INTRODUÇÃO AO CONCRETO ARMADO

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1 UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE ESTRUTURAS E GEOTÉCNICA INTRODUÇÃO AO CONCRETO ARMADO Prof. Dr. Claudius Barbosa DISCIPLINA: ESTRUTURAS DE CONCRETO I CÓDIGO: PEF 3303 São Paulo, agosto de

2 Introdução Concreto armado: material estrutural mais recente que o aço, a madeira, a alvenaria; Surgimento em meados do século XIX e início da difusão no início do século XX Monier (década de 1860): patente para vasos, placas, tubos e vigas de concreto armado Ward (1873): construção de uma casa de CA em Nova Iorque Mörsh (1900): desenvolve teoria com base em diversos ensaios Instruções provisórias para preparação, execução e ensaio de construções de concreto armado TORRE EIFFEL (1889) D. MARIA II (1841) EDIFÍCIO MONADNOCK (1891) 2

3 Kimura, A. E. (2007) Introdução CONCRETO SIMPLES Associação do concreto com material de boa resistência à tração e que seja mais deformável: CONCRETO ARMADO 3

4 Introdução Concreto armado: associação entre o concreto simples e o aço (CONCRETO + AÇO + ADERÊNCIA) O concreto protegerá o aço contra a oxidação e altas temperaturas O concreto e o aço possuem coeficientes de dilatação térmica próximos PONTOS POSITIVOS Boa resistência à maioria das solicitações Pode ser moldado em diversas formas Material durável e resistente ao fogo PONTOS NEGATIVOS Peso próprio elevado Produção necessita de formas e escoramento Baixa proteção térmica 4

5 Introdução OBRAS HIDRÁULICAS ESTRADAS POSTES FERROVIAS AEROPORTOS MUROS DE ARIMO 5

6 Introdução MATERIAL ESTRUTURAL MAIS EMPREGADO EM EDIFICAÇÕES COMERCIAIS E RESIDENCIAIS IMPORTÂNCIA PARA O ENGENHEIRO DE PROJETO E DE CONSTRUÇÕES 6

7 Normas técnicas projeto e execução NBR 8681 (2003): Ações e segurança nas estruturas Procedimento NBR 6120 (1980): Cargas para o cálculo de estruturas de edificações NBR 6118 (2014): Projeto de estruturas de concreto Procedimento NBR (2004): Execução de estruturas de concreto Procedimento 7

8 Concreto NBR 8953 (2005) Classe C20 ou superior: concreto com armadura passiva Classe C15: obras provisórias e elementos não estruturais Massa específica: ρ ρ c CA 2400 kg/m kg/m 3 Resistência do concreto à compressão (f cj,28 ) Resistência característica do concreto à compressão (f ck ) (dispersão) Resistência do concreto à tração direta (f ct,m ) f 0,3 f ct, m 2/3 ck f 0,7 f ctk, inf f 1,3 f ctk, sup ct,m ct,m (em MPa) 8

9 Concreto Módulo de elasticidade: E ci E 5600 f 1/2 ck E cs E i ci Tipo de rocha a E basalto/diabásio 1,2 i fck 0,8 0,2 1,0 80 granito/gnaisse 1,0 calcário 0,9 arenito 0,7 Coeficiente de Poisson: 0,2 Módulo de elasticidade transversal: Resistência de cálculo do concreto: G c f Ecs 2,4 ck fcd ELU : 1,4 γc 9

10 Aço NBR 7480 (2007): barras e fios de aço Valor característico da resistência de escoamento: CA-25, CA-50, CA-60 Massa específica do aço ρ s 7850 kg/m³ Coeficiente de dilatação térmica α Módulo de elasticidade s 10 5 / o C E s 210 GPa 10

11 Aço Resistência característica de escoamento do aço à tração (f yk ) Limite de resistência (f stk ) Alongamento na ruptura (e uk ) Resistência de cálculo do aço: f yk fyd ELU: 1,15 γs Categoria f yk (MPa) f st (MPa) CA ,2 f yk CA ,1 f yk CA ,05 f yk (MPa) 11

12 Durabilidade Capacidade da estrutura resistir às influências ambientais previstas e definidas em conjunto pelo autor do projeto estrutural e pelo contratante O projeto e construção devem garantir que, sob condições ambientais previstas, a segurança, estabilidade e aptidão em serviço sejam conservadas durante a vida útil Vida útil: período em que as características da estrutura se mantém, sem intervenções significativas Classe de agressividade ambiental (CAA) Ambiente Agressividade Risco de deterioração I Rural Submersa Fraca Insignificante II Urbana Moderada Pequeno III Marinha Industrial Forte Grande IV Industrial Respingos de maré Muito forte Elevado 12

13 Durabilidade Qualidade do concreto Classe de agressividade ambiental (CAA) Relação a/c Classe concreto I 0,65 C20 II 0,60 C25 III 0,55 C30 IV 0,45 C40 Qualidade do cobrimento (mm) Classe de agressividade ambiental (CAA) Laje Viga e pilar Elementos estruturais em contato com o solo I II III IV

14 Durabilidade Deterioração do concreto Mecanismo Fenômeno Prevenção Lixiviação Expansão por sulfato Reação álcaliagregado (RAA) Dissolve e carreia compostos hidratados da pasta de cimento Ocorre pela presença de águas ou solo contaminados com sulfato. Reação expansiva com a pasta de cimento. Expansão pela reação entre os álcalis do concreto e agregados reativos Restringir fissuração, minimizando a infiltração, e proteger as superfícies expostas (hidrófugos) Utilização de cimento resistente a sulfatos Reduzir/eliminar o contato com a água 14

15 Durabilidade Deterioração do aço Mecanismo Fenômeno Prevenção Despassivação por carbonatação Despassivação por ação de cloretos Ação do gás carbônico da atmosfera Ruptura da camada de passivação pelo elevado teor de íon-cloro Evitar a ação de agentes: cobrimento, controle de fissuração (baixa porosidade do concreto) Evitar a ação de agentes: cobrimento, controle de fissuração (baixa porosidade do concreto). Utilização de cimento composto com adição de escória ou material pozolânico 15

16 Durabilidade Deterioração da estrutura (propriamente dita) Ação Fenômeno Prevenção Choque mecânico Dano estrutural por choque Barreira protetora em pilares Retração Surgimento de tensões e fissuras Cura do concreto Efeito térmico Surgimento de tensões e fissuras Juntas de dilatação Isolamentos isotérmicos 16

17 Manifestações patológicas 17

18 Ensaios tecnológicos 18

19 Ensaios tecnológicos 19

20 Aço 20

21 Concreto f ck < 50 MPa 21