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Engenharia

Edificações – Concreto Armado

By 12 de novembro de 2018 No Comments

Esta aula tem como objetivo descrever os conceitos mais importantes concernentes ao estudo do concreto armado com o foco para concursos públicos. O material é baseado na NBR6118, NBR7480 e NBR 14.391 e nos resumos preparados para consolidação do conhecimento da matéria ao longo dos anos.

1. Considerações Iniciais

O concreto armado é um material da construção civil que se tornou um dos mais importantes elementos da arquitetura do século XX. É utilizado nas estruturas dos edifícios, e obras de arte. Diferencia-se do concreto devido ao fato de receber uma armadura metálica responsável por resistir aos esforços de tração, enquanto que o concreto em si resiste à compressão. Quanto ao aço da armadura passiva, os mais comuns são CA-25, CA-50 e CA-60.

Estrutura em concreto armado – bastante liberdade para os arquitetos ousarem

Os elementos de concreto armado são 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(esses se classificariam com Concreto Protendido e serão vistos em outra aula.)

No concreto armado trabalham em conjunto o concreto e o aço por meio da aderência entre eles.

O concreto armado somente será submetido a carregamento, sejam cargas externas ou o seu peso próprio, após a pega do concreto, a partir do qual haverá aderência entre este e a armadura para que trabalhem em conjunto.

A mais importante característica mecânica do concreto é a sua resistência à compressão. Nas regiões tracionadas, onde o concreto possui baixa resistência, as barras de aço absorvem os esforços de tração.

A solução estrutural adotada em projeto deve atender aos requisitos de qualidade estabelecidos nas normas técnicas, relativos à capacidade resistente, ao desempenho em serviço e à durabilidade da estrutura.

A qualidade da solução adotada deve ainda considerar as condições arquitetônicas, funcionais, construtivas, estruturais, de integração com os demais projetos (elétrico, hidráulico, ar-condicionado e outros) explicitados pelos responsáveis técnicos de cada especialidade com a anuência do contratante.

O produto final do projeto estrutural é constituído por desenhos, especificações e critérios de projeto. As especificações e os critérios de projeto podem constar dos próprios desenhos ou constituir documento separado. Esses documentos devem conter informações claras, corretas, consistentes entre si e com as exigências estabelecidas em Norma.

O projeto estrutural deve proporcionar as informações necessárias para a execução da estrutura. Com o objetivo de garantir a qualidade da execução de uma obra, com base em um determinado projeto, medidas preventivas devem ser tomadas desde o início dos trabalhos. Essas medidas devem englobar a discussão e aprovação das decisões tomadas, a distribuição dessas e outras informações pelos elementos pertinentes da equipe multidisciplinar e a programação coerente das atividades, respeitando as regras lógicas de precedência.

 

2. Técnicas de Execução do concreto armado

2.1 Armadura

A armadura em toda a sua superfície deve estar livre de substâncias deletérias e ferrugem que possam afetar de maneira adversa o concreto, o aço ou a aderência entre esses materiais. Armaduras que apresentem produtos destacáveis na sua superfície em função de processo de corrosão devem passar por limpeza superficial antes do lançamento do concreto. A limpeza pode ser feita por qualquer processo mecânico como, por exemplo, jateamento de areia ou jato de água.

Armaduras que por exposição ao tempo estejam levemente oxidadas em ambientes de agressividade fraca a moderada, por períodos de até três meses, sem produtos destacáveis e sem redução de seção, podem ser empregadas em estruturas de concreto.

Caso a armadura apresente um nível de oxidação tal que implique redução da seção, deve ser feita uma limpeza mais abrangente e posterior avaliação das condições de utilização, de acordo com as normas de especificação do produto, eventualmente considerando-a como de diâmetro nominal inferior.

As emendas necessárias devem ser feitas de acordo com o previsto no projeto estrutural, podendo ser executadas emendas:

A barra emendada, no ensaio de qualificação, deve obter o alongamento mínimo de 2%.

Nas emendas por luvas, as luvas devem ter resistência maior que as barras emendadas.

As barras de aço com características de soldabilidade podem ser emendadas também por solda. As emendas por solda podem ser:

  • de topo, por caldeamento, para bitola não menor que 10 mm;
  • de topo, com eletrodo, para bitola não menor que 20 mm;
  • por traspasse com pelo menos dois cordões de solda longitudinais, cada um deles com comprimento não inferior a 5 Ø afastados no mínimo 5 Ø;
  • com outras barras justapostas (cobrejuntas), com cordões de solda longitudinais, fazendo-se coincidir o eixo baricêntrico do conjunto com o eixo longitudinal das barras emendadas, devendo cada cordão ter comprimento de pelo menos 5 Ø;

As emendas por solda podem ser realizadas na totalidade das barras em uma seção transversal do elemento estrutural. Nas emendas por pressão as extremidades das barras devem ser planas e normais aos eixos. Nas emendas por solda com eletrodo as extremidades devem ser chanfradas.

A montagem da armadura pode ser feita por amarração, utilizando arames. A distância entre pontos de amarração das barras das lajes deve ter afastamento máximo de 35 cm.

O cobrimento, distância entre a face da armadura e a face do concreto – proteção da armadura, deve ser mantido por dispositivos adequados ou espaçadores e sempre se refere à armadura mais exposta.

É permitido o uso de espaçadores de concreto ou argamassa, desde que apresente relação água/cimento ≤ 0,5, e espaçadores plásticos, ou metálicos com as partes em contato com a fôrma revestidas com material plástico ou outro material similar. Não devem ser utilizados calços de aço cujo cobrimento, depois de lançado o concreto, tenha espessura menor do que o especificado no projeto.

As barras de espera devem ser pintadas com pasta de cimento para proteção contra a corrosão, caso a concretagem seja interrompida por mais de 90 dias.

O cobrimento mínimo da armadura é o menor valor que deve ser respeitado ao longo de todo o elemento considerado e que se constitui num critério de aceitação de modo a atender aos requisitos estabelecidos na Norma.

Para garantir o cobrimento mínimo o projeto e a execução devem considerar o cobrimento nominal, que é o cobrimento mínimo acrescido da tolerância de execução. Assim, as dimensões das armaduras e os espaçadores devem respeitar os cobrimentos nominais, estabelecidos na tabela abaixo, com uma tolerância de 10 mm.

Quando houver um adequado controle de qualidade e rígidos limites de tolerância da variabilidade das medidas durante a execução pode ser adotado o valor 5 mm para a tolerância, mas a exigência de controle rigoroso deve ser explicitada nos desenhos de projeto. A redução dos cobrimentos nominais prescritos na tabela abaixo é permitida.

Observando a tabela anterior, vemos, por exemplo, que para uma viga de concreto armado em ambiente classe III(forte) de agressividade é necessário uma cobertura mínima de 40 mm.

Para ajudar a “decorar” esses valores, perceba que a necessidade de cobertura aumenta com a importância da peça (vigas e pilares > lajes) e com a classe de agressividade do meio ambiente( Fraca, Moderada, Forte e Muito forte).

Os Mecanismos preponderantes de deterioração relativos à armadura são:

  • Despassivação por carbonatação, ou seja, por ação do gás carbônico da atmosfera;
  • Despassivação por elevado teor de íon cloro (cloreto).

O desbobinamento de barras somente deve ser feito quando for utilizado equipamento que limite tensões localizadas. Já o dobramento das barras, inclusive ganchos, deve ser feito respeitando os diâmetros internos de curvatura da tabela abaixo e sempre devendo ser dobradas a frio.

As barras não devem ser dobradas junto às emendas por solda, observando-se uma distância mínima de 10 Ø. Lembrando que o diâmetro dos pinos varia para diferentes bitolas conforme tabela acima.

 

2.2. Formas

No projeto do escoramento devem ser consideradas a flambagem dos materiais, as vibrações e a deformação as quais o escoramento estará sujeito.

Quando de sua construção, o escoramento deve ser apoiado sobre caixas de areia, cunhas, ou outros dispositivos apropriados a facilitar a remoção das fôrmas, de maneira a não submeter a estrutura a sobrecargas, impactos, ou a outros danos.

As precauções necessárias devem ser tomadas para evitar na parte da estrutura que suporta o escoramento recalques prejudiciais provocados pelo solo ou pelas cargas por este transmitidas, prevendo-se o uso de lastro, piso de concreto ou pranchões para correção de irregularidades e melhor distribuição de cargas, assim como cunhas para ajuste os níveis.

Quando agentes destinados a facilitar a desmoldagem forem necessários, devem ser aplicados exclusivamente na fôrma antes da colocação da armadura e de maneira a não prejudicar a superfície do concreto.

Fôrmas construídas com materiais que absorvam umidade ou facilitem a evaporação devem ser molhadas até a saturação, para minimizar a perda de água do concreto, fazendo-se furos para escoamento da água em excesso, salvo especificação contrária em projeto.

A inspeção e liberação do sistema de fôrmas, das armaduras e de outros itens da estrutura deve ser realizada antes da concretagem. O método de documentação dessa inspeção deve ser desenvolvido e aprovado pelas partes envolvidas antes do início dos trabalhos.

No caso de concreto bombeado, o diâmetro interno do tubo de bombeamento deve ser no mínimo 4x o diâmetro máximo do agregado e em nenhuma hipótese deve ser realizado o lançamento do concreto após o início da pega.

As fôrmas devem ser preenchidas em camadas de altura compatível com o tipo de adensamento previsto (ou seja, em camadas de altura inferior à altura da agulha do vibrador mecânico) para se obter um adensamento adequado.

Em peças verticais e esbeltas, tipo paredes e pilares, pode ser conveniente utilizar concretos de diferentes consistências, de modo e reduzir o risco de exsudação e segregação.

Durante e imediatamente após o lançamento, o concreto deve ser vibrado ou apiloado contínua e energicamente com equipamento adequado à sua consistência.

A vibração direta sobre a armadura deve ser evitada para que não se formem vazios ao seu redor, com prejuízos da aderência. Já no adensamento manual, a altura das camadas de concreto não deve ultrapassar 20 cm. Em todos os casos, a altura da camada de concreto a ser adensada deve ser menor que 50 cm, de modo a facilitar a saída de bolhas de ar.

Quando forem utilizados vibradores de imersão, a espessura da camada deve ser aproximadamente igual a 3/4 do comprimento da agulha. Ao vibrar uma camada de concreto, o vibrador deve penetrar cerca de 10 cm na camada anterior.

A manipulação excessiva do concreto deve ser evitada, como processos de vibração muito demorados ou repetidos em um mesmo local, que provoca a segregação do material e a migração do material fino e da água para a superfície (exsudação), prejudicando a qualidade da superfície final com o consequente aparecimento de efeitos indesejáveis.

As juntas de concretagem, sempre que possível, devem ser previstas no projeto estrutural e estar localizadas onde forem menores os esforços de cisalhamento, preferencialmente em posição normal aos esforços de compressão, salvo se demonstrado que a junta não provocará a diminuição da resistência do elemento estrutural. No caso de vigas ou lajes apoiadas em pilares, ou paredes, o lançamento do concreto deve ser interrompido no plano horizontal.

O concreto deve ser lançado nas fôrmas reduzam significativamente a segregação entre utilizar dispositivos redutores de segregação, com técnicas que eliminem ou seus componentes. Deve-se como funis e calhas intermediárias, em alturas de lançamento iguais ou superiores a 2,00 m,

De acordo com a norma NBR 14931, deve-se ter maiores cuidados quanto maiores forem a altura de lançamento e a densidade de armadura.

3. Características de Projetos em Concreto Armado

De acordo com a norma 6118;2004, o pré-requisito do concreto destinado ao concreto armado é que ele deve ter resistência característica à compressão ≥ 20 MPa, aos 28 dias.

Nos projetos de estruturas de concreto armado deve ser utilizado aço classificado pela ABNT NBR 7480 com o valor característico da resistência de escoamento nas categorias CA-25, CA-50 e CA-60.

Segue a tabela com as características mecânicas das barras e fios de aço para concreto armado exigidas pela NBR 7480:

Na falta de ensaios ou valores fornecidos pelo fabricante, o módulo de elasticidade do aço pode ser admitido igual a 210 Gpa.

Em estruturas de concreto armado, quando não se conhece o valor do módulo de elasticidade do aço, a NBR 6118:2008 (Projeto de estruturas de concreto – Procedimentos) recomenda, para os aços das armaduras passivas e para os fios e cordoalhas das armaduras ativas, os valores, em GPa, respectivamente, de 210 e 200.

De acordo com a NBR 7480, o valor característico da resistência de escoamento, as barras de aço são classificadas nas categorias CA- 25 e CA-50, e os fios de aço na categoria CA-60.

A categoria CA-25 deve ter superfície obrigatoriamente lisa, desprovida de quaisquer tipos de nervuras ou entalhes. As     barras da categoria CA-50 são obrigatoriamente providas de nervuras transversais oblíquas, assim como os fios de diâmetro nominal igual a 10 mm devem ter obrigatoriamente entalhes ou nervuras. Já os fios da categoria CA-60 podem     ser lisos, entalhados ou nervurados.

De acordo com a NBR 7480, o lote é um grupo de barras ou fios de procedência identificada, de mesma categoria e com o mesmo diâmetro nominal e configuração geométrica superficial, apresentado à inspeção como um conjunto unitário, limitado em 30 t.

Em ensaios de dobramento a 180°, não deve ocorrer ruptura ou fissuração.

A dimensão máxima característica do agregado graúdo utilizado no concreto não pode superar em 20% a espessura nominal do cobrimento.

Na análise estrutural deve ser considerada a influência de todas as ações que possam produzir efeitos significativos para a segurança da estrutura em exame, levando-se em conta os possíveis estados limites últimos e os de serviço.

Segundo a NBR 6.120/1980 (Cargas para o cálculo de estruturas de edificações), no cálculo dos pilares de edifícios para escritórios e casas comerciais não destinadas a depósitos, considerando-se o forro como piso, a redução das cargas acidentais adotada é de 40% (quarenta por cento), se o número de pisos que atuam sobre o elemento for de 5 pisos.

No cálculo dos pilares e das fundações de edifícios para escritórios, residências e casas comerciais não destinados a depósitos, as cargas acidentais podem ser reduzidas de acordo com os valore indicados na tabela a seguir:


De acordo com a NBR 6120/1980 (Cargas para o Cálculo de Estruturas de Edificações), corrigida em 2000, o valor mínimo da carga acidental vertical uniformemente distribuída, em kN/m2, que deve ser aplicada na laje de um dormitório, é 1,5 kN/m2 . O mesmo se aplica para a sala, copa, cozinha e banheiro em edifícios residenciais. Na despensa, área de serviço e lavanderia prevê-se carga acidental de 2 kN/m2.

Os elementos lineares são aqueles em que o comprimento longitudinal supera em pelo menos três vezes a maior dimensão da seção transversal, sendo também denominados barras. De acordo com a sua função estrutural, recebem as designações de vigas, pilares, tirantes e arcos.

São consideradas vigas-parede as vigas altas em que a relação entre o vão e a altura l/h é inferior a 2 em vigas biapoiadas e inferior a 3 em vigas contínuas.

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 bidirecionais podem ser calculadas, para efeito de esforços solicitantes, como lajes maciças.

De acordo com a NBR 6118/2014, qualquer barra da armadura de flexão das lajes deve ter diâmetro no máximo igual a h/8. As barras da armadura principal de flexão devem apresentar espaçamento no máximo igual a 2h ou 20 cm, prevalecendo o menor desses dois valores na região dos maiores momentos fletores.

A armadura secundária de flexão deve ser igual ou superior a 20% da armadura principal, mantendo-se, ainda, um espaçamento entre barras de, no máximo, 33 cm. A emenda dessas barras deve respeitar os mesmos critérios de emenda das barras da armadura principal.

Os estribos em lajes nervuradas, quando necessários, não devem ter espaçamento superior a 20 cm.

A principal característica das lajes nervuradas é a diminuição da quantidade de concreto na região tracionada, podendo ser utilizado um material de enchimento. Além de reduzir o consumo de concreto, há um alívio do peso próprio. Ressalta-se, porém, que a resistência do material de enchimento não é considerada no cálculo da laje. Entre os vários tipos de materiais de enchimento, podem ser utilizados blocos cerâmicos, blocos vazados de concreto, blocos de EPS (teto plano) e caixotes reaproveitáveis.

A espessura da mesa, quando não houver    tubulações horizontais embutidas, deve ser maior ou igual a 1/15 da distância entre as faces das nervuras e não menor que 4 cm. Quando existirem tubulações embutidas de diâmetro máximo 10 mm, o valor mínimo absoluto da mesa deve ser 5 cm, já a espessura das nervuras não deve ser inferior a 5 cm. Nervuras com espessura menor que 8 cm não devem conter armadura de compressão.

Lajes-cogumelo são lajes apoiadas diretamente em pilares com capitéis, enquanto lajes lisas são as apoiadas nos pilares sem capitéis.

A seção transversal das vigas não deve apresentar largura menor que cm e das vigas-parede, menor que 15 cm podendo ser reduzidos, respeitando-se um mínimo absoluto de 10 cm em casos excepcionais, sendo obrigatoriamente respeitadas as seguintes condições:

  • alojamento das armaduras e suas interferências com as armaduras de outros elementos estruturais, respeitando os espaçamentos e coberturas estabelecidos na NBR 6118;
  • lançamento e vibração do concreto de acordo com a ABNT NBR 14931.

De acordo com a NBR 6118/2014, em vigas com altura igual ou inferior a 60 cm, pode ser dispensada a utilização da armadura de pele.

A seção transversal de pilares e pilares-parede maciços, qualquer que seja a sua forma, não deve apresentar dimensão menor que 19 cm. Em casos especiais, permite-se a consideração de dimensões entre 19 cm e 14 cm, desde que se multipliquem os esforços solicitantes de cálculo a     serem consideradas no dimensionamento por um coeficiente adicional.     Em qualquer caso, não se permite pilar com seção transversal de área inferior a 360 cm2.

No dimensionamento de barras de aço à compressão, devem ser levadas em conta as condições de contorno dos elementos isolados que determinam o coeficiente de flambagem, o comprimento destravado e o raio de giração. Com base nesses parâmetros, o índice de esbeltez não deve ser superior a 200.

Nas lajes maciças devem ser respeitados os seguintes limites mínimos para espessura:

  • 7 cm para lajes de cobertura não em balanço; 8 cm para lajes de piso não em balanço;
  • 10 cm para lajes em balanço;
  • 10 cm para lajes que suportem veículos de peso total menor ou igual a 30 kN;
  • 12 cm para lajes que suportem veículos de peso total maior que 30 kN;
  • 15 cm para lajes com protensão apoiadas em vigas;
  • 16 cm para lajes lisas e 14 cm para lajes-cogumelo, fora do capitel.

A abertura máxima característica das fissuras, desde que não exceda valores da ordem de 0,2 mm a 0,4 mm, sob ação das combinações frequentes, não tem importância significativa na corrosão das armaduras passivas.

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