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UNIMARCONCRETO ARMADO I Prof. Eng. VICENTE BUDZINSKI

CONCRETO

Concreto é um material de construçãoproveniente da mistura, em proporçãoadequada, de: aglomerantes, agregados eágua. Também é frequente o emprego deaditivos e adições.


AGLOMERANTES

Os aglomerantes unem os fragmentos deoutros materiais. No concreto, em geral seemprega cimento Portland, que por ser umaglomerante hidráulico, reage com a água eendurece com o tempo.


ADITIVOS

Os aditivos são produtos que, adicionados empequena quantidade aos concretos de cimento, modificamalgumas propriedades, no sentido de melhorar essesconcretos para determinadas condições.

Os principais tipos de aditivos são: plastificantes (P),retardadores de pega (R), aceleradores de pega (A),plastificantes retardadores (PR), plastificantes aceleradores(PA), incorporadores de ar (IAR), superplastificantes (SP),superplastificantes retardadores (SPR) e superplastificantesaceleradores (SPA).


AGREGADOS

Os agregados são partículas minerais que aumentamo volume da mistura, reduzindo seu custo, além de contribuirpara a estabilidade volumétrica do produto final.Dependendo das dimensões características, dividem-se emdois grupos:

• Agregados miúdos: 0,075mm < φ < 4,8mm. Exemplo:areias.

• Agregados graúdos: φ≥ 4,8mm. Exemplo: pedras.


PASTA

A pasta resulta das reações químicas do cimento com a água. Quando há água em excesso, denomina-se nata.


ARGAMASSA

A argamassa provém da mistura de cimento, água eagregado miúdo, ou seja, pasta com agregado miúdo.


CONCRETO SIMPLES

O concreto simples é formado por cimento, água,agregado miúdo e agregado graúdo, ou seja, argamassa eagregado graúdo.


CONCRETO SIMPLES

No estado endurecido, o concreto apresenta:

• boa resistência à compressão;• baixa resistência à tração;• comportamento frágil, isto é, rompe com pequenas

deformações.

Na maior parte das aplicações estruturais, paramelhorar as características do concreto, ele é usado junto comoutros materiais.


CONCRETO ARMADO

O concreto armado é a associação do concreto simplescom uma armadura, usualmente constituída por barras deaço.

Os dois materiais devem resistir solidariamente aosesforços solicitantes. Essa solidariedade é garantida pelaaderência.

CONCRETO SIMPLES +

ARMADURA +

ADERÊNCIA=

CONCRETO ARMADO


CONCRETO PROTENDIDO

No concreto armado, a armadura não tem tensõesiniciais. Por isso, é denominada armadura frouxa ou armadurapassiva. No concreto protendido, pelo menos uma parte daarmadura tem tensões previamente aplicadas, denominadaarmadura de protensão ou armadura ativa.

CONCRETO +

ARMADURA ATIVA=

CONCRETO PROTENDIDO


VANTAGENS DO CONCRETO ARMADO

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VANTAGENS DO CONCRETO ARMADO:

1. É moldável, permitindo grande variabilidade de formas ede concepções arquitetônicas.

2. Apresenta boa resistência à maioria dos tipos desolicitação, desde que seja feito um cálculo correto e umadequado detalhamento das armaduras.

3. A estrutura é monolítica, com trabalho conjunto, se umapeça é solicitada.

4. Baixo custo dos materiais – água e agregados, graúdos emiúdos.

5. Baixo custo de mão de obra, pois, em geral, a produção deconcreto convencional não exige profissionais comelevado nível de qualificação.



6. Processos construtivos conhecidos e bem difundidos emquase todo o país.

7. Facilidade e rapidez de execução, principalmente se foremutilizadas peças pré-moldadas.

8. O concreto é durável e protege as armaduras contracorrosão.

9. Os gastos de manutenção são reduzidos, desde que aestrutura seja bem projetada e adequadamenteconstruída.

10. O concreto é pouco permeável à água, quando dosadocorretamente e executado em boas condições deplasticidade, adensamento e cura.



11. É um material com bom comportamento em situações deincêndio, desde que adequadamente projetado para essassituações.

12. Possui resistência significativa a choques e vibrações,efeitos térmicos, atmosféricos e a desgastes mecânicos.


RESTRIÇÕES DO CONCRETO ARMADO:

Providências adequadas devem atenuar as consequências de algumas restrições do concreto. As principais restrições são:

1. Retração e fluência,2. Baixa resistência à tração,3. Pequena ductilidade,4. Fissuração,5. Peso próprio elevado,6. Custo de formas para moldagem,7. Corrosão das armaduras.


PROVIDÊNCIAS PARA O CONCRETO ARMADO:

Para suprir as deficiências do concreto, há várias alternativas. Tanto a retração quanto a fluência dependem da estrutura interna do concreto.

Portanto, para minimizar seus efeitos, adequada atenção deve ser dada a todas as fases de preparação, desde a escolha dos materiais e da dosagem até o adensamento e a cura do concreto colocado nas fôrmas.



A fluência depende também das forças que atuam naestrutura. Portanto, um programa adequado das fases decarregamento, tanto na fase de projeto quanto durante aconstrução, pode atenuar os efeitos da fluência.

A baixa resistência à tração pode ser contornada como uso de adequada armadura, em geral constituída de barrasde aço, obtendo-se o concreto armado. Além de resistência àtração, o aço garante ductilidade e aumenta a resistência àcompressão, em relação ao concreto simples.



A fissuração pode ser contornada ainda na fase deprojeto, com armação adequada e limitação do diâmetro dasbarras e da tensão na armadura.

A corrosão da armadura pode ser prevenida comcontrole da fissuração e com o uso de adequado cobrimentoda armadura, cujo valor depende do grau de agressividade doambiente em que a estrutura for construída.


APLICAÇÕES DO CONCRETO ARMADO:

É o material estrutural mais utilizado no mundo. Seuconsumo anual é da ordem de uma tonelada por habitante.Entre os materiais utilizados pelo homem, o concreto perdeapenas para a água.

Outros materiais como madeira, alvenaria e açotambém são de uso comum e há situações em que sãoimbatíveis.


ESTRUTURAS DE EDIFÍCIOS:

Estrutura é a parte resistente da construção e tem asfunções de suportar as ações e as transmitir para o solo.

Em edifícios, os elementos estruturais principais são:

Lajes: são placas que, além das cargas permanentes,recebem as ações de uso e as transmitem para os apoios;travam os pilares e distribuem as ações horizontais entre oselementos de contraventamento;



Vigas: são barras horizontais que delimitam as lajes,suportam paredes e recebem ações das lajes ou de outrasvigas e as transmitem para os apoios;



Pilares: são barras em geral verticais que recebem as ações das vigas ou das lajes e dos andares superiores as transmitem para os elementos inferiores ou para a fundação;



Fundação: são elementos como blocos, lajes, sapatas, vigas, estacas etc., que transferem os esforços para o solo.



Pilares alinhados ligados por vigas formam os pórticos, que devem resistir às ações do vento e às outras ações que atuam no edifício, sendo o mais utilizado sistema de contraventamento.



Nos andares com lajes e vigas, a união desseselementos pode ser denominada tabuleiro, andar, piso oupavimento.

São muito comuns as lajes nervuradas. Se as nervurase as vigas que as suportam têm a mesma altura, o uso de umforro de gesso, por exemplo, dão a elas a aparência de lajeslisas.

Nos edifícios, são considerados elementos estruturaiscomplementares: escadas, caixas d’água, muros de arrimo,consolos, marquises etc.



LAJE NERVURADA:



LAJE MACIÇA:


EDIFÍCIOS DE PEQUENO PORTE:

Apresentar os fundamentos do concreto, as bases para cálculo e a rotina do projeto estrutural para edifícios de pequeno porte.

Em exemplos simples, serão dimensionadas e detalhadas lajes, vigas e pilares.

Mas o que é edifício de pequeno porte ????


EDIFÍCIOS DE PEQUENO PORTE:

Serão considerados edifícios de pequeno porte aqueles com estruturas regulares muito simples, que apresentem:

• até quatro pavimentos;• ausência de protensão;• cargas de uso nunca superiores a 3kN/m2;• altura de pilares até 4m e vãos não excedendo 6m;• vão máximo de lajes até 4m (menor vão) ou 2m, no

caso de balanços.


MASSA ESPECÍFICA:

Concreto Simples: 2400Kg/m3

Concreto Armado: 2500 Kg/m3


PROPRIEDADES MECÂNICAS:

Resistência à compressão, resistência à tração e módulo

de elasticidade. Essas propriedades são determinadas a partir deensaios.

Resistência à compressão:

A resistência à compressão simples, denominada fc, é acaracterística mecânica mais importante. Para estimá-la, segue-sea NBR 5738 – Moldagem e cura de corpos-de-prova cilíndricos,

que depois são ensaiados conforme NBR 5739 – Concreto –

Ensaio de compressão de corpos-de-prova cilíndricos.



Resistência à compressão: O corpo de prova padrão brasileiro é o cilíndrico, com 15 cm de diâmetro e 30 cm de altura, e a idade de referência é 28 dias.



Resistência à compressão: Após ensaio de um número muito grande de corpos de

prova, pode ser feito um gráfico com os valores obtidos de fcversus a quantidade de corpos de prova relativos a determinadovalor de fc, também denominada densidade de frequência.



Resistência à compressão: Na curva de Gauss encontram-se dois valores de

fundamental importância: resistência média do concreto àcompressão, fcm, e resistência característica do concreto àcompressão, fck.


PROPRIEDADES MECÂNICAS:Resistência à compressão: O valor fcm é a média aritmética dos valores de fc para o conjuntode corpos de prova ensaiados, e é utilizado na determinação daresistência característica, fck, por meio da fórmula: fck=fcm-1,65SO desvio padrão S corresponde à distância entre a abscissa de fcme a do ponto de inflexão da curva (ponto em que ela muda deconcavidade).


PROPRIEDADES MECÂNICAS:Resistência à compressão:

O valor 1,65 corresponde ao quantil de 5 %, ou seja,apenas 5 % dos corpos de prova possuem fc < fck, ou, ainda, 95 %dos corpos de prova possuem fc >= fck.


PROPRIEDADES MECÂNICAS:Resistência à tração:

Os conceitos relativos à resistência do concreto à traçãodireta, fct, são análogos aos expostos no item anterior, para aresistência à compressão. Portanto, tem-se a resistência médiado concreto à tração, fctm, valor obtido da média aritmética dosresultados, e a resistência característica do concreto à traçãofctk.



Resistência à tração:

1. Ensaio de tração direta2. Ensaio de tração na compressão diametral (spliting test)3. Ensaio de tração na flexão



Resistência à tração:

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


PROPRIEDADES MECÂNICAS:Módulo de elasticidade:

Outro aspecto fundamental no projeto de estruturas de concretoconsiste na relação entre as tensões e as deformações.

Sabe-se da Resistência dos Materiais que a relação entre tensão edeformação, para determinados intervalos, pode ser considerada linear (Lei deHooke), ou seja, σ = E ε , sendo σ a tensão, ε a deformação específica e E oMódulo de Elasticidade

Para o concreto, a expressão do Módulo de Elasticidade é aplicada somente à parte retilínea da curva tensão versus deformação ou, quando não existir uma parte retilínea, a expressão é aplicada à tangente da curva na origem. Desta forma, é obtido o Módulo de Deformação Tangente Inicial, Eci.


PROPRIEDADES MECÂNICAS:Módulo de elasticidade:



Módulo de elasticidade:

Quando não forem feitos ensaios e não existirem dados mais precisos sobre oconcreto, para a idade de referência de 28 dias, pode-se estimar o valor do módulo deelasticidade inicial usando a expressão:

Eci = 5600 fck1/2

Eci e fck são dados em MPa.

O Módulo de Elasticidade Secante, Ecs, a ser utilizado nas análises elásticasde projeto, especialmente para determinação de esforços solicitantes e verificação eestados limites de serviço, deve ser calculado pela expressão:

Ecs = 0,85 Eci



Coeficiente de POISSON:

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



Coeficiente de POISSON:

A relação entre a deformação transversal e a longitudinal édenominada coeficiente de Poisson e indicada pela letra ν. Para tensões decompressão menores que 0,5 fc e de tração menores que fct, pode ser adotadoν = 0,2.


AÇO:

DEFINIÇÃO:

O aço é uma liga de ferrocarbono com outros elementos adicionais(silício, manganês, fósforo, enxofre etc.), resultante da eliminação total ouparcial de elementos inconvenientes que se fazem presentes no produtoobtido na primeira redução do minério de ferro.

Os aços estruturais para construção civil possuem teores de carbonoda ordem de 0,18% a 0,25%. Esse material tem grande aplicação na Engenhariagraças às seguintes características: ductilidade; incombustibilidade; facilidadede ser trabalhado; resistência a tração, compressão, flexão e torção; resistênciaa impacto, abrasão e desgaste. Em condições adequadas, apresenta tambémresistência a variações de temperatura, intempéries e agressões químicas.


AÇO:

DEFINIÇÃO:

Como o concreto simples apresenta pequena resistência a tração e éfrágil, é altamente conveniente a associação do aço ao concreto, obtendo-se oconcreto armado.

Esse material, adequadamente dimensionado e detalhado, resistemuito bem à maioria dos tipos de solicitação. Mesmo em peças comprimidas,além de fornecer ductilidade, o aço aumenta a resistência do concreto àcompressão.


AÇO:

Tratamento a quente

Chama-se tratamento mecânico a quente quando a temperatura detrabalho é maior 720°C (zona crítica), em que ocorre a recristalização do aço.Nessa situação o aço é mais mole, sendo mais fácil de trabalhar, pois os grãosdeformados recristalizam-se em seguida sob a forma de pequenos grãos.

Estão incluídos neste grupo os aços CA-25 e CA-50.A laminação consiste na passagem do material entre dois rolos que

gira com a mesma velocidade periférica em sentidos opostos e estãoespaçados de uma distância algo inferior à espessura da peça a laminar.

Nessas condições, em função do atrito entre o metal e os rolos, a peçaé “puxada” pelos rolos, tendo sua espessura reduzida, o comprimentoalongado.


AÇO:Diagrama Aço tratado à quente:

Aço CA 50Diâmetro de 6,3mm;Valores nominais:As = 31,2 mm2;fyk = 500 MPa;


AÇO:Tratamento a frio ou encruamento

Neste tratamento ocorre uma deformação dos grãos pormeio de tração, compressão ou torção. Resulta no aumento daresistência mecânica e da dureza, e diminuição da resistência àcorrosão e da ductilidade, ou seja, decréscimo do alongamento e daestricção.

O processo é realizado abaixo da zona de temperaturacrítica (720°C). Os grãos permanecem deformados e diz-se que o açoestá encruado.

Nesta situação, os diagramas tensão-deformação dos açosapresentam patamar de escoamento convencional, a solda torna-semais difícil e, à temperatura da ordem de 600°C, o encruamento éperdido.

Neste grupo está incluído o aço CA-60.


AÇO:BITOLAS:


AÇO:Diâmetros:

Não é aconselhável o emprego de diâmetros inferiores a 5 mm emelementos estruturais, pois os inconvenientes de seu manuseio durante a obra,tais como transporte desde a central de armação até sua colocação na fôrma eposterior concretagem, podem comprometer o bom funcionamento daarmadura.

O comprimento de fornecimento das barras e fios retos deve ser de 12m e a tolerância de ± 1 %. São fornecidos em peças, feixes, rolos ou conformeacordo entre fornecedor e comprador.


AÇO:CARACTERÍSTICAS MECÂNICAS :

As características mecânicas mais importantes para a definição de umaço são o limite elástico, a resistência e o alongamento na ruptura. Essascaracterísticas são determinadas em ensaios de tração.

O limite elástico é a máxima tensão que o material pode suportar semque se produzam deformações plásticas ou remanescentes, além de certoslimites.

Resistência é a máxima força de tração que a barra suporta, divididapela área de seção transversal inicial do corpo de prova.


AÇO:CARACTERÍSTICAS MECÂNICAS :

Os aços para concreto armado devem obedecer aos requisitos:

Ductilidade e homogeneidade;

Valor elevado da relação entre limite de resistência e limite deescoamento;

Soldabilidade;

Resistência razoável a corrosão.

A ductilidade é a capacidade do material de se deformar plasticamente semromper. Quanto mais dúctil o aço, maior é a redução de área ou o alongamentoantes da ruptura.


AÇO:

CARACTERÍSTICAS MECÂNICAS :

Adota-se, para aço destinado a armadura passiva (paraconcreto armado), massa específica de 7850 kg/m3, coeficiente dedilatação térmica α = 10-5/°C, para temperatura entre -20°C e150°C, e módulo de elasticidade de 210GPa.


Pré-dimensionamento:

O pré-dimensionamento dos elementos estruturais énecessário para que se possa calcular o peso próprio daestrutura, que é a primeira parcela considerada no cálculo dasações.

O conhecimento das dimensões permite determinar osvãos equivalentes e as rigidezes, necessários no cálculo dasligações entre os elementos.


Pré-dimensionamento:PRÉ-DIMENSIONAMENTO DAS LAJES



Cobrimento nominal da armadura (c) é o cobrimento mínimo (cmin)acrescido de uma tolerância de execução (Δc): c = cmin + Δc



c) Espessura mínimaA NBR 6118 (2007) especifica que nas lajes maciças devem serrespeitadas as seguintes espessuras mínimas:

• 5 cm para lajes de cobertura não em balanço• 7 cm para lajes de piso ou de cobertura em balanço• 10 cm para lajes que suportem veículos de peso totalmenor ou igual a 30 kN• 12 cm para lajes que suportem veículos de peso totalmaior que 30 kN


Pré-dimensionamento:PRÉ-DIMENSIONAMENTO DAS VIGAS

Uma estimativa grosseira para a altura das vigas é dada por:

• tramos internos: hest = L/12

• tramos externos ou vigas biapoiadas: hest = L/10

• balanços: hest =L/5


Pré-dimensionamento:PRÉ-DIMENSIONAMENTO DAS VIGAS


Pré-dimensionamento:


Pré-dimensionamento:PRÉ-DIMENSIONAMENTO DE PILARES

Inicia-se o pré-dimensionamento dos pilares estimando-se sua carga, por exemplo, através do processo das áreas deinfluência.

Este processo consiste em dividir a área total dopavimento em áreas de influência, relativas a cada pilar e, apartir daí, estimar a carga que eles irão absorver.



Após avaliar a força nos pilares pelo processo das áreas deinfluência, é determinado o coeficiente de majoração da forçanormal (α) que leva em conta as excentricidades da carga, sendoconsiderados os valores:α = 1,3 → pilares internos ou de extremidade, na direção da maiordimensão;α = 1,5 → pilares de extremidade, na direção da menor dimensão;α = 1,8 → pilares de canto.

A seção abaixo do primeiro andar-tipo é estimada, então,considerando-se compressão simples com carga majorada pelocoeficiente α, utilizando-se a seguinte expressão:

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