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AULA 6

CURSO TÉCNICO DE EDIFICAÇÕES

Disciplina: Projeto de Estruturas

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ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO

A NBR 6118:2014 regulamenta a elaboração de um projeto estrutural e estabelece: Os requisitos básicos exigíveis para o projeto de estruturas de concreto

simples, armado e protendido, excluídas aquelas em que se empregam concreto leve, pesado ou outros especiais.

Esta Norma aplica-se às estruturas de concretos normais, identificados por massa específica seca maior do 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 classificação da ABNT NBR 8953.

NBR 6118:2014

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Entre os concretos especiais excluídos desta Norma estão o concreto-massa e

o concreto sem finos.

No caso de estruturas especiais, como de elementos pré-moldados, pontes e viadutos, obras hidráulicas, arcos, silos, chaminés, torres, estruturas off-shore, ou estruturas que utilizam técnicas construtivas não convencionais, como formas deslizantes, balanços sucessivos, lançamentos progressivos e concreto projetado, as condições desta Norma ainda são aplicáveis, devendo, no entanto, ser complementadas e eventualmente ajustadas em pontos localizados por Normas Brasileiras específicas

NBR 6118:2014

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Capacidade resistente Consiste basicamente na segurança à ruptura. Desempenho em serviço Consiste na capacidade da estrutura manter-se em condições plenas de utilização durante sua vida útil, não podendo apresentar danos que comprometam em parte ou totalmente o uso para o qual foi projetada. Durabilidade Consiste na capacidade da estrutura resistir às influências ambientais previstas e definidas em conjunto pelo autor do projeto estrutural e pelo contratante, no início dos trabalhos de elaboração do projeto.

REQUISITOS DE QUALIDADE DA ESTRUTURA

CAPACIDADE RESISTENTE

DESEMPENHO DE SERVIÇO

DURABILIDADE

As estruturas de concreto devem atender aos requisitos mínimos de qualidade classificados em 5.2, durante sua construção e serviço, e aos requisitos adicionais estabelecidos em conjunto entre o autor do projeto estrutural e o contratante.

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Exigências de durabilidade As estruturas de concreto devem ser projetadas e construídas de modo que, sob as condições ambientais previstas na época do projeto e quando utilizadas conforme preconizado em projeto, conservem sua segurança, estabilidade e aptidão em serviço durante o prazo correspondente à sua vida útil. Vida útil de projeto Por vida útil de projeto, entende-se o período de tempo durante o qual se mantêm as características das estruturas de concreto, sem intervenções significativas, desde que atendidos os requisitos de uso e manutenção prescritos pelo projetista e pelo construtor, bem como de execução dos reparos necessários decorrentes de danos acidentais.

DIRETRIZES PARA DURABILIDADE DAS ESTRUTURAS DE CONCRETO

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Os principais fatores que influem nas propriedades do concreto são:

Tipo e quantidade de cimento; Qualidade da água e relação água-cimento; Tipos de agregados, granulometria e relação agregado-cimento; Presença de aditivos e adições; Procedimento e duração da mistura; Condições e duração de transporte e de lançamento; Condições de adensamento e de cura; Forma e dimensões dos corpos-de-prova; Tipo e duração do carregamento; Idade do concreto; umidade; temperatura etc.

PROPRIEDADES DO CONCRETO

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Serão considerados os concretos de massa específica normal (ρc), compreendida entre 2.000 kg/m³ e 2.800 kg/m³.

Para efeito de cálculo, pode-se adotar para o concreto simples o valor 2.400kg/m³ e para o concreto armado 2.500 kg/m³.

Quando se conhecer a massa específica do concreto utilizado, pode-se considerar, para valor da massa específica do concreto armado, aquela do concreto simples acrescida de 100 kg/m³ a 150 kg/m³.

MASSA ESPECÍFICA

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As principais propriedades mecânicas do concreto são:

resistência à compressão, resistência à tração e módulo de elasticidade.

Essas propriedades são determinadas a partir de ensaios, executados em condições específicas. Geralmente, os ensaios são realizados para controle da qualidade e atendimento às especificações.

PROPRIEDADES MECÂNICAS

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A resistência à compressão simples, denominada fc, e é a característica mecânica mais importante. Para estimá-la em um lote de concreto, são moldados e preparados corpos-de-prova para ensaio segundo a NBR 5738 – Moldagem e cura de corpos-de-prova cilíndricos ou prismáticos de concreto, os quais são ensaiados segundo a NBR 5739 – Concreto – Ensaio de compressão de corpos-de-prova cilíndricos.

Resistência à compressão

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A compressão tem muitas implicações na resistência dos materiais, na física e

na engenharia estrutural, pelo fato da compressão produzir quantidades

consideráveis de stress e tensão.

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Na curva de Gauss encontram-se dois valores de fundamental importância: resistência média do concreto à compressão (fcm), e resistência característica do concreto à compressão (fck).

O valor fcm é a média aritmética dos valores de fc para o conjunto de corpos-de-prova ensaiados, e é utilizado na determinação da resistência característica (fck), por meio da fórmula:

fck = fcm −1,65s

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Há três tipos de ensaio normalizados: tração direta, compressão diametral e tração na flexão.

Resistência à Tração

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Em um ensaio de tração, um corpo de prova é submetido a um esforço que tende a alongá-lo ou esticá-lo até à ruptura. Geralmente, o ensaio é realizado num corpo de prova de formas e dimensões padronizadas, para que os resultados obtidos possam ser comparados ou, se necessário, reproduzidos. Este é fixado numa máquina de ensaios que aplica esforços crescentes na sua direção axial, sendo medidas as deformações correspondentes. Os esforços ou cargas são mensurados na própria máquina, e, normalmente, o ensaio ocorre até a ruptura do material (ensaio destrutivo).

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Ensaio de tração direta Extensômetro eletrônico para medição de

pequenas deformações em corpos de prova rígidos

Ensaio de tração direta

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É o ensaio mais utilizado. Também é conhecido internacionalmente como Ensaio Brasileiro. Foi desenvolvido por Lobo Carneiro, em 1943. Para a sua realização, um corpo-de-prova cilíndrico de 15cm por 30 cm é colocado com o eixo horizontal entre os pratos da prensa, sendo aplicada uma força até a sua ruptura por tração indireta (ruptura por fendilhamento).

Ensaio de tração na compressão diametral (spliting test)

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Em vigas de concreto, para a realização deste ensaio, um corpo-de-prova de seção prismática é submetido à flexão, com carregamentos em duas seções simétricas, até à ruptura. O ensaio também é conhecido por “carregamento nos terços”, pelo fato das seções carregadas se encontrarem nos terços do vão. Portanto, nesse trecho central ocorre flexão pura. Os valores encontrados para a resistência à tração na flexão (fct,f), são maiores que os encontrados nos ensaios descritos anteriormente.

Ensaio de tração na flexão

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Como os resultados obtidos nos dois últimos ensaios são diferentes dos relativos ao ensaio de referência, de tração direta, há coeficientes de conversão.

Considera-se a resistência à tração direta, fct, igual a 0,9 fct,sp ou 0,7 fct,f, ou seja, coeficientes de conversão 0,9 e 0,7, para os resultados de compressão diametral e de flexão, respectivamente. Na falta de ensaios, as resistências à tração direta podem ser obtidas a partir da resistência à compressão fck: Nessas equações, as resistências são expressas em MPa. Será visto oportunamente que cada um desses valores é utilizado em situações específicas.

Relação dos ensaios a flexão

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Módulo de elasticidade


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O módulo de Young ou módulo de elasticidade é um parâmetro mecânico que proporciona uma medida da rigidez de um material sólido. É um parâmetro fundamental para a engenharia e aplicação de materiais pois está associado com a descrição de várias outras propriedades mecânicas, como por exemplo, a tensão de escoamento, a tensão de ruptura, a variação de temperatura crítica para a propagação de trincas sob a ação de choque térmico, etc.

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Módulo de elasticidade


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Outro aspecto fundamental no projeto de estruturas de concreto consiste na relação entre as tensões e as deformações. Sabe-se da Resistência dos Materiais que a relação entre tensão e deformação, para determinados intervalos, pode ser considerada linear (Lei de Hooke)

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Quando uma força uniaxial é aplicada sobre uma peça de concreto, resulta uma deformação longitudinal na direção da carga e, simultaneamente, uma deformação transversal com sinal contrário.

Coeficiente de Poisson


Deformações longitudinais e transversais

A relação entre a deformação transversal e a longitudinal é denominada coeficiente de

Poisson e indicada pela letra ν. Para tensões de compressão

menores que 0,5 fc e de tração menores que fct, pode ser

adotado = 0,2

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Na compressão associada a confinamento lateral, como ocorre em pilares Cintados, por exemplo, a resistência do concreto é maior do que o valor relativo à compressão simples. O cintamento pode ser feito com estribos, que impedem a expansão lateral do pilar, criando um estado múltiplo de tensões. O cintamento também aumenta a ductilidade do elemento estrutural.

ESTADOS MÚLTIPLOS DE TENSÃO


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Na região dos apoios das vigas, pode ocorrer fissuração por causa da força cortante. Essas fissuras, com inclinação aproximada de 45°, delimitam as chamadas bielas de compressão. Portanto, as bielas são regiões comprimidas com tensões de tração na direção perpendicular, caracterizando um estado biaxial de tensões. Nesse caso tem-se uma resistência à compressão menor que a da compressão simples.

ESTADOS MÚLTIPLOS DE TENSÃO


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Portanto, a resistência do concreto depende do

estado de tensão a que ele se encontra submetido.

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Na preparação do concreto, com as mistura dos agregados graúdos e miúdos com cimento e água, tem início a reação química do cimento com a água, resultando gel de cimento, que constitui a massa coesiva de cimento hidratado. A reação química de hidratação do cimento ocorre com redução de volume, dando origem a poros, cujo volume é da ordem de 28% do volume total do gel. Durante o amassamento do concreto, o gel envolve os agregados e endurece com o tempo, formando cristais. Ao endurecer, o gel liga os agregados, resultando um material resistente e monolítico – o concreto.

ESTRUTURA INTERNA DO CONCRETO


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A estrutura interna do concreto resulta bastante heterogênea: adquire forma de retículos espaciais de gel endurecido, de grãos de agregados graúdo e miúdo de várias formas e dimensões, envoltos por grande quantidade de poros e capilares, portadores de água que não entrou na reação química e, ainda, vapor d’água e ar. Fisicamente, o concreto representa um material capilar pouco poroso, sem continuidade da massa, no qual se acham presentes os três estados da agregação – sólido, líquido e gasoso.


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Retração Denomina-se retração à redução de volume que ocorre no concreto, mesmo na ausência de tensões mecânicas e de variações de temperatura. As causas da retração são: Retração química: contração da água não evaporável, durante o endurecimento

do concreto.

Retração capilar: ocorre por evaporação parcial da água capilar e perda da água adsorvida. A tensão superficial e o fluxo de água nos capilares provocam retração.

Retração por carbonatação: Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O (ocorre com diminuição de volume).

DEFORMAÇÕES


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Expansão Expansão é o aumento de volume do concreto, que ocorre em peças submersas. Nessas peças, no início tem-se retração química. Porém, o fluxo de água é de fora para dentro. As decorrentes tensões capilares anulam a retração química e, em seguida, provocam a expansão da peça. Deformação Imediata A deformação imediata se observa por ocasião do carregamento. Corresponde ao comportamento do concreto como sólido verdadeiro, e é causada por uma acomodação dos cristais que formam o material.

DEFORMAÇÕES


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Fluência Fluência é uma deformação diferida, causada por uma força aplicada. Corresponde a um acréscimo de deformação com o tempo, se a carga permanecer. Ao ser aplicada uma força no concreto, ocorre deformação imediata, com uma acomodação dos cristais. Essa acomodação diminui o diâmetro dos capilares e aumenta a pressão na água capilar, favorecendo o fluxo em direção à superfície. Tanto a diminuição do diâmetro dos capilares quanto o acréscimo do fluxo aumentam a tensão superficial nos capilares, provocando a fluência. No caso de muitas estruturas reais, a fluência e a retração ocorrem ao mesmo tempo e, do ponto de vista prático, é conveniente o tratamento conjunto das duas deformações.

DEFORMAÇÕES


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Deformações Térmicas Define-se coeficiente de variação térmica (α te ) como sendo a deformação correspondente a uma variação de temperatura de 1°C. Para o concreto armado, para variações normais de temperatura, a NBR 6118 permite adotar αte = 10-5/°C.

DEFORMAÇÕES


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Aço é uma liga metálica composta principalmente de ferro e de pequenas quantidades de carbono (em torno de 0,002% até 2%). Os aços estruturais para construção civil possuem teores de carbono da ordem de 0,18% a 0,25%. Entre outras propriedades, o aço apresenta resistência e ductilidade, muito importantes para a Engenharia Civil.

AÇOS PARA ARMADURAS


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Tratamento mecânico dos aços O aço obtido nas aciarias apresenta granulação grosseira, é quebradiço e de baixa resistência. Para aplicações estruturais, ele precisa sofrer modificações, o que é feito basicamente por dois tipos de tratamento: a quente e a frio.



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Vergalhão CA-60 Vergalhão CA-25 Vergalhão CA-50

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Tratamento a quente Este tratamento consiste na laminação, forjamento ou estiramento do aço, realizado em temperaturas acima de 720°C (zona crítica). Nessas temperaturas há uma modificação da estrutura interna do aço, ocorrendo homogeneização e recristalização com redução do tamanho dos grãos, melhorando as características mecânicas do material. O aço obtido nessa situação apresenta melhor trabalhabilidade, aceita solda comum, possui diagrama tensão-deformação com patamar de escoamento, e resiste a incêndios moderados, perdendo resistência, apenas, com temperaturas acima de 1150 °C Estão incluídos neste grupo os aços CA-25 e CA-50.



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CA-25 Usado em estruturas de concreto armado, o CA-25 é produzido rigorosamente de acordo com as especificações da norma NBR 7480. Possui superfície lisa, é comercializado em barras retas ou dobradas de 12m, em feixes amarrados de 1.000kg ou 2.000kg em rolo nas bitolas até 12,5m.



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CA-25 É bastante utilizado como barra de transferência para pisos , mas também atende outras aplicações nas obras.


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APLICAÇÕES: Estruturas de concreto

armado; Armaduras de Pré-Moldados; Ganchos de içamento; Tirantes, etc.

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CA-50 Produzido de acordo com as especificações da norma NBR 7480, o vergalhão CA-50 possui superfície nervurada.



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O CA-50 são fornecidos com a superfície nervurada, para dar mais aderência ao concreto, ele se diferencia dos vergalhões comuns porque traz benefícios incorporados, como a capacidade de solda a topo (para diâmetros de 10 a 40 mm), são fornecimento em barras retas de 12 metros e contam ainda com rigoroso controle dos diâmetros.

CA-50

Arame recozido

CA-25



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APLICAÇÕES: Estruturas de concreto armado de

casas, edifícios, canalizações, pontes, barragens, estradas, etc.;

Armaduras de Pré-Moldados.

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Tratamento a frio ou encruamento Neste tratamento ocorre uma deformação dos grãos por meio de tração, compressão ou torção, e resulta no aumento da resistência mecânica e da dureza, e diminuição da resistência à corrosão e da ductilidade, ou seja, decréscimo do alongamento e da estricção. O processo é realizado abaixo da zona de temperatura crítica (720 °C). Os grãos permanecem deformados e diz-se que o aço está encruado. Nesta situação, os diagramas de tensão-deformação dos aços apresentam patamar de escoamento convencional, torna-se mais difícil a solda e, à temperatura da ordem de 600°C, o encruamento é perdido. Está incluído neste grupo o aço CA-60.



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CA-60 Produzido de acordo com a norma NBR 7480, o CA-60 é conhecido pela alta resistência, proporcionando estruturas de concreto armado mais leves. CA-60 é encontrado em rolos com peso aproximado de 170kg; barras de 12m de comprimento, retas ou dobradas; feixes amarrados de 1.000kg; estocadores e bobinas de 1.500kg para uso industrial.



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O CA-60, também é nervurado e conhecido pela alta resistência, proporcionando estruturas de concreto armado mais leves. Além disso, o CA-60 possui propriedades de soldabilidade em todas as bitolas e apresentações. Indicado para a produção de vigotas de lajes pré-fabricadas, treliças, armações para tubos, pré-moldados e outras aplicações. É comercializado em rolos de aproximadamente 170 Kg, estocadores para uso industrial e feixes de barras retas de 12 metro. Veja tabela de especificações abaixo.



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O que significam as siglas CA-25, CA-50 e CA-60?


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RESUMO

São as categorias do aço. O termo CA é uma abreviatura de Concreto Armado. Os valores de escoamento, ou seja, a carga de trabalho que a barra ou fio deve suportar, definem a categoria dos aços: 50kgf/mm² ou 500 MPa para o CA-50 25kgf/mm² ou 250 MPa para o CA-25 60 kgf/mm² ou 600 MPa para o CA-60

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Profª Engª Civil Alexandra Müller Barbosa

Dúvidas:

[email protected]

Para baixar os arquivos:

www.amb-engenharia.blogspot.com

As imagens deste trabalho foram todas baixadas da internet ou digitalizadas dos livros de referência, não há nenhuma pretensão em reivindicar sua autoria.

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