Concreto Armado I

Concreto Armado I

(Parte 1 de 12)

1 INTRODUÇÃO1
1.1 Introdução ao Concreto1
1.2 História do Concreto2
1.3 Vantagens e Desvantagens do Concreto Armado4
1.3.1 Vantagens do Concreto Armado4
1.3.2 Desvantagens do Concreto Armado4
1.4 Normas para Projeto5
1.5 Concepções de Projeto5
1.6 Cargas de Projeto6
1.7 Elementos Componentes da Estrutura7
1.8 Etapas do Projeto Estrutural7
1.9 Exemplos de Estruturas em Concreto armado8
1.9.1 Ponte Ernesto Dornelles (Rio Grande do Sul, Brasil)8
1.9.2 Estádio de Futebol Maracanã (Rio de Janeiro, Brasil)8
1.9.3 Edifício Comercial Torre do Rio Sul (Rio de Janeiro, Brasil)9
1.9.4 Edifício Petronas Tower (Kuala Lumpur, Malásia)10
1.9.5 Plataforma de Petróleo Troll (Mar do Norte, Noruega)10
1.9.6 Usina Hidrelétrica de Itaipu (Brasil e Paraguai)1
1.9.7 Central Nuclear do Cattenom (Fança)12
2 CRITÉRIOS DE PROJETO13
2.1 Requisitos Básicos de Projeto13
Projeto Segundo a NBR 611813
2.2.1 Requisitos de Qualidade da Estrutura13
2.2.2 Requisitos de Qualidade do Projeto14
2.2.3 Avaliação da Conformidade do Projeto15
2.3.1 Exigências de durabilidade15
2.3.2 Vida útil de projeto15
2.3.3 Mecanismos de Envelhecimento e Deterioração16
2.3.4 Agressividade do Ambiente16
2.4 Critérios de Projeto que Visam a Durabilidade Segundo a NBR 611817
2.5 Estados Limites (NBR 6118)21
2.5.1 Estados Limites Últimos (ELU)21
2.5.2 Estados Limites de Utilização (Serviço)21
2.6 Ações (NBR 6118)2
2.6.1 Ações Permanentes2
2.6.2 Ações Variáveis (Fq)2
2.6.3 Ações Excepcionais23
2.7 Solicitações (NBR 6118)23
2.8 Valores Característicos e de Cálculo (NBR 6118)23
2.8.1 Valores Característicos23
2.9 Cálculo Segundo a NBR 611824
2.10 Etapas do Dimensionamento Estrutural25
3 HIPÓTESES BÁSICAS E PROPRIEDADES DOS MATERIAIS26
3.1 Introdução26
3.2 Concreto26

Índice : i 2.2 Requisitos Gerais de Qualidade da Estrutura e Avaliação da Conformidade do 2.3 Diretrizes para Durabilidade das Estruturas de Concreto Segundo a NBR 6118 15 3.2.1 Classes .................................................................................................... 26

3.2.2 Massa Específica27
3.2.3 Coeficiente de Dilatação Térmica27
3.2.4 Resistên cia à Tração27
3.2.5 Resistência à Compressão29
3.2.6 Módulo de Elasticidade31
3.2.7 Diagramas Tensão-Deformação (NBR 6118)32
3.2.8 Diâmetro máximo do agregado e do vibrador34
3.3 Aço34
3.3.1 Categoria34
3.3.2 Tipo de Superfície34
3.3.3 Coeficiente de Dilatação Térmica35
3.3.4 Massa Específica35
3.3.5 Módulo de Elasticidade35
3.3.7 Características de ductilidade37
3.3.8 Alongamento e Encurtamento Máximo Permitido para a Armadura37
3.3.9 Bitolas Padronizadas38
NORMAIS39
4.1 Introdução39
4.2 Hipóteses Básicas39
4.3 Domínios de Deformações40
4.4 Equações de Compatibilidade41
4.5 Limites entre Domínios43
4.6 Tração Simples e Tração com Pequena Excentricidade43
4.7 Flexão Simples4
4.7.1 Seções Retangulares com Armadura Simples4
4.7.2 Seções Retangulares com Armadura Dupla46
4.7.3 Seções “T”48

Índice : i 3.3.6 Diagrama Tensão-deformação, Resistência ao Escoamento e à Tração35 4 DIMENSIONAMENTO NO ESTADO LIMITE ÚLTIMO – SOLICIAÇÕES 4.7.4 Seções Simétricas com Zona Comprimida de Forma Qualquer.............50

1 INTRODUÇÃO

1.1 Introdução ao Concreto

O concreto é o material mais usado na construção civil. Sua utilização em larga escala ocorreu após a patente do cimento Portland por Joseph Aspdin, em 1824, na Inglaterra. Naquela época, os primeiros concretos eram produzidos utilizando cimento Portland, areia, brita e água, que era adicionada em abundância. A resistência à compressão dificilmente ultrapassava 10 MPa [1]. Hoje, com os avanços na tecnologia de dosagem e com a adição de outros materiais, tais como aditivos minerais e químicos em sua composição, a resistência à compressão pode superar 200 MPa [2]. Também, adições de fibras minerais, metálicas ou vegetais podem aumentar a tenacidade à fratura do concreto, diminuindo sua característica de ruptura frágil. O concreto é empregado na construção de edifícios, pontes, estádios, túneis, paredes de contenção, reservatórios, barragens e em muitos outros tipos de estruturas.

O concreto é um material heterogêneo constituído por uma vasta gama de partículas granulares. O tamanho destas partículas varia de dimensões menores que 1 mícron (sílica ativa) até centímetros (agregados graúdos). De acordo com o nível macro-estrutural de sua composição granulométrica, o concreto pode ser dividido em duas fases: matriz e agregados. A matriz é composta pela pasta de cimento Portland enquanto que, os agregados, materiais inertes e rígidos, servem como esqueleto granular principal. O concreto apresenta boa resistência aos esforços de compressão, porém, baixa resistência aos esforços de tração.

O concreto armado é resultado da união entre concreto simples e armadura de reforço em seu interior. A armadura de reforço constitui-se de barras de aço adicionadas na zona onde o concreto é solicitado à tração. Desse modo, o concreto e o aço trabalham em conjunto, uma vez que, o concreto, resiste aos esforços de compressão, e o aço, absorve os esforços à tração cujo concreto apresenta baixa resistência. No caso de uma viga de concreto sem armadura de reforço submetida ao ensaio de flexão, no instante que a tensão de tração no concreto atinge seu valor crítico de ruptura, irá surgir uma única fissura ocasionando ruptura brusca da viga. Por outro lado, se for considerada uma viga similar submetida ao ensaio de flexão, porém com armadura de reforço na zona tracionada do elemento, quando a tensão limite de tração no concreto for alcançada, surgirão fissuras, e o esforço de tração deixará de ser suportado pelo

Construções de Concreto Capíulo 1 - Introdução - 2 concreto e passará a ser resistido pela armadura. A armadura de reforço no concreto deve ser adicionada na região onde o elemento estrutural será submetido a tensões de tração para que possa suprir sua deficiência na resistência. Nos elementos estruturais submetidos apenas à compressão, a adição de armadura melhorará sua resistência à compressão.

1.2 História do Concreto

O primeiro uso de concreto produzido com cal hidráulica e cimento pozolânico datado pela literatura é atribuído aos Romanos nas construções de monumentos e aquedutos. Após a utilização pelos Romanos como material de construção, o concreto só voltou à tona em 1760 na Grã-Bretanha, quando John Smeaton o utilizou para assentar pedras na construção de uma parede para conter as águas do rio Calder. No ano de 1796, o inglês J. Parker reproduziu o cimento romano e 15 anos mais tarde Vicat produziu cimento através da queima de argila e cal. Em 1824, Joseph Aspdin produziu cimento portland na cidade de Wakefield, Grã-Bretanha. Foi atribuída a denominação de cimento portland porque a pasta de cimento, após endurecer, assemelhava-se com as pedras oriundas das pedreiras da Ilha de Portland [3].

Em 1832, o francês François Marte Le Brun, na cidade de Moissac, construiu uma casa usando concreto para moldar arcos com 5,50m de vãos. Também usou concreto na construção de uma escola em St. Aignan em 1834, e de uma igreja em Corbarièce em 1835. Em 1854, Joseph Louis Lambot construiu um pequeno barco em concreto armado com barras de aço que foi apresentado numa exposição em Paris, e patenteado em 1855. No mesmo ano, o inglês W. B. Wilkinson obteve a patente do uso de lajes em concreto armado com barras de ferro torcidas. O pesquisador francês François Cignet em 1855, obteve a patente de um sistema desenvolvido sobre o uso de barras de ferro imersas em lajes de concreto, levando-as até os apoios. Um ano mais tarde, adicionou porcas nas extremidades das barras, e em 1969 publicou um livro descrevendo alguns princípios básicos do concreto armado e possíveis aplicações [3].

Outro pesquisador francês, Joseph Monier, ganhou o crédito da invenção do concreto armado com a patente reconhecida 1867, em Paris, pela construção de tubos e vasos de jardins armados com malha de ferro. Em seguida, deu início a uma série de patentes como tubos e reservatórios (1868), placas planas (1869), pontes (1873), escadas (1875), vigas e colunas (1877). Entre os anos de 1880 e 1881, Monier recebeu patentes alemãs de amarrações de estrada de ferro, calhas de alimentação da água, vasos circular, placas planas, canaletas para irrigação, entre outras [3].

Nos Estados Unidos, em 1873, Willian E. Ward construiu em Nova Iorque, próximo ao porto de Chester, uma casa em concreto armado que existe até os dias atuais. O concreto armado foi usado para construir paredes, vigas, lajes e escadas. As primeiras pesquisas envolvendo o uso do concreto armado foram feitas por Thaddeus Hyatt, um advogado, que conduziu experiências com 50 vigas nos anos de 1870. De uma maneira correta, as barras de ferro nas vigas de Hyatt foram posicionadas na zona de tração, dobradas e ancoradas na zona de compressão. Adicionalmente, o reforço transversal (estribos verticais) foi usado próximo aos apoios. Entretanto, as experiências de Hyatt ficaram desconhecidas até o ano de sua publicação, em 1877. Em 1890, E. L. Ransome construiu o museu Leland Stanford Jr. em São Francisco, um edifício em concreto armado com dois pavimentos e comprimento de 95 m. Apartir desta data, o desenvolvimento do concreto armado nos Estados Unidos foi rápido. Durante o período de 1891 e 1894, os vários pesquisadores europeus publicaram teorias e resultados de

Construções de Concreto Capíulo 1 - Introdução - 3 ensaios; entre eles estavam Moeller (Alemanha), Wunsch (Hungria), Melan (Áustria), Hennebique (França), e Emperger (Hungria), mas o uso prático era menos extensivo do que nos Estados Unidos [3].

Entre os anos de 1850 a 1900, poucas publicações foram feitas, porque os métodos conhecidos sobre o uso do concreto armado eram considerados como segredos de comércio. A primeira publicação que pode ser classificada como livro texto foi a do pesquisador Considère, em 1899. Pelo decorrer do século, havia uma multiplicidade dos sistemas e dos métodos com pouca uniformidade em procedimentos de projeto, nas tensões permissíveis e nas técnicas de detalhamento da armadura. Em 1903, construtores formaram nos Estados Unidos um comitê comum com representantes de todas as organizações interessadas no uso do concreto armado cujo objetivo era uniformizar os conhecimentos e técnicas para o dimensionamento estrutural.

Emil Mörsch, professor eméritos da Universidade de Stuttgart, publicou em 1902, uma descrição com base científica e fundamentada dos ensaios publicados até a época sobre o comportamento do concreto armado. Desenvolveu ainda, a primeira teoria sobre o dimensionamento de elementos em concreto armado.

Em 1879 na Alemanha, G. A. Wayass comprou a patente francesa de Monier e publicou um livro com métodos de construção de Monier, em 1887. Rudolph Schuster comprou os direitos da patente na Áustria, e o nome de Monier se espalhou por toda a Europa, motivo pelo qual creditou-se a Monier o invento do concreto armado.

Em 1900, o ministro do trabalho da França foi chamado para um comitê dirigido por Armand Considère, engenheiro chefe do departamento de estradas e pontes, a fim de estabelecer especificações para o uso do concreto armado, que foram publicadas em 1906. Vários ensaios foram realizados no início do século X (Arthur N. Talbot universidade de Illinois, Frederick E. Turneaure e Morton O. Withey, universidade de Wisconsin, e por Bach na Alemanha, entre outros), para estudar o comportamento de vigas, resistência à compressão e à tração do concreto e módulo de elasticidade. Entre os anos de 1916 e 1940, as pesquisas concentraram-se no comportamento de colunas submetidas a cargas axiais e excêntricas.

O concreto armado foi sendo refinado cada vez mais até a introdução de uma pré-compressão na zona de tração cujo objetivo foi diminuir a fissuração excessiva. Este refinamento deu-se pela introdução parcial ou completa de protensão, desenvolvida pelo pesquisador francês Eugene Freyssinet, em 1928, estabelecendo assim a prática do uso de concreto protendido.

A partir de 1950, já era conhecido o comportamento de vários elementos em concreto armado, então, foram elaboradas normas sobre dimensionamento de estruturas em concreto armado, de acordo com restrições geográficas e climáticas de cada país, e atualizadas constantemente conforme necessidades de novas aplicações e da redução de custos obedecendo a critérios de segurança.

Por volta do ano 1960 na região de Chicago (EUA), começou-se usar concreto de alta resistência (30MPa) em estruturas de edifícios altos. Aumentar a resistência do concreto era sempre um desafio, fato que nas primeiras obras construídas com esse tipo de concreto, foram concretadas apenas algumas colunas, para provar que o concreto de alta resistência podia ser feito, entregue, lançado e curado. A primeira obra em concreto de alta resistência foi o Edifício Lake Point Tower em 1965, cuja resistência à compressão do concreto foi de 53MPa aos 28 dias [5].

Com o desenvolvimento de aditivos dispersantes no início dos anos 1970, no

Japão e na Alemanha, e seu aperfeiçoamento no início dos anos 1980 juntamente com a chegada da sílica ativa, foi que o concreto de alto desempenho teve seu grande impulso.

Construções de Concreto Capíulo 1 - Introdução - 4

Desde então, muitas pesquisas foram desenvolvidas e sua aceitação tem sido muito boa no ramo de estruturas, devido a suas propriedades jamais alcançadas pelo concreto comum.

Avançando ainda mais nos estudos sobre o concreto, no final dos anos 1990, foi desenvolvido no Canadá uma nova concepção de concreto, produzidos com Pós Reativos (Powder Reactive Concrete). A resistência deste concreto aplicando modernas técnicas de cura atingir a resistência à compressão na faixa de 800MPa [2].

1.3 Vantagens e Desvantagens do Concreto Armado

O concreto armado, quando comparado ao aço, apresenta vantagens e desvantagens em relação a seu uso na construção de estruturas de edifícios, pontes, plataformas de petróleo, reservatórios, barragens, entre outros.

1.3.1 Vantagens do Concreto Armado As principais vantagens no uso do concreto como material estrutural são:

Apresenta alta resistência a compressão; É facilmente moldável adaptando-se aos mais variados tipos de forma, e as armaduras de aço podem ser dispostas de acordo com o fluxo dos esforços internos; É resistente às influências atmosféricas e ao desgaste mecânico;

Apresenta melhor resistência ao fogo do que o aço;

Resistem a grandes ciclos de carga com baixo custo de manutenção;

Na maior parte das estruturas tais como: barragens, obras portuárias, fundações, é o material estrutural mais econômico.

1.3.2 Desvantagens do Concreto Armado As principais desvantagens no uso do concreto como material estrutural são:

Tem baixa resistência à tração, aproximadamente um décimo de sua resistência à compressão; Elevado peso próprio nas estruturas;

É necessário mistura, lançamento e cura, a fim de garantir a resistência desejada;

O custo das formas usadas para moldar os elementos de concreto é relativamente cara. Em alguns casos, o custo do material e a mão de obra para construir as formas tornam-se igual ao custo do concreto. Apresenta resistência à compressão inferior a do aço;

Surgimento de fissuras no concreto devido à relaxação e a aplicação de cargas móveis.

Construções de Concreto Capíulo 1 - Introdução - 5

1.4 Normas para Projeto

Todo e qualquer dimensionamento estrutural deverá ser feito de acordo com a normalização vigente na região onde a construção será efetuada. Cada país ou comunidade apresenta sua respectiva norma, que leva em conta condições ambientais tais como a existência ou não de abalos sísmicos, furacões, grandes variações de temperatura, qualidade dos materiais, tipos de construções, entre outros fatores.

As normas são desenvolvidas para padronização dos critérios de dimensionamento, oferecendo condições mínimas de utilização e segurança das estruturas. Elas são elaboradas a partir de inúmeros resultados de ensaios experimentais, oferecendo margem de segurança precavendo-se de possíveis falhas nos materiais, nas dosagens dos concretos, possíveis imperfeições geométricas durante a execução da estrutura ou, até mesmo, compensar pequenos erros de projetos.

No Brasil, a norma vigente para dimensionamento de estruturas em concreto armado é a NBR 6118/2003, Projeto de Estruturas de Concreto.

Dentre as normas estrangeiras, as mais importantes de acordo com seus respectivos países de origem são:

Instituto Americano do Concreto, ACI-318 (EUA); Association of State Highway and Transportation Officials, AASHTO (EUA);

American Society for Testing and Materials, ASTM (EUA);

Código Modelo para Concreto Armado, BS-8110 e CP-110 (Inglaterra);

Código Nacional de Construção do Canadá, CAN (Canadá);

Código Modelo Alemão para Concreto Armado, DIM 1045 (Alemanha);

Especificações para Reforços em Aço (Rússia);

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