.6) e

grupo II (Tabela 2.7), conforme a resistência a compressão característica (fck). Essa norma define

como concretos normais aqueles com massa específica compreendida entre 2000 e 2800 kg/m3 kg/m3

e, como concretos leves aqueles com massa específica inferior a 2000 kg/m3.

Os concretos normais são designados pela letra C e os concretos leves pelo símbolo CL, sendo em

ambos os casos, seguidos do valor da resistência característica à compressão (fck), expressa em MPa.

Tabela 2.6 Classes de resistência do grupo 1

Grupo I fck (MPa) Grupo I fck (MPa) Grupo I fck (MPa)

C10 10 C25 25 C40 40

C15 15 C30 30 C45 45

C20 20 C35 35 C50 50

Tabela 2.7 – Classes de resistência do grupo II

Grupo II fck (MPa) Grupo II fck (MPa)

C55 55 C70 70

C60 60 C80 80

A NBR 6118 se aplica a concretos compreendidos nas classes de resistência do grupo I, indicadas na

NBR 8953, ou seja, até C50.

A classe C20, ou superior, se aplica a concreto com armadura passiva e a classe C25, ou superior, a

concreto com armadura ativa. A classe C15 pode ser usada apenas em fundações, conforme NBR

6122, e em obras provisórias.

2.2.1 Massa específica

Os concretos podem ser leves, normais ou pesados conforme sua massa específica (ρc), obtida depois

de secos em estufa, seja:

Page 21: Concreto Armado

17

32000 kg/mcρ < concretos leves

32000 2800 kg/mcρ≤ ≤ concretos normais

32800 kg/mcρ > concretos pesados

Se a massa específica do concreto utilizado for determinada, considera-se para o concreto armado o

valor da massa específica do concreto simples acrescida de 100 a 150 kg/m3. Se a massa específica do

concreto não for conhecida, para efeito de cálculo, pode-se adotar para o concreto simples o valor

2400 kg/m3 e para o concreto armado 2500 kg/m3. Nesse curso vamos trabalhar com os concretos

normais, com massa específica entre 2200 e 2500 kg/m3.

2.2.2 Coeficiente de dilatação térmica

Para efeito de análise estrutural, o coeficiente de dilatação térmica pode ser admitido como sendo igual

a 10-5/°C.

2.2.3 Resistência à compressão

A resistência à compressão do concreto é a obtida em ensaios de cilindros moldados segundo a NBR

5738, realizados de acordo com a NBR 5739.

Quando não for indicada a idade, as resistências referem-se à idade de 28 dias. A estimativa da

resistência à compressão média, fcmj, correspondente a uma resistência fckj especificada, deve ser feita

conforme indicado na NBR 12655. A evolução da resistência à compressão com a idade deve ser

obtida através de ensaios especialmente executados para tal. Na ausência desses resultados

experimentais pode-se adotar (parâmetro), os valores indicados em 12.3.3.

2.2.3.1 Resistência de dosagem

A resistência de dosagem do concreto à compressão é feita conforme recomendações da NBR 12655

(1996) em seu item 6.4.3, onde considera uma variabilidade medida pelo desvio-padrão Sd. A

resistência média do concreto à compressão é dada pela equação:

1,65 cj ck df f S= +

onde: fcj resistência média do concreto à compressão em MPa, para a idade de j dias;

fck resistência característica do concreto à compressão, em MPa;

Sd desvio-padrão da dosagem, em MPa.

Page 22: Concreto Armado

18

Entre as variáveis medidas pelo desvio-padrão a NBR 12655 considera as condições de preparo do

concreto, definidas pelas condições A, B e C observando-se que para concretos estruturais a condição

C não se aplica e a condição B se aplica com restrições:

condição A: aplicável às classes C10 até C80: o cimento e os agregados são medidos em massa, a

água de amassamento é medida em massa ou volume com dispositivo dosador e corrigida em função

da umidade dos agregados;

condição B: aplicável às classes C10 até C25: o cimento é medido em massa, a água de amassamento

é medida em volume mediante dispositivo dosador e os agregados medidos em massa combinada com

volume, de acordo com o exposto em 6.2.3;

aplicável às classes C10 até C20: o cimento é medido em massa, a água de amassamento é medida em

volume mediante dispositivo dosador e os agregados medidos em volume. A umidade do agregado

miúdo é determinada pelo menos três vezes durante o serviço do mesmo turno de concretagem. O

volume de agregado miúdo é corrigido através da curva de inchamento estabelecida especificamente

para o material utilizado;

condição C: aplicável apenas aos concretos de classe C10 e C15: o cimento é medido em massa, os

agregados são medidos em volume, a água de amassamento é medida em volume e a sua quantidade é

corrigida em função da estimativa da umidade dos agregados e da determinação da consistência do

concreto, conforme disposto na NBRNM67 (1998), ou outro método normalizado.

Quando o concreto for elaborado com os mesmos materiais, mediante equipamentos similares e sob

condições equivalentes, o valor numérico do desvio-padrão Sd deve ser fixado com no mínimo 20

resultados consecutivos obtidos no intervalo de 30 dias, em período imediatamente anterior. Em

nenhum caso o valor de Sd adotado pode ser menor que 2 MPa.

Se o desvio-padrão Sd for desconhecido deve-se adotar para o cálculo da resistência de dosagem o

valor apresentado na Tabela 2.8, de acordo com a condição de preparo, que deve ser mantida

permanentemente durante a construção.

Tabela 2.8 Desvio-padrão a ser adotado em função da condição de preparo do concreto

Condição Desvio-padrão (MPa) A 4,0 B 5,5 C 7,0

Page 23: Concreto Armado

19

Estabelecida a resistência de dosagem consideram-se dois tipos de controle de resistência para se

determinar o valor estimado da resistência característica fck,est dos lotes de concreto:

• o controle estatístico do concreto por amostragem parcial e;

• o controle do concreto por amostragem total.

2.2.3.2 Controle estatístico do concreto por amostragem parcial

Neste tipo de controle, são retirados exemplares de algumas betonadas de concreto, sendo um mínimo

de seis exemplares para os concretos do Grupo I (classes até C50, inclusive) e doze exemplares para os

concretos do Grupo II (classes superiores a C50).

A) - para lotes com números de exemplares 6 < n < 20, o valor estimado da resistência

característica à compressão (fck,est), na idade especificada, é dado por:

1 2 1,

...2.1

mck est m

f f ff fm

−+ + += −

onde: m = n/2. Despreza-se o valor mais alto de n, se for ímpar;

f1, f2,..., fm = valores das resistências dos exemplares, em ordem crescente.

NOTA- Não se deve tomar para fck,est valor menor que ψ6.f1, adotando-se para ψ6 os valores da Tabela

2.9, em função da condição de preparo do concreto e do número de exemplares da amostra, admitindo-

se interpolação linear.

Tabela 2.9 Valores de ψ6

Número de exemplares (n) Condição de preparo 2 3 4 5 6 7 8 10 12 14 ≥ 16 A 0,82 0,86 0,89 0,91 0,92 0,94 0,95 0,97 0,99 1,00 1,02

B ou C 0,75 0,80 0,84 0,87 0,89 0,91 0,93 0,96 0,98 1,00 1,02

Page 24: Concreto Armado

20

B) para lotes com número de exemplares n > 20:

, 1,65.ck est cm df f S= −

onde: fcm é a resistência média dos exemplares do lote, em megapascals;

Sd é o desvio-padrão do lote para n-1 resultados, em megapascals.

2.2.3.3 Controle do concreto por amostragem total (100%)

Consiste no ensaio de exemplares de cada amassada de concreto e aplica-se a casos especiais, a

critério do responsável técnico pela obra. Neste caso não há limitação para o número de exemplares do

lote e o valor estimado da resistência característica é dado por:

a) para n < 20, fck,est = f1;

b) para n > 20, fck,est = fi. onde: i = 0,05 n.

Quando o valor de i for fracionário, adota-se o número inteiro imediatamente superior.

2.2.4 Resistência à tração

A determinação direta da resistência à tração do concreto pode ser feita de forma similar à usada para

os aços, onde um pedaço de barra é tracionado até a ruptura. Para o concreto, um corpo-de-prova de

concreto simples, conforme apresentado na Figura 2.2 é submetido à tração axial até a ruptura.

Figura 2.2 Ensaio para determinação direta da resistência do concreto à tração.

Por ser um ensaio de difícil execução em função da dispersão dos resultados, são previstos pela

normalização ensaios para determinação indireta da resistência à tração do concreto através de ensaios

por compressão diametral (spliting test) ou de flexão de corpos de prova prismáticos.

30 cm

9 cm

60 cm

15 cm

F F

fct = Resistência do concreto a tração (direta)

Page 25: Concreto Armado

21

A determinação da resistência à tração através do ensaio de compressão diametral (spliting test),

conforme a NBR 7222 (1983), é o processo mais utilizado por sua simplicidade e por apresentar

resultados mais uniformes. Esse ensaio utiliza o mesmo corpo-de-prova cilíndrico (15 x 30 cm) usado

para determinar a resistência à compressão, porem deitado, ou seja, carregado lateralmente conforme

mostrado na Figura 2.3, até sua ruptura.

Figura 2.3 Esquema do ensaio de tração por compressão diametral

Para a realização do ensaio de tração na flexão, conforme a NBR 12142, uma barra de seção

prismática é submetida à flexão, até à ruptura, através da aplicação de duas cargas concentradas

aplicadas em cada terço do vão, conforme mostrado na Figura 2.4. No terço central da barra, entre as

cargas concentradas, tem-se flexão pura (esforço cortante nulo).

Figura 2.4 Esquema do ensaio de tração por flexão.

Como se pode notar são três procedimentos muito diferentes para se determinar a resistência à tração.

Considerando-se a resistência à tração direta (fct) como referência pode-se relacionar os resultados

obtidos indiretamente ao de referência, conforme disposto na NBR 6118 em seu item 8.2.5:

V Mf

Flexão Pura

F F

a a

⅓ ℓ ⅓ ℓ

⅓ ℓ

F F

fct,f = Resistência do concreto a tração (flexão)

fct,sp = Resistência do concreto a tração (spliting – compressão diametral)

D

L

Page 26: Concreto Armado

22

,0,9.ct ct spf f=

,0,7.ct ct ff f=

A resistência à tração obtida diretamente (fct) é igual a 90% da obtida indiretamente através da

compressão diametral ( fct,sp ) e igual a 70% da obtida indiretamente através da flexão ( fct,f ).

Na falta de valores experimentais para fct,sp e fct,f, a NBR 6118 permite que sejam adotados em função

de fck:

fct,m = 0,3 fck2/3

fctk,inf = 0,7 fct,m

fctk,sup = 1,3 fct,m

onde: fct,m e fck são expressos em megapascal. Sendo fckj ≥ 7 MPa, estas expressões podem também ser

usadas para idades diferentes de 28 dias.

2.2.5 Módulo de elasticidade

O módulo de elasticidade deve ser obtido segundo ensaio descrito na NBR 8522, sendo considerado

nesta Norma o módulo de deformação tangente inicial cordal a 30% fc, ou outra tensão especificada

em projeto. Quando não forem feitos ensaios e não existirem dados mais precisos sobre o concreto

usado na idade de 28 d, pode-se estimar o valor do módulo de elasticidade usando a expressão:

Eci = 5 600 fck1/2

onde:

Eci e fck são dados em megapascal. O módulo de elasticidade numa idade j 7 d pode também ser

avaliado através dessa expressão, substituindo-se fck por fckj. Quando for o caso, é esse o módulo de

elasticidade a ser especificado em projeto e controlado na obra. O módulo de elasticidade secante a ser

utilizado nas análises elásticas de projeto, especialmente para determinação de esforços solicitantes e

verificação de estados limites de serviço, deve ser calculado pela expressão:

Ecs = 0,85 Eci

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).

Na avaliação do comportamento global da estrutura e para o cálculo das perdas de protensão, pode ser

utilizado em projeto o módulo de defornação tangente inicial (Eci).

Page 27: Concreto Armado

23

2.2.6 Coeficiente de Poisson e módulo de elasticidade transversal

Para tensões de compressão menores que 0,5 fc e tensões de tração menores que fct, o coeficiente de

Poisson ν pode ser tomado como igual a 0,2 e o módulo de elasticidade transversal Gc igual a 0,4 Ecs.

2.2.7 Diagramas tensão-deformação

2.2.7.1 Compressão

Para tensões de compressão menores que 0,5 fc, pode-se admitir uma relação linear entre tensões e

deformações, adotando-se para módulo de elasticidade o valor secante dado pela expressão constante

em 8.2.8.

Para análises no estado limite último, podem ser empregados o diagrama tensão-deformação

idealizado mostrado na Figura 2.5 ou as simplificações propostas na seção 17 da NBR 6118.

Figura 2.5 Diagrama tensão-deformação idealizado

2.2.7.2 Tração

Para o concreto não fissurado, pode ser adotado o diagrama tensão-deformação bilinear de tração,

indicado na figura 2.6.

Figura 2.6 Diagrama tensão-deformação bilinear na tração

fck

0,85 fcd

2 ‰ 3,5‰ εc

σc

2

0,85 1 10,002

cc cdf ε

σ⎡ ⎤⎛ ⎞= − −⎢ ⎥⎜ ⎟

⎝ ⎠⎢ ⎥⎣ ⎦

fctk

0,9fctk

0,5 ‰ εct

σct

Eci

Page 28: Concreto Armado

24

3 O projeto das estruturas de concreto armado

3.1 Introdução

Existem vários métodos, processos e técnicas para o cálculo de estruturas. O desenvolvimento

tecnológico na informática, com a conseqüente redução do custo tanto a nível de hardware como de

software, possibilitou aos engenheiros o acesso a este imprescindível instrumento de trabalho. A

informatização dos escritórios de cálculo proporcionou a utilização das mais sofisticadas técnicas de

cálculo. Atualmente o método da análise matricial de estruturas e o de elementos finitos, são utilizados

de forma rotineira em aplicativos para o cálculo estrutural. Podemos, com estas técnicas de cálculo,

considerar um edifício como um elemento engastado ou apoiado no solo e a outra extremidade livre, e

calculá-lo de forma global, contínua.

Outro procedimento para o cálculo de estruturas consiste na sua discretização em seus elementos

primários, ou seja, as lajes, as vigas, os pilares e todos os demais elementos complementares da

estrutura. Este processo, com o auxílio de microcomputadores de pequeno porte, e até mesmo simples

máquinas de calcular programáveis, e de programas para cálculo estrutural de baixo custo, inclusive

vários de domínio público, extremamente simples, a ponto de ser normal os calculistas elaborarem

seus próprios aplicativos, proporciona um cálculo relativamente rápido e bastante preciso.

É através deste processo de cálculo, discretizando a estrutura em seus elementos básicos, que os

conceitos teóricos e práticos do cálculo e do detalhamento da armadura, são ministrados nas

disciplinas de concreto dos cursos de Engenharia Civil. Através da figura 1-1 exemplificamos o

procedimento de cálculo.

A Figura 3-1-a mostra a estrutura de um edifício com o pavimento da cobertura, 3 pavimentos tipos, o

térreo e as fundações.

A figura 3-1-b representa, de forma simplificada, um pavimento com seus elementos estruturais. Os

pilares P1 a P8, as lajes L01 a L05 e as vigas V101 a V108.

A figura 3-1-c mostra a distribuição de cargas das lajes para as vigas. Cada uma das vigas ou tramos

de vigas que contornam e suportam a laje, recebem desta a carga que está sob a sua área de influência.

O tramo da Viga V101 que apoia a laje L01 tem como área de influência o trapézio de área S1, ou

seja, toda carga atuante nesta região da laje, será descarregada neste tramo da viga V101.

A figura 3-1-d mostra a distribuição de cargas das vigas para os pilares. A reação da viga V101 no

pilar P1 será igual ao esforço cortante Va, no pilar P2, será a soma do esforço cortante Vb mais Vc.,

etc. Deve-se observar que a viga V103 está apoiada nas vigas V105 e V106, ou seja cada uma destas

vigas estará solicitada por uma carga concentrada que, juntamente com as demais cargas atuantes

nestas vigas, serão descarregadas nos pilares P1 e P5 (viga V105) e P2 e P6 (viga V106).

Page 29: Concreto Armado

25

Figura 3.1 Esquema de distribuição de cargas em uma estrutura

P1 P2 V101 P3 P4

P5 P6 V104 P7 P8

P1 Va Vb P2 Vc Vd

Ve Vf

Vg Vh

Vi Vj

P5 Vk Vl P6 Vm Vn

V101

S2 S3

S1 S4 S1 S4

S2 S3

Estacas (1) (2)

P5 P5

L01 L02 L03 V102 V103 L04 L05 V

105

V10

7

V10

6

V10

8

Figuras 3.1 (a) e (b)

Figuras 3.1 (e) e (f)

Figuras 3.1 (c) e (d)

Page 30: Concreto Armado

26

A figura 3-1-e mostra o carregamento do pilar P5, pavimento por pavimento, da cobertura ao térreo.

De cima para baixo, a cada pavimento, o pilar P5 recebe o carregamento proveniente das reações de

apoio das vigas V105 e V102, para finalmente descarregar a somatória destas cargas no solo, através

das fundações.

Finalmente a figura 3-1-f mostra um elemento de fundação (neste caso, um bloco sobre duas estacas),

que tem por função receber a carga total do pilar e transmiti-la ao solo, através das estacas.

O procedimento de cálculo para as lajes, vigas, pilares, enfim, um elemento estrutural qualquer, pode

ser descrito de forma sucinta, como segue:

• Determinação das cargas atuantes;

• Determinação dos esforços solicitantes;

• Dimensionamento - concreto armado;

3.2 O Projeto Estrutural

O projeto estrutural é composto por um conjunto de dados e informações tendo por finalidade a

definição dos procedimentos mínimos a serem seguidos para a perfeita execução da estrutura. Para isto

está implícito, sua adequação ao projeto arquitetônico e a todos os projetos complementares da obra

(os projetos elétrico, hidráulico, de prevenção de incêndio, de instalação de gás, de telefonia, etc.).

O projeto estrutural deverá obedecer rigorosamente as Normas Técnicas da ABNT.

No caso específico de uma edificação, tomando como exemplo a Figura 3.1, deve trazer todas as

informações relativas à infra-estrutura (fundações) e à superestrutura, ou seja:

• planta de locação de estacas;

• planta de forma da fundação;

armação e detalhamento dos elementos de fundação

• planta de forma do pavimento tipo;

armação e detalhamento dos elementos do pavimento tipo:

armação e detalhamento das lajes;

armação e detalhamento das vigas

Page 31: Concreto Armado

27

• planta de forma da cobertura;

armação e detalhamento dos elementos da cobertura:

armação e detalhamento das lajes;

armação e detalhamento das vigas

armação e detalhamento dos pilares:

• planta de forma dos elementos complementares do edifício;

armação e detalhamento dos elementos complementares:

escadas; caixas d’água; marquises; muros de arrimo; etc.

3.2.1 O anteprojeto

O projeto estrutural envolve muitos cálculos, muitas pranchas de desenho de estruturas, com todas as

informações e detalhes para a execução da obra. Antes do desenvolvimento de todo este extenso

trabalho, o calculista deve tomar determinadas decisões quanto ao material a ser utilizado, o tipo de

estrutura a ser adotado, e como esta estrutura será compatibilizada com o projeto arquitetônico. Isto é

o que chamamos de concepção, e podemos considerá-la em 3 níveis:

Concepção quanto ao material a ser utilizado:

A finalidade da obra, sua posição geográfica etc. permitem uma substancial redução de custos, ao se

escolher o material de construção a ser utilizado. A primeira concepção será, portanto, a escolha do

material, ou seja, a alvenaria portante, a alvenaria armada, a madeira, o aço, o concreto armado ou

protendido, etc.

Ao se fazer esta opção, a finalidade da obra pode requerer estanqueidade, no caso de reservatórios,

proteção contra o meio agressivo em que a obra se insere etc. e, neste sentido a escolha adequada do

material pode reduzir a nível de revestimentos especiais e sistemas de proteção.

A situação geográfica pode induzir à utilização de materiais abundantes na região, reduzindo custos a

nível de fretes, mão de obra especializada etc. É o caso da utilização da madeira no interior da

Amazônia, do pré-moldado no eixo Rio-São Paulo etc.

Concepção quanto ao esquema estrutural:

Refere-se à adoção do esquema estrutural, por exemplo, uma estrutura em pórtico, pavimentos em

grelhas, etc.

Page 32: Concreto Armado

28

Concepção quanto à compatibilidade arquitetura/estrutura:

Definido, como em nosso caso, o uso do concreto armado e a discretização da estrutura em lajes, vigas

e pilares, é nesta etapa da concepção da estrutura, que se define a forma e dimensões das lajes, a

forma, a posição e a locação dos pilares e das vigas, ou seja, é a definição, o lançamento da estrutura

no projeto arquitetônico.

O anteprojeto consiste em, através de cálculos rápidos - apenas uma análise das seções mais

solicitadas - e um detalhamento sumário, a elaboração de um pré-dimensionamento que permita a

quantificação de cada uma das concepções propostas, e a comparação entre elas para que se possa

escolher a melhor alternativa estrutural para a obra.

É nesta fase do anteprojeto que se inicia e se deve resolver as interferências e os conflitos com os

projetos de instalações (gás, telefonia, ar condicionado, hidráulica, elétrica, etc.)

3.2.2 O Projeto

Definida, a nível de anteprojeto, a estrutura, inicia-se o projeto, ou seja, o cálculo completo, com o

detalhamento dos elementos estruturais, a elaboração dos memoriais de cálculo e as demais

informações acordadas em contrato.

3.3 A Apresentação do Projeto - NBR 7191 e NBR 10067

A seguir apresenta-se um resumo dos principais itens da norma para execução de desenhos para obras

de concreto simples ou armado.

3.3.1 Tipos de desenhos

Os desenhos técnicos para obras de concreto simples ou armado podem ser:

• desenhos de conjunto que podem constar de plantas, elevações, cortes, vistas e perspectivas,

devendo-se ser feitos na escala que seja mais conveniente à sua clareza.

• desenhos para execução de formas; contendo plantas, cortes e elevações, detalhes e dimensões

necessários para a execução de formas dos elementos estruturais. Podem ser feitos na escala

1:50 ou 1:100, quando não houver prejuízo da clareza do desenho.

• desenhos para execução de escoramentos; feitos conforme as normas relativas a desenhos para

estruturas de madeira. Em casos de serviços de pequena responsabilidade, poderão ser feitos

desenhos esquemáticos.

Page 33: Concreto Armado

29

• desenhos de detalhe, em que o projetista detalha em uma escala ou forma mais conveniente,

partes dos elementos estruturais que não tenham ficado suficientemente claras nos desenhos

de conjunto, formas ou escoramento.

3.3.2 Definição dos elementos estruturais

Toda peça, elemento ou detalhe da estrutura deve ficar perfeitamente definido nos desenhos de formas,

por suas dimensões e por sua locação e posição em relação a eixos, divisas, testadas ou linhas de

referência relevantes. A designação das peças será feita, mediante os seguintes símbolos, seguidos do

respectivo número de ordem:

a) lajes L e) diagonais D

b) vigas V f) sapatas S

c) pilares P g) blocos B

d) tirantes T h) paredes PAR

Lajes

A numeração das lajes será feita, tanto quanto possível a começar do canto esquerdo superior do

desenho, prosseguindo para a direita, sempre em linhas sucessivas de modo a facilitar a localização de

cada laje.

As espessuras das lajes serão obrigatoriamente indicadas, em cada laje ou em nota a parte.

Os rebaixos ou superelevações da face superior das lajes em relação à face superior da laje de

referência serão indicados pelo valor em cm, precedido do sinal - ou +, o conjunto inscrito em

pequeno círculo. Para facilitar essas diferenças de níveis as lajes ou partes de lajes rebaixadas poderão

ser hachuradas num sentido e as elevadas em sentido oposto.

Vigas

A numeração das vigas será feita para as dispostas horizontalmente no desenho, partindo-se do canto

superior e prosseguindo-se por alinhamentos sucessivos, até atingir o canto inferior direito; para as

vigas dispostas verticalmente partindo-se do canto inferior esquerdo, para cima, por fileiras sucessivas,

até atingir o canto superior direito. As vigas cuja inclinação com a horizontal variar de 0 a 45º,

inclusive, serão consideradas como dispostas horizontalmente no desenho.

Page 34: Concreto Armado

30

Cada vão das vigas continuas será designado pelo número comum à viga seguido de uma letra

maiúscula. Dentro do mesmo vão, quando necessário, indicar-se-á a variação de seção por meio de

índices. O projetista terá certa liberdade na caracterização dos elementos dentro do mesmo

alinhamento, quando se tornar necessária maior clareza do desenho

Junto da designação de cada viga, deverão ser indicadas por dimensões: bxd.

Quando houver mísulas, usar-se-á a seguinte convenção gráfica para representa-la em planta: traça-se

uma diagonal do retângulo representativo da mísula e hachura-se um dos triângulos resultantes,

assinalando-se a variação numérica das dimensões.

Pilares e tirantes

A numeração dos pilares e tirantes será feita, tanto quanto possível, partindo do canto superior

esquerdo do desenho para a direita, em linhas sucessivas. As dimensões poderão ser simplesmente

inscritas ao lado de cada pilar indicando-se todavia em planta, quando necessário para evitar confusão,

pelo menos uma das dimensões. Nos desenhos de tetos-tipo será tolerada a anexação de quadros

indicando a variação de dimensões dos pilares nos diferentes tetos, sem modificações da planta

comum, desde que se esclareçam convenientemente as variações de seções.

Aberturas

As aberturas necessárias à passagem de tubulações principais de instalações elétricas, hidráulicas,

condicionamento de ar ou outras, deverão ser convenientemente definidas nas plantas, cortes e

elevações, com indicação de sua orientação e dimensões.

3.3.3 Desenhos para execução de armaduras

Os desenhos para execução de armaduras devem conter todos os dados necessários à boa execução da

armadura na escala 1:50, de detalhes de seção, em escala maior:

• cada tipo diferente de barra (barras de diâmetro diferente ou diferentemente dobradas) será

desenhado fora da representação da peça, com cotas necessárias a seu dobramento correto e

indicação de seu número, quantidade e diâmetro (φ);

• no caso de séries de estribos do mesmo diâmetro, que mantenham a mesma forma, mas cujas

dimensões variem, pode-se considera-los como de um só tipo, bastando desenhar um deles e

indicar em tabela ao lado os dados diferentes aos demais (dimensão variável, comprimento

desenvolvido e quantidade de cada um);

Page 35: Concreto Armado

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• dispensa-se a representação individual de cada estribo ou cinta no desenho da peça, quando o

seu espaçamento for constante, bastando indicá-lo com a letra c seguida do valor do

espaçamento em cm. A mesma dispensa é permitida para as armaduras da laje.

• a numeração das peças obedecerá à feita nos desenhos para execução de formas;

• quando forem utilizadas barras corridas, admite-se a respectiva representação sem cota, mas

com a notação corrido. Na lista será considerado o comprimento total, aumentado

das emendas eventuais.

A representação das barras da armadura é feita faz-se pelo seu eixo, com linha, cheia, de acordo com a

conveniência do desenho.

Cada tipo diferente de barra da armadura será designado por um número cuja indicação se fará na

representação isolada da barra e eventualmente na da peça:

• será usado o símbolo φ para o diâmetro das barras de armadura;

• quando houver feixes de barras, será adotada a notação .... n x m onde n é o número de feixes

e m a quantidade de barras de cada feixe.

As barras da armadura deverão ser numeradas e os dados referentes a cada tipo de barra (tipo,

diâmetro, quantidade, comprimento de cada barra e comprimento total) deverão constar em tabelas de

armadura para a execução.

• barras idênticas (mesmo diâmetro, comprimento, e forma) deverão receber a mesma

numeração;

• se a tabela não constar da mesma prancha do desenho da armadura, deve-se representar em

desenho esquemático, cada um dos tipos de barra;

• é facultativa a indicação do peso da armadura;

As tabelas serão elaboradas obedecendo as disposições seguintes:

Tabela de Ferros – CA 50 Comprimento N φ Quantidade Unitário Total

Obs.

1 12,5 12 485 5820 2 5,0 126 138 17388

Page 36: Concreto Armado

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Obs: Esta tabela pode ser denominada como a “Tabela do Armador”. É através dela que o armador

cortará as barras (φ, quantidade, comprimento unitário) e com o número do ferro, verificará na planta

os detalhes e dimensões da barra para a sua execução.

Nesta fase o armador executará todas as barras 01, e as reunirá em um feixe, que será etiquetado. O

mesmo será feito para todas as barras (barras 02, 03 etc) constantes da tabela.

Feitos os feixes de todas as barras, o armador começará a montagem da armadura das vigas. Na planta

de armação ele verá que uma determinada viga tem 2 ferros N12, 2 N13 , 1 N14 e 19 N15. Dos

respectivos feixes destas barras ele o número de ferros (2, 2, 1 e 19) e procederá a montagem da

armadura.

Outra tabela que é colocada na planta de armação é a “Tabela de Resumo do Aço”. Esta tabela é um

resumo da tabela anterior onde se apresenta os comprimentos e pesos totais de aço correspondentes a

cada bitola.

Esta tabela pode ser denominada como a “Tabela do Comprador”. É através dela que a empresa, após

acrescentar uma taxa correspondente às perdas, efetuará a compra do aço.

Na planta de armação deve ser colocada uma tabela de resumo do aço para cada aço utilizado (CA 50,

CA 60 etc.)

Resumo do Aço CA 50

φ Peso Kg/m

Comprimento Total (cm)

Peso

5,0 0,16 61563 98,50 6,3 0,25 15888 39,72 8,0 0,40 13654 54,62 10,0 0,63 22095 139,2 12,5 1,00 15235 152,35 16,0 1,6 2265 36,24 Σ 520,63

Para as emendas de barras serão usadas as seguintes representações:

superposição: indica-se simplesmente cotando o comprimento da cobertura;

luvas: indica-se com o símbolo dotando a respectiva situação:

solda: Indica-se com o símbolo cotando a respectiva situação:

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Os detalhes dos ganchos e raios de curvatura, obedecendo às prescrições mínimas da NBR 6118,

não precisam figurar no desenho, porem constando em cada prancha, pelo menos uma indicação das

medidas a adotar.

Nas lajes é facultada a representação das barras dentro ou fora do desenho de cada laje, ou ainda a

aplicação simultânea de ambos os dispositivos, conforme for mais conveniente à clareza do desenho;

• a distribuição da armadura será feita sempre em faixa normal à posição ocupada pelas barras

obedecendo, portanto, à marcação que o armador tenha no taipal;

• quando a armadura superior for independente da Inferior, aconselha-se a execução de

desenhos separados para cada uma delas.

A representação da armadura de vigas será feita longitudinalmente e deverá conter o traçado

auxiliar dos pontos mais conveniente da forma, indicando a perfeita posição das barras:

• quando houver várias camadas, a representação longitudinal será feita reproduzindo

esquematicamente a posição relativa dessas camadas;

• sempre que necessário, será feita a representação adicional de seções transversais;

• em cada prancha de armadura de vigas será anexado pequeno quadro, contendo índice por

ordem numérica das vigas nela representadas.

A representação da armadura de pilares será feita por seções transversais com indicação minuciosa

da posição das barras e de seus diâmetros:

• ao lado de cada seção será feita a representação do respectivo estribo com as convenções de

3.1.3, alíneas b) e c);

• é obrigatória a representação esquemática dos diferentes tipos de armaduras longitudinais dos

pilares constantes da prancha 3.1.3.1;

• sempre que necessário (especialmente no caso de pilares inclinados ou pilares de pórticos),

far-se-á a representação longitudinal, obedecendo-se então às indicações gerais dadas para

vigas.

Page 38: Concreto Armado

34

4 O concreto “armado”

Em Materiais de Construção Civil e no capítulo anterior, estudamos os materiais que compõem o

concreto armado, o concreto e o aço. Já vimos que entre as desvantagens do concreto está a sua baixa

resistência aos esforços de tração, que é menor que 1/10 de sua resistência à compressão.

O cálculo de um elemento de concreto armado, seja uma viga, uma laje, um pórtico etc, consiste em

determinar seus esforços e a partir do diagrama de momento fletor, armar (colocar ferros) as regiões

tracionadas.

Veja os exemplos abaixo:

Viga bi-apoiada.

Viga bi-apoiada com balanço

Região comprimidada

Região tracionada O concreto é fissurado.

Coloca-se armadura na região tracionada.

Região tracionada

Região tracionada

Coloca-se armadura na região tracionada.

Page 39: Concreto Armado

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Viga contínua

Pórtico

Nestes exemplos, a armadura está sendo disposta apenas esquematicamente. Mais adiante será visto as

prescrições de norma e os detalhes de armação.

Região tracionada

Região tracionada

Coloca-se armadura na região tracionada.

Page 40: Concreto Armado

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Tomemos como exemplo a viga bi-apoiada com balanço, abaixo.

Esta viga tem duas regiões distintas:

Região A, com tração na borda inferior e compressão na superior.

Região B, com tração na borda superior e compressão na inferior.

O “concreto armado” consiste, portanto, em dimensionar a determinar uma seção de concreto que

resista às tensões de compressão, uma seção de aço que resista às tensões de tração, e que ambos,

concreto e aço, trabalhem solidariamente.

A 1 B 2 C

p

A

B

Deformações

Esf. Cortante

Momento Fletor

SB

SA Seção mais solicitada da região A SB Seção mais solicitada da região B

SA

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Conforme o diagrama de momentos fletores, esta viga é composta por infinitas seções, e cada uma é

submetida a esforços diferentes dos das demais seções. Como veremos a seguir, não há necessidade de

se calcular a viga inteira, com suas infinitas seções.

Esta viga tem duas regiões tracionadas; as regiões A e B. O cálculo consistirá no dimensionamento das

seções mais solicitadas em cada uma destas regiões.

O dimensionamento da seção SA, a seção mais solicitada da região A, será extrapolado para a região

A (é o que se chama de “cobertura de diagrama”). Analogamente, o dimensionamento da seção SB

será extrapolado para toda a região B.

Isto se aplica a qualquer elemento em concreto armado, seja uma viga, um pórtico, uma grelha, uma

laje etc.

A seguir vamos começar o estudo do dimensionamento das seções de concreto armado.

Região A

Concreto trabalhando a compressão

Região B

Concreto trabalhando a compressão

Page 42: Concreto Armado

38

5 Referências

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 05738 - Concreto - Procedimento

para moldagem e cura de corpos-de-prova, Rio de Janeiro, 2003.

______ NBR 05739 - Concreto - Ensaio de compressão de corpos-de-prova cilíndricos, Rio de

Janeiro, 2007.

______ NBR 06118 - Projeto de estruturas de concreto - procedimento, Rio de Janeiro, 2007.

______ NBR 6120 - Cargas para o cálculo de estruturas de edificações – Procedimento, Rio de

Janeiro, 1980.

______ NBR 06122 - Projeto e execução de fundações, Rio de Janeiro, 1996.

______ NBR 07191 - Execução de Desenhos para Obras de Concreto, Rio de Janeiro, 1982.

______ NBR 07211 - Agregado para concreto – Especificação, Rio de Janeiro, 2005.

______ NBR 07222 - Argamassa e concreto - Determinação da resistência à tração por compressão

diametral de corpos-de-prova cilíndricos. Rio de Janeiro, 1994.

______ NBR 07480 – Aço destinado a armaduras para estruturas de concreto armado –

Especificação. Rio de Janeiro, 2007.

______ NBR 08522 - Concreto - Determinação do módulo estático de elasticidade à compressão. Rio

de Janeiro, 2008.

______ NBR 08953 - Concreto para fins estruturais - Classificação. Rio de Janeiro, 1992.

______ NBR 10067 - Princípios Gerais de Representação em Desenho Técnico, Rio de Janeiro. 1995.

______ NBR 12655 - Concreto - Preparo controle e recebimento, Rio de Janeiro, 2006.

______ NBR12142 - Concreto - Determinação da resistência à tração na flexão em corpos-de-prova

prismáticos, Rio de Janeiro, 1991.

______ NBRNM67 (NBR7223) - Concreto - Determinação da consistência pelo abatimento do

tronco de cone, Rio de Janeiro, 1998.

Page 43: Concreto Armado

39

ABCP - Associação Brasileira de Cimento Portland. BT-106 - Guia básico de utilização do cimento

Portland. 7.ed. São Paulo, 28p. 2002.

Batista, Arildo. Aço em obras de concreto: Alterações na norma brasileira ABNT NBR 7480 – aço

destinado a armaduras para estruturas de concreto armado - especificação. Arcelor Mittal Brasil.

Disponível em: <http://www.belgo.com.br/produtos/artigos/artigos.asp >. Acesso em: 2008.

Belgo Mineira. Belgo 50 e Belgo 60. ArcelorMittal Aços Longos. Disponível em:

<http://www.belgo.com.br/produtos/artigos/artigos.asp>. Acesso em: 2008

Prudêncio Jr, L. R. Tecnologia do concreto de cimento Portland. Universidade Federal de Santa

Catarina: Núcleo de Pesquisa em Construção, Notas de aula: Curso de mestrado em engenharia civil,

1999.