Aula 01 estruturas de concreto armado i 2013 1

Aula 01 estruturas de concreto armado i 2013 1

(Parte 1 de 2)

Estruturas de Concreto Armado I

Curso: Engenharia Civil

Semestre: 2013/1 Professor: Telmo E. C. Deifeld

Aula 01

1. Introdução

2.Conceitos Fundamentais;

3.Vantagens e Desvantagens do Concreto Armado; 4.Histórico do Concreto Armado;

ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO I -AULA 01 2 Printed with FinePrint trial version - purchase at w.fineprint.com

ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO I -AULA 01 3 INTRODUÇÃO

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Disciplinas já concluídas:

Mecânica geral

Resistência dos materiais I e I

Estabilidade das estruturas I e I

Ações e Segurança das estruturas Materiais de construção I, I e II

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ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO I -AULA 01 5

•Determinação de esforços solicitantes (M,V) em estruturas isostáticas ou hiperestáticas que possam ser resolvidas apenas com a utilização das equações de equilíbrio

•Determinação de esforços solicitantes e deslocamentos em estruturas hiperestáticas em geral.

•Cálculo de tensões e deformações em elementos submetidos à flexão simples

•Determinação das propriedades geométricas das seções –centro de gravidade, momento de inércia à flexão, momento estático

AÇÕES E SEGURANÇA ESTRUTURAL •Conceitos básicos. Combinações de ações. Estado Limite Último e de Serviço.

MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO •Conhecimentos sobre os materiais a serem usados.

Sugestão: Ferramenta computacional de resolução de pórticos planos

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Concreto é um material de construção proveniente da mistura, em proporção adequada, de: aglomerantes, agregados e água. Também é frequente o emprego de aditivos e adições.

a) Aglomerantes

Os aglomerantes unem os fragmentos de outros materiais. No concreto, em geral se emprega cimento Portland, que por ser um aglomerante hidráulico, reage com a água e endurece com o tempo.

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ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO I -AULA 01 7 b) Agregados

Os agregados são partículas minerais que aumentam o volume da mistura, reduzindo seu custo, além de contribuir para a estabilidade volumétrica do produto final.

Dependendo das dimensões características φ, dividem-se em dois grupos:

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

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

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) superplastificantes aceleradores (SPA)

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DEFINIÇÕES c) Aditivos

Os aditivos são produtos que, adicionados em pequena quantidade aos concretos de cimento Portland, modificam algumas propriedades, no sentido de melhorar esses concretos para determinadas condições.

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DEFINIÇÕES c) Adições

As adições constituem materiais que, em dosagens adequadas, podem ser incorporados aos concretos ou inseridos nos cimentos ainda na fábrica, o que resulta na diversidade de cimentos comerciais.

Com a alteração da composição dos cimentos pela incorporação de adições, é comum eles passarem a ser denominados aglomerantes.

Os exemplos mais comuns de adições são: escória de alto forno, cinza volante, sílica ativa de ferro-silício e metacaulinita.

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Pasta

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

Cimento

Pasta de cimento e água Printed with FinePrint trial version - purchase at w.fineprint.com

ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO I -AULA 01 1 ARGAMASSA ⇔PASTA + AGREGADO MUÍDO

Argamassa

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

Agregado miúdo

Argamassa

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Concreto simples

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

Agregado graúdo

Concreto simples Printed with FinePrint trial version - purchase at w.fineprint.com

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CONCEITOS FUNDAMENTAIS 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, para melhorar as características do concreto, ele é usado junto com outros materiais.

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CONCEITOS FUNDAMENTAIS Concreto armado

O concreto armado é a associação do concreto simples com uma armadura, usualmente constituída por barras de aço.

Os dois materiais devem resistir solidariamente aos esforços solicitantes. Essa solidariedade é garantida pela aderência.

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CONCEITOS FUNDAMENTAIS Concreto protendido

No concreto armado, a armadura não tem tensões iniciais. Por isso, é denominada armadura frouxa ou armadura passiva.

No concreto protendido, pelo menos uma parte da armadura tem tensões previamente aplicadas, denominada armadura de protensão ou armadura ativa.

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CONCEITOS FUNDAMENTAIS Argamassa armada

A argamassa armada é constituída por agregado miúdo e pasta de cimento, com armadura de fios de aço de pequeno diâmetro, formando uma tela.

No concreto, a armadura é localizada em regiões específicas, Na argamassa, ela é distribuída por toda a peça.

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CONCEITOS FUNDAMENTAIS Concreto de alto desempenho

Um concreto de alto desempenho – CAD apresenta características diferenciadas do concreto tradicional, e deve ser entendido como um material que atende a expectativas para fins pré-determinados, relativos a comportamento estrutural, lançamento, adensamento, estética e durabilidade frente ao meio ambiente atual e futuro.

Como exemplos podem ser citados:

Concreto de Alta Resistência – CAR Concreto Autoadensável – CAA

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Vantagens do concreto armado

• É moldável, permitindo grande variabilidade de formas e de concepções arquitetônicas.

• Apresenta boa resistência à maioria dos tipos de solicitação, desde que seja feito um cálculo correto e um adequado detalhamento das armaduras.

• A estrutura é monolítica, com trabalho conjunto, se uma peça é solicitada.

• Baixo custo dos materiais – água e agregados, graúdos e miúdos.

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VANTAGENS, RESTRIÇÕES E PROVIDÊNCIAS Vantagens do concreto armado

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Vantagens do concreto armado

• Baixo custo de mão de obra, pois, em geral, a produção de concreto convencional não exige profissionais com elevado nível de qualificação.

• Processos construtivos conhecidos e bem difundidos em quase todo o país.

• Facilidade e rapidez de execução, principalmente se forem utilizadas peças pré-moldadas.

• O concreto é durável e protege as armaduras contra corrosão.

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Vantagens do concreto armado

• Os gastos de manutenção são reduzidos, desde que a estrutura seja bem projetada e adequadamente construída.

• O concreto é pouco permeável à água, quando dosado corretamente e executado em boas condições de plasticidade, adensamento e cura.

• É um material com bom comportamento em situações de incêndio, desde que adequadamente projetado para essas situações.

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

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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 na estrutura. Portanto, um programa adequado das fases de carregamento, tanto na fase de projeto quanto durante a construção, pode atenuar os efeitos da fluência.

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Para suprir as deficiências do concreto, há várias alternativas:

A baixa resistência à tração pode ser contornada com o uso de adequada armadura, em geral constituída de barras de aço, obtendo-se o concreto armado.

Além de resistência à tração, o aço garante ductilidade e aumenta a resistência à compressão, em relação ao concreto simples.

Em peças comprimidas, como nos pilares, os estribos, além de evitarem a flambagem localizada das barras, podem confinar o concreto, o que também aumenta sua ductilidade.

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Para suprir as deficiências do concreto, há várias alternativas:

A fissuração pode ser contornada ainda na fase de projeto, com armação adequada e limitação do diâmetro das barras e da tensão na armadura.

Também é usual a associação do concreto com pelo menos uma parte de armadura ativa, ou seja, com tensões prévias, formando o concreto protendido.

A utilização de armadura ativa tem como principal finalidade aumentar a resistência da peça, o que possibilita a execução de grandes vãos ou o uso de seções menores, diminuindo o peso próprio, sendo que também se obtém uma melhora do concreto com relação à fissuração.

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Para suprir as deficiências do concreto, há várias alternativas:

O concreto de alto desempenho – CAD – apresenta características melhores do que o concreto tradicional – como resistência mecânica inicial e final elevada, baixa permeabilidade, alta durabilidade, baixa segregação, boa trabalhabilidade, alta aderência, reduzida exsudação, menor deformabilidade por retração e fluência, entre outras.

O CAD é especialmente apropriado para obras em que a durabilidade é condição indispensável. A alta resistência é uma das maneiras de se conseguir peças de menores dimensões, aliviando o peso próprio das estruturas.

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Para suprir as deficiências do concreto, há várias alternativas:

Ao concreto também podem ser adicionadas fibras, principalmente de aço, que aumentam a ductilidade, a absorção de energia, a durabilidade etc.

A padronização de dimensões, a pré-moldagem e o uso de sistemas construtivos adequados permitem a racionalização do uso de fôrmas, levando a economia neste quesito. Outro fator pode contribuir para maior reutilização de fôrmas é o uso de materiais alternativos, como o plástico.

A argamassa armada é adequada para pré-moldados leves, de pequena espessura.

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Para suprir as deficiências do concreto, há várias alternativas:

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

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A cal hidráulica e o cimento pozolânico (de origem vulcânica) já eram conhecidos pelos romanos como aglomerante.

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

A primeira associação de um metal à argamassa de pozolana remonta à época dos romanos.

No ano de 1770, em Paris, associou-se ferro com pedra para formar vigas como as modernas, com barras longitudinais na tração e barras transversais ao cortante.

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Considera-se que o cimento armado surgiu na França, no ano de 1849, com o primeiro objeto do material registrado pela história sendo um barco, do francês Lambot, o qual foi apresentado oficialmente em 1855. O barco foi construído com telas de fios finos de ferro preenchidas com argamassa. Embora os barcos funcionassem, não alcançaram sucesso comercial.

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A partir de 1861, outro francês, Mounier, que era um paisagista, horticultor e comerciante de plantas ornamentais, fabricou uma enorme quantidade de vasos de flores de argamassa de cimento com armadura de arame, e depois reservatórios (25, 180 e 200 m3) e uma ponte com vão de 16,5 m.

Foi o início do que hoje se conhece como “Concreto Armado”. Até cerca do ano de 1920 o concreto armado era chamado de “cimento armado”.

Em 1850, o norte americano Hyatt fez uma série de ensaios e vislumbrou a verdadeira função da armadura no trabalho conjunto com o concreto. Porém, seus estudos não ganharam repercussão por falta de publicação.

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Na França, Hennebique foi o primeiro após Hyatt a compreender a função das armaduras no concreto. “Percebeu a necessidade de dispor outras armaduras além da armadura reta de tração. Imaginou armaduras dobradas, prolongadas em diagonal e ancoradas na zona de compressão. Foi o primeiro a colocar estribos com a finalidade de absorver tensões oriundas da força cortante e o criador das vigas T, levando em conta a colaboração da laje como mesa de compressão”, (VASCONCELOS, 1985).

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ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO I -AULA 01 3

Os alemães estabeleceram a teoria mais completa do novo material, toda ela baseada em experiências e ensaios. “O verdadeiro desenvolvimento do concreto armado no mundo iniciou-se com Gustavo Adolpho Wayss” que fundou sua firma em 1875, após comprar as patentes de Mounier para empregar no norte da Alemanha (VASCONCELOS, 1985).

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A primeira teoria realista ou consistente sobre o dimensionamento das peças de concreto armado surgiu com uma publicação, em 1902, de E. Mörsch, engenheiro alemão, professor da Universidade de Stuttgart (Alemanha).

Suas teorias resultaram de ensaios experimentais, dando origem às primeiras normas para o cálculo e construção em concreto armado. A treliça clássica de Mörsch é uma das maiores invenções em concreto armado, permanecendo ainda aceita, apesar de ter surgido há mais de 100 anos.

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As fissuras (trincas de pequena abertura, ≈ 0,05 a 0,4 m), causadas pela tensão de tração no concreto, atrasaram o desenvolvimento do concreto armado devido à dificuldade de como tratar e resolver o problema.

Como forma de contornar o problema da fissuração no concreto, M. Koenen propôs, em 1907, tracionar previamente as barras de aço, para assim originar tensões de compressão na seção, como forma de eliminar a tração no concreto e conseqüentemente eliminar as fissuras. Surgia assim o chamado “Concreto Protendido”. Porém, as experiências iniciais não lograram êxito.

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