Estruturas De Concreto Armado: Curso De Engenharia Civil

Curso de Engenharia Civil

ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO

Prof. PEDRO I. C. DE SOUZA JUNIOR

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INTRODUÇÃO

Principal norma brasileira para projeto de estruturas de Concreto Armado e Concreto Protendido: NBR 6118/2014 “Projeto de Estruturas de Concreto – Procedimento”. Aplica-se a estruturas com concretos normais, com massa específica seca maior que 2.000 kg/m³, não excedendo 2.800 kg/m³, do grupo I de resistência (C20 a C50), e do grupo II de resistência (C55 a C90), conforme a NBR 8953. 2

Outras normas importantes: - MC-90 - COMITÉ EURO-INTERNATIONAL DU BÉTON (CEB)

- Eurocode 2/2005 - EUROPEAN COMMITTEE STANDARDIZATION - ACI 318/11 - AMERICAN CONCRETE INSTITUTE

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COMPOSIÇÃO DO CONCRETO ARMADO cimento, água, agregados miúdo e graúdo, aditivos e adições.

Pasta = cimento + água 4

Argamassa = pasta + agregado miúdo

Concreto simples = argamassa + agreg. graúdo 5

“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.”

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Primeiros materiais empregados nas construções: pedra natural, madeira e ferro. Pedra  resistência à compressão e durabilidade muito elevadas. Madeira  razoável durabilidade limitada.

resistência,

mas

Ferro  resistências elevadas, mas requer produtos protetores para apresentar durabilidade. 7

Concreto Armado = concreto simples + armadura8

Concreto Armado Alia as qualidades da pedra (resistência à compressão e durabilidade) com as resistências do aço, com as vantagens de poder assumir qualquer forma com rapidez e facilidade e proporcionar a necessária proteção do aço contra a corrosão.

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CONCEITO DE CONCRETO ARMADO 

Alta resistência às tensões de compressão;  Baixa resistência à tração (cerca de 10 % da resistência à compressão);  Obrigatório juntar uma armadura (aço) ao concreto.

CONCRETO ARMADO: o concreto absorve as tensões de compressão e as barras de aço, convenientemente dispostas, absorvem as tensões de tração. 10

Porém, é imprescindível a aderência entre os dois materiais: real solidariedade entre o concreto e o aço, para o trabalho conjunto, tal que:

s = c

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Concreto Armado = concreto simples + armadura + aderência

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Figura – Vergalhão de aço inserido no concreto. Estudo com resina. http://dc362.4shared.com/doc/9SFT7m6h/preview.html

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“Elementos de Concreto Armado”: “aqueles cujo comportamento estrutural depende da aderência entre concreto e armadura, e nos quais não se aplicam alongamentos iniciais das armaduras antes da materialização dessa aderência”.

“Armadura passiva”: “qualquer armadura que não seja usada para produzir forças de protensão, isto é, que não seja previamente alongada”. 14

Uma viga de concreto simples (sem armadura) rompe bruscamente logo que aparece a primeira fissura, após a tensão de tração atuante igualar a resistência do concreto à tração. Entretanto, colocando-se uma armadura convenientemente posicionada na região das tensões de tração, elevase significativamente a capacidade de carga da viga.

CONCRETO

FISSURAS

ARMADURA

COMPRESSÃO

TRAÇÃO

Figura 1 - Viga de Concreto Simples (a) e Armado (b).

CONCEITO DE CONCRETO PROTENDIDO

Idéia básica: aplicar tensões prévias de compressão nas regiões da peça que serão tracionadas pela ação do carregamento externo aplicado.

Objetivo: diminuir ou anular as tensões de tração. São diversos os sistemas de protensão. 16

“Elementos de concreto protendido”: “aqueles nos quais parte das armaduras é previamente alongada por equipamentos especiais de protensão, com a finalidade de, em condições de serviço, impedir ou limitar a fissuração e os deslocamentos da estrutura, bem como propiciar o melhor aproveitamento de aços de alta resistência no estado-limite último (ELU).”

“Armadura ativa (de protensão)”: “armadura constituída por barras, fios isolados ou cordoalhas, destinada à produção de forças de protensão, isto é, na qual se aplica um pré-alongamento inicial.” 17

cilindro hidráulico ("macaco")

armadura de protensão

fôrma da peça

ancoragem passiva

pista de protensão bloco de reação

Figura – Aplicação de protensão com pré-tensão.

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a) Peça concretada

duto vazado

b) Estiramento da armadura de protenção

Ap

c) Armadura ancorada e dutos preenchidos com nata de cimento

Ap

Figura – Aplicação de protensão com pós-tensão.

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Figura 15 - Sistema de protensão pós-tensão (Dywidag, 2000).

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FISSURAÇÃO NO CONCRETO ARMADO - A armadura tracionada pode alongar-se até 10 ‰ (10 ‰ = 1 % = 10 mm/m). O concreto, aderente à armadura, fissura sob tal alongamento. Estribo

Armadura longitudinal

Diagrama de deformações

+

dez fissuras com abertura de 1 mm

sd,máx

= 10 ‰

1m

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- Eliminar completamente as fissuras seria antieconômico, pois teria-se que aplicar tensões de tração muito baixas na peça e na armadura. As fissuras devem ser limitadas a aberturas aceitáveis ( 0,3 mm) em função do ambiente, e que não prejudiquem a estética e a durabilidade. - Dispor barras de diâmetros pequenos e distribuídas (fissuras capilares, não levando ao perigo de corrosão ao aço). - Retração também origina fissuras. Fazer cuidadosa cura nos primeiros dez dias de idade do concreto e utilizar armadura suplementar (armadura de pele) quando necessário. 22

Figura – Fissuras em uma viga após ensaio experimental em laboratório.

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ASPECTOS POSITIVOS DO CONCRETO ARMADO a) Custo: especialmente no Brasil, os seus componentes são facilmente encontrados e relativamente a baixo custo; b) Adaptabilidade: favorece à arquitetura pela sua fácil modelagem; c) Resistência ao fogo: As estruturas de concreto, sem proteção externa, tem uma resistência natural de 1 a 3 horas. d) Resistência a choques e vibrações: os problemas de fadiga são menores; e) Conservação: em geral, o concreto apresenta boa durabilidade, desde que seja utilizado com a dosagem correta. É muito importante a execução de cobrimentos mínimos para as armaduras; f) Impermeabilidade: desde que dosado e executado de forma correta. 24

ASPECTOS NEGATIVOS DO CONCRETO ARMADO a) Baixa resistência à tração; b) Fôrmas e escoramentos dispendiosos; c) Baixa resistência por unidade de volume

Peso próprio elevado relativo à resistência: conc = 25 kN/m3 = 2,5 tf/m3 = 2.500 kgf/m3 d) Alterações de volume com o tempo; e) Reformas e adaptações de difícil execução; f) Transmite calor e som. 25

PRINCIPAIS NORMAS BRASILEIRAS PARA CONCRETO ARMADO 

NBR 6118/2014 - Projeto de estruturas de concreto – Procedimento.

NBR 6120/80 - Cargas para o cálculo de estruturas de edificações - Procedimento; NBR 7480/07 - Aço destinado a armaduras para estruturas de concreto armado - Especificação;  NBR 8681/03 - Ações e segurança nas estruturas – Procedimento;  NBR 8953/09 - Concreto para fins estruturais Classificação pela massa específica, por grupos de resistência e consistência;  NBR 9062/06 - Projeto e execução de estruturas de concreto pré-moldado; 26

ELEMENTOS ESTRUTURAIS EM CONCRETO ARMADO CLASSIFICAÇÃO GEOMÉTRICA Elementos lineares: Aqueles que têm a espessura da mesma ordem de grandeza da altura, mas ambas muito menores que o comprimento. São as “barras” (vigas, pilares, etc.). Elementos lineares de seção delgada: Aqueles cuja espessura é muito menor que a altura. Construídos em “Argamassa Armada” (elementos com espessuras menores que 40 mm) e perfis de aço.

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3 h

1

1

3 2

b w=  3

2

3 h = 3

2 1

1

2

Figura 3 – Classificação geométrica dos elementos estruturais.

Elementos bidimensionais: Aqueles onde duas dimensões, o comprimento e a largura, são da mesma ordem de grandeza e muito maiores que a terceira dimensão (espessura). São os elementos de superfície (lajes, as paredes de reservatórios, etc.).

Cascas - quando a superfície é curva;

Placas ou chapas - quando a superfície é plana. Placas - superfícies que recebem o carregamento perpendicular ao seu plano (lajes). Chapas - tem o carregamento contido neste plano (viga-parede)

Elementos tridimensionais: Aqueles onde as três dimensões têm a mesma ordem de grandeza. São os elementos de volume (blocos e sapatas de fundação, consolos, etc.). 29

Figura – Exemplos de estrutura em forma de casca. 30

a) placas

b) chapas

Figura – Características dos carregamentos nas placas e nas chapas.

PRINCIPAIS ELEMENTOS ESTRUTURAIS DE CONCRETO ARMADO a) Lajes

São elementos planos que recebem a maior parte das ações (cargas) aplicadas numa construção. As ações, comumente perpendiculares ao plano da laje, podem ser: distribuídas na área, distribuídas linearmente e forças concentradas. As ações são transferidas para as vigas de apoio nas bordas da laje. As ações nas lajes são provenientes de pessoas, móveis, pisos, paredes, etc. 32

P1

P2

V 100

LAJE 1

LAJE 2

V 104

V 103

A

V 102

A

V 101 P4 PLANTA DE FÔRMA

CORTE A

Figura – Laje maciça.

P3

Tipos lajes de concreto: maciça, nervurada, lisa e cogumelo.

Lajes Maciças As lajes maciças tem geralmente espessuras de 7 cm a 15 cm. São comuns em construções de grande porte, como edifícios de múltiplos pavimentos, escolas, indústrias, hospitais, pontes, etc.). Não são geralmente aplicadas em construções de pequeno porte (casas, sobrados, galpões, etc.). As lajes maciças são geralmente apoiadas nas bordas, mas podem também ter bordas livres. 34

Figura – Vista por baixo de laje maciça de edifício.

Figura – Vibração do concreto de laje maciça de edifício. 35

“Lajes cogumelo são lajes apoiadas diretamente em pilares com capitéis, enquanto lajes lisas são as apoiadas nos pilares sem capitéis”. São também chamadas lajes sem vigas. Vantagens: custos menores e maior rapidez de construção. No entanto, são suscetíveis a maiores deformações (flechas). Laje lisa Pilares

Laje cogumelo

Capitel

Piso

Figura – Exemplos de lajes lisa e cogumelo.

Figura – Lajes lisa, convencional e nervurada.

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Lajes Nervuradas “Lajes nervuradas são as lajes moldadas no local ou com nervuras pré-moldadas, cuja zona de tração para momentos positivos está localizada nas nervuras entre as quais pode ser colocado material inerte” As lajes nervuradas podem ser do tipo moldada no local ou pré-fabricadas (também chamadas lajes mistas).

Figura – Exemplo de laje nervurada moldada no local. 38

Figura – Laje nervurada com molde plástico. http://www.skyscrapercity.com/showthread.php?t=756068&page=111

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Figura – Laje nervurada com enchimento em isopor. http://residencialvivendasdoatlantico.blogspot.com.br/

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Lajes Pré-Fabricadas Existem alguns tipos no mercado - nervurada treliçada; - nervurada convencional; - nervurada protendida; - alveolar protendida; - pré-laje;

- steel deck. 41

Laje Pré-Fabricada Treliçada Lajes pré-fabricadas do tipo treliçada apresentam bom custo e bom comportamento estrutural e facilidade de execução. São comumente aplicadas em construções residenciais de pequeno porte e edifícios de baixa altura.

Figura – Armadura espacial da laje treliçada.

42

Figura – Nervuras unidirecionais na laje treliçada.

43

Laje Pré-Fabricada Treliçada Figura – Laje treliçada préfabricada com enchimento cerâmico e isopor (EPS) para melhor isolamento térmico.

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Laje Pré-Fabricada Protendida

Figura – Lajes pré-fabricadas com nervuras protendidas e enchimento com blocos cerâmicos.

http://residencialvivendasdoat lantico.blogspot.com.br/

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Laje Pré-Fabricada Protendida

Figura – Fabricação das nervuras protendidas em pista de protensão.

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Laje Pré-Fabricada Alveolar Há longos anos existem também as lajes alveolares protendidas, largamente utilizadas nas construções de concreto pré-moldado.

Figura – Laje alveolar de concreto protendido. (TATU PRÉ-MOLDADOS). 47

b) Viga - “São elementos lineares em que a flexão é preponderante”. - São elementos de barras, normalmente retas e horizontais. Recebem ações (cargas) das lajes, de outras vigas, de paredes de alvenaria, e eventualmente de pilares, etc. - A função é basicamente vencer vãos e transmitir as ações nelas atuantes para os apoios, geralmente os pilares. - As ações (concentradas ou distribuídas) são geralmente perpendicularmente ao seu eixo longitudinal. Mas podem receber forças normais de compressão ou de tração, na direção do eixo longitudinal. - As vigas também fazem parte da estrutura de contraventamento responsável por proporcionar a estabilidade global dos edifícios às ações verticais e horizontais. 48

VIGA TRANSVERSAL VIGA

PILARES

p1

p2

F

Figura – Viga reta de concreto.

VS1 = VS3 (19 x 60) 4 N3

N1-24c/23

N1-14c/11 154

N1-14c/11 154

N1-24c/23

1 N5 4 N4 2 x 4 N6

A P1

2 N7

P2

P3 2 N8

225 225 N3 - 412,5 C = 450

N2 - 210 C = 576

40

15 N2 - 210 C = 576

35

35

40

135 135 N4 - 412,5 C = 270 (2° cam)

56

135 135 N5 - 110 C = 270 (3° cam)

N1 - 76 5 mm C=152

N6 - 2 x 44,2 CORR 203

N7 - 212,5 C = 468

10

203

N8 - 212,5 C = 742

N8 - 212,5 C = 742

63

63

N9 - 2 6,3 C = 140

A

N9 - 2 6,3 C = 140

14

14

10

N7 - 212,5 C = 468

Figura – Exemplo de armação de uma viga contínua. 50

Figura – Trecho da armadura de uma viga. 51

Figura – Vista de vigas e escada de concreto. 52

Figura – Vista de viga em fachada de sobrado em construção. 53

c) Pilar - “São elementos lineares de eixo reto, usualmente dispostos na vertical, em que as forças normais de compressão são preponderantes”.

- Transmitem as ações às fundações, mas podem também transmitir para outros elementos de apoio. - As ações são provenientes geralmente das vigas, bem como de lajes também. - São os elementos estruturais de maior importância nas estruturas (capacidade resistente dos edifícios e segurança). - Comumente fazem parte do sistema de contraventamento responsável por garantir a estabilidade global dos edifícios às ações verticais e horizontais. 54

VIGA

PILAR

Figura - Pilar.

Figura – Armadura de pilar.

56

Figura – Pilares em construção. 57

d) Bloco de Fundação - São utilizados para receber as ações dos pilares e transmiti-las ao solo, diretamente ou através de estacas ou tubulões. - Estacas são elementos destinados a transmitir as ações ao solo, por meio do atrito ao longo da superfície de contato e pelo apoio da ponta inferior no solo. Há uma infinidade de tipos diferentes de estacas, cada qual com finalidades específicas. - Tubulões são também elementos destinados a transmitir as ações diretamente ao solo, por meio do atrito do fuste com o solo e da superfície da base. - Os blocos sobre tubulões podem ser suprimidos, com um reforço de armadura na parte superior do fuste 58 (cabeça do tubulão).

PILAR

BLOCO

ESTACA TUBULÃO

a) b) Figura 13 - Bloco sobre: a) estacas e b) tubulão.

Figura – Desenho de tubulão. 60

Figura – Visão de um tubulão já executado. 61

Figura – Armação de bloco de fundação. http://osgavioescivil.blogspot.com.br/2012/05/armacao-das-estacas.html

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Figura – Desenho de blocos sobre três, quatro e cinco estacas. 63

e) Sapata

As sapatas recebem as ações dos pilares e as transmitem diretamente ao solo. Podem ser localizadas (para apenas um pilar), conjuntas (para a transmissão simultânea do carregamento de dois ou mais pilares), corridas (são dispostas ao longo de todo o comprimento do elemento que lhe aplica o carregamento, geralmente paredes de alvenaria ou de concreto). São comuns em construções de pequeno porte onde o solo tem boa capacidade de suporte de carga a baixas profundidades. -

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PAREDE DE ALVENARIA

PILAR

SAPATA

SAPATA CORRIDA

Figura 14 – Sapata isolada.

Figura 15 – Sapata corrida.

Figura – Sapata corrida sob parede de alvenaria.

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Figura – Sapatas isoladas.

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Figura – Sapata isolada.

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