Fundamentos do concreto armado

Fundamentos do concreto armado

(Parte 1 de 9)

UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA UNESP - Campus de Bauru/SP

FACULDADE DE ENGENHARIA Departamento de Engenharia Civil

Disciplina: 1288 - ESTRUTURAS DE CONCRETO I NOTAS DE AULA

Prof. Dr. PAULO SÉRGIO DOS SANTOS BASTOS (wwwp.feb.unesp.br/pbastos)

Bauru/SP Agosto/2006

Esta apostila tem o objetivo de servir como notas de aula na disciplina 1288 – Estruturas de Concreto I, do curso de Engenharia Civil da Faculdade de Engenharia, da Universidade Estadual Paulista – UNESP, Campus de Bauru/SP. O conteúdo da disciplina tem três partes: Fundamentos do Concreto Armado, Dimensionamento de Vigas à Flexão Simples e Lajes. Em outras duas apostilas são apresentadas a segunda e a terceira partes do conteúdo.

Nesta apostila encontram-se os conceitos iniciais e diversas informações que são base para o entendimento do projeto e dimensionamento das estruturas de concreto armado. O conhecimento dos Fundamentos do Concreto Armado é primordial para o aprendizado das disciplinas posteriores de concreto armado, existentes no curso de Engenharia Civil.

Em linhas gerais o texto segue as prescrições contidas na nova norma NBR 6118/2003

(“Projeto de estruturas de concreto – Procedimento”), conforme a versão corrigida de março de 2004, para o projeto e dimensionamento dos elementos de concreto armado.

A apostila não esgota todo o assunto, que é muito vasto. Por isso, o aprendizado deve ser complementado com estudo dos itens constantes nas Referências Bibliográficas e na Bibliografia Complementar, entre outros.

Nesta disciplina e na 1309 – Estruturas de Concreto I, ministradas pelo autor, serão utilizadas diversas apostilas, disponibilizadas no endereço wwwp.feb.unesp.br/pbastos, em “Disciplinas Lecionadas”.

Ao longo do curso de Engenharia Civil o aluno deverá cursar três disciplinas de Estruturas de Concreto Armado, com a opção de cursar outras disciplinas optativas. Na disciplina 1288 – Estruturas de Concreto I o conteúdo é composto por: Fundamentos do Concreto Armado, Dimensionamento de Vigas à Flexão Simples e Projeto de Lajes. Em 1309 – Estruturas de Concreto I o conteúdo é: Projeto de Vigas, englobando o dimensionamento ao Esforço Cortante, à Torção e da ancoragem da armadura longitudinal, seguido de pilares.

Na disciplina 1354 – Estruturas de Concreto I - o conteúdo é: Fundações de Edifícios (blocos, tubulões, sapatas, vigas de equilíbrio), escadas, reservatórios (vigas-parede), consolos, dentes gerber e punção. No decorrer das três disciplinas obrigatórias o aluno desenvolve o projeto da estrutura de um edifício.

As quatro disciplinas não abordam todos os temas existentes, porque o Concreto Armado é um campo muito vasto, porém, os conteúdos tratam dos temas mais importantes e comuns do dia a dia das atividades do Engenheiro Estrutural. Ao final do curso espera-se que o aluno esteja apto a iniciar suas atividades no ramo do projeto estrutural de edifícios, em empresas ou escritórios de cálculo estrutural.

O projeto estrutural de edifícios consiste, resumidamente, nas seguintes etapas: concepção do sistema estrutural (horizontal e vertical) do edifício, juntamente com o pré-dimensionamento das dimensões dos elementos, determinação e análise dos deslocamentos e esforços solicitantes da estrutura, considerando-se obrigatoriamente os efeitos da ação do vento, dimensionamento e detalhamento das armaduras e desenhos finais.

Nos últimos anos ocorreu um grande avanço no desenvolvimento dos programas computacionais para projeto estrutural, e hoje, praticamente a totalidade dos projetos são desenvolvidos por meio dos programas.

Críticas e sugestões serão muito bem-vindas, pois assim a apostila poderá ser melhorada. O autor agradece ao técnico Éderson dos Santos Martins pela confecção dos desenhos.

1. INTRODUÇÃO1
1.1 COMPOSIÇÃO DO CONCRETO1
1.1.1 Ci mento3
1.1.2 Agregados5
1.1.3 Água6
1.2 CONCEITO DE CONCRETO ARMADO7
1.3 CONCEITO DE CONCRETO PROTENDIDO8
1.4 FISSURAÇÃO NO CONCRETO ARMADO1
1.5 HISTÓRICO DO CONCRETO ARMADO13
1.6 VANTAGENS E DESVANTAGENS DO CONCRETO ARMADO15
1.7 PRINCIPAIS NORMAS BRASILEIRAS PARA CONCRETO ARMADO15
1.8 PRINCIPAIS NOTAÇÕES DA NBR 611816
1.8.1 Letras Minúsculas16
1.8.2 Letras Maiúsculas17
1.8.3 Letras Gregas17
1.8.4 Sím bolos Subscritos18
1.9 PROPOSTAS DE ESTUDO18
1.10 QUESTIONÁRIO18
2. ELEMENTOS ESTRUTURAIS EM CONCRETO ARMADO19
2.1 CLASSIFICAÇÃO GEOMÉTRICA19
2.2 PRINCIPAIS ELEMENTOS ESTRUTURAIS21
2.2.1 Laje21
2.2.2 Viga26
2.2.3 Pilar30
2.2.4 Tubulão e Bloco de Fundação3
2.2.5 Sapata36
2.3 PROPOSTAS DE ESTUDO38
2.4 QUESTIONÁRIO38
3. REQUISITOS DE QUALIDADE DA ESTRUTURA E DO PROJETO39
4. DURABILIDADE DAS ESTRUTURAS DE CONCRETO39
4.1 MECANISMOS DE DETERIORAÇÃO DO CONCRETO39
4.2 MECANISMOS DE DETERIORAÇÃO DA ARMADURA40
4.3 MECANISMOS DE DETERIORAÇÃO DA ESTRUTURA40
4.4 AGRE SSIVIDADE DO AMBIENTE41
4.5 CUIDADOS NA DRENAGEM VISANDO A DURABILIDADE41
4.6 QUALIDADE DO CONCRETO DE COBRIMENTO42
4.7 ESPESSURA DO COBRIMENTO DA ARMADURA42
4.8 QUESTIONÁRIO43
5. RESISTÊNCIAS CARACTERÍSTICAS E DE CÁLCULO4
5.1 CONCEITO DE VALOR CARACTERÍSTICO4
5.2 RESISTÊNCIAS CARACTERÍSTICAS DO CONCRETO E DO AÇO46

SUMÁRIO 5.3 RESISTÊNCIAS DE CÁLCULO DO CONCRETO E DO AÇO..................................47

5.4.1 Coeficiente de Ponderação das Resistências no Estado Limite Último (ELU)48
6. SEGURANÇA E ESTADOS LIMITES49
6.1 ESTADOS LIMITES ÚLTIMOS (ELU)50
6.2 ESTADOS LIMITES DE SERVIÇO (ELS)51
6.3 VERIFICAÇÃO DA SEGURANÇA51
6.4 QUESTIONÁRIO52
7. AÇÕES NAS ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO52
7.1 AÇÕES PERMANENTES52
7.1.1 Ações Permanentes Diretas53
7.1.2 Ações Permanentes Indiretas53
7.2 AÇÕES VARIÁVEIS54
7.2.1 Ações Variáveis Diretas54
7.2.2 Ações Variáveis Indiretas5
7.3 AÇÕES EXCEPCIONAIS56
7.4 VALORES DAS AÇÕES56
7.4.1 Valores Característicos56
7.4.2 Valores Representativos56
7.4.3 Valores de Cálculo57
7.5 COEFICIENTES DE PONDERAÇÃO DAS AÇÕES57
7.5.1 Coeficientes de Ponderação das Ações no Estado Limite Último (ELU)57
7.5.2 Coeficientes de Ponderação das Ações no Estado Limite de Serviço (ELS)58
7.6 COMBINAÇÕES DE AÇÕES58
7.6.1 Com binações Últimas59
7.6.2 Combinações de Serviço61
7.7 QUESTIONÁRIO62
8. MATERIAIS COMPONENTES DO CONCRETO ARMADO62
8.1 CONCRETO62
8.1.1 Massa Específica62
8.1.2 Resistência à Compressão63
8.1.3 Resistên cia à Tração64
8.1.4 Resistência no Estado Multiaxial de Tensões6
8.1.5 Módulo de Elasticidade67
8.1.6 Coeficiente de Poisson e Módulo de Elasticidade Transversal69
8.1.7 Diagrama Tensão-Deformação do Concreto à Tração69
8.1.8 Diagrama Tensão-Deformação do Concreto à Compressão70
8.1.9 Deformações do Concreto72
8.1.10 Proposta de Estudo75
8.1.1 Questionário75
8.2 AÇOS PARA ARMADURA76
8.2.1 Tipos de Superfície76
8.2.2 Características Geométricas7
8.2.3 Diagram a Tensão-Deformação80
8.3 QUESTIONÁRIO81
9. ESTÁDIOS DE CÁLCULO82
10. DOMÍNIOS DE DEFORMAÇÕES83
10.1 RETA A84
10.2 DOMÍNIO 184
10.3 DOMÍNIO 285
10.4 DOMÍNIO 386
10.5 DOMÍNIO 487

5.4 COEFICIENTES DE PONDERAÇÃO DAS RESISTÊNCIAS....................................48 5.4.2 Coeficiente de Ponderação das Resistências no Estado Limite de Serviço (ELS)..48 10.6 DOMÍNIO 4A .................................................................................................................87

10.8 RETA B8
10.9 DETERMINAÇÃO DE x2lim E x3lim89
10.10 QUESTIONÁRIO90
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS90

10.7 DOMÍNIO 5 ....................................................................................................................8 BIBLIOGRAFIA COMPLEMENTAR...........................................................................................92

1288 - Estruturas de Concreto I – Fundamentos do Concreto Armado UNESP(Bauru/SP) – Prof. Dr. Paulo Sérgio dos Santos Bastos

1 FUNDAMENTOS DO CONCRETO ARMADO

1. INTRODUÇÃO

Até março de 2003 a principal norma para o projeto de estruturas de concreto armado era a

NBR 6118/80, ou NB1/78. Após passar por vários anos em processo de revisão, a NB 1/78 foi substituída por uma nova versão, a NBR 6118/2003 “Projeto de Estruturas de Concreto – Procedimento”, que incluiu também as estruturas de Concreto Protendido. As recomendações para a execução das estruturas de concreto passaram a fazer parte da norma NBR 14931/03.

Todo o conteúdo desta disciplina e das demais nas áreas de concreto armado e protendido seguem as recomendações constantes da NBR 6118/03.

A norma se aplica a estruturas de concretos normais, com massa específica seca maior que 2.0 kg/m3, não excedendo 2.800 kg/m3, do grupo I de resistência (C10 a C50), conforme classificação da NBR 8953.

Concretos normais são também chamados convencionais, e excluem os “concretos especiais” com características particulares, como os concretos leves, de alto desempenho, autoadensável, massa, rolado, colorido, entre tantos outros existentes.

Segundo a NBR 6118/03 (item 1.5), “No caso de estruturas especiais, tais como de elementos pré-moldados, pontes e viadutos, obras hidráulicas, arcos, silos, chaminés, torres, estruturas off-shore, ou em que se utilizam técnicas construtivas não convencionais, tais como formas deslizantes, balanços sucessivos, lançamentos progressivos e concreto projetado, as condições da NBR 6118/03 ainda são aplicáveis, devendo no entanto ser complementadas e eventualmente ajustadas em pontos localizados, por Normas Brasileiras específicas”.

Outras normas também importantes e de interesse no desenvolvimento dos conteúdos são as estrangeiras: MC-90, do COMITÉ EURO-INTERNATIONAL DU BÉTON, o Eurocode 2/92, do EUROPEAN COMMITTEE STANDARDIZATION, e o ACI 318-05, do AMERICAN CONCRETE INSTITUTE.

1.1 COMPOSIÇÃO DO CONCRETO

Os primeiros materiais a serem empregados nas construções foram a pedra natural e a madeira, sendo o ferro e o aço empregados séculos depois. O concreto armado só surgiu mais recentemente, por volta de 1850.

Para um material de construção ser considerado bom, ele deve apresentar duas características básicas: resistência e durabilidade. A pedra natural tem resistência à compressão e durabilidade muito elevadas, porém, tem baixa resistência à tração. A madeira tem razoável resistência, mas tem durabilidade limitada. O aço tem resistências elevadas, mas requer proteção contra a corrosão.

O concreto armado pode ter surgido da necessidade de se aliar as qualidades da pedra (resistência à compressão e durabilidade) com as do aço (resistências mecânicas), com as vantagens de poder assumir qualquer forma, com rapidez e facilidade, e proporcionar a necessária proteção do aço contra a corrosão.

O concreto é um material composto, constituído por cimento, água, agregado miúdo (areia) e agregado graúdo (pedra ou brita), e ar. Pode também conter adições (cinza volante, pozolanas, sílica ativa, etc.) e aditivos químicos com a finalidade de melhorar ou modificar suas propriedades básicas.

1288 - Estruturas de Concreto I – Fundamentos do Concreto Armado UNESP(Bauru/SP) – Prof. Dr. Paulo Sérgio dos Santos Bastos

Esquematicamente pode-se indicar que a pasta é o cimento misturado com a água, a argamassa é a pasta misturada com a areia, e o concreto é a argamassa misturada com a pedra ou brita, também chamado concreto simples (concreto sem armaduras).

As Figura 1 a Figura 6 mostram fotografias do cimento, dos agregados miúdo e graúdo, da pasta de cimento, da argamassa que compõe o concreto e do concreto. A definição para o Concreto Simples, conforme a NBR 6118/03 (item 3.1.2) é:

Elementos de concreto simples estrutural: “elementos estruturais elaborados com concreto que não possui qualquer tipo de armadura ou que a possui em quantidade inferior ao mínimo exigido para o concreto armado”.

Figura 1 – Cimento. Figura 2 – Agregado miúdo (areia).

Figura 3 – Agregado graúdo (pedra ou brita). Figura 4 – Pasta de cimento e água.

Figura 5 – Argamassa. Figura 6 – Concreto simples.

1288 - Estruturas de Concreto I – Fundamentos do Concreto Armado UNESP(Bauru/SP) – Prof. Dr. Paulo Sérgio dos Santos Bastos

Na seqüência são apresentados os materiais componentes do concreto simples, com a definição e a descrição de suas características mais importantes.

1.1.1 Cimento

O cimento portland, tal como hoje mundialmente conhecido, foi descoberto na Inglaterra por volta do ano de 1824, e a produção industrial foi iniciada após o ano de 1850.

O cimento portland é um pó fino com propriedades aglomerantes, aglutinantes ou ligantes, que endurece sob ação da água. Depois de endurecido, mesmo que seja novamente submetido à ação da água, o cimento portland não se decompõe mais (ABCP, 2002). O cimento é o principal elemento dos concretos e é o responsável pela transformação da mistura de materiais que compõem o concreto no produto final desejado.

O cimento é composto de clínquer e de adições, sendo o clínquer o principal componente, presente em todos os tipos de cimento (Figura 7). O clínquer tem como matérias-primas básicas o calcário e a argila. A propriedade básica do clínquer é que ele é um ligante hidráulico, que endurece em contato com a água.

Figura 7 - Clínquer para fabricação de cimento.

Para a fabricação do clínquer, a rocha calcária inicialmente britada e moída é misturada com a argila moída. A mistura é submetida a um calor intenso de até 1450°C e então bruscamente resfriadas, formando pelotas (o clínquer). Após processo de moagem, o clínquer transforma-se em pó.

(Parte 1 de 9)

Comentários