Concreto Armado - Arte de Projetar- Parte l

Concreto Armado - Arte de Projetar- Parte l

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Concreto Armado I Universidade Estadual Vale do Acaraú – UVA

Profª. MSc. Elaine Cristina Rodrigues Ponte elainecponte@hotmail.com 1

1. Introdução e Fundamentos Teóricos

1.1. Introdução e Objetivos Gerais Nos estudos de Engenharia Estrutural em cursos de graduação em Engenharia

Civil é ministrado um conjunto de disciplinas básicas, que analisam, em diferentes graus de profundidade, sistemas compostos por peças estruturais, executadas com um material “ideal” – elástico, homogêneo e uniforme. No entanto, nas estruturas reais, os materiais usualmente empregados, apenas parcialmente e em diferentes graus, apresentam tais características. Nos dias de hoje, há dois materiais estruturais mais comumente usados: concreto e aço.

O concreto é, já há bastante tempo, o material estrutural mais empregado pela humanidade. Estima-se, atualmente, que o consumo mundial de concreto seja na ordem de 6 bilhões de toneladas por ano, que significa, aproximadamente, 1 tonelada por ser humano vivo; o único material consumido em maior quantidade pelo homem seria a água.

Denomina-se, usualmente, concreto armado o material estrutural composto pelo concreto e barras de aço nele inseridas, associados de modo que constituam um sólido único, do ponto de vista mecânico, quando submetido às ações externas. Esta associação tem por objetivo aproveitar as propriedades de ambos, concreto e aço, do ponto de vista de resistência, durabilidade e custo, destacando-se: a) a elevada resistência à compressão do concreto e a elevada resistência à tração do aço; b) a boa aderência entre o aço e o concreto, que permite a sua atuação conjunta; c) a proteção contra a corrosão do aço fornecida pelo concreto que o envolve; d) os coeficientes de dilatação térmica, aproximadamente iguais, do aço e do concreto. O concreto armado apresenta, dessa forma, vantagens que justificam o seu emprego em larga escala na indústria da construção, o que motiva o seu estudo em um conjunto específico de disciplinas, tanto no que se refere aos aspectos relativos à sua produção quanto ao projeto estrutural, que objetiva o estabelecimento das dimensões das peças e as correspondentes áreas de aço e o seu detalhamento geométrico no interior das peças, de forma que possam atender às necessidades exigidas pela edificação, quanto à segurança, funcionalidade, durabilidade e manutenção.

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Este curso visa contribuir com aqueles que se iniciam na arte de projetar estruturas, apresentando os conceitos e práticas fundamentais do projeto de estruturas de concreto armado. No curso, busca-se equilibrar e apresentar, com concisão, aspectos científicos e técnicos da matéria, com o objetivo central da clareza didática, e enfatizando, quando possível, tópicos de interesse à produção e manutenção de estrutura de concreto duráveis.

1.2. Composição do Concreto Armado Nas construções da antiguidade – 3.0 anos atrás, os materiais estruturais mais empregados, inicialmente, foram a pedra e a madeira e, mais tarde, o ferro fundido. O uso do concreto armado é recente: as primeiras peças surgiram há pouco mais de 150 anos, mas seu emprego efetivo em construção, com embasamento técnico e o emprego de modelos racionais ocorre há menos de 100 anos. Com o aperfeiçoamento das ligas metálicas e dos processos industriais de laminação de perfis, o aço sucedeu o ferro fundido, destacando-se como material estrutural de grande viabilidade, principalmente, a partir da metade do século XIX, com a Revolução Industrial.

Um material de construção com finalidade estrutural deve ter duas qualidades principais: resistência e durabilidade. Quanto a esses aspectos, os primeiros materiais apresentavam as seguintes características: a) Pedra: boa resistência à compressão e ruim a tração; alta durabilidade; dificuldades de transporte e moldagem. b) Madeira: durabilidade e resistências dependentes de vários fatores, como tipo de madeira, acabamento, proteção, direção de aplicação de carga em relação às fibras, etc. Em geral, para parte substancial das madeiras, a durabilidade é limitada, e as resistências a compressão e a tração são pouco elevadas para fins estruturais. Há ainda limitações impostas pela necessidade de proteção, mão-de-obra especializada e, mais recentemente, por questões ecológicas. c) Aço: resistência elevada à tração e compressão, mas com necessidade de se atentar para os problemas de durabilidade devido à corrosão, que impõe a necessidade de sua proteção.

Com a utilização de materiais com características “aglomerantes” (endurecem ao entrarem em contato com a água), é possível a obtenção de uma “pedra artificial”, denominada “concreto”. O Concreto é uma mistura, em determinadas proporções, de

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Profª. MSc. Elaine Cristina Rodrigues Ponte elainecponte@hotmail.com 3 quatro componentes básicos: cimento, pedra (agregado graúdo), areia (agregado miúdo) e água. Tipos de concreto: simples, armado e magro. O concreto simples é preparado com os quatro componentes básicos e tem grande resistência aos esforços de compressão, mas baixa resistência aos esforços de tração. Já o concreto armado tem elevada resistência tanto aos esforços de tração como aos de compressão, mas para isso precisa de um quinto componente: armadura ou ferro. As principais características do concreto simples são:

• boa resistência à compressão;

• baixa resistência à tração (1/5 a 1/15 resistência à compressão);

• facilidade no transporte e modelagem;

• meio predominantemente alcalino (pH = 12 a 13,5), o que inibe a corrosão do aço das armaduras;

• durabilidade elevada, semelhante à pedra artificial; e

• emprego na construção limitado a situações onde são predominante as tensões de compressão, e não muito elevadas: blocos de apoio de pilares, fundação corrida de paredes, pisos sobre terrenos compactados, pequenas estacas, etc.

Pode-se dizer que o concreto armado surgiu da necessidade de se obter um material de construção que, com a durabilidade da pedra natural, podendo ser fundido nas dimensões e formas desejadas, apresentasse também uma resistência satisfatória à tração.

O concreto armado é uma associação do concreto simples a um material resistente à tração, denominado armadura. Essa armadura é mais comumente constituída por barras de aço, mas pode também ser usadas fibras de carbono, na forma de barras ou mantas. No caso de se associar armaduras constituídas por barras de aço ao concreto simples, pode-se suprir deficiências localizadas do concreto à tração e, ao mesmo tempo, o concreto bem executado e com espessuras adequadas da camada de cobrimento sobre o aço, fornece pelo pH elevado, a proteção do aço contra a corrosão, garantindo a durabilidade da estrutura.

1.3. Concreto Armado

Conceito: material de construção constituído pela associação do concreto simples com uma armadura passiva, resistindo ambos solidariamente aos esforços a que foram submetidos.

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A armadura passiva incorporada a uma peça estrutural de concreto deve resistir às tensões, principalmente as de tração, provenientes dos esforços causados pelas ações atuantes, sem introduzir esforços suplementares à peça. Ou seja, a armadura em peça de concreto armado só trabalha quando houver solicitação.

A solidariedade é garantida pela aderência entre a armadura e o concreto, o que assegura a existência do concreto armado. Para que os materiais trabalhem solidariamente não deve existir escorregamento relativo entre ambos. É necessário que o conjunto concreto-armadura se comporte como uma peça monolítica e, para isto, é indispensável que exista aderência eficiente entre os materiais.

A aderência é garantia de que vão se concretizar as hipóteses básicas do comportamento elástico das peças estruturais, como, por exemplo, “as seções transversais planas permanecem planas até a ruptura da peça”, ou “as tensões normais são diretamente proporcionais às distâncias das fibras ao eixo neutro”, além de outras.

Vantagens do concreto armado

• Facilmente adaptável às formas, por ser lançado em estado semi-fluido, abrindo enormes possibilidades para a concepção arquitetônica.

• Economia nas construções com a possibilidade de obtenção de materiais nas proximidades da obra, e nos custos de manutenção, por não necessitar, na maioria dos casos, de proteção especial;

• Facilidade e rapidez na construção com o uso de peças pré-moldados e de tecnologia avançada para a execução de formas e escoramento;

• Durabilidade elevada, com manutenção preventiva simples e debaixo custo;

• Boa resistência a choques e vibrações; e

• Resistência a compressão do concreto aumenta com a idade.

Desvantagens marcantes • Peso-próprio elevado (peso específico = 25 kN/m3);

• Fissuração inerente à baixa resistência à tração do concreto;

• Dificuldade em adaptações posteriores;

• Mal isolante térmico e acústico; e

• Consumo elevado de formas convencionais e execução lenta, devido aos prazos de retirada das mesmas, no caso do concreto moldado no local.

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1.4. Viabilidade do Concreto O sucesso do concreto armado se deve a três fatores:

• Aderência existente entre o concreto e armadura;

• Valores próximos entre os coeficientes de dilatação térmica do concreto e da armadura; e

• Proteção da armadura existente pelo concreto que as envolve.

O principal fator de sucesso é decorrente da aderência entre o concreto e a armadura. Isto se dá, pois as deformações ocorridas nas armaduras serão as mesmas ocorridas no concreto adjacente, não existindo assim escorregamento entre um material e o outro. Por este simples fato das deformações serem iguais entre a armadura e o concreto adjacente, associado a hipótese das seções planas de Navier, que permite o desenvolvimento de quase todos os fundamentos do concreto armado.

A proximidade nos valores dos coeficientes de dilatação térmica do aço e do concreto torna praticamente nulos os deslocamentos relativos entre a armadura e o concreto que a envolve quando existe variação de temperatura. Este fato possibilita que se adote para o concreto armado o mesmo coeficiente de dilatação térmica do concreto simples.

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