O Material Concreto armado

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1 Concreto Armado Propriedades dos materiais Caracterização do Concreto e do aço para aramaduras Eng. Wagner Queiroz Silva, D.Sc. UFAM O Material Concreto armado Cimento + Areia + Brita + Água = Concreto Concreto + Aço (armaduras) = Concreto armado 1

2 Norma Técnica (ABNT) Principal norma brasileira para projeto de estruturas de Concreto Armado e Concreto Protendido: NBR 6118/2014 Projeto de Estruturas de Concreto Aplica-se a estruturas com concretos normais, com massa específica seca maior que kg/m³, não excedendo kg/m³ Grupo I de resistência (C20 a C50) Grupo II de resistência (C55 a C90) Propriedades do Concreto Propriedades que interessam para projetos Propriedades físicas: Massa específica Quantidade de massa por unidade de volume (kg/m³) Coeficiente de dilatação térmica Indica o quanto o material dilata ou retrai com o calor Propriedades Mecânicas (para análise estrutural): Resistências mecânicas (tensões resistentes) Resistência à Compressão: principal informação de projeto Resistência à Tração: Usada para algumas verificações específicas, como por exemplo o controle de fissuração do concreto Módulo de Elasticidade (E) Coeficiente de Poisson (υ) 2

3 Sobre as Resistências Mecânicas O Concreto possui, em geral, ótima resistência às tensões de compressão simples Porém, apresenta baixa resistência à tração Cerca de 10 % da resistência à compressão É, portanto, necessário juntar uma armadura (barras de aço) ao concreto, fazendo assim bom uso das propriedades desse material O aço deve ser posicionado onde houver tensões de tração, sendo essa a chamada armadura principal Outros pontos devem receber a armadura mínima ou armadura construtiva Massa específica Se a massa específica real do concreto simples não for conhecida (através de ensaio em laboratório), pode-se adotar o valor de 2400 kg/m³ (24 kn/m³) Para o Concreto Armado pode-se considerar o valor de 2500 kg/m³ (25 kn/m³) Considerando a massa específica das armaduras, sendo usual a adoção de uma taxa de 100 kg/m³ de concreto Esta propriedade é fundamental para o cálculo do peso próprio das estruturas de concreto Concreto Simples kg/m³ 1m + Aço = 100 kg/m³ Concreto Armado kg/m³ 1m 3

4 Dilatação térmica Coeficiente de dilatação térmica do concreto 5 o α c = 10 / C É necessário prever juntas de dilatação L = α L0 T Exemplo: Considere um edifício de concreto Comprimento L = 60 metros Variação da temperatura de T=15 1 L = = 0,009 m = 9 mm 5 10 o T = 15 Lembrando da física que... Nesse exemplo, o valor de quase 1 cm de alongamento pode ser suficiente para causar problemas como trincas e fissuras no concreto m Dilatação térmica Por esse motivo, toda e qualquer estrutura de concreto necessita de uma separação por junta de dilatação Espaço necessário para que se desenvolvam as deformações decorrentes da dilatação térmica sem causar danos à estrutura Junta de dilatação Bloco A Bloco B 4

5 Ensaio de Compressão do Concreto Realização do ensaio Modos de ruptura do concreto submetido a compressão (a) plano de cisalhamento a 45º (b) ruptura em forma de cone 5

6 Resistência de Cálculo do Concreto a) A resistência do concreto varia com o tempo, mas praticamente atinge o seu valor final após 28 dias... Por esse motivo, a resistência do concreto é medida após 28 dias (ou mais) de cura b) Podem ser medidas resistências com 3 ou 7 dias (acompanhamento) f cd = f γ ck c f cd = Resistência do concreto à compressão simples - valor de projeto (para o cálculo estrutural) f ck = Resistência Característica do concreto à compressão simples Corresponde ao valor máximo de tensão que cada corpo-de-prova alcança no ensaio de compressão simples. É usado como parâmetro para o cálculo de f cd, que é o valor de resistência para o projeto (cálculo) estrutural γ c = coeficiente de ponderação da resistência do concreto Corresponde ao fator de segurança (coeficiente de segurança) do material (nesse caso, concreto), e tem como objetivo minorar a resistência medida em laboratório Diagrama tensão-deformação (concreto) σc f ck 0,85 f cd 2 3,5 Figura Diagrama tensão deformação idealizado para o concreto à compressão. ε c No trecho curvo (parábola): σ c = 0,85f cd εc 1 1 0,

7 Módulo de Elasticidade do concreto Pode ser obtido no ensaio de compressão simples Tangente da curva tensão x deformação Na falta de resultados de ensaios a NBR 6118 permite estimar os módulos pela fórmula a seguir: E ci = α E 5600 f ck sendo: α E = 1,2 para basalto e diabásio α E = 1,0 para granito e gnaisse α E = 0,9 para calcário α E = 0,7 para arenito *Válido para f ck de 20 a 50 Mpa Ensaio de compressão diametral (Ensaio Brasileiro) Criado pelo professor Eng. Fernando Lobo Carneiro, o ensaio surgiu durante a abertura da Avenida Presidente Vargas na cidade do Rio de Janeiro, em A Igreja de São Pedro dos Clérigos, construída em 1732, situava-se no centro da futura avenida. 7

8 Figura Simulação do deslocamento sob rolos Figura Igreja construída em 1732 Ensaio de compressão diametral (Ensaio Brasileiro) 8

9 Ensaio de Flexão (prisma) Propriedades dos Aços para armadura de concreto armado Tipos de aços usados em concreto armado: Barras: são vergalhões (aços) de diâmetro nominal a partir de 5 mm ou superior, obtidos exclusivamente por laminação a quente Fios: são os aços de diâmetro nominal 10 mm ou inferior, obtidos por trefilação ou processo equivalente, como estiramento e laminação a frio 9

10 Propriedades dos Aços para armadura de concreto armado Massa específica: 7850 kg/m³ Apesar de ter maior massa específica do que o concreto, são usadas barras de aço com seção circular de diâmetro pequeno Assim, as taxas de aço por m³ de concreto não alcançam valores elevados para os casos de estruturas usuais Diâmetro das barras de aço Comprimento = barras de 12 m e outras formas, como rolos Diâmetros (mm) da NBR 7480 Barras: 5, 6,3, 8, 10, 12,5, 16, 20, 22, 25, 32 e 40. Fios: 2,4, 3,4, 3,8, 4,2, 5, 5,5, 6, 6,4, 7, 8, 9,5 e

11 Tipos de Superfície Pode ser lisa (geralmente o CA-25), conter nervuras (saliências ou mossas CA-50) ou entalhes (geralmente o CA-60), com a rugosidade medida pelo coeficiente de aderência (η 1 ). Figura Superfície com saliências, mossas ou nervuras em vergalhões de aço para Concreto Armado. Capacidade aderente entre o aço e o concreto Superfície lisa Superfície entalhada Tipo de superfície Coeficiente η 1 Lisa 1,0 Entalhada 1,4 Nervurada 2,25 Tabela 8.3 NBR 6118 Valor do coeficiente de aderência (η 1 ). 11

12 Diagrama tensão-deformação (aço) 12

13 BARRAS FIOS Classificação: - CA-25 barras lisas - CA-50 barras nervuradas RESISTÊNCIA DE CÁLCULO DO AÇO f yd = f γ yk s f yk = Resistência ao escoamento característica do aço (medida no laboratório) f yd = Resistência ao escoamento do aço valor de projeto (cálculo estrutural) γ s = coeficiente de ponderação da resistência do aço (coeficiente de seguraça) 13

14 Diagrama simplificado para cálculo nos estados-limites de serviço e último: σ s f yk f yd α ε yd 10 ε s Figura - Diagrama tensão-deformação para aços de armaduras passivas com ou sem patamar de escoamento. Propriedades mecânicas 14

15 Deformação de início de escoamento: ε yd = f E yd E s = tg α = kgf/cm 2 = MPa s CA-25: ε yd = 1,04 CA-50: ε yd = 2,07 CA-60: ε yd = 2,48 Durabilidade Consiste na capacidade da estrutura resistir às influências ambientais previstas e definidas entre o engenheiro estrutural e o contratante. 15

16 AGRESSIVIDADE DO AMBIENTE Ações físicas e químicas que atuam sobre as estruturas de concreto, independentemente das ações mecânicas, das variações volumétricas de origem térmica, da retração hidráulica e outras previstas no dimensionamento das estruturas de concreto 16

17 Cobrimento da armadura Respeitar o cobrimento mínimo No projeto e na obra Garantia da via útil da estrutura de concreto 17

18 Março/2018 Figuras diversos tipos de espaçadores utilizados na armadura de aço. Figuras Erros causados por mau cobrimento. 18

19 Vida útil de projeto Período de tempo durante o qual se mantêm as características das estruturas de concreto, desde que atendidos os requisitos de uso e manutenção prescritos pelo projetista e pelo construtor. Diretrizes normativas NBR 6118/2014 Projeto de Estruturas de Concreto NBR 7480/ Aço destinado a armaduras para estruturas de concreto armado Especificação NBR 8953/ Concreto para fins estruturais - Classificação pela massa específica, por grupos de resistência e consistência 19