Introduçao ao concreto armado

Introduçao ao concreto armado

SÃO CARLOS 2007

1. INTRODUÇÃO.

1.1.CONCEITOS BÁSICOS.

O concreto é um material de construção que se obtém misturando-se um aglomerante hidráulico com materiais inertes e com água.

Os materiais inertes, também chamados de agregados, podem ser ou naturais ou artificiais e são classificados, de acordo com as dimensões de seus elementos, em graúdos e miúdos. A pedra britada e o pedregulho são ditos agregados graúdos, sendo a primeira artificial e o segundo natural. A areia e o pedrisco (pó de pedra) são agregados considerados miúdos, sendo a primeira natural e o segundo artificial.

O aglomerante hidráulico comumente empregado entre nós é o cimento portland.

São de diversos tipos e a escolha de um determinado tipo depende das características do concreto que se quer obter.

A mistura do cimento com a água origina o material denominado pasta. A mistura da pasta e com o agregado miúdo dá origem à argamassa. Adicionando-se o agregado graúdo à argamassa resulta o concreto.

Enquanto está fresco ─ logo após a adição da água à mistura de cimento e agregados ─ o concreto pode ser moldado nas mais diversas formas e dimensões, o que o torna um material extremamente atraente para os profissionais ligados à arte de construir.

Quando completamente endurecido ─ o que acontece dias depois da execução da mistura ─ o concreto apresenta-se como um material que é bastante resistente à compressão e pouco resistente à tração. Nos concretos usuais a resistência à compressão é de dez a doze vezes maior do que a resistência à tração.

Deste modo, para que se possa utilizar o concreto na construção de estruturas, aproveitando a sua boa resistência à compressão, é necessário associá-lo a um material que tenha boa resistência à tração.

Resulta assim o concreto armado, que nada mais é do que o concreto simples no qual se colocam barras de aço, geralmente de seção transversal circular, com a finalidade de resistir, principalmente, aos esforços de tração que se manifestam no seu interior.

É muito importante salientar que não basta reunir concreto e aço para que se tenha concreto armado. É necessário, em primeiro lugar, que a armadura esteja corretamente posicionada no interior da massa de concreto. Além disso, é de fundamental importância que entre concreto e aço haja uma perfeita ligação (aderência) de modo que as tensões de tração sejam absorvidas pelas armaduras de aço.

A ligação entre aço e concreto pode ser melhor entendida por meio do exemplo dado a seguir

Considere-se uma viga de concreto simples que contenha, ao longo seu comprimento, um orifício no qual se possa introduzir, livremente, uma barra de aço, figura abaixo.

Sob ação de um carregamento, a barra de aço muda de forma mas não sofre qualquer deformação longitudinal (alongamento). Deste modo o carregamento aplicado é resistido apenas pela viga de concreto simples, sem qualquer colaboração da armadura.

Suponha agora que a barra de aço tenha as suas extremidades fixadas à viga, figura a seguir.

Neste caso, sob a ação de um carregamento, a barra de aço e concreto a ela adjacente sofrem o mesmo alongamento longitudinal total, mas as deformações específicas são diferentes. A deformação da barra é constante ao longo de seu comprimento e a deformação do concreto a ela adjacente é variável em função da solicitação atuante em cada seção transversal. Percebe-se assim que a barra colabora com o concreto, mas o trabalho que realizam é apenas simultâneo e não solidário, tendo em vista a ocorrência de deslocamentos relativos entre ambos.

Se por ocasião da concretagem da viga, a barra de aço estiver posicionada no interior da fôrma e se, além disso, houver perfeita aderência entre os dois materiais, a barra de aço e concreto que a envolve, sofrerão, sob a ação do carregamento as mesmas deformações específicas, caracterizando o que se considera trabalho solidário dos dois materiais, figura abaixo.

A aderência, sem a qual não existiria o concreto armado, é formada por três parcelas chamadas de aderência por adesão ─ que corresponde a um efeito de colagem de dois corpos em contato ─ aderência por atrito ─ que se manifesta quando há tendência de deslizamento entre aço e concreto ─ e aderência mecânica ─ que é a mais eficiente e que depende, principalmente, da conformação superficial das barras da armadura, figura abaixo.

Com relação ao seu emprego, deve-se saber que o concreto armado é um material de relativo baixo custo, é facilmente executável, é durável,é pouco permeável e o custo de sua manutenção é quase sempre baixo. Além disso, o concreto é resistente ao fogo, a choques e vibrações.

1.2 . ELEMENTOS ESTRUTURAIS DE CONCRETO ARMADO.

Nas barras de concreto armado ─ vigas, pilares, tirantes, arcos, dentre outras ─ empregam-se, armaduras longitudinais e armaduras transversais constituídas, essencialmente, por barras de aço de seção transversal circular.

Nas vigas simplesmente apoiadas e nas vigas contínuas, como aquelas que estão presentes nas estruturas dos edifícios, as armaduras longitudinais situam-se junto às faces inferior e superior da viga e têm a finalidade de absorver as tensões normais de tração geradas pelas cargas aplicadas. A armadura transversal tem a função de absorver os esforços de tração que se manifestam na alma da viga. Esta armadura é constituída quase sempre por estribos dispostos perpendicularmente ao eixo da viga e construídos, geralmente, com barras de aço de seção transversal de pequeno diâmetro. As barras de aço dispostas longitudinalmente que são projetadas com a finalidade de manter os estribos na posição de projeto são chamadas de porta-estribos, figura abaixo.

Nos tirantes, as forças aplicadas são resistidas somente pela armadura longitudinal de aço. Despreza-se qualquer colaboração do concreto tracionado. A armadura transversal é apenas construtiva e tem a finalidade de manter a armadura longitudinal na posição de projeto, figura abaixo.

Nos pilares, as forças de compressão são resistidas pelo concreto e pela armadura longitudinal. A armadura transversal tem a finalidade de manter a armadura longitudinal na posição de projeto, como nos tirantes, e também impedir a flambagem das barras longitudinais, figura a seguir.

Nas estruturas de superfície ─ chapas, placas, cascas, dentre outras ─ também chamadas de estruturas laminares ou folhas, empregam-se armadura cujas barras formam malhas, geralmente, ou quadradas ou retangulares e que se situam próxima a face onde se manifestam os esforços de tração, figura seguinte.

Nos blocos de fundação vários arranjos de armaduras são possíveis. Empregam-se malhas dispostas em camadas ao longo da altura do bloco para absorver os esforços de tração transversal, e também armaduras em forma de gaiolas nos blocos que se apóiam em estacas, figura próxima.

1.3 UM EDIFÍCIO DE CONCRETO ARMADO.

A figura abaixo (Mc Gregor) mostra esquematicamente a estrutura de um edifício de concreto armado. Nela estão presentes alguns dos elementos estruturais definidos acima.

1.2. PROPRIEDADES MECÂNICAS DO CONCRETO. 1.2.1. DEFORMABILIDADE DO CONCRETO ARMADO.

O concreto é um material que se deforma quando é submetido a algum tipo de carregamento e se deforma também em conseqüência de um fenômeno denominado retração.

A retração ─ que corresponde a uma espontânea redução de volume ─ decorre das reações químicas que dão origem aos cristais responsáveis pela resistência do concreto, e decorre também da evaporação do inevitável excesso de água que não reage com o cimento durante a formação dos cristais.

As deformações geradas pelos carregamentos aplicados são de dois tipos. A deformação imediata, como sugere o nome, ocorre no instante da aplicação do carregamento. A deformação lenta, também chamada de fluência, ocorrerá se o carregamento aplicado for mantido ao longo do tempo.

1.2.2. RESISTÊNCIA DO CONCRETO

A resistência à compressão do concreto é determinada em ensaios de corpos de prova cilíndricos com 15cm de diâmetro, 30cm de altura e 28 dias de idade. Nesta idade a resistência do concreto, que cresce rapidamente nos primeiros dias, alcança 90% de sua resistência final. A resistência à compressão, em função da qual definem-se outras propriedades do concreto, depende dentre outros fatores, da relação água/cimento, da idade do concreto, da resistência e dimensões dos agregados, das dimensões do corpo de prova, e também da velocidade de aplicação da carga durante o ensaio.

A resistência do concreto à compressão pode variar de 30MPa (3kN/cm2), nos concretos usuais, até 200MPa (20kN/cm2) em concretos de alto desempenho. Este ganho de resistência deve-se ao emprego de areia muito fina, pó de quartzo, sílica ativa e de plastificantes de alta eficiência. Com o aumento da resistência á compressão a resistência à tração também aumenta mas o ganho não é na mesma proporção.

A resistência do concreto à tração também é determinada em ensaios de corpos de prova. Os ensaios são realizados ou por tração direta ou por flexão pura ou ainda por compressão diametral.

A chamada resistência característica do concreto ─ indicada por fck na compressão e por ftk na tração ─ é obtida, estatisticamente, em ensaios de corpos de prova submetidos à compressão e à tração. A denominada resistência de cálculo do concreto ─ escrita fcd na compressão e ftd na tração ─ utilizada no projeto das estruturas de concreto armado, é uma parcela da resistência característica obtida por fck/γc na compressão e por ftk/γc na tração.

1.3. PROPRIEDADES MECÂNICAS DOS AÇOS.

O aço é um produto siderúrgico constituído de minério de ferro, de manganês, de silício e de carbono. Os aços-carbono empregados em concreto armado, com 0,5% de carbono, são classificados em barras e fios. As barras, com diâmetros nominais φ maiores ou iguais a 5mm pertencem às categorias denominadas CA-25 e CA-50A e têm, respectivamente, resistências características de escoamento fyk iguais a 25kN/cm2 e a

50kN/cm2 . Os fios, obtidos por trefilamento, estão na categoria denominada CA60 e têm resistência característica de escoamento fyk igual a 60kN/cm2 . A resistência de escoamento de cálculo do aço é obtida minorando-se a resistência característica por um coeficiente γs. Observe-se que o aço é um material que tem resistência à tração e à compressão da mesma ordem de grandeza.

Nas tabelas seguintes apresentam-se as massas dos fios e das barras empregadas usualmente nas estruturas de concreto armado.

FIOSBARRAS BARRAS

Φ (m)

Massa (Kg/m) Φ (m)

Massa (Kg/m) Φ (pol)

Massa (Kg/m)

9,5 0,552
10,0 0,617

1.4. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

BARBATO,R.L.A. Concreto Armado. UFSCar, Notas de aula,1983. DEBS,A.L.H., Concreto Armado, Notas de Aulas, SET/EESC/USP, 2006. GIONGO,J.S.,Concreto Armado, Notas de Aulas SET/EESC/USP, 2006.

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